8/7/2019 Investigation of Energy Efficiency for Singlehop and Multihop Routing Shcemes in a Wireless Sensor Network

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INVESTIGATION OF ENERGY EFFICIENCY FORSINGLEHOP AND MULTIHOP ROUTING SHCEMES IN AWIRELESS SENSOR NETWORK

D . A . Khan a n d X . - H . P e n gE l e c t r o n i c E n g . , S c h o o l o f E n g . & A p p . E n g . , A s t o n U n i v e r s i t y , UKdkukl9@hotmnai1.corand x-h.peng@aston.ac.uk

K e y w o r d s : W i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s , e n e r g y e f f i c i e n c y . n o d e s a n d t h e s i n k n o d e . F u r t h e r m o r e , e n e r g y e f f i c i e n c y o ft h e n e t w o r k i s d e t e r m i n e d b y t h e t o t a l a m o u n t o f e n e r g yA b s t r a c t d i s s i p a t e d a t a l l t h e s e n s o r n o d e s i n v o l v e d v e r s u s a c e r t a i na m o u n t o f d a t a s u c c e s s f u l l y r e c e i v e d a t t h e s i n k n o d e d u r i n gW i r e l e s s s e n s o r n o d e s r u n o n s m a l l b a t t e r y p o w e r a n d i t i s t h e s a m e p e r i o d o f t i m e .s o m e t i m e s i m p o s s i b l e t o r e p l a c e t h e b a t t e r i e s d u e t o t h ee nv i r o n m en t a nd c o s t f a c t o r s a s s o c i a t e d w i t h t h e m . T h e r e f o r e , T h e m o t i v a t i o n b e h i n d t h i s w o r k i s t o i n v e s t i g a t e d a t ae n e r g y e f f i c i e n c y i s a c r i t i c a l i s s u e i n t h e d e s i g n a n d d i s s e m i n a t i o n v i a v a r i o u s r o u t i n g s c h e m e s i n a WSN a n d t om a n a g e m e n t o f a w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k . I n t h i s p a p e r , f i n d how t h e r o u t i n g s c h e m e s a n d o t h e r f a c t o r s a f f e c t t h ef o l l o w i n g t h e c o n f i g u r a t i o n a n d p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n n e t w o r k p e r f o r m a n c e i n t e r m s o f e n e r g y e f f i c i e n c y . T h ew i t h i n a w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k , e n e r g y e f f i c i e n c i e s f o r i n v e s t i g a t i o n m a i n l y c o n c e n t r a t e s o n e n e r g y c o n s u m p t i o n a n dd i f f e r e n t r o u t i n g s c h e m e s h a v e b ee n a n a l y s e d b a s e d o n t h e n e t w o r k t h r o u g h p u t f o r b o t h s i n g l e h o p a n d m u l t i h o p r o u t i n gt e s t i n g r e s u l t s o n b o t h e n e r g y c o n s u m p t i o n a n d d a t a y i e l d t e c h n i q u e s . B a s e d o n d i f f e r e n t n e t w o r k c o n f i g u r a t i o n s a n d( t h r o u g h p u t ) f o r t h e w h o l e n e t w o r k . T h e r e a l w o r l d t e s t s s h o w t e s t i n g r e s u l t s , t h e e n e r g y e f f i c i e n c y f o r b o t h c a s e s w i l l b et h a t f o r a d e n s e d e p l o y m e n t m u l t i h o p t r a n s m i s s i o n i s m o r e a n a l y s e d a n d c o m p a r e d .e n e r g y e f f i c i e n t c o m p a r e d t o s i n g l e h o p t r a n s m i s s i o n , w h i l et h e o p p o s i t e may b e t r u e w h e n t h e s e n s o r s a r e d e p l o y e d T h e r e h a s b e e n e x t e n s i v e r e s e a r c h i n t h i s a r e a b u t m o s t o f t h es p a r s e l y . w o r k i s s i m u l a t i o n o r i e n t e d . O u r a p p r o a c h i s b a s e d o n r e a lw o r l d t e s t s g i v i n g r e a l i s t i c a c c o u n t s o n a l l p r a c t i c a l i s s u e s1 I n t r o d u c t i o n s u c h a s e l e c t r o n i c a n d RF c i r c u i t r y , n o i s e , a t t e n u a t i o n , m u l t i -p a t h , e t c .T h e w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k t e c h n o l o g y i s e m e r g i n g a s o n e o ft h e v e r y a t t r a c t i v e r e s e a r c h a r e a s , a n d a d v a n c e d e l e c t r o n i c 2 S y s t e m s e t u pd e s i g n a n d c o s t r e d u c t i o n h a v e m a d e t h e f u t u r e o f t h i st e c h n o l o g y v e r y b r i g h t . A w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k ( W S N ) i s A WSN i s s e t u p i n a l a b o r a t o r y e n v i r o n m e n t f o r t h ec o m p o s e d o f n u m e r o u s s m a l l i n d e p e n d e n t s e n s o r n o d e s a n d i n v e s t i g a t i o n . T h e s y s t e m o p e r a t e d b y T i n y O S [ 7 ] i sh a s many a p p l i c a t i o n s s u c h a s i n m i l i t a r y , e n v i r o n m e n t a n d c o m p r i s e d o f t h r e e r e m o t e s e n s o r n o d e s ( o r s o u r c e n o d e s ) a n dh e a l t h m o n i t o r i n g . T h e r e a r e , h o w e v e r , s i g n i f i c a n t c o n s t r a i n t s o n e s i n k n o d e , w h i c h a r e c o n f i g u r e d t o a c e r t a i n n e t w o r ko n r e s o u r c e s a v a i l a b l e f o r W S N s , c o m p a r e d t o t h e w i r e d t o p o l o g y a n d i n l i n e o f s i g h t t o e a c h o t h e r . I n o u rn e t w o r k s . I n p a r t i c u l a r , w i r e l e s s s e n s o r n o d e s c a n o n l y h a v e a e x p e r i m e n t s , a l l s e n s o r s a r e s e n s i n g t h e e n v i r o n m e n tl i m i t e d p o w e r s o u r c e , a n d t h e i r w o r k i n g d u r a t i o n l a r g e l y c o n s t a n t l y a t a f i x e d r a t e a n d t h e r e f o r e t h e s e n s o r n o d e sr e l i e s o n b a t t e r y l i f e t i m e . T h e r e f o r e t h e k e y c h a l l e n g e h e r e i s a l w a y s h a v e d a t a t o s e n d t o t h e s i n k n o d e .how t o e f f i c i e n t l y d i s s e m i n a t e t h e d a t a f r o m r e m o t e s e n s o rn o d e s t o t h e s i n k n o d e t h r o u g h a n e t w o r k t h a t i s l i m i t e d i n F o r m e as u r i ng p u r p o s e s e a c h s e n s o r n o d e i n t h e n e t w o r k i sp o w e r a n d p r o n e t o f a i l u r e s . c o n n e c t e d t o t w o m u l i t m e t e r s , o n e m e a s u r i n g t h e c u r r e n tf l o w i n g t h r o u g h t h e b a t t e r y a n d t h e o t h e r m e a s u r i n g t h eT h e r e a r e a v a r i e t y o f r o u t i n g a l g o r i t h m s [ 1 - 6 ] s u g g e s t e d f o r v o l t a g e a c r o s s i t . T h e t h r o u g h p u t r e a d i n g s a r e t a k e n a t t h et h i s e n v i r o n m e n t , a n d d a t a c a n b e d i s s e m i n a t e d t h r o u g h s i n k n o d e u s i n g t h e s u r g e v i e w g r a p h i c a l i n t e r f a c e [ 8 ] . A l l t h es i n g l e h o p ( o r c a l l e d d i r e c t c o m m u n i c a t i o n ) o r m u l t i h o p s e n s o r n o d e s a r e k e p t i n t h e s a m e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s ,d e p e n d i n g o n t h e s c e n a r i o s g i v e n . E a c h o f t h e s e r o u t i n g a l t h o u g h t h e y may n e e d t o b e c o n f i g u r e d i n d i f f e r e n t r o u t i n gp r o t o c o l s h a s i t s e n e r g y c o n s u m p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s , w h i c h i n s c h e m e s , t o m i n i m i s e e x p e r i m e n t a l e r r o r s .g e n e r a l r e l a t e t o t h e o p e r a t i o n s i n r a d i o e l e c t r o n i c s a n da m p l i f i e r u n i t s , a n d t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e r e m o t e s e n s o r Tw o m a i n c o n f i g u r a t i o n s u s e d f o r t e s t i n g :

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( 1 ) S i n g l e h o p : A l l t h e s e n s o r n o d e s s e n d d a t a d i r e c t l y t o s i g n a l s p r e a d i n g ; w h e r e a s c a m p i s t h e a m p l i f i e r e n e r g yt h e s i n k n o d e , e . g . n o d e 1 , n o d e 2 , a n d n o d e 3 e s i n k d i s s i p a t i o n e x p e n d e d b y t h e t r a n s m i t t e r i n a c h i e v i n g a nn o d e ( n o d e 0 ) , r e s p e c t i v e l y , a s s h o w n i n F i g . 1 ( a ) . a c c e p t a b l e SNR r a t i o . d i s t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e s e n s o r( 2 ) M u l t i h o p : S e ns o r n o d e s f o l l o w a m u l t i h o p p a t h t o s e n d n o d e a n d t h e s i n k n o d e . T y p i c a l v a l u e s f o r E e c a n d c a m p s

t h e i r d a t a t o t h e s i n k n o d e , e . g . n o d e 3 n o d e 2-node g i v e n i n t h e f i r s t o r d e r r a d i o m o d e l [ 9 ] a r e E e l e c = 5 O n J / b i t a n d1 - n o d e 0 , a s s h o w n i n F i g . l ( b ) . C a m p = 1 0 p J / b i t / m 2 . H o w e v e r , t h e e n e r g y c o n s u m p t i o nm e a s u r e d i n o u r e x p e r i m e n t s r e f e r s t o t h e t o t a l c o n s u m p t i o nb y t h e s e n s o r n o d e s i n c l u d i n g r a d i o t r a n s m i s s i o n a n d1 o 2r e c e p t i o n , s e n s i n g , s i g n a l p r o c e s s i n g , a n d c o m p o n e n t &@ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ c i r c u i tm a i n t e n a n c e .s*ias h W2 **4a *-- t I1 -4 B B } Wm v1Ar.4-1Wm

F o r a WSN h a v i n g n s e n s o r n o d e s , t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n o ft h e s y s t e m f o r t h e s i n g l e h o p s c h e m e i s g i v e n b y2v ' , 3 E s i n g l e = n [ l ( E e l e c +amp d + E o t h e r ] ( 2 ). . . . . . . . . . . . . 5 . . . M i iW w h e r e E o t h e r i s t h e o t h e r e n e r g y c o n s u m p t i o n p e r n o d e i na d d i t i o n t o t h e e n e r g y u s e d f o r d a t a t r a n s m i s s i o n a n d

0 r e c e p t i o n . F o r t h e m u l t i h o p s c h e m e , t h e r e a r e n - I/ S > i n t e r m e d i a t e sensor n o d e s w h i c h o p e r a t e a s b o t h t h e1 V | 7 t r a n s m i t t e r a n d t h e r e c e i v e r . A s s u m i n g t h e y ar e a l i g n e d i n o ned i m e n s i o n a n d s e p a r a t e d w i t h an e q u a l d i s t a n c e r , we t h e n2 h a v e3 - E m u I t i = n [ l * ( E e l e c + c a m p * r 2 ) + E o t h e r ] + ( n - 1 ) * I E e l e c ( 3 )

2 . 2 T e s t i n g r e s u l t sF i g . 1 ( a ) : S i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o nB a s e d o n t h e n e t w o r k s s e t u p w i t h d i f f e r e n t r o u t i n g s c h e m e s ,f i e l d t e s t s a r e c a r r i e d o u t b y m o n i t o r i n g t h e e n e r g yo c o n s u m p t i o n ( c o v e r i n g a l l t y p e s o f o p e r a t i o n ) a t e a c h o f t h e- t E ~ a > ; t s e n s o r n o d e s f o r b o t h s i n g l e h o p a n d m u l t i h o p c o n f i g u r a t i o n s .T h e o v e r a l l e n e r g y c o n s u m p t i o n f o r t h e w h o l e n e t w o r k i s2 EvEgiilEtheno b t a i n e d y a d d i n g t h e c o n s u m p t i o n o f a l l i n d i v i d u a ln o d e s a t e a c h m e a s u r i n g p o i n t . A t t h e s a m e t i m e , s y s t e mt h r o u g h p u t i s m e a s u r e d a t t h e s i n k n o d e b y c o u n t i n g t h e t o t a la m o u n t o f d a t a s u c c e s s f u l l y r e c e i v e d p e r u n i t t i m e b y t h es i n k , w h i c h a r e c o n t r i b u t e d i n d i v i d u a l l y ( i n t h e s i n g l e h o pc o n f i g u r a t i o n ) o r c o l l a b o r a t i v e l y ( i n t h e m u l t i h o pc o n f i g u r a t i o n ) b y a l l t h e s e n s o r n o d e s i n v o l v e d .F i g . 1 ( b ) : M u l t i h o p c o n f i g u r a t i o n

2 . 1 E n e r g y c o n s u m p t i o n m o d e l 6 0I n a W S N , t h e g e n e r a l e n e r g y c o n s u m p t i o n m o d e l s f o r a 0 i n g l e h o ps e n s o r n o d e t o t r a n s m i t a n d r e c e i v e a n / - b i t m e s s a g e a r e , U M u l t i h o pg i v e n , r e s p e c t i v e l y , a s b e l o w :e E e a m p+E 8 1 8 1 40E T _l*d2 () 3 0 6 0 9 0 1 2 0

elec ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ T i m e (sec)H e r e E e I e C i s t h e e l e c t r o n i c s e n e r g y d i s s i p a t i o n f o rt r a n s m i t t i n g o r r e c e i v i n g a b i t , d e p e n d i n g o n s o m e functionFi.2a:Eegcosmtncmpro:f e a t u r e s s u c h a s d i g i t a l c o d i n g , m o d u l a t i o n , f l u t e r i n g , a n d u i g e o s u t h p ( m

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T e s t i n g r e s u l t s s h o w t h a t i n a d e n s e d e p l o y m e n t ( r i sr e l a t i v e l y s m a l l ) t h e t o t a l e n e r g y c o n s u m p t i o n o f t h e n e t w o r ki n m u l t i h o p c o n f i g u r a t i o n i s s l i g h t l y m o r e t h a n t h a t i n 1 5 5s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o n , a s s h o w n i n F i g . 2 ( a ) . B u t , f o r a 1 . 4l a r g e r r m u l t i h o p c o n f i g u r a t i o n c o n s u m e s c o n s i d e r a b l y l e s se n e r g y t h a n s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o n d o e s , a s s h o w n i n 1 . 2 5F i g . 2 ( b ) . T h i s i s b e c a u s e w h e n d i s t a n c e i n c r e a s e s n o d e s i n Xs i g n l e h o p w i l l r a i s e t h e i r t r a n s m i t t i n g p o w e r i n o r d e r t om a i n t a i n t h e s i g n a l s t r e n g t h . T h i s i n c r e a s e w i l l o f f s e t t h e E 0 9 5 - S i n g l e h o pa d v a n t a g e s o f t h e s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o n i n w h i c h s e n s o r M u l t i h o pn o de s d o n o t r e c e i v e d a t a a n d h a v e f e w e r o p e r a t i o n s i n d a t a 0 . 8

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0p r o c e s s i n g . T i m e ( s e c )F i g . 3 ( b ) : T h r o u g h p u t c o m p a r i s o n :7 0 s i n g l e h o p v s . m u l t i h o p ( r 4 m ) .

2 4 6 5 0 i n g l e h o p6 0 m E M u t i h o p 3 A n a l y s i s a n d d i s c u s s i o n5 5 _________________Energy e f f i c i e n c y , a l s o c a l l e d e n e r g y c o s t p e r b i t , i s a k e y50

6 0 9 0 1 2 0 f a c t o r i n e v a l u a t i n g t h e p e r f o r m a n c e o f a WSN. I n o u r w o r k ,3 0 6 0 9 0 1 2 0T i m e ( s e c ) t h i s m e a s u r e m e n t t a k e s a c c o u n t s f o r b o t h e n e r g y c o n s u m p t i o na n d t h r o u g h p u t o f t h e n e t w o r k , w h i c h i s c a l c u l a t e d a s t h e t o t a le n e r g y c o n s u m e d a c r o s s t h e n e t w o r k f o r a p e r i o d o f t i m eF i g u r e 2 ( b ) : E n e r g y c o n s u m p t i o n c o m p a r i s o n : o b s e r v e d v e r s u s t h e t o t a l a m o u n t o f d a t a a c c e p t e d a t t h e s i n ks i n g l e h o p v s . m u l t i h o p ( r = 4 m ) n o d e d u r i n g t h e s a m e p e r i o d o f t i m e . T h e s a m p l e v a l u e s o fe n e r g y c o s t p e r b i t f o r b o t h s i n g l e h o p a n d m u l t i h o pF o r t h e t h r o u g h p u t , a s s h o w n i n F i g . 3 ( a ) & ( b ) , i t i s o n m o r e o r c o n f i g u r a t i o n s a n d f o r d i f f e r e n t r a r e g i v e n i n F i g . 4 ( a ) & 4 ( b ) ,l e s s t h e s a m e s c a l e i n t h e s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o n f o r b o t h c t i v e l yc a s e s : r=2m a n d r = 4 m . H o w e v e r , i t v a r i e s q u i t e s u b s t a n t i a l l y r e s p e c t i v e l y .i n t h e m u l t i h o p c o n f i g u r a t i o n , w h i c h i s s i g n i f i c a n t l y l o w e r

t h a n t h a t i n t h e s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o n w h e n r=4m a l t h o u g h 1 6 4s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h e s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o n w h e n r = 2 m . 1 6 2T h i s m a i n l y d u e t o t h e s e n s o r n o d e s i n t h e m u l t i h o p 1 6 0c o n f i g u r a t i o n t h a t n e e d t o w a i t f o r t h e i r p a r e n t n o d e s t o r e l a y e 1 5 8t h e i r m e s s a g e s . 1 5 61 5 4E a c h i n t e r m e d i a t e n o d e w i l l s p e n d c e r t a i n t i m e t o h e l p o t h e r ^ 1 5 2n o d e s b y r e c e i v i n g a n d f o r w a r d i n g t h e i r m e s s a g e s w h i l e 1 5 0 S l f g l e h o pp r o c e s s i n g a n d s e n d i n g i t s own d a t a . T h i s l e a d s t o t h e 1 4 8 M u t i h o p1 4 6r e d u c t i o n o f t h e n u m b e r o f p a c k e t s r e c e i v e d a t t h e s i n k n o d e 1 4 4p e r u n i t t i m e . 3 0 6 0 9 0 1 2 0

Time ( s e c )

1 . 6 5 F i g . 4 ( a ) : E n e r g y c o s t p e r b i t c o m p a r i s o n :s i n g l e h o p v s . m u l t i h o p ( r = 2 m ) .>1 . 5 ; A s w e c a n s e e , m u l t i h o p i s more e n e r g y e f f i c i e n t t h a ns i n g l e h o p w h e n r = 2 m , s i n c e m u l t i h o p h a s t h e t h r o u g h p u ta d v a n t a g e h e r e a l t h o u g h i t s e n e r g y c o n s u m p t i o n i s s l i g h t l y 1 . 3 5 h i g h e r , c o m p a r e d t o s i n g l e h o p . H o w e v e r , s i n g l e h o p i s b e t t e r3~ ~ ~ ~ - S i n g l e h O p o n t h e s a m e a c c o u n t t h a n m u l t i h o p w h e n r = 4 m . E v e n t h o u g h1 2 M u l t i h l o p s i n g l e h o p c o n s u m e s s i g n i f i c a n t l y m o r e e n e r g y t h a n m u l t i h o p1 . 2 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ f o ra l a r g e r r , m u l t i h o p h a s much l o w e r t h r o u g h p u t t h a n1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 ..'T i m e ( s e c ) ~ ~ ~ s i n g l e h o p i n t h i s c a s e . B e c a u s e o f l o w e r e n e r g y c o n s u m p t i o n ,_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ n o d e s e m p l o y e d i n t h e m u l t i h o p c o n f i g u r a t i o n c a n o p e r a t e f o rF i g . 3 ( a ) : T h r o u g h p u t c o m p a r i s o n : a l o n ge r p e r i o d t h an t h o s e i n t h e s i n g l e h o p c o n f i g u r a t i o ns i n g l e h o p v s . m u l t i h o p ( r = 2 m ) . u n d e r t h e l o o s e d e p l o y m e n t o f s e n s o r n o d e s ( l a r g e r ) . T h i s i s

8/7/2019 Investigation of Energy Efficiency for Singlehop and Multihop Routing Shcemes in a Wireless Sensor Network

4/4

3 4

p a r t i c u l a r l y u s e f u l i n s o m e a p p l i c a t i o n s w h e r e l i f e t i m e i s a [ 2 ] J a m i l I b r i q , I m a d M a h g o u b , " C l u s t e r - B a s e d R o u t i n g i nm o r e d o m i n a n t f a c t o r t h a n t h r o u g h p u t . W i r e l e s s S e n s o r N e t w o r k s : I s s u e s a n d C h a l l e n g e s , " i nP r o c . o f t h e 2 0 0 4 S y m p . o n P e r f o r m a n c e E v a l u a t i o n o fC o m p u t e r T e l e c o m m . S y s te m s , p p . 75 9 - 7 66 , S e p t . 2 0 0 4 .2 6 5 [ 3 ] M . E t t u s , " S y s t e m c a p a c i t y , l a t e n c y , a n d p o w e r

S'Mglehop c o n s u m p t i o n i n m u l t i h o p - r o u t e d SS-CDMA w i r e l e s s2 4 5 X S i g l e h o p n e t w o r k s " , i n P r o c . R a d i o a nd W i r e l e s s C o n f . C o l o r a d oM u l t i h o p S p r i n g s , U S A , p p . 5 5 - 5 8 , A u g . 1 9 9 8 .= 2 2 5 [ 4 ] S . P a a r k a n d M . S r i v a s t a v a , " P o w e r a w a r e r o u t i n g i nE s e n s o r n e t w o r k s u s i n g d y n a m i c s o u r c e r o u t i n g " , ACMt 2 0 5 MONET S p e c i a l I s s u e o n E n e rg y C o n se rv i n g P r o t o c o l s_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ =in W i r e l e s s N e t w o r k s , 1 9 9 9 .1 8W1 5 , [ 5 ] J . N . A l - K a r a k i a n d A . E . K ar m al , " R o u ti n g t e c h n i q u e s i n1 6 5 F w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s : a s u r v e y " , W i r e l e s s3 0 6 0 9 0 1 2 0 C o m m u n i c a t i o n s , v o l . 1 1 , p p . 6 - 2 8 , D e c . 2 0 0 4 .

T i m e ( s e c ) [ 6 ] W . B . H e i n z e l m a n , P . C h a n d r a k a s a n , H . B a l a k r i s h n a n ,"An a p p l i c a t i o n - s p e c i f i c p r o t o c o l a r c h i t e c t u r e f o rF i g . 4 ( b ) : E n e r g y c o s t p e r b i t c o m p a r i s o n : w i r e l e s s m i c r o s e n s o r n e t w o r k s " , IEEE T r a n s . o n W i r e l e ss i n g l e h o p v s . m u l t i h o p ( r = 4 m ) . C o m m u n i c a t i o n , V o l . 1 , p p . 6 6 0 - 6 6 9 , N o . 4 , O c t . 2 0 0 2 .[ 7 ] P . L e v i s , S . M a d d e n , D . G a y , J . P o l a s t r e , R . S z e w c z y k ,A . Wo o E . B r e w e r a n d D . C u l l e r " T h e e m e r g e n c e o fI n g e n e r a l , e n e r g y e f f i c i e n c y o f a WSN d e p e n d s o n t h e ' ' ' g

networ c o nf i gu r at i on i nc lu d in g t o p o l o g y , t h e r e l a t i v e n e t w o r k i n g a b s t r a c t i o n s a n d t e c h n i q u e s i n T i n y O S " , i nn e t w o r k c o n f i g u r a t i o n i n c l u d i n g t o p o l o g y , t h e r e l a t i v e P r o c . o f 1 s t USENIX/ACM S y m p . o n N e t w o r k e dd i s t a n c e s o f r e m o t e s e n s o r n o d e s t o t h e s i n k n o d e , r o u t i n g o r St D s i I m p l M ( N S D I 2 0 0 4 ) .d i f f u s i o n p r o t o c o l s , a nd n o de s y n c h r o n i s a t i o n t e c h n i q u e s . T h e [8]TiyO T u o i a l , m h t t p w n y o S D n e / t i y o sc h o i c e a s t o w h e t h e r t o u s e s i n g l e h o p o r t h e m u l t i h o p ./oT / T u t o r i n d e x . h t m tc o n f i g u r a t i o n w i l l d e p e n d u p o n t h e r e q u i r e m e n t s o f c e r t a i n. . . . . . , ~ ~ ~ ~ ~ [ 9 ]W . B . H e i n z e l m a n , A . C h a n d r a k a s a n , a n d H .a p p l i c a t i o n s . Due t o t h e c o n s t r a i n t s i n r e s o u r c e s a n d . ' . 'e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s , t h i s w o r k i s c a f f i e d o u t u s i n g a B a l a k r i s h n a n , " E n e r g y - e f f i c i e n t c o m m u n i c a t i o nl i m i t e d n u m b e r o f s e n s o r n o d e s . I t w o u l d b e d e s i r a b l e t h a t a p r o t o c a o l s f o r w i r e l e s s m i c r o s e n s o r n e t w o r k s " , i n P r o c .o f I E E E H a w a i i I n t . C o n f . o n S y s t e m S c i e n c e , v o l 8 ,s e n s o r n e t w o r k w i t h c o n s i d e r a b l y m o r e n o de s c a n b e t e s t e d M a u I H a w a i iU n . 2 0 0 0 .p r a c t i c a l l y i n t h e f u t u r e i n v e s t i g a t i o n s . Mau Haai S,Jn00p r a c t i c a l l y i n t e f t u r i n v s [ 1 0 ] A . M a n j e e s h w a r a n d D . A g r a w a l , " T E E N : A p r o t o c o lf o r e n h a n c e d e f f i c i e n c y i n W S N s " , i n P r o c . o f P t I n t .E n e r g y e f f i c i e n c y r e m a i n s t o b e t h e c e n t r a l i s s u e i n WSNs. W o r k s h o n P l d D i n s t r i b C o m p u i n I ss u eD a t a t r a n s m i s s i o n a n d r e c e p t i o n a r e m o s t e n e r g y i n t e n s i v e W i r e s N e t w o r k s a n d M o b i l e C o m p u t i n g s a no p e r a t i o n s , w h i c h n e e d t o b e m i n i m i s e d o r p r o p e r l y r e g u l a t e d F r a n c i s c o , U S A , A p r i l 2 0 0 1 .t h r o u g h s y s t e m a n d p r o t o c o l d e s i g n s . A t t h e s a m e t i m e , r a d i o [ 1 1 ] s 5 .Lns ' A n C S . R v , a Pr a n g e a n d r o u t i n g s c h e m e c o n s i d e r a t i o n s i n c o n n e c t i o n t o t h e e f f i c i e ..nang i n . s e n s o r e n f r a t s y s t e m s " , i nr e l a t i v e d i s t a n c e s b e t w e e n t h e s e n s o r n o d e s a n d b e t w e e n P r o c . o a t e r o s p a c e r C o n f . , U a , i o l 3 , p is e n s o r n o d e s a n d t h e s i n k n o d e a r e a l s o v i t a l . A l l t h e 1 1 3 0 M a r c h 2 0 0 2 .t e c h n i q u e s i d e n t i f i e d i n t h i s r e s e a r c h f i e l d s h o u l d b e 1 1 3 0 , M a r c h 2 0 0 2 .d e v e l o p e d t o a c h i e v e t h e maximum s y s t e m t h r o u g h p u t a t t h em i n i m u m e n e r g y c o s t .T h e r e a r e many e x a m p l e s o f t h e WSN d e s i g n w h i c h i s d r i v e nb y e n e r g y e f f i c i e n c y . F o r i n s t a n c e , t h e WSNs a d o p t i n gc l u s t e r - b a s e d r o u t i n g a c h i e v e e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e r e s u l t s i nt h i s a c c o u n t . LEACH [ 9 ] , TEEN [ 1 0 ] , a n d C h a i n - b a s e d 3l e v e l PEGASIS [ 1 ] a r e t h r e e w e l l k n o w n h i e r a r c h i c a lc l u s t e r - b a s e d r o u t i n g p r o t o c o l s a r e . A l l o f t h e m t a k e t h ef a c t o r s d i s c u s s e d a b o v e i n t o a c c o u n t i n t h e i r d e s i g n s t r a t e g i e s ,a n d s h o w s i g n i f i c a n t r e d u c t i o n i n e n e r g y c o n s u m p t i o n b ye a c h n o d e o v e r o t h e r n o n - c l u s t e r i n g p r o t o c o l s .R e f e r e n c e s[ 1 ] I . F . A k y i l d i z , W . S u , Y . S a n k a r a s u b r a m a n i a m , a n d E .C a y i r c i , "A s u r v e y o n s e n s o r n e t w o r k s " , IEEEC o m m u n i c a t i o n s M a g a z i n e , A u g u s t 2 0 0 2 .