Battery State-of-Health Prediction-Based Clustering for Lifetime Optimization in IoT Networks

计算机科学 聚类分析 能源消耗 电池(电) 健康状况 高效能源利用 无线传感器网络 计算机网络 分布式计算 人工智能 工程类 电气工程 功率(物理) 量子力学 物理
作者
Mohamed Sofiane Batta,Hakim Mabed,Zibouda Aliouat,Saad Harous
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (1): 81-91 被引量:8
标识
DOI:10.1109/jiot.2022.3200717
摘要

The Internet of Things (IoT) represents a pervasive system that continuously demonstrates an expanded application in various domains. The energy-efficiency problem has always been a crucial issue linked to this type of network where the system lifetime strongly depends on devices' batteries. Numerous energy-efficient networking protocols have been proposed in the literature to increase the system lifetime. However, most of the proposed approaches deal with the short-term vision of energy consumption and omit to consider the rechargeable battery degradation when evaluating the network lifetime. Indeed, the major parts of the network devices use rechargeable batteries that age and degrade over time due to several factors (temperature, voltage, charging/discharging cycle, etc.). Therefore, it is essential to promptly detect these internal and environmental degradation factors to avoid network failures. Clustering represents one of the main wireless network protocols and plays an essential role in network self organizing. In this work, we propose a novel long-term energy optimization clustering approach based on battery State of Health (SoH) prediction, called LECA_SOH. The objective is to predict the impact of cluster heads election on the rechargeable batteries SoH before applying the clustering. LECA_SOH fosters the selection of the nodes, which will less suffer from battery degradation during the future rounds, leading to extend the system lifetime. The obtained results demonstrate that the proposed clustering approach improves the network lifetime in the long term and extends the number of recharging cycles compared to the conventional energy-efficient approaches.
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