Computational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnology2313-223X2587-9693YUR-VAK52979010.33693/2313-223X-2020-7-4-31-38ArticlesСтатьиResearch ArticleModel based on the selection of cluster heads for data collection in the mobile Internet of ThingsМодель на основе выбора центральных узлов кластера для сбора данных в мобильной сети интернета вещейZhukovaNatalia A.ЖуковаНаталия Александровна

Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof.; leading researcher

кандидат технических наук, доцент; ведущий научный сотрудник

nazhukova@mail.ruAungMyo ThawАунгМьо То

PhD student at the Faculty of Software Engineering and Computer Engineering

аспирант факультета программной инженерии и компьютерной техники

aungmyothaw52660@gmail.comTinTun AungТинТун Аунг

PhD student at the Faculty of Software Engineering and Computer Engineering

аспирант факультета программной инженерии и компьютерной техники

aungmyothaw52660@gmail.comEvnevichElena L.ЕвневичЕлена Людвиговна

Cand. Sci. (Phys.-Math.); senior researcher

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник

eleneva57@gmail.comSt. Petersburg Institute of Informatics and Automation of the Russian Academy of SciencesСанкт-Петербургский федеральный исследовательский центр Российской академии наукITMO UniversityУниверситет ИТМО1512202074VOL 7, NO4 (2020)ТОМ 7, №4 (2020)313805072023Copyright ©; 2020, Yur-VAKCopyright ©; 2020, Юр-ВАК2020Yur-VAKЮр-ВАКhttps://journals.eco-vector.com/2313-223X/about/editorialPolicieshttps://journals.eco-vector.com/2313-223X/article/view/529790

Internet of Things network being recently implemented in a wide variety of domains of human activities consists of multiple sensor nodes and mobile network supporting communications between the nodes and base station. Data collected by mobile devices is becoming more dynamic and complex. While solving the task of data collection in a dynamic network it becomes necessary to find the optimal balance of security, data transmission network latency and energy consumption. Taking these requirements into account a method for cluster heads selection and data collection model based on a modified LEACH-M routing protocol were developed and presented in this paper. Proposed approach ensures both secure selection of the cluster heads when collecting data and energy efficient routing. The model was evaluated by using various performance metrics such as security of data collection by cluster heads, power consumption, number of active nodes and network latency. According to the simulation results the performance of the proposed clustering model is better than that of the existing clustering models in several aspects.

Сеть интернета вещей, внедряемая сейчас в различные отрасли и сферы деятельности, представляет собой большое количество сенсорных узлов, объединенных мобильной сетью, поддерживающей связь между всеми узлами и базовой станцией. Данные, собираемые мобильными устройствами, становятся все более динамичными и сложными. При сборе данных в динамической сети возникает необходимость поиска оптимального соотношения безопасности, задержки передачи данных и потребления энергии. С учетом этих требований была разработана модель сбора данных на основе выбора центральных узлов кластера, в которой применяется модифицированный протокол маршрутизации LEACH-M. Применение предложенной модели обеспечивает безопасный выбор центральных узлов кластера при сборе данных, а также энергоэффективную маршрутизацию. Модель оценивалась с использованием различных показателей, таких как безопасность, энергопотребление, количество активных узлов и общая задержка передачи данных в сети. Результаты моделирования продемонстрировали преимущества предложенной модели по нескольким параметрам по отношению к другим моделям на основе кластеризации.

internet of thingsLEACH protocolcluster headmobile devicesdynamic networkинтернет вещейLEACH-протоколцентральный узел кластерамобильные устройствадинамическая сетьHeinzelman W.B., Chandrakasan A.P., Balakrishnan H. An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2002. Vol. 1. Iss. 4. Pp. 660-670. DOI: 10.1109/TWC.2002.804190.Juwaied A. Jackowska-Strumitto L. Analysis of cluster heads positions in stable election protocol for Wireless Sensor Network. IEEE International Interdisciplinary PhD Workshop (IIPhDW) (Swinoujście, Poland, May 9-12, 2018). 2018. Pp. 367-370. DOI: 10.1109/IIPHDW.2018.8388392.Suwandhada K., Panyim K. ALEACH-Plus: An energy efficient cluster head based routing protocol for wireless sensor network. IEEE 7th International Electrical Engineering Congress (iEECON) (Hua Hin, Thailand, Mar 6-8, 2019). 2019. Pp. 1-4. DOI: 10.1109/iEECON45304.2019.8938948.Rady A., Sabor N., Shokair M., El-Rabaie E.-S.M. Mobility based genetic algorithm hierarchical routing protocol in mobile wireless sensor networks. IEEE International Japan-Africa Conference on Electronics, Communications and Computations (JAC-ECC) (Alexandria, Egypt, Dec. 17-19, 2018). 2018. Pp. 83-86. DOI: 10.1109/JEC-ECC.2018.8679548.Tan L., Wang M., Wang H., Liu L. Improved LEACH-M protocol for aerial sensor networks. IEEE International Conference on Computer, Information and Telecommunication Systems (CITS) (Beijing, China, Aug. 28-31, 2019). 2019. Pp. 1-4. DOI: 10.1109/CITS.2019.8862092.Nayebi A., Sarbazi-Azad H. Performance modeling of the LEACH protocol for mobile wireless sensor networks. Journal of Parallel and Distributed Computing. 2011. Vol. 71. Iss. 6. Pp. 812-821. DOI: 10.1016/j.jpdc.2011.02.004.Zhang D., Qiu J.-N., Zhang T., Wu H. New energy-efficient hierarchical clustering approach based on neighbor rotation for edge computing of IoT. IEEE 28th International Conference on Computer Communication and Networks (ICCCN) (Valencia, Spain, July 29 -Aug. 1, 2019). 2019. Pp. 1-2. DOI: 10.1109/ICCCN.2019.8847073.Xu Ch., Xiong Z., Zhao G., Yu S. An energy-efficient region source routing protocol for lifetime maximization in WSN. IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pp. 135277-135289. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2942321.Camp T., Boleng J., Davies V. A survey of mobility models for ad hoc network research. Wireless Communications and Mobile Computing. 2002. Vol. 2. Iss. 5. Pp. 483-502. DOI: 10.1002/wcm.72.Sharma S., Mittal N. An improved LEACH-MF protocol to prolong lifetime of wireless sensor networks. IEEE 8th International Advance Computing Conference (IACC) (Greater Noida, India, Dec. 14-15, 2018). 2018. Pp. 174-179. DOI: 10.1109/IADCC.2018.8692096.Batta M.S., Harous S., Louail L., Aliouat Z.A. Distributed TDMA scheduling algorithm for latency minimization in internet of things. IEEE International Conference on Electro Information Technology (EIT) (Brookings, SD, USA, May 20-22, 2019). 2019. Pp. 108-113. DOI: 10.1109/EIT.2019.8833679.Rehman E., Sher M., Naqvi S.H.A. et al. Energy efficient secure trust based clustering algorithm for mobile wireless sensor network. Journal of Computer Networks and Communications. 2017. Pp. 1630673:1-1630673:8. DOI: 10.1155/2017/1630673.