Improvement of cluster head selection in LEACH protocol to reducing energy consumption in wireless sensor networks

Abstract

Sensör düğümleri, kablosuz sensör ağlarında (WSN'ler) rastgele dağıtılır. Sensör düğümleri (parçacıklar olarak adlandırılır) genellikle sensör düğümlerinin kullanıldığı bir alan olan sensör alanında dağıtılır. Bu sensörler boyuta, pil ömrüne ve belleğe bağlı olarak sınırlı ve küçük güç içerir. Bu ağlardaki motlar, yüksek kaliteli bilgi üretmek için koordine olur ve dağılan bu motların her biri, mobil veya sabit olan BS'leri hemen toplayabilir ve yönlendirebilir. Çalışmanın temel amacı LEACH protokolünü optimize etmektir. Hiyerarşik yönlendirmenin araştırılmasına neden olan 2 neden vardır. Birincisi, sensör ağlarının yüksek yoğunluğa sahip olması ve iletişimde çok fazla fazlalık olması. Diğeri, iletişimin güvenlik yönlerini göz önünde bulundurarak sensör ağının ölçeklenebilirliğini artırmaktır. Sensör düğümleriyle ilgili sorunlardan biri, ağ ömrünü sınırlayan pil kısıtlamasıdır. Düşük Enerji Uyarlama küme Hiyerarşisi (LEACH) adı verilen bir toplama tabanlı yönlendirme algoritması, güç tüketimini azaltmak için en iyi çözümlerden biri olarak önerilmiştir. Bu algoritmanın performansını analiz etmek için Matlab simülatörü kullanılarak uygulanan (LEACH) algoritması hakkında bir çalışma yapılmıştır. Matlab, bu araştırma sırasındaki diğer öykünücülerden farklı olarak, bu proje için iyi yetenekler sağladığı için bir öykünücü olarak seçilmiştir. (LEACH) algoritmasında, daha iyi performans için iyileştirilmesi gereken bazı kusurlar gözlemlendi. Mevcut çalışmada, Matlab simülatörünü kullanan ve nihayetinde IV-LEACH protokolünü kullanan LEACH protokol uygulaması, LEACH protokol performansını iyileştirmek için seçilen küme kafalarının ağ üzerinde tek tip olarak dağıtılmasını sağlar. Daha sonra, WSN'lerde kullanılmaya uygunluklarını doğrulamak için Ortalama ömür, enerji tüketimi, Ortalama iş hacmine göre sonuçlar analiz edildi. Ağ verimine göre LEACH protokolünden de daha iyi performans gösterdi. IV-LEACH, 150 düğümde enerji tüketimini yaklaşık% (49) ve verimi% (50) artırdı.

Sensor nodes (motes) are randomly dispersed in wireless sensor network (WSN) fields. Motes in WSNs coordinate for producing information of high quality and each scattered mote routes that information back to fixed or mobile BSs. One of the problems with sensor nodes is battery constraints that limit network life; the motes contain limited power depending on size, battery life and memory. The aggregation-based routing algorithm, the low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), is suggested as a highly sufficient solution to reduce power consumption. This study's fundamental aim is to optimise the LEACH protocol. There have been 2 reasons for exploring hierarchical routing. The first is that sensor networks have high density, and a large amount of redundancy has been present in communications. The second is increasing the sensor network's scalability considering the communication's security aspects. A recent study utilised the LEACH algorithm by analysing WSN performance with a MATLAB simulator, however, some flaws were noted in the algorithm. These flaws must be improved upon for better network performance. As in previous studies, MATLAB is the chosen emulator as it demonstrates good capability for this project's parameters. This study utilises MATLAB and IV-LEACH protocol for LEACH protocol implementation to ensure that the selected cluster-heads of motes are going to be distributed in a uniform manner over the network for the purpose of improving the LEACH protocol efficiency. Average lifetime, consumption of energy, and throughput are analysed to determine the motes suitability for use in WSNs. The IV-LEACH protocol improves the consumption of energy by approximately 49% and improves the throughput by 50% in 150 nodes, outperforming the LEACH protocol.