Regional-Based LEACH for Energy Efficiency in Wireless Sensor Networks

Abstract

Prolonging the stability period of the lifetime of a wireless sensor network (WSN) with better throughput has been a major area of focus for researchers over a long period of time. In this thesis, we considered some existing protocols taking into consideration ways of improving them by eliminating the challenges to achieve better performance indices for WSNs who have transmission power, computational and energy constraints. This thesis describes a Regional-Based LEACH routing protocol for Wireless Sensor Networks (WSNs). The proposed Regional-Based LEACH is a centralized clusterbased protocol for extended stability period of the WSNs. The thesis aims to achieve these better energy efficiency and throughput in WSNs by incorporating sub-regions to the sensing field. Cluster Head for each region based is elected based on their residual energy and the RB-LEACH incorporates Base Station mobility. This results in the energy consumption relatively uniform across all nodes, which extends the stability period of the WSN. Extensive simulations have been carried on MATLAB and the results have shown significant improvements by RB-LEACH over the stability period of the lifetime of the WSN with a 95% confidence level. This has led to better throughput and better sensing field coverage. Keywords: WSN, LEACH, Network Lifetime, Throughput, Energy Efficiency, Stability period.

Öz: Kablosuz Algılayıcı Ağların (WSN) daha iyi işlem hacmi ile yaşam süresinin istikrarlılığını uzatma uzun bir süreden beri araştırmacılar için araştırma odağı olmuştur. Bu araştırma var olan protokolleri göz önünde bulundurarak onların içerdiği bazı problemleri çözmeyi ve iletişim gücü, hesaplama ve enerji sınırlamaları olan Kablosuz Algılayıcı Ağlar’dan daha iyi performans göstergeleri elde ederek onları geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu tez çalışması Kablosuz Algılayıcı Ağlar (WSNs) için Bölgesel Odaklı, Düsük Enerjili Adaptif Kümeleşme Hiyerarşisi (LEACH) protokolünün tanımını yapmaktadır. Önerilen Bölgesel Odaklı Düsük Enerjili Adaptif Kümeleşme Hiyerarşisi (LEACH) Kablosuz Algılayıcı Ağların istikrarlılık süresi ile ilgili merkezi kümeleşme odaklı bir protokoldur. İlgili tez çalışması Kablosuz Algılayıcı Ağlarda algılayıcı alanları alt bölgelerle birleştirerek daha iyi enerji etkinliği ve işlem hacmi elde etmeyi amaçlamaktadır. Her bölge için küme başı, artık enerji göz önünde bulundurularak seçilmektedir ve Bölgesel Odaklı, Düsük Enerjili Adaptif Kümeleşme Hiyerarşisi (RB - LEACH) Temel İstasyon mobilitesini içermektedir. Bu da enerji tüketiminin tüm devreler arası aynı olmasını sağlamakta ve dolayısı ile Kablosuz Algılayıcı Ağın (WSN) istikrar süresini artırmaktadır. MATLAB’da (Matriks Laboratuvarı) kapsamlı simulasyonlar yapılmış ve sonuçlar Kablosuz Algılayıcı Ağın istikrar süresinin Bölgesel Odaklı, Düsük Enerjili Adaptif Kümeleşme Hiyerarşisi’ni (RB - LEACH) %95 güvenilirlik oranı ile kayda değer bir şekilde artırmıştır. Bu da daha iyi işlem hacmi ve daha iyi algılayıcı alan kapsamı ile sonuçlanmıştır. Anahtar Kelimeler: WSN, LEACH, Ağ Yaşam Süresi, İşlem Hacmi, Enerji Verimi, İstikrar süresi.