]> AND Private Git Repository - LiCO.git/blob - PeCO-EO/articleeo.tex
Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Private GIT Repository
Update : Ali Add the reponse.tex file
[LiCO.git] / PeCO-EO / articleeo.tex
1 % gENOguide.tex
2 % v4.0 released April 2013
3
4 \documentclass{gENO2e}
5 %\usepackage[linesnumbered,ruled,vlined,commentsnumbered]{algorithm2e}
6 %\renewcommand{\algorithmcfname}{ALGORITHM}
7 \usepackage{indentfirst}
8 \begin{document}
9
10 %\jvol{00} \jnum{00} \jyear{2013} \jmonth{April}
11
12 %\articletype{GUIDE}
13
14 \title{{\itshape Perimeter-based Coverage Optimization to Improve Lifetime in Wireless Sensor Networks}}
15
16 \author{Ali Kadhum Idrees$^{a}$, Karine Deschinkel$^{a}$$^{\ast}$\thanks{$^\ast$Corresponding author. Email: karine.deschinkel@univ-fcomte.fr}, Michel Salomon$^{a}$ and Rapha\"el Couturier $^{a}$
17 $^{a}${\em{FEMTO-ST Institute, UMR 6174 CNRS, University of Franche-Comte,
18           Belfort, France}};}
19
20
21 \maketitle
22
23 \begin{abstract}
24 The most important problem in a Wireless Sensor Network (WSN) is to optimize the
25 use of its limited energy provision, so that it can fulfill its monitoring task
26 as long as  possible. Among  known  available approaches  that can  be used  to
27 improve  power  management,  lifetime coverage  optimization  provides  activity
28 scheduling which ensures sensing coverage while minimizing the energy cost. We propose such an approach called Perimeter-based Coverage Optimization
29 protocol (PeCO). It is a  hybrid of centralized and distributed methods: the
30 region of interest is first subdivided into subregions and our protocol is then
31 distributed among sensor nodes in each  subregion.
32 The novelty of our approach lies essentially in the formulation of a new
33 mathematical optimization  model based on the  perimeter coverage level  to schedule
34 sensors' activities.  Extensive simulation experiments demonstrate that PeCO  can
35 offer longer lifetime coverage for WSNs in comparison with some other protocols.
36
37 \begin{keywords}Wireless Sensor Networks, Area Coverage, Energy efficiency, Optimization, Scheduling.
38 \end{keywords}
39
40 \end{abstract}
41
42
43 \section{Introduction}
44 \label{sec:introduction}
45
46 The continuous progress in Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) and
47 wireless communication hardware  has given rise to the opportunity  to use large
48 networks    of     tiny    sensors,    called    Wireless     Sensor    Networks
49 (WSN)~\citep{akyildiz2002wireless,puccinelli2005wireless}, to  fulfill monitoring
50 tasks.   A  WSN  consists  of  small low-powered  sensors  working  together  by
51 communicating with one another through multi-hop radio communications. Each node
52 can send the data  it collects in its environment, thanks to  its sensor, to the
53 user by means of  sink nodes. The features of a WSN made  it suitable for a wide
54 range of application  in areas such as business,  environment, health, industry,
55 military, and so on~\citep{yick2008wireless}.   Typically, a sensor node contains
56 three main components~\citep{anastasi2009energy}: a  sensing unit able to measure
57 physical,  chemical, or  biological  phenomena observed  in  the environment;  a
58 processing unit which will process and store the collected measurements; a radio
59 communication unit for data transmission and receiving.
60
61 The energy needed  by an active sensor node to  perform sensing, processing, and
62 communication is supplied by a power supply which is a battery. This battery has
63 a limited energy provision and it may  be unsuitable or impossible to replace or
64 recharge it in  most applications. Therefore it is necessary  to deploy WSN with
65 high density in order to increase  reliability and to exploit node redundancy
66 thanks to energy-efficient activity  scheduling approaches.  Indeed, the overlap
67 of sensing  areas can be exploited  to schedule alternatively some  sensors in a
68 low power sleep mode and thus save  energy. Overall, the main question that must
69 be answered is: how to extend the lifetime coverage of a WSN as long as possible
70 while  ensuring   a  high  level  of   coverage?   These past few years  many
71 energy-efficient mechanisms have been suggested  to retain energy and extend the
72 lifetime of the WSNs~\citep{rault2014energy}.\\\\
73 This paper makes the following contributions.
74 \begin{enumerate}
75 \item We have devised a framework to schedule nodes to be activated alternatively such
76   that the network lifetime is prolonged  while ensuring that a certain level of
77   coverage is preserved.  A key idea in  our framework is to exploit spatial and
78   temporal subdivision.   On the one hand,  the area of interest  is divided into
79   several smaller subregions and, on the other hand, the time line is divided into
80   periods of equal length. In each subregion the sensor nodes will cooperatively
81   choose a  leader which will schedule  nodes' activities, and this  grouping of
82   sensors is similar to typical cluster architecture.
83 \item We have proposed a new mathematical  optimization model.  Instead of  trying to
84   cover a set of specified points/targets as  in most of the methods proposed in
85   the literature, we formulate an integer program based on perimeter coverage of
86   each sensor.  The  model involves integer variables to  capture the deviations
87   between  the actual  level of  coverage and  the required  level.  Hence, an
88   optimal schedule  will be  obtained by  minimizing a  weighted sum  of these
89   deviations.
90 \item We have conducted extensive simulation  experiments, using the  discrete event
91   simulator OMNeT++, to demonstrate the  efficiency of our protocol. We have compared
92   our   PeCO   protocol   to   two   approaches   found   in   the   literature:
93   DESK~\citep{ChinhVu} and  GAF~\citep{xu2001geography}, and also to  our previous
94   work published in~\citep{Idrees2} which is  based on another optimization model
95   for sensor scheduling.
96 \end{enumerate}
97
98
99
100
101
102
103 The rest  of the paper is  organized as follows.  In the next section  we review
104 some related work in the  field. Section~\ref{sec:The PeCO Protocol Description}
105 is devoted to the PeCO protocol  description and Section~\ref{cp} focuses on the
106 coverage model  formulation which is used  to schedule the activation  of sensor
107 nodes.  Section~\ref{sec:Simulation  Results and Analysis}  presents simulations
108 results and discusses the comparison  with other approaches. Finally, concluding
109 remarks   are  drawn   and  some   suggestions are  given  for   future  works   in
110 Section~\ref{sec:Conclusion and Future Works}.
111
112 \section{Related Literature}
113 \label{sec:Literature Review}
114
115 In  this section,  we  summarize  some  related works  regarding  the
116 coverage problem and  distinguish our PeCO protocol from the  works presented in
117 the literature.
118
119 The most  discussed coverage problems in  literature can be classified  in three
120 categories~\citep{li2013survey}   according   to  their   respective   monitoring
121 objective.  Hence,  area coverage \citep{Misra}  means that every point  inside a
122 fixed area  must be monitored, while  target coverage~\citep{yang2014novel} refers
123 to  the objective  of coverage  for a  finite number  of discrete  points called
124 targets,  and  barrier coverage~\citep{HeShibo,kim2013maximum}  focuses  on
125 preventing  intruders   from  entering   into  the   region  of   interest.   In
126 \citep{Deng2012}  authors  transform the  area  coverage  problem into  the  target
127 coverage one taking into account the  intersection points among disks of sensors
128 nodes    or   between    disk   of    sensor   nodes    and   boundaries.     In
129 \citep{Huang:2003:CPW:941350.941367}  authors prove  that  if  the perimeters  of
130 sensors are sufficiently  covered it will be  the case for the  whole area. They
131 provide an algorithm in $O(nd~log~d)$  time to compute the perimeter-coverage of
132 each  sensor,  where  $d$  denotes  the  maximum  number  of  sensors  that  are
133 neighbors  to  a  sensor and  $n$  is  the  total  number of  sensors  in  the
134 network. {\it In PeCO protocol, instead  of determining the level of coverage of
135   a set  of discrete  points, our  optimization model is  based on  checking the
136   perimeter-coverage of each sensor to activate a minimal number of sensors.}
137
138 The major  approach to extend network  lifetime while preserving coverage  is to
139 divide/organize the  sensors into a suitable  number of set covers  (disjoint or
140 non-disjoint)\citep{wang2011coverage}, where  each set completely  covers a  region of interest,  and to
141 activate these set  covers successively. The network activity can  be planned in
142 advance and scheduled  for the entire network lifetime or  organized in periods,
143 and the set  of active sensor nodes  is decided at the beginning  of each period
144 \citep{ling2009energy}.  Active node selection is determined based on the problem
145 requirements (e.g.   area monitoring,  connectivity, or power  efficiency).  For
146 instance, \citet{jaggi2006}  address the problem of maximizing
147 the lifetime  by dividing sensors  into the  maximum number of  disjoint subsets
148 such  that each  subset  can ensure  both coverage  and  connectivity. A  greedy
149 algorithm  is applied  once to  solve  this problem  and the  computed sets  are
150 activated  in   succession  to  achieve   the  desired  network   lifetime.   
151 \citet{chin2007},  \citet{yan2008design}, \citet{pc10},  propose  algorithms
152 working in a periodic fashion where a  cover set is computed at the beginning of
153 each period.   {\it Motivated by  these works,  PeCO protocol works  in periods,
154   where each  period contains a  preliminary phase for information  exchange and
155   decisions, followed by a sensing phase where one cover set is in charge of the
156   sensing task.}
157
158 Various centralized  and distributed approaches, or  even a mixing  of these two
159 concepts, have  been proposed  to extend the  network lifetime \citep{zhou2009variable}.   In distributed algorithms~\citep{Tian02,yangnovel,ChinhVu,qu2013distributed} each sensor decides of its
160 own activity scheduling  after an information exchange with  its neighbors.  The
161 main interest of such an approach is to avoid long range communications and thus
162 to reduce the energy dedicated to the communications.  Unfortunately, since each
163 node has only information on  its immediate neighbors (usually the one-hop ones)
164 it may make a bad decision leading to a global suboptimal solution.  Conversely,
165 centralized
166 algorithms~\citep{cardei2005improving,zorbas2010solving,pujari2011high}     always
167 provide nearly  or close to  optimal solution since  the algorithm has  a global
168 view of the whole network. The disadvantage of a centralized method is obviously
169 its high  cost in communications needed to  transmit to a single  node, the base
170 station which will globally schedule  nodes' activities, and data from all the other
171 sensor nodes  in the area.  The price  in communications can be  huge since
172 long range  communications will be  needed. In fact  the larger the WNS  is, the
173 higher the  communication and  thus the energy  cost are.   {\it In order  to be
174   suitable for large-scale  networks, in the PeCO protocol,  the area of interest
175   is divided into several smaller subregions, and in each one, a node called the
176   leader  is  in  charge  of  selecting  the active  sensors  for  the  current
177   period.  Thus our  protocol is  scalable  and is a  globally distributed  method,
178   whereas it is centralized in each subregion.}
179
180 Various  coverage scheduling  algorithms have  been developed  these past few years.
181 Many of  them, dealing with  the maximization of the  number of cover  sets, are
182 heuristics.   These  heuristics involve  the  construction  of  a cover  set  by
183 including in priority the sensor nodes  which cover critical targets, that is to
184 say   targets   that  are   covered   by   the   smallest  number   of   sensors
185 \citep{berman04,zorbas2010solving}.  Other  approaches are based  on mathematical
186 programming formulations~\citep{cardei2005energy,5714480,pujari2011high,Yang2014}
187 and dedicated techniques (solving with a branch-and-bound algorithm available in
188 optimization  solver).  The  problem is  formulated as  an optimization  problem
189 (maximization of the lifetime or number of cover sets) under target coverage and
190 energy  constraints.   Column  generation   techniques,  well-known  and  widely
191 practiced techniques for  solving linear programs with too  many variables, have
192 also                                                                        been
193 used~\citep{castano2013column,doi:10.1080/0305215X.2012.687732,deschinkel2012column}. {\it  In the PeCO
194   protocol, each  leader, in charge  of a  subregion, solves an  integer program
195   which has a twofold objective: minimize the overcoverage and the undercoverage
196   of the perimeter of each sensor.}
197
198
199
200 \section{ The P{\scshape e}CO Protocol Description}
201 \label{sec:The PeCO Protocol Description}
202
203 In  this  section,  we  describe in  details  our Perimeter-based  Coverage
204 Optimization protocol.  First we present the  assumptions we made and the models
205 we considered (in particular the perimeter coverage one), second we describe the
206 background idea of our protocol, and third  we give the outline of the algorithm
207 executed by each node.
208
209
210 \subsection{Assumptions and Models}
211 \label{CI}
212
213 A WSN consisting of $J$ stationary sensor nodes randomly and uniformly
214 distributed in  a bounded sensor field  is considered. The wireless  sensors are
215 deployed in high density  to ensure initially a high coverage  ratio of the area
216 of interest.  We  assume that all the  sensor nodes are homogeneous  in terms of
217 communication,  sensing,  and  processing capabilities  and  heterogeneous  from
218 the energy provision  point of  view.  The  location information  is available  to a
219 sensor node either  through hardware such as embedded GPS  or location discovery
220 algorithms.   We  assume  that  each  sensor  node  can  directly  transmit  its
221 measurements to  a mobile  sink node.  For  example, a sink  can be  an unmanned
222 aerial  vehicle  (UAV)  flying  regularly  over  the  sensor  field  to  collect
223 measurements from sensor nodes. A mobile sink node collects the measurements and
224 transmits them to the base station.   We consider a Boolean disk coverage model,
225 which is the most  widely used sensor coverage model in  the literature, and all
226 sensor nodes  have a constant sensing  range $R_s$.  Thus, all  the space points
227 within a disk centered at a sensor with  a radius equal to the sensing range are
228 said to be covered  by this sensor. We also assume  that the communication range
229 $R_c$ satisfies $R_c  \geq 2 \cdot R_s$. In fact,  \citet{Zhang05}
230 proved  that if  the  transmission  range fulfills  the  previous hypothesis,  the
231 complete coverage of a convex area implies connectivity among active nodes.
232
233 The PeCO protocol  uses the  same perimeter-coverage  model as \citet{huang2005coverage}. It  can be expressed as follows:  a sensor is
234 said to be perimeter  covered if all the points on its  perimeter are covered by
235 at least  one sensor  other than  itself.  They  proved that  a network  area is
236 $k$-covered if and only if each sensor in the network is $k$-perimeter-covered (perimeter covered by at least $k$ sensors).
237  
238 Figure~\ref{figure1}(a)  shows  the coverage  of  sensor  node~$0$. On  this
239 figure, we can  see that sensor~$0$ has  nine neighbors and we  have reported on
240 its  perimeter (the  perimeter  of the  disk  covered by  the  sensor) for  each
241 neighbor  the  two  points  resulting  from the intersection  of  the  two  sensing
242 areas. These points are denoted for  neighbor~$i$ by $iL$ and $iR$, respectively
243 for  left and  right from  a neighboing  point of  view.  The  resulting couples  of
244 intersection points subdivide  the perimeter of sensor~$0$  into portions called
245 arcs.
246
247 \begin{figure}[ht!]
248   \centering
249   \begin{tabular}{@{}cr@{}}
250     \includegraphics[width=75mm]{figure1a.eps} & \raisebox{3.25cm}{(a)} \\
251     \includegraphics[width=75mm]{figure1b.eps} & \raisebox{2.75cm}{(b)}
252   \end{tabular}
253   \caption{(a) Perimeter  coverage of sensor node  0 and (b) finding  the arc of
254     $u$'s perimeter covered by $v$.}
255   \label{figure1}
256 \end{figure} 
257
258 Figure~\ref{figure1}(b) describes the geometric information used to find the
259 locations of the  left and right points of  an arc on the perimeter  of a sensor
260 node~$u$ covered by a sensor node~$v$. Node~$v$ is supposed to be located on the
261 west  side of  sensor~$u$,  with  the following  respective  coordinates in  the
262 sensing area~: $(v_x,v_y)$ and $(u_x,u_y)$. From the previous coordinates we can
263 compute the euclidean distance between nodes~$u$ and $v$: $Dist(u,v)=\sqrt{\vert
264   u_x  - v_x  \vert^2 +  \vert u_y-v_y  \vert^2}$, while  the angle~$\alpha$  is
265 obtained through  the formula:
266  \[
267 \alpha =  \arccos \left(\frac{Dist(u,v)}{2R_s}
268 \right).
269 \] 
270 The arc on the perimeter of~$u$ defined by the angular interval $[\pi
271   - \alpha,\pi + \alpha]$ is said to be perimeter-covered by sensor~$v$.
272
273 Every couple of intersection points is placed on the angular interval $[0,2\pi)$
274 in  a  counterclockwise manner,  leading  to  a  partitioning of  the  interval.
275 Figure~\ref{figure1}(a)  illustrates  the arcs  for  the  nine neighbors  of
276 sensor $0$ and  Figure~\ref{figure2} gives the position of  the corresponding arcs
277 in  the interval  $[0,2\pi)$. More  precisely, we  can see  that the  points are
278 ordered according  to the  measures of  the angles  defined by  their respective
279 positions. The intersection points are  then visited one after another, starting
280 from the first  intersection point  after  point~zero,  and  the maximum  level  of
281 coverage is determined  for each interval defined by two  successive points. The
282 maximum  level of  coverage is  equal to  the number  of overlapping  arcs.  For
283 example, 
284 between~$5L$  and~$6L$ the maximum  level of  coverage is equal  to $3$
285 (the value is highlighted in yellow  at the bottom of Figure~\ref{figure2}), which
286 means that at most 2~neighbors can cover  the perimeter in addition to node $0$. 
287 Table~\ref{my-label} summarizes for each coverage  interval the maximum level of
288 coverage and  the sensor  nodes covering the  perimeter.  The  example discussed
289 above is thus given by the sixth line of the table.
290
291
292 \begin{figure*}[t!]
293 \centering
294 \includegraphics[width=127.5mm]{figure2.eps}  
295 \caption{Maximum coverage levels for perimeter of sensor node $0$.}
296 \label{figure2}
297 \end{figure*} 
298
299
300
301
302  \begin{table}
303  \tbl{Coverage intervals and contributing sensors for sensor node 0 \label{my-label}}
304 {\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|}
305 \hline
306 \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Left \\ point \\ angle~$\alpha$ \end{tabular} & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Interval \\ left \\ point\end{tabular} & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Interval \\ right \\ point\end{tabular} & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Maximum \\ coverage\\  level\end{tabular} & \multicolumn{5}{c|}{\begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Set of sensors\\ involved \\ in coverage interval\end{tabular}} \\ \hline
307 0.0291    & 1L                                                                        & 2L                                                        & 4                                                                     & 0                     & 1                     & 3                    & 4                    &                      \\ \hline
308 0.104     & 2L                                                                        & 3R                                                        & 5                                                                     & 0                     & 1                     & 3                    & 4                    & 2                    \\ \hline
309 0.3168    & 3R                                                                        & 4R                                                        & 4                                                                     & 0                     & 1                     & 4                    & 2                    &                      \\ \hline
310 0.6752    & 4R                                                                        & 1R                                                        & 3                                                                     & 0                     & 1                     & 2                    &                      &                      \\ \hline
311 1.8127    & 1R                                                                        & 5L                                                        & 2                                                                     & 0                     & 2                     &                      &                      &                      \\ \hline
312 1.9228    & 5L                                                                        & 6L                                                        & 3                                                                     & 0                     & 2                     & 5                    &                      &                      \\ \hline
313 2.3959    & 6L                                                                        & 2R                                                        & 4                                                                     & 0                     & 2                     & 5                    & 6                    &                      \\ \hline
314 2.4258    & 2R                                                                        & 7L                                                        & 3                                                                     & 0                     & 5                     & 6                    &                      &                      \\ \hline
315 2.7868    & 7L                                                                        & 8L                                                        & 4                                                                     & 0                     & 5                     & 6                    & 7                    &                      \\ \hline
316 2.8358    & 8L                                                                        & 5R                                                        & 5                                                                     & 0                     & 5                     & 6                    & 7                    & 8                    \\ \hline
317 2.9184    & 5R                                                                        & 7R                                                        & 4                                                                     & 0                     & 6                     & 7                    & 8                    &                      \\ \hline
318 3.3301    & 7R                                                                        & 9R                                                        & 3                                                                     & 0                     & 6                     & 8                    &                      &                      \\ \hline
319 3.9464    & 9R                                                                        & 6R                                                        & 4                                                                     & 0                     & 6                     & 8                    & 9                    &                      \\ \hline
320 4.767     & 6R                                                                        & 3L                                                        & 3                                                                     & 0                     & 8                     & 9                    &                      &                      \\ \hline
321 4.8425    & 3L                                                                        & 8R                                                        & 4                                                                     & 0                     & 3                     & 8                    & 9                    &                      \\ \hline
322 4.9072    & 8R                                                                        & 4L                                                        & 3                                                                     & 0                     & 3                     & 9                    &                      &                      \\ \hline
323 5.3804    & 4L                                                                        & 9R                                                        & 4                                                                     & 0                     & 3                     & 4                    & 9                    &                      \\ \hline
324 5.9157    & 9R                                                                        & 1L                                                        & 3                                                                     & 0                     & 3                     & 4                    &                      &                      \\ \hline
325 \end{tabular}}
326
327
328 \end{table}
329
330
331
332
333 In the PeCO  protocol, the scheduling of the sensor  nodes' activities is formulated  with an
334 integer program  based on  coverage intervals. The  formulation of  the coverage
335 optimization problem is  detailed in~Section~\ref{cp}.  Note that  when a sensor
336 node  has a  part of  its sensing  range outside  the WSN  sensing field,  as in
337 Figure~\ref{figure3}, the maximum coverage level for  this arc is set to $\infty$
338 and  the  corresponding  interval  will  not   be  taken  into  account  by  the
339 optimization algorithm.
340
341  \newpage
342 \begin{figure}[h!]
343 \centering
344 \includegraphics[width=62.5mm]{figure3.eps}  
345 \caption{Sensing range outside the WSN's area of interest.}
346 \label{figure3}
347 \end{figure} 
348
349
350 \subsection{The Main Idea}
351
352 The  WSN area of  interest is, in a  first step, divided  into regular
353 homogeneous subregions  using a divide-and-conquer  algorithm. In a  second step
354 our  protocol  will  be  executed  in   a  distributed  way  in  each  subregion
355 simultaneously to schedule nodes' activities for one sensing period.
356
357 As  shown in  Figure~\ref{figure4}, node  activity  scheduling is  produced by  our
358 protocol in a periodic manner. Each period is divided into 4 stages: Information
359 (INFO)  Exchange,  Leader Election,  Decision  (the  result of  an  optimization
360 problem),  and  Sensing.   For  each  period there  is  exactly  one  set  cover
361 responsible for  the sensing task.  Protocols  based on a periodic  scheme, like
362 PeCO, are more  robust against an unexpected  node failure. On the  one hand, if
363 a node failure is discovered before  taking the decision, the corresponding sensor
364 node will  not be considered  by the optimization  algorithm. On  the other
365 hand, if the sensor failure happens after  the decision, the sensing task of the
366 network will be temporarily affected: only  during the period of sensing until a
367 new period starts, since a new set cover will take charge of the sensing task in
368 the next period. The energy consumption and some other constraints can easily be
369 taken  into  account since  the  sensors  can  update  and then  exchange  their
370 information (including their  residual energy) at the beginning  of each period.
371 However, the pre-sensing  phases (INFO Exchange, Leader  Election, and Decision)
372 are energy consuming, even for nodes that will not join the set cover to monitor
373 the area.
374
375 \begin{figure}[t!]
376 \centering
377 \includegraphics[width=80mm]{figure4.eps}  
378 \caption{PeCO protocol.}
379 \label{figure4}
380 \end{figure} 
381
382 We define two types of packets to be used by PeCO protocol:
383
384 \begin{itemize} 
385 \item INFO  packet: sent  by each  sensor node to  all the  nodes inside  a same
386   subregion for information exchange.
387 \item ActiveSleep packet: sent  by the leader to all the  nodes in its subregion
388   to transmit to  them their respective status (stay Active  or go Sleep) during
389   sensing phase.
390 \end{itemize}
391
392
393 Five statuses are possible for a sensor node in the network:
394
395 \begin{itemize} 
396 \item LISTENING: waits for a decision (to be active or not);
397 \item COMPUTATION: executes the optimization algorithm as leader to
398   determine the activities scheduling;
399 \item ACTIVE: node is sensing;
400 \item SLEEP: node is turned off;
401 \item COMMUNICATION: transmits or receives packets.
402 \end{itemize}
403
404
405 \subsection{PeCO Protocol Algorithm}
406
407 The  pseudocode implementing the  protocol on  a node is  given below.
408 More  precisely,  Algorithm~\ref{alg:PeCO}  gives  a brief  description  of  the
409 protocol applied by a sensor node $s_k$ where $k$ is the node index in the WSN.
410
411
412
413 \begin{algorithm}      
414  % \KwIn{all the parameters related to information exchange}
415 %  \KwOut{$winer-node$ (: the id of the winner sensor node, which is the leader of current round)}
416 %  \BlankLine
417   %\emph{Initialize the sensor node and determine it's position and subregion} \; 
418   
419 \noindent{\bf If} $RE_k \geq E_{th}$ {\bf then}\\
420 \hspace*{0.6cm} \emph{$s_k.status$ = COMMUNICATION;}\\
421 \hspace*{0.6cm}  \emph{Send $INFO()$ packet to other nodes in subregion;}\\
422 \hspace*{0.6cm}  \emph{Wait $INFO()$ packet from other nodes in subregion;}\\
423 \hspace*{0.6cm} \emph{Update K.CurrentSize;}\\
424 \hspace*{0.6cm}  \emph{LeaderID = Leader election;}\\
425 \hspace*{0.6cm} {\bf If} $ s_k.ID = LeaderID $ {\bf then}\\
426 \hspace*{1.2cm}   \emph{$s_k.status$ = COMPUTATION;}\\
427 \hspace*{1.2cm}{\bf If} \emph{$ s_k.ID $ is Not previously selected as a Leader} {\bf then}\\
428 \hspace*{1.8cm} \emph{ Execute the perimeter coverage model;}\\
429 \hspace*{1.2cm} {\bf end}\\
430 \hspace*{1.2cm}{\bf If} \emph{($s_k.ID $ is the same Previous Leader)~And~(K.CurrentSize = K.PreviousSize)}\\
431 \hspace*{1.8cm} \emph{ Use the same previous cover set for current sensing stage;}\\
432 \hspace*{1.2cm}  {\bf end}\\
433 \hspace*{1.2cm}  {\bf else}\\
434 \hspace*{1.8cm}\emph{Update $a^j_{ik}$; prepare data for IP~Algorithm;}\\
435 \hspace*{1.8cm} \emph{$\left\{\left(X_{1},\dots,X_{l},\dots,X_{K}\right)\right\}$ = Execute Integer Program Algorithm($K$);}\\
436 \hspace*{1.8cm} \emph{K.PreviousSize = K.CurrentSize;}\\
437 \hspace*{1.2cm}  {\bf end}\\
438 \hspace*{1.2cm}\emph{$s_k.status$ = COMMUNICATION;}\\
439 \hspace*{1.2cm}\emph{Send $ActiveSleep()$ to each node $l$ in subregion;}\\
440 \hspace*{1.2cm}\emph{Update $RE_k $;}\\
441 \hspace*{0.6cm}  {\bf end}\\
442 \hspace*{0.6cm}  {\bf else}\\
443 \hspace*{1.2cm}\emph{$s_k.status$ = LISTENING;}\\
444 \hspace*{1.2cm}\emph{Wait $ActiveSleep()$ packet from the Leader;}\\
445 \hspace*{1.2cm}\emph{Update $RE_k $;}\\
446 \hspace*{0.6cm}  {\bf end}\\
447 {\bf end}\\
448 {\bf else}\\
449 \hspace*{0.6cm} \emph{Exclude $s_k$ from entering in the current sensing stage;}\\
450 {\bf end}\\
451 \label{alg:PeCO}
452 \end{algorithm}
453
454
455
456 In this  algorithm, K.CurrentSize and K.PreviousSize  respectively represent the
457 current number and  the previous number of living nodes in  the subnetwork of the
458 subregion.  Initially, the sensor node checks its remaining energy $RE_k$, which
459 must be greater than a threshold $E_{th}$ in order to participate in the current
460 period.  Each  sensor node  determines its position  and its subregion  using an
461 embedded  GPS or a  location discovery  algorithm. After  that, all  the sensors
462 collect position coordinates,  remaining energy, sensor node ID,  and the number
463 of their  one-hop live  neighbors during the  information exchange.  The sensors
464 inside a same region cooperate to elect a leader. The selection criteria for the
465 leader, in order of priority,  are: larger numbers of neighbors, larger remaining
466 energy, and  then in case  of equality, larger  index.  Once chosen,  the leader
467 collects information to formulate and  solve the integer program which allows to
468 construct the set of active sensors in the sensing stage.
469
470
471 \section{Perimeter-based Coverage Problem Formulation}
472 \label{cp}
473
474 In this  section, the coverage model is  mathematically formulated. We
475 start  with a  description of the notations that will  be used  throughout the
476 section.\\
477 First, we have the following sets:
478 \begin{itemize}
479 \item $S$ represents the set of WSN sensor nodes;
480 \item $A \subseteq S $ is the subset of alive sensors;
481 \item  $I_j$  designates  the  set  of  coverage  intervals  (CI)  obtained  for
482   sensor~$j$.
483 \end{itemize}
484 $I_j$ refers to the set of  coverage intervals which have been defined according
485 to the  method introduced in  subsection~\ref{CI}. For a coverage  interval $i$,
486 let $a^j_{ik}$ denotes  the indicator function of whether  sensor~$k$ is involved
487 in coverage interval~$i$ of sensor~$j$, that is:
488 \begin{equation}
489 a^j_{ik} = \left \{ 
490 \begin{array}{lll}
491   1 & \mbox{if sensor $k$ is involved in the } \\
492         &       \mbox{coverage interval $i$ of sensor $j$}, \\
493   0 & \mbox{otherwise.}\\
494 \end{array} \right.
495 \end{equation}
496 Note that $a^k_{ik}=1$ by definition of the interval.
497
498 Second,  we define  several binary  and integer  variables.  Hence,  each binary
499 variable $X_{k}$  determines the activation of  sensor $k$ in the  sensing phase
500 ($X_k=1$ if  the sensor $k$  is active or 0  otherwise).  $M^j_i$ is  an integer
501 variable  which  measures  the  undercoverage  for  the  coverage  interval  $i$
502 corresponding to  sensor~$j$. In  the same  way, the  overcoverage for  the same
503 coverage interval is given by the variable $V^j_i$.
504
505 If we decide to sustain a level of coverage equal to $l$ all along the perimeter
506 of sensor  $j$, we have  to ensure  that at least  $l$ sensors involved  in each
507 coverage  interval $i  \in I_j$  of  sensor $j$  are active.   According to  the
508 previous notations, the number of active sensors in the coverage interval $i$ of
509 sensor $j$  is given by  $\sum_{k \in A} a^j_{ik}  X_k$.  To extend  the network
510 lifetime,  the objective  is to  activate a  minimal number  of sensors  in each
511 period to  ensure the  desired coverage  level. As the  number of  alive sensors
512 decreases, it becomes impossible to reach  the desired level of coverage for all
513 coverage intervals. Therefore we use variables  $M^j_i$ and $V^j_i$ as a measure
514 of the  deviation between  the desired  number of active  sensors in  a coverage
515 interval and  the effective  number. And  we try  to minimize  these deviations,
516 first to  force the  activation of  a minimal  number of  sensors to  ensure the
517 desired coverage level, and if the desired level cannot be completely satisfied,
518 to reach a coverage level as close as possible to the desired one.
519
520
521
522
523 Our coverage optimization problem can then be mathematically expressed as follows: 
524
525 \begin{equation} 
526 \left \{
527 \begin{array}{ll}
528 \min \sum_{j \in S} \sum_{i \in I_j} (\alpha^j_i ~ M^j_i + \beta^j_i ~ V^j_i )&\\
529 \textrm{subject to :}&\\
530 \sum_{k \in A} ( a^j_{ik} ~ X_{k}) + M^j_i  \geq l \quad \forall i \in I_j, \forall j \in S\\
531 \sum_{k \in A} ( a^j_{ik} ~ X_{k}) - V^j_i  \leq l \quad \forall i \in I_j, \forall j \in S\\
532 X_{k} \in \{0,1\}, \forall k \in A
533 \end{array}
534 \right.
535 \end{equation}
536
537 $\alpha^j_i$ and $\beta^j_i$  are nonnegative weights selected  according to the
538 relative importance of satisfying the associated level of coverage. For example,
539 weights associated with  coverage intervals of a specified part  of a region may
540 be  given by a  relatively larger  magnitude than  weights associated  with another
541 region. This  kind of integer program  is inspired from the  model developed for
542 brachytherapy treatment planning  for optimizing dose  distribution
543 \citep{0031-9155-44-1-012}. The integer  program must be solved by  the leader in
544 each subregion at the beginning of  each sensing phase, whenever the environment
545 has  changed (new  leader,  death of  some  sensors). Note  that  the number  of
546 constraints in the model is constant  (constraints of coverage expressed for all
547 sensors), whereas the number of variables $X_k$ decreases over periods, since we
548 consider only alive  sensors (sensors with enough energy to  be alive during one
549 sensing phase) in the model.
550
551 \section{Performance Evaluation and Analysis}  
552 \label{sec:Simulation Results and Analysis}
553
554
555 \subsection{Simulation Settings}
556
557
558 The WSN  area of interest is  supposed to be divided  into 16~regular subregions
559 and we use the same energy consumption model as in our previous work~\citep{Idrees2}.
560 Table~\ref{table3} gives the chosen parameters settings.
561
562 \begin{table}[ht]
563 \tbl{Relevant parameters for network initialization \label{table3}}{
564
565 \centering
566
567 \begin{tabular}{c|c}
568
569 \hline
570 Parameter & Value  \\ [0.5ex]
571    
572 \hline
573 % inserts single horizontal line
574 Sensing field & $(50 \times 25)~m^2 $   \\
575
576 WSN size &  100, 150, 200, 250, and 300~nodes   \\
577
578 Initial energy  & in range 500-700~Joules  \\  
579
580 Sensing period & duration of 60 minutes \\
581 $E_{th}$ & 36~Joules\\
582 $R_s$ & 5~m   \\     
583
584 $\alpha^j_i$ & 0.6   \\
585
586 $\beta^j_i$ & 0.4
587
588 \end{tabular}}
589
590
591 \end{table}
592 To  obtain  experimental  results  which are  relevant,  simulations  with  five
593 different node densities going from  100 to 300~nodes were performed considering
594 each time 25~randomly  generated networks. The nodes are deployed  on a field of
595 interest of $(50 \times 25)~m^2 $ in such a way that they cover the field with a
596 high coverage ratio. Each node has an  initial energy level, in Joules, which is
597 randomly drawn in the interval $[500-700]$.   If its energy provision reaches a
598 value below  the threshold $E_{th}=36$~Joules,  the minimum energy needed  for a
599 node  to stay  active during  one period,  it will  no longer  participate in  the
600 coverage task. This value corresponds to the energy needed by the sensing phase,
601 obtained by multiplying  the energy consumed in the active state  (9.72 mW) with the
602 time in  seconds for one  period (3600 seconds), and  adding the energy  for the
603 pre-sensing phases.  According  to the interval of initial energy,  a sensor may
604 be active during at most 20 periods.
605
606 The values  of $\alpha^j_i$ and  $\beta^j_i$ have been  chosen to ensure  a good
607 network coverage and a longer WSN lifetime.  We have given a higher priority to
608 the  undercoverage  (by  setting  the  $\alpha^j_i$ with  a  larger  value  than
609 $\beta^j_i$)  so as  to prevent  the non-coverage  for the  interval~$i$ of  the
610 sensor~$j$.  On the  other hand,  we have assigned to
611 $\beta^j_i$ a value which is slightly lower so as to minimize the number of active sensor nodes which contribute
612 in covering the interval.
613
614 We introduce the following performance metrics to evaluate the efficiency of our
615 approach.
616
617
618 \begin{itemize}
619 \item {\bf Network Lifetime}: the lifetime  is defined as the time elapsed until
620   the  coverage  ratio  falls  below a  fixed  threshold.   $Lifetime_{95}$  and
621   $Lifetime_{50}$  denote, respectively,  the  amount of  time  during which  is
622   guaranteed a  level of coverage  greater than $95\%$  and $50\%$. The  WSN can
623   fulfill the expected  monitoring task until all its nodes  have depleted their
624   energy or if the network is no  more connected. This last condition is crucial
625   because without  network connectivity a  sensor may not be  able to send  to a
626   base station an event it has sensed.
627 \item {\bf  Coverage Ratio (CR)} : it  measures how  well the  WSN is  able to
628   observe the area of interest. In our  case, we discretized the sensor field as
629   a regular grid, which yields the following equation:
630   
631
632 \[
633     \scriptsize
634     \mbox{CR}(\%) = \frac{\mbox{$n$}}{\mbox{$N$}} \times 100
635 \]
636
637
638   where $n$  is the  number of covered  grid points by  active sensors  of every
639   subregions during  the current sensing phase  and $N$ is total  number of grid
640   points in  the sensing  field.  In  our simulations  we have  set a  layout of
641   $N~=~51~\times~26~=~1326$~grid points.
642 \item {\bf Active Sensors Ratio (ASR)}: a  major objective of our protocol is to
643   activate  as few nodes as possible,  in order  to minimize  the communication
644   overhead and maximize the WSN lifetime. The active sensors ratio is defined as
645   follows:
646  
647 \[
648     \scriptsize
649     \mbox{ASR}(\%) =  \frac{\sum\limits_{r=1}^R \mbox{$|A_r^p|$}}{\mbox{$|J|$}} \times 100
650 \]
651
652   where $|A_r^p|$ is  the number of active  sensors in the subregion  $r$ in the
653   current sensing period~$p$, $|J|$ is the number of sensors in the network, and
654   $R$ is the number of subregions.
655 \item {\bf Energy Consumption (EC)}: energy consumption can be seen as the total
656   energy  consumed by  the  sensors during  $Lifetime_{95}$ or  $Lifetime_{50}$,
657   divided by  the number of  periods. The value of  EC is computed  according to
658   this formula:
659
660 \[  
661   \scriptsize
662     \mbox{EC} = \frac{\sum\limits_{p=1}^{P} \left( E^{\mbox{com}}_p+E^{\mbox{list}}_p+E^{\mbox{comp}}_p  
663       + E^{a}_p+E^{s}_p \right)}{P},
664 \]
665  
666   where $P$ corresponds  to the number of periods. The  total energy consumed by
667   the  sensors  comes  through  taking   into  consideration  four  main  energy
668   factors. The first one, denoted $E^{\scriptsize \mbox{com}}_p$, represents the
669   energy consumption spent  by all the nodes for  wireless communications during
670   period $p$.  $E^{\scriptsize \mbox{list}}_p$,  the next factor, corresponds to
671   the energy  consumed by the sensors  in LISTENING status before  receiving the
672   decision to go active or sleep in period $p$.  $E^{\scriptsize \mbox{comp}}_p$
673   refers to  the energy  needed by  all the  leader nodes  to solve  the integer
674   program during a period.  Finally, $E^a_{p}$ and $E^s_{p}$ indicate the energy
675   consumed by the WSN during the sensing phase (active and sleeping nodes).
676 \end{itemize}
677
678
679 \subsection{Simulation Results}
680
681 In  order  to  assess and  analyze  the  performance  of  our protocol  we  have
682 implemented PeCO protocol in  OMNeT++~\citep{varga} simulator.  Besides PeCO, two
683 other  protocols,  described  in  the  next paragraph,  will  be  evaluated  for
684 comparison purposes.   The simulations were run  on a DELL laptop  with an Intel
685 Core~i3~2370~M (1.8~GHz)  processor (2  cores) whose MIPS  (Million Instructions
686 Per Second) rate  is equal to 35330. To  be consistent with the use  of a sensor
687 node based on  Atmels AVR ATmega103L microcontroller (6~MHz) having  a MIPS rate
688 equal to 6,  the original execution time  on the laptop is  multiplied by 2944.2
689 $\left(\frac{35330}{2} \times  \frac{1}{6} \right)$.  The modeling  language for
690 Mathematical Programming (AMPL)~\citep{AMPL} is  employed to generate the integer
691 program instance  in a  standard format, which  is then read  and solved  by the
692 optimization solver  GLPK (GNU  linear Programming Kit  available in  the public
693 domain) \citep{glpk} through a Branch-and-Bound method.
694
695 As said previously, the PeCO is  compared to three other approaches. The first
696 one,  called  DESK,  is  a  fully distributed  coverage  algorithm  proposed  by
697 \citep{ChinhVu}. The second one,  called GAF~\citep{xu2001geography}, consists in
698 dividing  the monitoring  area into  fixed  squares. Then,  during the  decision
699 phase, in each square, one sensor is  chosen to remain active during the sensing
700 phase. The last  one, the DiLCO protocol~\citep{Idrees2}, is  an improved version
701 of a research work we presented in~\citep{idrees2014coverage}. Let us notice that
702 PeCO and  DiLCO protocols are  based on the  same framework. In  particular, the
703 choice for the simulations of a partitioning in 16~subregions was made because
704 it corresponds to the configuration producing  the best results for DiLCO. The
705 protocols are distinguished  from one another by the formulation  of the integer
706 program providing the set of sensors which  have to be activated in each sensing
707 phase. DiLCO protocol tries to satisfy the coverage of a set of primary points,
708 whereas the PeCO protocol objective is to reach a desired level of coverage for each
709 sensor perimeter. In our experimentations, we chose a level of coverage equal to
710 one ($l=1$).
711
712 \subsubsection{\bf Coverage Ratio}
713
714 Figure~\ref{figure5}  shows the  average coverage  ratio for  200 deployed  nodes
715 obtained with the  four protocols. DESK, GAF, and DiLCO  provide a slightly better
716 coverage ratio with respectively 99.99\%,  99.91\%, and 99.02\%, compared to the 98.76\%
717 produced by  PeCO for the  first periods. This  is due to  the fact that  at the
718 beginning the DiLCO protocol  puts to  sleep status  more redundant  sensors (which
719 slightly decreases the coverage ratio), while the three other protocols activate
720 more sensor  nodes. Later, when the  number of periods is  beyond~70, it clearly
721 appears that  PeCO provides a better  coverage ratio and keeps  a coverage ratio
722 greater  than 50\%  for  longer periods  (15  more compared  to  DiLCO, 40  more
723 compared to DESK). The energy saved by  PeCO in the early periods allows later a
724 substantial increase of the coverage performance.
725
726 \parskip 0pt    
727 \begin{figure}[h!]
728 \centering
729  \includegraphics[scale=0.5] {figure5.eps} 
730 \caption{Coverage ratio for 200 deployed nodes.}
731 \label{figure5}
732 \end{figure} 
733
734
735
736
737 \subsubsection{\bf Active Sensors Ratio}
738
739 Having the less active sensor nodes in  each period is essential to minimize the
740 energy consumption  and thus to  maximize the network  lifetime.  Figure~\ref{figure6}
741 shows the  average active nodes ratio  for 200 deployed nodes.   We observe that
742 DESK and  GAF have 30.36  \% and  34.96 \% active  nodes for the  first fourteen
743 rounds and  DiLCO and PeCO  protocols compete perfectly  with only 17.92~\% and
744 20.16~\% active  nodes during the same  time interval. As the  number of periods
745 increases, PeCO protocol  has a lower number of active  nodes in comparison with
746 the three other approaches, while keeping a greater coverage ratio as shown in
747 Figure \ref{figure5}.
748
749 \begin{figure}[h!]
750 \centering
751 \includegraphics[scale=0.5]{figure6.eps}  
752 \caption{Active sensors ratio for 200 deployed nodes.}
753 \label{figure6}
754 \end{figure} 
755
756 \subsubsection{\bf Energy Consumption}
757
758 We studied the effect of the energy  consumed by the WSN during the communication,
759 computation, listening, active, and sleep status for different network densities
760 and  compared  it for  the  four  approaches.  Figures~\ref{figure7}(a)  and  (b)
761 illustrate  the  energy   consumption  for  different  network   sizes  and  for
762 $Lifetime95$ and  $Lifetime50$. The results show  that our PeCO protocol  is the
763 most competitive  from the energy  consumption point of  view. As shown  in both
764 figures, PeCO consumes much less energy than the three other methods.  One might
765 think that the  resolution of the integer  program is too costly  in energy, but
766 the  results show  that it  is very  beneficial to  lose a  bit of  time in  the
767 selection of  sensors to  activate.  Indeed the  optimization program  allows to
768 reduce significantly the number of active  sensors and so the energy consumption
769 while keeping a good coverage level.
770
771 \begin{figure}[h!]
772   \centering
773   \begin{tabular}{@{}cr@{}}
774     \includegraphics[scale=0.475]{figure7a.eps} & \raisebox{2.75cm}{(a)} \\
775     \includegraphics[scale=0.475]{figure7b.eps} & \raisebox{2.75cm}{(b)}
776   \end{tabular}
777   \caption{Energy consumption per period for (a)~$Lifetime_{95}$ and (b)~$Lifetime_{50}$.}
778   \label{figure7}
779 \end{figure} 
780
781
782
783 \subsubsection{\bf Network Lifetime}
784
785 We observe the superiority of PeCO and DiLCO protocols in comparison with the
786 two    other   approaches    in    prolonging   the    network   lifetime.    In
787 Figures~\ref{figure8}(a)  and (b),  $Lifetime95$ and  $Lifetime50$ are  shown for
788 different  network  sizes.   As  highlighted  by  these  figures,  the  lifetime
789 increases with the size  of the network, and it is clearly   largest for DiLCO
790 and PeCO  protocols.  For instance,  for a  network of 300~sensors  and coverage
791 ratio greater than 50\%, we can  see on Figure~\ref{figure8}(b) that the lifetime
792 is about twice longer with  PeCO compared to DESK protocol.  The performance
793 difference    is    more    obvious   in    Figure~\ref{figure8}(b)    than    in
794 Figure~\ref{figure8}(a) because the gain induced  by our protocols increases with
795  time, and the lifetime with a coverage  of 50\% is far  longer than with
796 95\%.
797
798 \begin{figure}[h!]
799   \centering
800   \begin{tabular}{@{}cr@{}}
801     \includegraphics[scale=0.475]{figure8a.eps} & \raisebox{2.75cm}{(a)} \\  
802     \includegraphics[scale=0.475]{figure8b.eps} & \raisebox{2.75cm}{(b)}
803   \end{tabular}
804   \caption{Network Lifetime for (a)~$Lifetime_{95}$ \\
805     and (b)~$Lifetime_{50}$.}
806   \label{figure8}
807 \end{figure} 
808
809
810
811 Figure~\ref{figure9}  compares  the  lifetime  coverage of  our  protocols  for
812 different coverage  ratios. We denote by  Protocol/50, Protocol/80, Protocol/85,
813 Protocol/90, and  Protocol/95 the amount  of time  during which the  network can
814 satisfy an area coverage greater than $50\%$, $80\%$, $85\%$, $90\%$, and $95\%$
815 respectively, where the term Protocol refers to  DiLCO  or PeCO.  Indeed there  are applications
816 that do not require a 100\% coverage of  the area to be monitored. PeCO might be
817 an interesting  method since  it achieves  a good balance  between a  high level
818 coverage ratio and network lifetime. PeCO always outperforms DiLCO for the three
819 lower  coverage  ratios,  moreover  the   improvements  grow  with  the  network
820 size. DiLCO is better  for coverage ratios near 100\%, but in  that case PeCO is
821 not ineffective for the smallest network sizes.
822
823 \begin{figure}[h!]
824 \centering \includegraphics[scale=0.5]{figure9.eps}
825 \caption{Network lifetime for different coverage ratios.}
826 \label{figure9}
827 \end{figure} 
828
829
830
831
832 \section{Conclusion and Future Works}
833 \label{sec:Conclusion and Future Works}
834
835 In this paper  we have studied the problem of  Perimeter-based Coverage Optimization in
836 WSNs. We have designed  a new protocol, called Perimeter-based  Coverage Optimization, which
837 schedules nodes'  activities (wake up  and sleep  stages) with the  objective of
838 maintaining a  good coverage ratio  while maximizing the network  lifetime. This
839 protocol is  applied in a distributed  way in regular subregions  obtained after
840 partitioning the area of interest in a preliminary step. It works in periods and
841 is based on the resolution of an integer program to select the subset of sensors
842 operating in active status for each period. Our work is original in so far as it
843 proposes for  the first  time an  integer program  scheduling the  activation of
844 sensors  based on  their perimeter  coverage level,  instead of  using a  set of
845 targets/points to be covered.
846
847
848 We  have carried out  several simulations  to  evaluate the  proposed protocol.   The
849 simulation  results  show   that  PeCO  is  more   energy-efficient  than  other
850 approaches, with respect to lifetime,  coverage ratio, active sensors ratio, and
851 energy consumption.
852
853 We plan to extend our framework so that the schedules are planned for multiple
854 sensing periods.
855
856 We also want  to improve our integer program to  take into account heterogeneous
857 sensors  from both  energy  and node  characteristics point of views.
858
859 Finally,  it   would  be   interesting  to  implement   our  protocol   using  a
860 sensor-testbed to evaluate it in real world applications.
861
862 \bibliographystyle{gENO}
863 \bibliography{biblio}
864
865
866 \end{document}