Improving Smart Irrigation Systems through Energy Efficient Cluster-Head Selection in Heterogeneous WSNs

• Hassan, Emad ^[1] ; S. Oshaba, Ahmed ^[1] ; El-Emary, Atef ^[1]
  1. [1] Jazan University

     Jazan University

     Arabia Saudí

     
• Localización: INGE CUC, ISSN 0122-6517, ISSN-e 2382-4700, Vol. 19, Nº. 2, 2023 (Ejemplar dedicado a: (Julio-Diciembre); 97–118)
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Mejora de los sistemas de riego inteligentes mediante la selección energéticamente eficiente de clusters en WSN heterogéneas
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• Resumen
  • español

    Introducción— Los sistemas de riego inteligente requieren una comunicación fiable y energéticamente eficiente entre los sensores de una Red Inalámbrica de Sensores (WSN) y el sistema de control.

    Objetivo— Para hacer frente a este reto, este trabajo presenta varios protocolos de selección basados en clusters, basados en el Protocolo de Elección Estable (SEP) y en la Agrupación Distribuida de Eficiencia Energética (DEEC).

    Metodología— Los protocolos presentados dividen el campo agrícola en subcampos para reducir el consumo de energía entre los sensores lejanos y la Estación Base (EB).

    Resultados— La comparación con los protocolos tradicionales utilizando métricas de evaluación como el rendimiento de la red, la estabilidad, el periodo de inestabilidad y la vida útil, muestra que los protocolos presentados superan en términos de todas las métricas.

    Conclusiones— Los resultados indican la eficacia de los protocolos propuestos para prolongar la vida útil de la red y mejorar la eficiencia energética en WSN heterogéneas, apoyando así el rendimiento de los sistemas de riego inteligentes. Numéricamente, utilizando los protocolos propuestos, la vida útil de la red aumenta un 23% en comparación con el SEP convencional.

  • English

    Introduction— Smart irrigation systems require reliable and energy-efficient communication between the sensors in a Wireless Sensor Network (WSN) and the control system.

    Objective— To address this challenge, this paper presents several cluster-based selection protocols, based on the Stable Election Protocol (SEP) and Distributed Energy-Efficient Clustering (DEEC).

    Methodology— The presented protocols divide the agriculture field into sub-fields to reduce energy consumption between far sensors and the Base Station (BS).

    Results— Comparison with traditional protocols using evaluation metrics such as network throughput, stability, instability period, and lifetime, shows that the presented protocols outperform in terms of all metrics.

    Conclusions— The results indicate the effectiveness of the proposed protocols in prolonging the network’s lifetime and improving energy efficiency in heterogeneous WSNs, thus supporting the performance of smart irrigation systems. Numerically, using the proposed protocols, the network lifetime increased by 23% compared to conventional SEP.