Published September 8, 2023 | Version v1
Publication Open

A cluster-tree-based trusted routing algorithm using Grasshopper Optimization Algorithm (GOA) in Wireless Sensor Networks (WSNs)

Creators

  • 1. University of Human Development
  • 2. Duy Tan University
  • 3. University of Finance and Administration
  • 4. Islamic Azad University, Dezful Branch
  • 5. Gachon University
  • 6. National Yunlin University of Science and Technology

Description

In wireless sensor networks (WSNs), existing routing protocols mainly consider energy efficiency or security separately. However, these protocols must be more comprehensive because many applications should guarantee security and energy efficiency, simultaneously. Due to the limited energy of sensor nodes, these protocols should make a trade-off between network lifetime and security. This paper proposes a cluster-tree-based trusted routing method using the grasshopper optimization algorithm (GOA) called CTTRG in WSNs. This routing scheme includes a distributed time-variant trust (TVT) model to analyze the behavior of sensor nodes according to three trust criteria, including the black hole, sink hole, and gray hole probability, the wormhole probability, and the flooding probability. Furthermore, CTTRG suggests a GOA-based trusted routing tree (GTRT) to construct secure and stable communication paths between sensor nodes and base station. To evaluate each GTRT, a multi-objective fitness function is designed based on three parameters, namely the distance between cluster heads and their parent node, the trust level, and the energy of cluster heads. The evaluation results prove that CTTRG has a suitable and successful performance in terms of the detection speed of malicious nodes, packet loss rate, and end-to-end delay.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs)، تراعي بروتوكولات التوجيه الحالية بشكل أساسي كفاءة الطاقة أو الأمان بشكل منفصل. ومع ذلك، يجب أن تكون هذه البروتوكولات أكثر شمولاً لأن العديد من التطبيقات يجب أن تضمن الأمن وكفاءة الطاقة، في وقت واحد. نظرًا لمحدودية طاقة عقد المستشعر، يجب أن تقوم هذه البروتوكولات بمفاضلة بين عمر الشبكة والأمان. تقترح هذه الورقة طريقة توجيه موثوقة قائمة على شجرة الكتلة باستخدام خوارزمية تحسين الجندب (GOA) المسماة CTTRG في WSNs. يتضمن مخطط التوجيه هذا نموذج ثقة متغير الوقت الموزع (TVT) لتحليل سلوك عقد المستشعر وفقًا لثلاثة معايير ثقة، بما في ذلك الثقب الأسود، وثقب الحوض، واحتمال الثقب الرمادي، واحتمال الثقب الدودي، واحتمال الفيضان. علاوة على ذلك، تقترح CTTRG شجرة توجيه موثوقة قائمة على GOA (GTRT) لإنشاء مسارات اتصال آمنة ومستقرة بين عقد المستشعر والمحطة الأساسية. لتقييم كل GTRT، تم تصميم وظيفة اللياقة البدنية متعددة الأهداف بناءً على ثلاثة معلمات، وهي المسافة بين رؤوس المجموعة والعقدة الأم، ومستوى الثقة، وطاقة رؤوس المجموعة. تثبت نتائج التقييم أن CTTRG لديها أداء مناسب وناجح من حيث سرعة الكشف عن العقد الخبيثة، ومعدل فقدان الحزمة، والتأخير من البداية إلى النهاية.

Translated Description (French)

Dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN), les protocoles de routage existants considèrent principalement l'efficacité énergétique ou la sécurité séparément. Cependant, ces protocoles doivent être plus complets car de nombreuses applications doivent garantir à la fois la sécurité et l'efficacité énergétique. En raison de l'énergie limitée des nœuds de capteurs, ces protocoles devraient faire un compromis entre la durée de vie du réseau et la sécurité. Cet article propose une méthode de routage fiable basée sur les arbres en grappes utilisant l'algorithme d'optimisation des sauterelles (GOA) appelé CTTRG dans les WSN. Ce schéma de routage comprend un modèle de confiance variable dans le temps distribué (TVT) pour analyser le comportement des nœuds de capteur en fonction de trois critères de confiance, y compris la probabilité de trou noir, de trou d'évier et de trou gris, la probabilité de trou de ver et la probabilité d'inondation. En outre, CTTRG suggère un arbre de routage de confiance basé sur GOA (GTRT) pour construire des chemins de communication sécurisés et stables entre les nœuds de capteurs et la station de base. Pour évaluer chaque GTRT, une fonction de mise en forme multi-objectifs est conçue en fonction de trois paramètres, à savoir la distance entre les têtes de cluster et leur nœud parent, le niveau de confiance et l'énergie des têtes de cluster. Les résultats de l'évaluation prouvent que CTTRG a une performance appropriée et réussie en termes de vitesse de détection des nœuds malveillants, de taux de perte de paquets et de délai de bout en bout.

Translated Description (Spanish)

En las redes de sensores inalámbricos (WSN), los protocolos de enrutamiento existentes consideran principalmente la eficiencia energética o la seguridad por separado. Sin embargo, estos protocolos deben ser más completos porque muchas aplicaciones deben garantizar la seguridad y la eficiencia energética, simultáneamente. Debido a la energía limitada de los nodos sensores, estos protocolos deben hacer una compensación entre la vida útil de la red y la seguridad. Este documento propone un método de enrutamiento confiable basado en árboles de clúster que utiliza el algoritmo de optimización de saltamontes (GOA) llamado CTTRG en WSN. Este esquema de enrutamiento incluye un modelo de confianza distribuida variable en el tiempo (TVT) para analizar el comportamiento de los nodos sensores de acuerdo con tres criterios de confianza, que incluyen la probabilidad de agujero negro, agujero de sumidero y agujero gris, la probabilidad de agujero de gusano y la probabilidad de inundación. Además, CTTRG sugiere un árbol de enrutamiento confiable (GTRT) basado en GOA para construir rutas de comunicación seguras y estables entre los nodos sensores y la estación base. Para evaluar cada GTRT, se diseña una función de aptitud multiobjetivo basada en tres parámetros, a saber, la distancia entre los cabezales de clúster y su nodo principal, el nivel de confianza y la energía de los cabezales de clúster. Los resultados de la evaluación demuestran que CTTRG tiene un rendimiento adecuado y exitoso en términos de velocidad de detección de nodos maliciosos, tasa de pérdida de paquetes y retraso de extremo a extremo.

Files

journal.pone.0289173&type=printable.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5d79ac3897a4745207fdcd316c8f3fb6
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
خوارزمية توجيه موثوقة قائمة على شجرة الكتلة باستخدام خوارزمية تحسين الجندب (GOA) في شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs)
Translated title (French)
Un algorithme de routage fiable basé sur un arbre de cluster utilisant l'algorithme d'optimisation Grasshopper (GOA) dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN)
Translated title (Spanish)
Un algoritmo de enrutamiento confiable basado en árboles de clúster que utiliza el algoritmo de optimización Grasshopper (GOA) en redes de sensores inalámbricos (WSN)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386536134
DOI
10.1371/journal.pone.0289173

Is supplement to
https://openalex.org/W3018225306 (Other)
https://openalex.org/W3000802597 (Other)
https://openalex.org/W2596819967 (Other)
https://openalex.org/W2157817909 (Other)
https://openalex.org/W2113291231 (Other)
https://openalex.org/W2078600672 (Other)
https://openalex.org/W2018845691 (Other)
https://openalex.org/W2005126339 (Other)
https://openalex.org/W1989647380 (Other)
https://openalex.org/W185677139 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1595159159
  • https://openalex.org/W1976744965
  • https://openalex.org/W2072955302
  • https://openalex.org/W2114652055
  • https://openalex.org/W2142960677
  • https://openalex.org/W2154943049
  • https://openalex.org/W2270234661
  • https://openalex.org/W2573137292
  • https://openalex.org/W2585392941
  • https://openalex.org/W2618190511
  • https://openalex.org/W2742961367
  • https://openalex.org/W2770073247
  • https://openalex.org/W2801864385
  • https://openalex.org/W2896607203
  • https://openalex.org/W2902581577
  • https://openalex.org/W2912292549
  • https://openalex.org/W2922867394
  • https://openalex.org/W2963103847
  • https://openalex.org/W2980939522
  • https://openalex.org/W2990551732
  • https://openalex.org/W3016632956
  • https://openalex.org/W3049672534
  • https://openalex.org/W3107237154
  • https://openalex.org/W3141718459
  • https://openalex.org/W3153478968
  • https://openalex.org/W3157211919
  • https://openalex.org/W3170432910
  • https://openalex.org/W3209818664
  • https://openalex.org/W414544266
  • https://openalex.org/W4205305019
  • https://openalex.org/W4205481057
  • https://openalex.org/W4206209637
  • https://openalex.org/W4206518722
  • https://openalex.org/W4210302431
  • https://openalex.org/W4214817670
  • https://openalex.org/W4225357283
  • https://openalex.org/W4225396518
  • https://openalex.org/W4225669774
  • https://openalex.org/W4226144297
  • https://openalex.org/W4226226163
  • https://openalex.org/W4229374064
  • https://openalex.org/W4236121484
  • https://openalex.org/W4250503569
  • https://openalex.org/W4280490799
  • https://openalex.org/W4281674651
  • https://openalex.org/W4281790085
  • https://openalex.org/W4283577582
  • https://openalex.org/W4285025827
  • https://openalex.org/W4285137681
  • https://openalex.org/W4286499684
  • https://openalex.org/W4292452063
  • https://openalex.org/W4306399334
  • https://openalex.org/W4313244884
  • https://openalex.org/W4320037378
  • https://openalex.org/W4353096509