Energy Efficient Clustering Scheme Menggunakan Square Cluster Model Untuk Wireless Sensor Network
Syopiansyah Jaya Putra, Siti Ummi Masruroh
Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
( ssy@syopian.net , ummiee23@gmail.com )

## Abstract
The  main  goal  of  this  research  is  concerning  clustering  protocols  to  minimize  the  energy consumption  of  each  node,  and  reduce  number  of  transmission  in  wireless  sensor  network. However,  most  existing clustering  protocols  consume large  amounts  of  energy,  incurred  by cluster  formation  overhead  and  fixed-level  clustering,  particularly  when  sensor  nodes  are densely deployed in wireless sensor networks. In this paper, we propose  TPR (Teen-Pegasis Routing)  protocol,  which  is  a  low  energy  adaptive  clustering  hierarchy  and  threshold sensitive  energy  efficient  sensor  network  protocol.  This  proposed  algorithm  combine  both proactive and reactive routing protocol.
Keywords: Wireless sensor networks (WSN), LEACH, PEGASIS, TEEN

## 1. Introduction
Wireless sensor networks (WSN) terdiri dari base  station dan  banyak  sensor  node. Sensor node secara acak tersebar didalam sensor network.  Sensor  node  akan  memonitor  faktor- faktor  lingkungan  seperti  temperatur,tekanan udara dan gerakan selanjutnya mengirin sensing data  ke base  station . Base  station  bertindak sebagai sebuah gatewayuntuk mengirim informasi  dari  sensor  node  ke  pengguna  luar yang  membutuhkan. Wireless  sensor  networks digunakan untuk mengoleksi data dari lingkungan  sensing.  Node  dalam  jaringan terkoneksi  melalui  Wireless  communication channel,  dan  jaringannya  dibatasi  oleh  baterai node.
Banyak peneliti meneliti tentang protocol  untuk wireless  sensor  networks dan melakukan  perbaikan  konsumsi  energy  dan network  lifetime. Protokol-protokol  tersebut dapat dikategorikan ke dalam tiga kelas: r outing
protocol, sleep-and-awake scheduling protocols , dan clustering  protocols. Dalam  c lustering protocol kumpulan  data  dapat  digunakan  untuk mengurangi  konsumsi  energi.  LEACH ( Low - Energy
Adaptive Clustering . Hierarchy ), PEGASIS ( Power-Efficient Gathering in Sensor Information
Systems ) , TEEN ( Threshold Sensitive  Energy  Efﬁcient  sensor  Network protocol )  adalah  perwakilan  dari clustering protocols dari wireless sensor networks.
Protokol  yang  diajukan  TPR  protokol akan  dievaluasi  dengan  simulasi  komputer  dan dibandingkan  dengan  LEACH  dan  PEGASIS. Dalam  simulasi  ini  konsumsi  energi  ,  standar deviasi  dari  konsumsi  energi, residual  energy distribution, dan number  of  transmission dari cluster protokol dievaluasi.
2. Studi Literatur
LEACH  adalah  salah  satu  clustering protokol dari wireless sensor networks. LEACH mencakup distributed  cluster  formation,  local processing to reduce global communication, dan randomized  rotation dari cluster  heads. Fitur- fitur  tersebut  memungkinkan  LEACH  untuk mencapai  properti  yang  diinginkan.  Sebuah skema  untuk  meningkatkan  kinerja  LEACH adalah LEACH-C. LEACH-C adalah centralized algoritma  pada base  station yang  membuat formasi cluster.
Lindsey  et  al.  mengusulkan  PEGASIS membuat  komunikasi  rantai  menggunakan sebuah  TSP  ( Traveling  Sales  Person) heuristik. Setiap  node  hanya  berkomunikasi  dengan  dua tetangga  terdekat  selama  masih  dalam  rantai komunikasi.  Hanya  satu  node  yang  ditunjuk untuk mengoleksi data dari node-node yang lain dan mengirim data ke sink node.
Arati  Manjeshwar  and  Dharma  P. Agrawal mengusulkan TEEN. LEACH berdasarkan  cluster, Smart  data  transmission (Saves  Power), Nodes  dynamic  reconfiguration ability,  Suits  for  Time-Critical  applications .
LEACH Proactive
Clustering
Node
mengirimkan  dalam  timeslot  hanya  jika  kedua: Value  greater  then  a  Hard  Threshold  (H T )  and Value  differs  from  last  transmitted  value  (SV  ) lebih  dari  Soft  Threshold  (S T ).  Setelah pengiriman SV di reset .

## 3. Identifikasi Masalah
- Jika  Base  Station  diluar  area  sensing kemudian  routing  dapat  dengan  mudah dikelola dengan clustering
- Area  sensor  dapat  dibagi  ke  dalam beberapa  cluster,  setiap  cluster  memilih cluster  head kemudian cluster  head akan  mengirimkan  data  ke base  station dibandingkan dengan data yang diseleksi secara random langsung di area sensor, ini akan memboroskan energi.
- Beberapa penelitian terselesaikan menggunakan  model  region  seperti Energy-efficient  Chain-cluster  routing protocol (ECR), protokol ini
mengasumsikan  bahwa  node  yang diketahui  adalah  koordinat  Y,  koordinat
tersebut  dalam  jaringan  dibagi  menjadi n-cluster.  ECR  mengambil  keuntungan dari LEACH dan PEGASIS.
- Paper  ini  akan  menganalisa square cluster  architecture dengan  hirarki routing dan akan diperiksa kinerjanya.
- Area  sensor  akan  dibagi  menjadi beberapa zone dengan mempertimbangkan  jarak  dari  X  dan  Y dan  setiap  zone  akan  dibentuk  sebuah cluster sebagai fasilitas untuk
mengirimkan data ke base station.
- Algoritma  yang  diusulkan  meliputi tiga fase: :
• Cluster Formation Phase
Operasi dari jaringan dimulai dengan cluter-formation  phase. Pada  tahap  ini  jaringan  membentuk beberapa  region.  Setelah  sensor node  tersebar  secara  acak,  node- node  dapat  membangun  sebuah sistem  koordinat  jaringan  yang saling  terhubung  dengan  algoritma terdistribusi,  jadi  setiap  node  dapat menentukan posisinya sendiri dalam sebuah  sistem  jaringan.  Dengan mempertimbangkan  jarak  antara Koordinat  X  dan  Y  diantara  area sensor  dan  base  station,  area  sensor dibagi  kedalam  beberapa  sub-sub area  dengan  sama  lebar. Sensor node dalamsetiap  area  mengetahui informasi  posisi  dari  node-node yang  lain  didalam  area  yang  sama dan  membentuk  cluster.  Node  pada cluster  yang  sama  akan  disusun menjadi cluster-cluster.
 Cluster-Head-Selection Phase o Non-cluster-head didalam setiap lokasi cluster dalam setiap area:
 Pertama, parameter dari atribut  yang  ada  di  atur jangkauan-jangkauan  nilai hard-threshold -nya, node menghidupkan  transmitter- nya dan mengirim data.
 Nilai  yang  ada  disimpan didalam  sebuah  variabel internal  pada  sebuah  node, nilai  tersebut  dinamakan
sensed  value  (SV) .  Node kemudian  akan  mengirim data  pada  cluster  yang  ada sekarang hanya ketika kedua kondisi adalah benar:
o Nilai saat ini dari
sensed  attribute adalah lebih  besar  dari hard threshold.
o Nilai saat ini dari sensed attribute berbeda dari SV dengan  nilai sama  dengan  atau  lebih besar dari soft threshold .  Kapanpun sebuah node mengirim  data,  SV  adalah di set sama dengan nilai saat ini dari sensed attribute o Cluster head level 1 : o Non-clusters-head
yang memenuhi batas hard threshold diatur untuk  mengirim  data cluster  head yang pertama. o Cluster head level 2 :
o Cluster head pertama dari  setiap  area  yang memenuhi spesifikasi batas ambang hard threshold dan soft threshold diatur untuk  mengirimkan data  ke cluster  head kedua.
• Steady-State Phase
Tahap  terakhir  dari  algoritma TPR adalah steady-state
communication .  Tahap  pertama dari fase ini, cluster head kedua mengumpulkan  sensor  data  dari
cluster head pertama node-node sepanjang  rantai  cluster  dan memprosesnya, kemudian cluster-head-leader mengumpulkan data dari cluster-head sepanjang  rantai cluster head dan menyatukannya. Terakhir cluster-head-leader mengirim data langsung ke base station .
4. Tujuan
- Mengurangi number of transmissions
o Hard  threshold :  membolehkan node mengirimkan hanya ketika sensed  attribut didalam  batas yang ditentukan.
- Soft  Threshold :  menghilangkan semua pengiriman yang
memungkinkan,  dengan  kata  lain kejadian  ketika  ada  sedikit  atau tidak perubahan dalam sensed attribut ketika hard threshold
tercapai.
- Memanfaatkan operasi yang sederhana dari banyak cluster untuk menurun network  latency, karena setiap area dapat melakukan clustering pada waktu yang bersamaan.
- Bentuk-bentuk  rantai  cluster  untuk meningkatkan  kemampuan  jaringan dalam pengumpulan data.

## 5. Metodologi Penelitian
a. Comparative Study
Paper ini membandingkan routing  diantara  dua  cluster yang  dibedakan  oleh  proaktif dan  reaktif  protokol  routing.
Proaktif  menggunakan  protokol PEGASIS
dan reaktif menggunakan  protokol  TEEN,
TPR  mengambil  manfaat  dari kedua PEGASIS dan TEEN.
b. Modeling dan simulasi menggunakan Ns2 Simulator c. Membandingkan  protokol  yang diusulkan dengan protokol- protokol yang sudah ada kemudia mengevaluasi kinerjanya.

## 6. Referensi
K.  Akkaya,  M.  Younis,  “  A  Survey  on Routing  Protocols  for  Wireless  Sensor Networks”,  University  of  Maryland,
Baltimore County Baltimore, MD 21250. A.  Manjeshwar,  D.  P.  Agrawal,  “ TEEN: A Routing Protocol for Enhanced Efficiency in Wireless Sensor Networks,  University  of  Cincinnati,
Cincinnati, OH 45221-0030.
S. Lindsey, C.S. Raghavendra, “PEGASIS:  Power-Efficient  Gathering in Sensor Information Systems”,Aerospace  Conference,  2002
IEEE.
J.  Ibriq,  I.  Mahgoub,  “Cluster-Based Routing  in  Wireless  Sensor  Networks: Issues and Challenges”, Florida Atlantic University,  777  Glades  Road,  Boca Raton, FL 33431.
M. Handy, “Routing in Wireless Sensor Networks”, University of Rostock.
Y.  Tian,  Y.  Wang,  and  S.F.  Zhang,  “A Novel  Chain-Cluster  Based  Routing Protocol for Wireless Sensor Networks”,
WiCom 2007. Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, International Conference, 2007.