Performance comparison of PEGASIS, HEED, and LEACH protocols in wireless sensor networks

Abstract

Kablosuz Sensör Ağları (WSN), bilim dünyasında en çok ortaya çıkan ve en hızlı büyüyen alanlardan biridir. Son birkaç yılda WSN, ev otomasyonu, çevre izleme, hedef izleme, boru hattı (su, petrol, gaz) izleme, yapısal sağlık izleme, hassas tarım, sağlık hizmeti izleme, tedarik zinciri yönetimi, aktif yanardağ izleme gibi farklı uygulama alanlarını araştırdı. , ulaşım ve Nesnelerin İnterneti'ne (IoT) yer altı madenciliği. Algılayıcı ağ tasarımıyla en sık ilişkilendirilen kısıtlama, algılayıcı düğümlerin sınırlı enerji bütçeleriyle çalışmasıdır. Tipik olarak, bir sensör düğümünün sınırlı pil gücü, pilini değiştirmek veya yeniden şarj etmek mümkün olmadığında kritik bir sorun haline gelir. Bir sensör düğümünde enerji kaynağının verimli kullanımı, ölçeklenebilirlik ve WSN'nin ömrünün uzatılması için arzu edilen bir kriterdir. Bu nedenle, enerji tüketimini azaltmak için verimli bir yönlendirme protokolü tasarlamak ağdaki önemli konulardan biridir. Son birkaç on yılda çok sayıda yönlendirme protokolü önerilmiştir. En popüler ve enerji açısından verimli yönlendirme protokollerinden bazıları, LEACH (Düşük Enerji Uyarlamalı Kümeleme Hiyerarşisi), SEP (Kararlı Seçim Protokolü), PEGASIS (Sensör Bilgi Sistemlerinde Güç Verimli Toplama), GAF (Geographic Adaptive Fidelity) ve HEED gibi hiyerarşik yönlendirme protokolleridir. (Hibrit Enerji Verimli Dağıtılmış kümeleme protokolü). Bu tezde, artıları ve eksileri için çeşitli hiyerarşik yönlendirme protokollerini inceledim. Daha sonra, LEACH, HEED, ve PEGASIS yönlendirme protokollerini kullanışlılıklarına göre seçtik ve aralarında karşılaştırmalı bir çalışma yaptık. Son olarak, bu yönlendirme protokollerinin MATLAB yazılımında çeşitli simülasyon parametreleri ve farklı simülasyon ortamları üzerinde simülasyonları ile Yük Dengeleme, Enerji Tüketimi, Kararlılık Süresi, Ölçeklenebilirlik ve Ağ Ömrü gibi çeşitli metriklere dayalı olarak seçilen protokoller üzerinde karşılaştırmalı bir çalışma yapılmıştır.

Wireless Sensor Networks (WSN) is one of the most emerging and fastest growing fields in the scientific world. WSN has investigated different application regions as of late, including home computerization, climate checking, target following, pipeline (water, oil, gas) observing, underlying wellbeing observing, accuracy horticulture, medical services checking, store network the executives, dynamic spring of gushing lava observing, transportation, and underground mining (IoT). The most widely recognized requirement related with sensor network configuration is that sensor hubs have restricted energy spending plans. Typically, the limited battery power of a sensor node becomes a critical issue when it is not possible to replace or recharge its battery. The efficient use of energy source in a sensor node is a desirable criterion for scalability and prolonging the lifetime of WSN. Therefore, designing an efficient routing protocol for reducing energy consumption is one of the important issues in the network. A large number of routing protocols has been proposed in the last few decades. Some of the most popular and energy efficient routing protocols are hierarchical routing protocols like LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy), PEGASIS (Power Efficient GAthering in Sensor Information Systems), and HEED (Hybrid Energy Efficient Distributed clustering protocol). In this thesis, various hierarchical routing protocols are studied for their pros and cons. Subsequently, we have selected LEACH, HEED, and PEGASIS routing protocols, based on their usefulness and have done a comparative study among them. Finally, a comparative study on the selected protocols is done based on several metrics such as: energy consumption, stability period, scalability and network lifetime through simulations of these routing protocols in MATLAB on various simulation parameters and different simulation environments.