I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   A p r il 2 0 2 6 ,   p p .   1 2 7 5 ~ 1 2 8 5   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 2 . p p 1 2 7 5 - 1 2 8 5        1275     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Energ y - eff ici ent  and secure   WS N   cl ustering  f o r   Io u sing   pa rticle  swa rm  optimiza tion a nd  adv a nced encrypt i o n standa rd       S.  Swa pn a   K um a r 1, 2 K a lli  S a t y a na r a y a n Re dd y 3   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   S r i n i v a s U n i v e r si t y ,   M a n g a l o r e ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   V i d y a   A c a d e my   o f   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   T h a l a k k o t t u k a r a ,   I n d i a   3 S r i n i v a s Un i v e r si t y ,   M a n g a l o r e ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 6 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J an   6 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J an   2 2 ,   2 0 2 6       Wi re les se n so n e two r k (W S N s)  a re   m a d e   u p   o f   d istri b u ted   se n so r   n o d e s   th a wo r k   t o g e t h e u n d e r   e n e r g y   a n d   c o m m u n ica ti o n   c o n stra i n ts.  T h e y   su p p o rt  d iv e rse   in tern e o th in g (Io T)  a p p li c a ti o n s su c h   a s sm a rt  a g ricu lt u re   a n d   e n v ir o n m e n tal   m o n i to ri n g .   T h is  p a p e p ro p o se a   tec h n i q u e   to   o p ti m ize   th e   WS N   fra m e wo rk   f o se c u re   a n d   e n e r g y - e fficie n t   d a ta  t ra n sm issio n .   T o   imp ro v e   c lu ste f o rm a ti o n   a n d   n e two rk   e n e rg y   c o n su m p ti o n ,   t h e   su g g e ste d   m o d e c o m b i n e k - m e a n c lu st e rin g   wit h   p a rti c le  sw a rm   o p t imiz a ti o n   (P S O).  I n ter - c lu ste d a ta  is   e n c r y p ted   b y   th e   c l u ste h e a d   (CH)   u sin g   t h e   a d v a n c e d   e n c ry p t io n   sta n d a rd   (A ES ) - 1 2 8 .   To   p r o tec d a ta  a n d   sa v e   e n e rg y ,   th e   lo w - e n e rg y   a d a p ti v e   c lu ste rin g   h iera rc h y   (LE ACH p ro to c o u se a   n u m b e o tec h n i q u e s.  En e rg y   e fficie n c y ,   m o d e a c c u ra c y ,   l ik e li h o o d   o f   p riv a c y   b re a c h e s,  a n d   n e tw o rk   lo n g e v i ty   a re   e x a m p les   o p e rfo rm a n c e   m e tri c s.  Th e   sy ste m   is  tes ted   b y   P y th o n   sim u latio n o n   th e   I n tel   Be rk e ley   Re se a rc h   Lab   (IBRL)  re a l - wo rld   d a tas e t,   wh ich   in c lu d e 5 4   se n so n o d e m e a su rin g   tem p e ra tu re   a n d   h u m id it y .   Th e   re su lt d e m o n stra te  sig n ifi c a n t   e n e rg y   sa v i n g a n d   a   m o d e a c c u ra c y   o f   9 6 . 5 0 % ,   th e re b y   re d u c i n g   p riv a c y   b re a c h e a n d   e x ten d i n g   n e tw o rk   li fe ti m e .   Th e   fra m e wo rk   o ffe rs  s c a lab il it y ,   e ffe c ti v e   p riv a c y   m o n it o rin g ,   a n d   a d a p tab il it y   t o   c h a n g i n g   to p o l o g i e s.   K ey w o r d s :   AE S - 128   I n ter n et  o f   th in g s     Secu r d ata   Swar m   o p tim izatio n   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k s   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S.  Swap n Ku m ar   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Srin iv as Un iv er s ity   Mu k k a,   Su r at h k al,   Ma n g alo r e,   Kar n atak a,   I n d ia   E m ail: swap n ak u m ar . s @ v id y a ac ad em y . ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k s   ( W SN )   ar ad - h o c   n etwo r k s   th at  s u p p o r m a n y   m o d er n   s m ar a p p licatio n s   lik in d u s tr ial  au to m atio n ,   ag r icu ltu r e,   h ea lth ca r e ,   an d   s m ar cities  [ 1 ] [ 3 ] .   W SN  co n s is t s   o f   n u m e r o u s   tin y   s en s o r   n o d es  th at   g ath er   in f o r m atio n ,   ag g r eg ate  it,   an d   tr an s m it  it  to   b ase  s tatio n .   T h es s en s o r   n o d es  h av e   lo en er g y   a n d   co m p u tin g   c ap ab ilit y .   As  r esu lt,  W SNs   ar f ac ed   with   is s u es  lik h ig h   en er g y   u s ag e,   in s ec u r d ata  tr an s m is s io n ,   co m m u n icatio n   o v er h ea d ,   a n d   s ca lab ilit y ,   wh ich   lo wer   th o v er all  s y s tem   p er f o r m an ce   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h m ain   o b jectiv es  o f   W SN  d esig n   ar e   to   r ed u ce   en e r g y   u s ag e,   ex te n d   n etwo r k   life tim e,   p r o tect  th e   tr an s m itted   d ata,   an d   m ain tai n   r eliab le   o p e r atio n   in   v ar io u s   n o d e   d en s ities   an d   p o ten tia attac k   co n d itio n s .   T h f o llo win g   ar th e   co n tr ib u tio n s   o f   th is   r esear ch :   i )   d ev elo p m en o f   an   o p tim ized   clu s ter in g   f r am ewo r k   in co r p o r atin g   d is tan ce - b ased   clu s ter in g ,   s war m   in tellig en c e,   an d   d u ty   cy clin g   in   o r d er   to   m in im ize   en e r g y   co n s u m p tio n ii)   i n co r p o r atio n   o f   lig h tweig h en cr y p tio n   at  th clu s ter   h ea d   ( C H)   lev el  to   in cr ea s s ec u r it y   ag ain s co m m o n   a d v er s ar ial  at tack s an d   iii)  e m p ir ical  v alid a tio n   o f   th e   f r am ewo r k   u s in g   s i m u latio n s   with   u p   to   1 0 , 0 0 0   n o d es  an d   r ea l - wo r l d   s en s o r   d ata,   alo n g   with   s tatis tical  ev alu atio n   ag ain s k n o w n   b en c h m ar k s .   T h is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   Ap r il 2 0 2 6 1 2 7 5 - 1 2 8 5   1276   wo r k   ad d r ess es th g ap   b etwe en   th s ca lab ilit y   o f   th eo r y   an d   th d ep lo y m en t o f   p r ac tice .   I t is en er g y - ef f icien t   an d   s ec u r ar c h itectu r f o r   n e x t - g en er atio n   s en s o r   n etwo r k s .   T h r est  o f   t h p a p er   is   o r g an ized   as  f o llo ws.  Sectio n   2   p r esen ts   liter atu r s tu d y .   S ec tio n   d is cu s s es th m eth o d o lo g y . S ec tio n   4   p r esen ts   r esu lts   an d   d is cu s s io n .   L astl y ,   s ec tio n   5   co n tain s   co n clu s io n .       2.   RE L AT E WO RK   C o n v en tio n al   clu s ter in g   alg o r ith m s ,   esp ec ially   th l o w - en er g y   ad a p tiv e   clu s ter in g   h ier ar c h y   ( L E AC H) ,   ar u s u ally   ap p li ed   to   n o d en er g y   m an a g e m en [ 6 ] .   H o wev er ,   th ese  p r o to co ls   ty p ically     em p lo y   p r o b a b ilis tic  CH   s e lectio n   an d   ass u m h o m o g e n o u s   n o d es,  wh ich   lead s   t o   u n eq u al  en er g y   co n s u m p tio n   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   C lu s ter in g   ef f icien cy   is   f u r t h er   lim ite d   b y   th e   f ac t h at  m o d er n   in s tallatio n s   ty p ically   co n tain   th lev els o f   en er g y   o f   m o b ile  b ase  s tatio n s   an d   h eter o g en e o u s   n o d es  [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   R ec en r esear ch   is   aim ed   at  ap p r o ac h es  th at  m ax im ize   cl u s ter in g ,   m in im ize   en e r g y   c o n s u m p tio n ,   an d   s ec u r in ter - clu s ter   co m m u n icatio n   [ 1 1 ] [ 1 5 ] .   T o   f ill  th is   g ap ,   s ca lab le  f r am ewo r k   u s in g   co m b in atio n   o f   clu s ter in g   o p tim izatio n ,   s war m - b ased   s ea r ch ,   an d   lig h tw eig h en cr y p tio n   is   p r o p o s ed   in   th cu r r en s tu d y .   Z h an g   a n d   L [ 1 5 ]   e x am in t h en er g y   co n s u m p tio n   o f   W SNs   u s in g   d u ty - cy cle  m o d el,   in   wh ich   n o d es   s witch   b etwe en   ac tiv a n d   s le ep   m o d es  in   o r d e r   to   s av en e r g y .   A   m ac h in e   lear n in g - b ased   in tr u s io n   d etec tio n   s y s tem   ( I DS)   f o r   W SNs   was  p r o p o s ed   b y   Sad ia  et  a l.   [ 1 6 ] ,   wh ich   u tili ze s   d ata - d r iv en   m eth o d s   to   d etec an d   elim in ate  th th r ea in s tan tly .   Haseeb   et  a l.  [ 1 7 ]   p r esen h eu r is tic  r o u tin g   s y s tem   th at  co n s id er s   th en er g y   ef f icien cy   an d   s ec u r ity   r eq u ir em en ts .   Yad av   et   a l.   [ 1 8 ]   g iv a   d etailed   r ev iew  o f   h y b r id   o p tim izatio n   alg o r ith m s ,   s u ch   as  g en etic  a lg o r ith m s   an d   s war m   in tellig en ce   tech n iq u es,  to   ac h ie v e n er g y   e f f icien cy   in   W SN s .   Ma s o u d   et  a l.   [ 1 9 ]   d is cu s s   th tr ad eo f f s   o f   cl u s ter in g   an d   n o n - cl u s ter in g   s tr ateg ie s   in   th eir   s tu d y   an d   p r o p o s h y b r id   clu s ter in g   p r o to co l f o r   W SNs .   Go u d   et  a l.   [ 2 0 ]   p r esen ted   a d ap tiv r o u tin g   s tr ateg ies  f o r   an   ar b itra r y   W SN  to   o p tim i ze   en er g y   co n s u m p tio n   an d   n etwo r k   p e r f o r m a n ce .   B ala   an d   B eh al  [ 2 1 ]   s o lv ed   th p r o b lem   o f   d i s tr ib u ted   d en ial  o f   s er v ice  ( DDo S )   attac k s   an d   W SN - b ased   DDo d ef en s e   in   in ter n et   o f   th in g s   ( I o T )   n etw o r k s   in   th e   co n te x o f   ex ter n al  attac k   r esp o n s r ath er   th an   i n ter n al  d ata   s ec u r ity   d u r in g   r e g u lar   d ata  tr an s m is s io n s .   C o n v er s ely ,   Ah m ed   et  a l.   [ 2 2 ]   em p lo y e d   b io en er g y   o p tim izatio n   f o r   n o d b e h av io r   p r ed ictio n   b u t   d id   n o em p h asize  clu s ter - b ased   ar ch itectu r es.  B r ajo n es  et  a l .   [ 2 3 ]   in v esti g ate   th d etec tio n   a n d   m itig atio n   o f   d e n ial  o f   s er v ice   ( Do S)  an d   DDo S a ttack s   in   I o T - b ased   s tatef u s o f twar e - d e f in ed   n etwo r k in g   ( SDN)   en v ir o n m en ts .   Mo d ey   et  a l.   [ 2 4 ]   p r o p o s c lu s ter in g   ap p r o ac h   t h at  co m b in es  k - m ea n s   clu s ter in g   with   b ee   co lo n y   o p tim izatio n   f o r   h ete r o g e n eo u s   W S Ns.  B ao   [ 2 5 ]   p r o p o s e s   s ec u r clu s ter in g   s tr ateg y   f o r   I o T   u s in g   an   im p r o v e d   p ar ticle  s war m   o p t im izatio n   ( PSO )   alg o r ith m   to   en h an ce   en er g y   ef f icien cy   a n d   s ec u r ity ,   wh ile  W an g   et  a l.   [ 2 6 ]   d ev elo p   a   PS O   b ased   r o u tin g   s ch em f o r   h eter o g e n eo u s   W SNs   t o   o p tim ize  en er g y   co n s u m p tio n ,   an d   Sh ar m in   et   a l.   [ 2 7 ]   p r esen h y b r id   PS O - b ased   d ata  ag g r eg atio n   o n   clu s ter in g   alg o r ith m   f o r   en e r g y - ef f icien t WS Ns.   T h ese  s tu d ies  co llectiv ely   h i g h lig h t   ad v a n ce s   in   clu s ter in g   o p tim izatio n   an d   n etwo r k   s ec u r ity H o wev er ,   m o s f o c u s   o n   eith er   en er g y   ef f icien cy   o r   s ec u r i ty   in d iv i d u ally .   T o   ad d r ess   th is   g ap ,   t h p r esen t   wo r k   in teg r ates  s war m - in tellig en ce - b ased   o p tim izatio n   an d   lig h tweig h ad v a n ce d   e n cr y p tio n   s tan d ar d   ( AE S ) - b ased   en cr y p tio n   to   ac h iev b o th   en er g y   ef f icien cy   an d   s ec u r co m m u n icatio n   with in   I o T - en ab led   W SNs .       3.   M E T H O D   T h p r o p o s ed   f r am ewo r k   en h an ce s   th p er f o r m an ce   o f   W SN  b y   in teg r atin g   clu s ter in g   o p tim izatio n ,   s war m   in tellig en ce ,   lig h tweig h en cr y p tio n ,   a n d   d u t y   cy clin g   in to   th L E AC p r o t o co l.  T h p r o p o s ed   f r am ewo r k   is   illu s tr ated   in   Fig u r 1 .   I t   o p er ates  in   th r ee   k ey   s tag es:  o p tim ized   clu s ter in g ,   s ec u r co m m u n icatio n ,   an d   d u t y - cy cl ed   tr an s m is s io n .     3 . 1   Sy s t e m   mo del    T h s im u latio n   m o d els  en er g y - co n s tr ain ed   s en s o r   n o d es  d is t r ib u ted   in   1 0 0 × 1 0 0   m 2   ar ea ,   s u p p o r tin g   b o th   h o m o g en eo u s   an d   h ete r o g en e o u s   en er g y   c o n f ig u r at io n s .   b ase  s tatio n   is   p lac ed   at  co o r d in ates    ( 1 5 0 ,   5 0 )   [ 6 ] .   T h f ir s t - o r d er   r ad io   m o d el  d ef in es  e n er g y   d is s ip atio n   f o r   tr an s m is s io n   (  )   an d   r ec e p tio n   (  )   as g iv en   i n   ( 1 )   an d   ( 2 ) ,   f o llo wed   b y   th d u ty - cy clin g   e n er g y   r ed u ctio n   in   ( 3 ) .   Sen s o r   n o d es   ( SN )   ar e   r a n d o m ly   d e p l o y e d   in   a   1 0 0 × 1 0 0   m 2   f iel d   wit h   a   f i x e d   b ase   s t ati o n ,   f o ll o wi n g   s tan d ar d   W SN  m o d els  [ 6 ] ,   [ 7 ] .   E a ch   n o d is   i n it ial ize d   w it h   a n   en er g y   o f   2   J   a n d   f o l lo ws  d u ty   c y cl o f     5 0 %   [ 8 ] .   T h e   f ir s t - o r d er   r a d i o   m o d el  [ 1 ]   is   u s e d   f o r   t h e   t r a n s m is s i o n   an d   r ec ep ti o n   o f   e n er g y .      ( , ) = +  × × 2   ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       E n erg y - efficien t a n d   s ec u r W S N   clu s teri n g   fo r   I o T u s in g   p a r ticle  s w a r o p timiz a tio n   …  ( S .   S w a p n a   K u ma r )   1277    ( ) = ×   ( 2 )      = × ( 1 _   _  ) +    ( 3 )     W h er   is   th p ac k et  s ize,     th d is tan ce ,   = 50   n J /b it,  a n d    = 100   p J /b it/ 2 .   I n   h eter o g en e o u s   s ce n ar io s ,   f r ac tio n     o f   n o d es  h av en er g y    = ( 1 + ) 0 ,   as  s u g g ested   in   h eter o g en eo u s   W SN     m o d els  [ 1 0 ] {  _   _  } = 0 . 5   an d    0   ( n eg lig ib l en er g y   in   s leep   m o d e) .   B y   ap p ly in g   PSO - b ased   clu s ter in g ,   th e   d is tan ce     b etwe en   clu s ter   m em b er s   an d   h ea d s   is   m in im ized ,   th u s   r ed u ci n g      th e   o v er all  n etwo r k   en er g y   c o n s u m p tio n .           Fig u r 1 .   Pro p o s ed   W SN d ep l o y m en o p tim izatio n   m o d el       3 . 2   Secure   co m m un ica t io   AE S - 1 2 8   en c r y p tio n   is   wid ely   ad o p ted   in   r eso u r ce - co n s tr ain ed   s en s o r   n etwo r k s   d u to   its   lig h tweig h o p e r atio n s   an d   r o b u s tn ess   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .   I n   th is   f r am ewo r k ,   AE is   p er f o r m e d   at  C Hs  to   s ec u r ag g r eg ated   p a y lo ad s .   T h e   en cr y p tio n   o v er h ea d   is   ap p r o x i m ately   0 . 0 2   m J   p e r   n o d e   an d   ad d s   1 6   b y tes  p er   p ac k et,   wh ich   is   n eg lig ib le  co m p ar ed   t o   r ad io   t r an s m is s io n   en er g y   [ 1 6 ] .   T h s y s tem   p r o tects  ag ain s ea v esd r o p p i n g ,   i n jectio n ,   an d   n o d c o m p r o m is [ 1 7 ] .     3 . 3   Wo r k   f l o   T h o v e r all  s y s tem   wo r k f lo i s   s u m m ar ized   in   Fig u r e   2   an d   co n s is ts   o f   s ix   s tep s .   i)   Dep lo y m en o f   n o d es a n d   i n itializatio n   o f   en e r g y   v alu es.   ii)   Fo r m atio n   o f   clu s ter s   v ia  K - m ea n s .   iii)   R ef in em en t o f   C Hs u s in g   PS iter atio n s .   iv )   Ag g r eg atio n   an d   AE S - 1 2 8   e n cr y p tio n   at  C Hs.   v)   E n cr y p te d   d ata  is   tr an s m itted   t o   th b ase  s tatio n   with   tim d i v is io n   m u ltip le  ac ce s s   ( T DM A )   s ch ed u lin g .   v i)   Du ty   cy clin g   t o   r ed u ce   id le  en er g y   co n s u m p tio n .     3 . 4   Sim ula t i o s et up   T h p r o p o s ed   W SN  o p tim iz atio n   f r am ewo r k   was  im p lem en ted   in   Py th o n   an d   ev alu ated   u n d er   v ar y in g   n o d d en s ities .   Sen s o r   n o d es  ar r an d o m ly   p lace d   i n   100 × 100   2   ar ea ,   b ase  s tatio n   at  ( 5 0 ,   5 0 ) ,   with   0 . 5   J   f o r   n o r m al  an d   1   J   f o r   1 0   ad v an ce d   n o d es.  T h p ac k et  s ize  o f   4 , 0 9 6   b its   was  s elec ted   as   a   b alan ce d   co n f ig u r atio n   b etwe en   r ad io   co s an d   d ata  f id elity ,   f o llo win g   [ 1 ] .   T h f ir s t - o r d e r   r ad io   m o d el  u s es   = 12   n J /b it  an d   = 0 . 0013   p J /b it/ 2 ea ch   s im u latio n   r an   1 , 5 0 0   r o u n d s ,   a v er a g ed   o v er   f iv r u n s   f o r   r eliab ilit y .       3 . 5   Da t a s et   T o   en s u r r ea lis tic  ev alu atio n ,   th I n tel  B er k eley   R esear ch   L ab   ( I B R L )   d ataset  [ 2 ]   was  u s ed .     I co n tain s   5 4   d e p lo y e d   n o d es  was  u s ed   f o r   v alid atin g   th s tatis tical  b eh av io r   o f   tem p er at u r e -   a n d   h u m id ity - b ased   s en s o r   r ea d in g s .   L ar g e - s ca le  s im u latio n s   ( u p   to   1 0 , 0 0 0   n o d es)  wer s y n th etica lly   g en er ated   u s in g   th e   s am n o d e - d en s ity   an d   r ad io - en er g y   p ar am eter s ,   s o   th at  c o n s is ten s ca lin g   ca n   b u s ed   with o u ch an g in g   p h y s ical  ch ar ac ter is tics .   T h ese  tr ac es  wer in co r p o r ated   in to   th s im u latio n   en v ir o n m en to   m o d el  th e     r ea l - wo r ld   b eh av i o r   a n d   v ar iab ilit y   o f   t h s en s o r s .   T h e   wo r k f l o in   Fig u r 2   is   t h co m p lete  v is u al  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   Ap r il 2 0 2 6 1 2 7 5 - 1 2 8 5   1278   r ep r esen tatio n   o f   th s im u latio n   en v ir o n m e n an d   m et h o d o lo g y ,   an d   allo ws  f o r   co m p let r ep r o d u cib ilit y   o f   th ex p er im e n tal  s etu p .           Fig u r 2 .   Sy s tem   an d   s im u latio n   wo r k f lo o f   th p r o p o s ed   W SN        3 . 6   P er f o r m a nce  m e t rics    T h s im u latio n   s tu d y   e v alu ate s   th f r am ewo r k   u s in g   th e   f o ll o win g   p er f o r m a n ce   m etr ics  [ 2 ] ,   [ 7 ]   i)   E n er g y   c o n s u m p tio n   ( m J /n o d e) :   co m p u te  av er ag en er g y / n o d f o r   d ata  tr an s m is s io n   an d   r ec ep tio n ,     (1 )   to   ( 3 )   [ 1 ] ,   [ 5 ] .   ii)   Netwo r k   life tim ( r o u n d s ) :   n u m b er   o f   iter atio n   r o u n d s   u n til  th f ir s t a n d   last   n o d d ies   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   iii)   Priv ac y   b r ea ch   r ate  ( u n au th o r ized   ac ce s s es):  m ea s u r es   th p er ce n tag o f   d ata  b r ea c h es  with   AE S - 1 2 8   en cr y p tio n   ap p lied   to   m itig ate  u n au th o r ized   ac ce s s   [ 7 ] .   iv )   C o m m u n icatio n   o v er h ea d   ( b y tes/ iter atio n ) :   m ea s u r es   to tal  d ata  tr an s m itted   as   an   in d icat o r   o f   e f f icien t   d ata  ag g r e g atio n   [ 6 ] .   v)   Pre d ictio n   ac cu r ac y   ( %):   ass ess es  s o il  m o is tu r e   p r ed ictio n   ac cu r ac y   u n d er   0 . 5 in p u n o is [ 4 ] ,   [ 8 ] I n   th is   s tu d y ,   m o d el  ac cu r ac y   d en o tes  th d ata - ag g r e g atio n   a cc u r ac y   o f   s en s o r   r ea d i n g s   r e ce iv ed   at  th e   b ase  s tatio n .   I m ea s u r es  h o w   clo s ely   th ag g r e g ated   ( r ec eiv ed )   d ata  m atch   th o r ig in al  s en s o r   v alu es   an d   is   co m p u ted   as   ( 4 ) .       = ( 1 ) × 100%   ( 4 )     T h b aselin e   is   th s tan d ar d   L E AC p r o to co with o u PS o r   AE S.  T h is   m etr ic  r ef lects   i n f o r m atio n - f id elity   d u r in g   ag g r eg atio n   a n d   tr a n s m is s io n ,   n o t in tr u s io n - d etec tio n   o r   s o il - m o is tu r p r ed ictio n .     3 . 7   P a ra m et er   s et t ing   T ab le  1   s u m m ar izes  th s im u latio n   p ar am eter s   u s ed   in   th p r o p o s ed   m o d el.   T h e y   s p ec if y   th n etwo r k   f ield ,   n o d en er g y ,   p ac k et  s ize,   an d   co m m u n i ca tio n   r an g e.   T h ese  s tan d ar d   s ettin g s   en ab le   co m p ar is o n   with   e x is tin g   W SN p r o to co ls .       T ab le  1 .   Simu latio n   s u m m ar y   p ar am eter   u s ed   i n   Py th o n   ex p er im en ts   P a r a me t e r   V a l u e   F i e l d   s i z e   1 0 0 × 1 0 0     B a se   st a t i o n   ( 5 0 ,   5 0 )   N o d e   e n e r g y   0 . 5 J (n o r ma l ) ,   1 J (a d v a n c e d )   P a c k e t   si z e   4 , 0 9 6   b i t s   S i mu l a t i o n   r o u n d s   1 , 5 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       E n erg y - efficien t a n d   s ec u r W S N   clu s teri n g   fo r   I o T u s in g   p a r ticle  s w a r o p timiz a tio n   …  ( S .   S w a p n a   K u ma r )   1279   3 . 8   P a rt icle  s wa rm   o ptim iz a t io n   im plem ent a t io n det a ils   T o   en s u r e   r e p r o d u cib ilit y ,   th PS u s ed   f o r   C r ef in em en is   d escr ib ed   in   Alg o r ith m   1 .   PS s ea r ch es  f o r   C p o s itio n s   th at  m in im ize  m u lti - o b jectiv e   f itn ess   co m b in in g   n etwo r k   e n er g y ,   in tr a - clu s te r   d is tan ce ,   an d   n o d s u r v i v ab ilit y .   Fit n ess   we ig h ts   an d   s to p p in g , ,   wer s et  to   0 . 5 ,   0 . 3 ,   an d   0 . 2 ,   r esp ec tiv ely .   C o n v er g en ce   to l er an ce   u s ed : Δfitn ess   <1   e - 4   o r   Ma x I ter .       Alg o r ith m   1 .   PSO - b ased   CH   o p tim izatio n   I n p u t: N,      ( n o d co o r d in ates) ,     ( in itial e n er g y ) ,   ( clu s ter s ) ,   Ma x I ter   Ou tp u t: C s et  an d   clu s ter   ass ig n m en ts   1 :   I n itialize  P p ar ticles;   ea ch   p ar ticle  en co d es K  C co o r d i n ates ( x , y )   2 :   Fo r   ea ch   p ar ticle  p : c o m p u t f itn ess   as in   ( 5 )     = ( 1 ) + (  ) + ( 1 1 +  )   ( 5 )     W h er    is   s u m   r esid u al  en er g y ,     is   av er ag in tr a - clu s ter   d is tan ce ,      is   n u m b er   o f   d ea d   n o d es     in   tr ial   3 :   Up d ate  v elo city   an d   p o s itio n :     + 1 1 ( ) + 2 2 (  )     +       4 :   E n f o r ce   f ield   b o u n d s ; r ea s s ess   f itn ess ; u p d ate      5 :   R ep ea t ( 2 4 )   u n til Ma x I ter   o r   co n v er g e n ce   6 :   Ass ig n   n o d es to   n ea r est C H   ( E u clid ea n ) r u n   T DM A+ ag g r eg atio n +A E S a t CHs     T ab le  2   p r esen ts   th PS p ar am eter   s ettin g s   u s ed   f o r   CH   o p tim izatio n   in   th Py th o n   s im u latio n ,   as  s u m m ar ized   in   t h PS p ar a m eter   tab le .   T h ese  p ar am eter s   co n tr o s war m   b e h av io r ,   in clu d in g   e x p lo r atio n ,   ex p lo itatio n ,   an d   co n v er g e n ce   s p ee d   d u r in g   t h o p tim izatio n   p r o ce s s .   Pr o p er   s elec tio n   o f   t h ese  v alu es  en s u r es  s tab le  co n v er g e n ce   an d   r ep r o d u cib le  clu s ter in g   p er f o r m an ce   ac r o s s   d if f er en n etwo r k   s izes.   T h s elec ted   s ettin g s   p r o v id s tab le  s war m   co n v e r g en ce   a n d   b alan ce d   s ea r ch   b eh av i o r .   I n er tia  wei g h an d   ac c eler atio n   co n s tan t w er ad ju s ted   to   m in i m ize   clu s ter in g   er r o r .       T ab le  2 .   PS p ar am eter   s ettin g s   u s ed   f o r   CH   o p tim izatio n   P a r a me t e r   S y mb o l   V a l u e   ( u se d )   N o t e   S w a r m si z e   P   30   B a l a n c e d   e x p l o r a t i o n   v s.  C P U   l o a d   M a x   i t e r a t i o n s   M a x I t e r   1 0 0   C o n v e r g e < 8 0   f o r   N   2 0 0 0   I n e r t i a   w e i g h t   ( l i n e a r   d e c . )   w   0 . 9 0 →0 . 4 0   S t a r t e x p l o r a t i o n e x p l o i t a t i o n   C o g n i t i v e   c o e f f i c i e n t   c₁   1 . 5   P e r so n a l   b e st   a t t r a c t i o n   S o c i a l   c o e f f i c i e n t   c₂   1 . 5   G l o b a l   b e st   a t t r a c t i o n   C H   r a t i o   ρ   0 . 0 5   5 n o d e s   a C H   ( L EA C H - l i k e )   R u n p e r   p o i n t     5   i n d e p e n d e n t   r u n s   R e p o r t   me a n   ±   S D   F i e l d   s i z e     1 0 0 × 1 0 0     C o n si s t e n t   w i t h   sec t i o n   2 . 4       3 . 9   AE S - 1 2 8   encr y ptio n a nd   ener g y   o v er hea d mo delin g   Secu r d ata  ag g r eg atio n   with in   ea ch   clu s ter   is   im p lem en te d   u s in g   th e   AE S - 128   lib r ar y   in   Py th o n   ( C r y p to . C ip h er )   i n   Alg o r ith m   2 .   T h cip h er   is   u s ed   in   g en er ate  co u n ter   ( C T R )   m o d f o r   i n - n etwo r k   en cr y p tio n ,   an d   C B C   m o d f o r   en d - to - en d   i n teg r ity .   E ac h   C en cr y p ts   f u s ed   d ata  b ef o r s en d in g   it  to   th e   b ase  s tatio n .     Alg o r ith m   2 AE S - 1 2 8   en cr y p tio n   at  CH   I n p u t: a g g r eg ate d _ d ata,   AE S_ k ey ( 1 6   b y tes),   c o u n te r   Ou tp u t: e n cr y p ted _ p ay lo ad   1 : G en er ate  co u n ter   C o u n ter . n ew( 1 2 8 ,   in itial_ v alu =   r o u n d _ I D)   2 : Ci p h er   ←  AE S.n ew( AE S_ k ey ,   AE S.M ODE _ C T R ,   co u n ter   C T R )   3 : c ip h er tex t ←  C ip h er . e n cr y p t( ag g r eg ate d _ d ata)   4 : T r an s m it ( cip h e r tex t +   C T R )   to   b ase  s tatio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   Ap r il 2 0 2 6 1 2 7 5 - 1 2 8 5   1280   3 . 9 . 1 .   P a ra m et er   s um m a ry   AE S - 1 2 8   e n cr y p tio n   p ar am eter s   an d   en er g y   m o d el  co n s tan ts   f o r   th e   f r am ew o r k   ar e   s h o wn   in     T ab le  3 .   Key   s ize,   b lo ck   len g t h ,   an d   r o u n d s   d ef in th tr a d e - o f f   b etwe en   s ec u r ity   a n d   co s t.  T h s elec ted   m o d p r o v id es lo o v er h ea d   with   a d eq u ate  d ata  c o n f id e n tiality .       T ab le  3 .   AE S - 1 2 8   en c r y p tio n   p ar am eter s   an d   e n er g y   m o d el  f r am ewo r k   P a r a me t e r   S y mb o l   V a l u e   ( u se d )   N o t e   K e y   l e n g t h   K   1 2 8   b i t s ( 1 6   b y t e s)   Li g h t w e i g h t   s y mm e t r i c   k e y   A ES r o u n d s   Nr   10   S t a n d a r d   A ES - 1 2 8   c o n f i g u r a t i o n   B l o c k   s i z e   B   1 2 8   b i t s   O n e   TD M A   f r a m e   p e r   b l o c k   M o d e   o f   o p e r a t i o n     C TR / C B C   C TR   f o r   l o w - l a t e n c y   C H   e n c r y p t i o n   En c r y p t i o n   e n e r g y   E_ e n c   0 . 4   n J/ b i t   U sed   i n   si m u l a t i o n   c o d e   O v e r h e a d   b y t e s   O _ A ES   8 × 8 = 6 4   b y t e s   N o n c e   +   p a d d i n g   p e r   f r a me   K e y   r e f r e sh   p e r i o d   T_ k   5 0 0   r o u n d s   R e d u c e k e y - e x c h a n g e   l o a d       3 . 9 . 2 .   E nerg y   m o del   T h m ath em atica l f o r m u latio n   o f   th n etwo r k   e n er g y   m o d el  is   wr itten   as ( 6 ) .      = ( + ) × ×    ( 6 )     W h er =0 . 4   n J /b it,  =1 2   n J /b it,  an d      is   th n u m b er   o f   CH s   p er   r o u n d .   T h ad d itio n al  AE co s t   ( 0 . 0 2   m J   p er   n o d e)   is   in te g r ated   in to   th to tal  n etwo r k   en er g y   in   s ec tio n   3 . 2 .   All  m o d u les K - m ea n s   in itializatio n ,   PS CH   o p tim izatio n ,   an d   AE S - 1 2 8   en cr y p tio n wer im p lem e n ted   in   Py th o n   u s in g   p ar am eter s   f r o m   T a b les  1   to   3 .   s y n c h r o n o u s   d u ty - c y clin g   s ch ed u le   co o r d in ated   b y   CH s   m in im ized   id le  lis ten in g .   T h ese  f ix ed   c o n f ig u r atio n s   en s u r f u ll r e p r o d u cib il ity   o f   th r ep o r te d   r esu lts .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h f r am ewo r k   u s es  lo b r ea ch   lev els  o f   0 . 4 f o r   5 0   n o d es  an d   0 . 3 f o r   1 , 0 0 0   n o d e s   b y   u s in g   L E AC H - in s p ir ed   clu s ter in g   an d   AE S - 1 2 8   e n cr y p tio n .     4 . 1   E nerg y   c o ns um ptio n   F i g u r 3   i l l u s t r a te s   t h c o n s u m p t i o n   o f   a v er a g e n e r g y   p e r   n o d e   u n d e r   v ar y in g   n e t wo r k   s i z e s   a n d   s c e n a r io s .   H e t er o g e n eo u s   n et w o r k s   th a t   h a v a d v a n c e d   n o d e s   h av e   r e d u c e d   e n er g y   u s a g e   b e c au s e   t h ey   h a v a d d i t i o n a l   en er g y   r e s er v e s .   T h e   P S O - b a s e d   c l u s t er in g   o p t im i z a t i o n   f u r t h er   r e d u c e s   e n er g y   u s ag e   b y   c h o o s i n g   e n e r g y - e f f ic i e n t   CH s   a s   c o m p a r ed   to   th e   co n v e n t i o n a l   L E A C H   a n d   P S O - L E A C H   [ 7 ] ,   wh i c h   c o n f i r m s   s i m i la r   tr e n d s   r ep o r t ed   b y   Mo t a m en i   [ 8 ]   a n d   i s   c o n s i s t e n t   w i th   t h e   g r e y   w o lf   o p t i m iz e r     ( G W O ) - b a s ed   c lu s t e r in g   ef f i ci e n c y   r ep o r t e d   i n   K ad d e t   a l .   [ 1 4 ] .   C o m p a r ed   w i th   t h L E A C H   b a s e l i n e ,   t h e   p r o p o s ed   P S O - A E S   f r am e w o r k   s a v e s   a n   av e r a g en e r g y   b y   1 7 . 4   % ,   e x te n d i n g   n o d l i f et i m e   p r o p o r t io n a l ly   a c r o s s   d e n s i t i e s .           F i g u r e   3 .   T r e n d s   o f   e n e r g y   u t i l iz a t i o n ,   o v e r h e a d ,   a n d   l i f e ti m e   o v e r   c l u s t e r i n g   r o u n d s   i n   5 0 -   an d   1 0 0 0 - n o d e   c a s e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       E n erg y - efficien t a n d   s ec u r W S N   clu s teri n g   fo r   I o T u s in g   p a r ticle  s w a r o p timiz a tio n   …  ( S .   S w a p n a   K u ma r )   1281   4 . 2   Co mm un ica t io o v er he a d   Fig u r 4   p r esen ts   lin p lo t   o f   en er g y ,   p r iv ac y   b r ea ch ,   o v er h ea d ,   an d   m o d el  ac c u r a cy   ag ain s   th n u m b e r   o f   n o d es.  T h s y s tem   p r o v id es  s tab le  p er f o r m a n ce   r eg ar d less   o f   th n u m b e r   o f   n o d es,  in d icatin g   its   ef f icac y   in   d e p lo y in g   i in   lar g e - s ca le  I o T   en v ir o n m en ts .   Ou r   f in d in g   s h o ws   th at  PS O - b ased     clu s ter in g   h elp s   to   r ed u ce   th o v er all  c o n tr o t r af f ic;  th u s ,   th er is   less   co m m u n icatio n   o v e r h ea d   th an   i n     non - o p tim ized   n etwo r k s .   T h o p tim izatio n   r e d u ce s   co n tr o l - p ac k et  o v er h ea d   b y   a p p r o x .   1 1 co m p ar ed   with   L E AC an d   7 %   co m p ar ed   with   PS O - o n l y   clu s ter in g .   T h is   is   in   lin with   e ar lier   s war m - o p tim ize d   r o u tin g   s tu d ies  [ 2 0 ] ,   [ 2 6 ]   wh ich   also   f o u n d   lo wer   c o n tr o l - p ac k et  lo a d   b y   ad a p tiv C s elec tio n .   Similar   r esu lts   wer also   f o u n d   with   h y b r id   s war m   in tellig en ce   ap p r o ac h es  [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ]   s tr en g th e n in g   th f ac th at  m u lti - o b jectiv PS h as  lo co n tr o l o v er h ea d   in   d en s d ep l o y m en ts .           Fig u r 4 .   W SN  p er f o r m an ce   a s   n o d co u n t in cr ea s es       4 . 3   Net w o rk   life t im e   T h n etwo r k   life tim e   ( i.e . ,   th e   n u m b er   o f   r o u n d s   b ef o r t h f ir s an d   last   n o d e   d ies)  is   s u m m ar ized   in   T ab le  4 .   T h h eter o g e n eo u s   s ce n ar io   u s in g   PS O - AE p r o lo n g s   th life tim s ig n if ican tly   as  co m p ar ed   to   th e   h o m o g en eo u s   ca s e,   wh ich   im p lies   m o r e   b alan ce d   en e r g y   u t ilizatio n .   Ov er all,   n etwo r k   life tim was  im p r o v ed   b y   2 2   in   h ete r o g e n eo u s   co n f ig u r atio n   an d   1 3   in   h o m o g en eo u s   n o d es  co m p ar ed   with   L E AC r ef er en ce   [ 6 ] s im ilar   life tim im p r o v e m en was  r ep o r ted   b y   Sh ar m in   et  a l.   [ 2 7 ]   f o r   h y b r id   PS clu s ter in g ,   wh ich   v alid ates  o u r   r esu lt.  T h b ase  s tatio n   s itu atio n   h as  a   s lig h tly   lo wer   life tim b e ca u s o f   h ig h er   co m m u n icatio n   lo ad .   T h ese  life tim im p r o v e m en ts   ar in   lin with   th r esu lts   in   [ 2 5 ] [ 2 6 ] ,   wh o   s h o wed   t h e   b en ef its   o f   PS in   ter m s   o f   c o n v er g e n ce   in   lar g h eter o g en e o u s   W SNs .       T ab le  4 .   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   ac r o s s   n o d a n d   b ase  s tati o n   s ce n ar io s   S c e n a r i o   En e r g y   ( mJ/ n o d e )   Li f e t i me   ( r o u n d s)   P r i v a c y   b r e a c h   ( %)   H o mo g e n e o u n o d e s   0 . 3 8   1 3 1 1   0 . 1 5   H e t e r o g e n e o u n o d e s   0 . 3 9   1 5 4 2   0 . 1 6   B a se   st a t i o n   0 . 4 0   1 2 5 1   0 . 1 1       4 . 4   Da t a   a cc ura cy   T h p r o p o s ed   f r am ewo r k   h as  b ee n   s h o wn   to   p r o v i d r eliab le  p er f o r m an ce   wh en   test ed   u s in g   th e   I B R L   d ataset.   T h s y s tem ' s   a v er ag en er g y   co n s u m p tio n   p er   n o d is   3 . 4 5   m J ,   p r iv ac y   b r ea ch   r ate  is   0 . 6 2 %,   an d   m o d el  ac cu r ac y   is   9 5 . 8 %.   T h ese  r esu lts   ar v er y   clo s t o   th s im u latio n   r esu lts   o n   t h e   I B R L   d ataset  [ 2 ] wh ich   v alid ates th co n s is ten c y   an d   r ea l - wo r ld   a p p licab ilit y   o f   th p r o p o s ed   f r am ew o r k .   Sli g h d if f er en c es  b etwe en   t h 5 4 - n o d d ata   s et  an d   la r g e - s ca le  s im u latio n s   ar ex p ec ted .   T h   r ea l - wo r ld   d ataset  is   u s ed   to   v alid ate  s en s in g   ac cu r ac y   an d   e n v ir o n m en tal  v ar ia b ilit y ,   wh il th s y n th etic  r u n s   ar u s ed   to   ass ess   s ca lab ilit y   an d   e n er g y   o p tim izatio n .   C o n s is ten d ata - ag g r eg atio n   ac cu r ac y   in   b o th     r ea l - wo r ld   an d   e x p er im e n tal  ex p er im en ts   is   co n f ir m ed   in   Fig u r 5 .   Fig u r 6   s h o ws  th ef f ec o f   f u s io n   r ed u ctio n   ( 0 . 5 0 . 9 5 )   o n   e n er g y   u s an d   ac c u r ac y   in   1 , 0 0 0 - n o d n etwo r k .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   Ap r il 2 0 2 6 1 2 7 5 - 1 2 8 5   1282       Fig u r 5 .   Per f o r m an c with   r e al - wo r ld   d ata           Fig u r 6 .   Fu s io n   r ed u ctio n   v s .   en er g y   a n d   ac c u r ac y       4 . 5 .     P ri v a cy   brea ch  r a t e   P r i v a cy   b r e a ch   r a t e s   ac r o s s   b o t h   n e t w o r k   s c a l e s   r e m a in   m in i m a l .   T h e   m o d e l   s u s t a in s   b r e a c h   r a t e s   o f   0 . 4 %   a n d   0 . 3 %   f o r   5 0 - n o d an d   1 , 0 0 0 - n o d s c e n a r io s ,   r e s p e c t iv e ly ,   u s i n g   L E AC H - s t y l e   c lu s t e r in g   i n t e g r a t e d   w i t h   A E S - 1 2 8   en c r y p t io n .   A E S - 1 2 8   in t e g r at i o n   d e m o n s t r a t e d   t h t r ad e - o f f   b e t w e en   l o e n c r y p t io n   c o s t s   a n d   co n s id er a b l p r i v ac y   g a in   b y   r e d u c i n g   th e   in t r u s i o n   ch a n c e   b y   m o r e   th a n   6 0 %   wh e n   c o m p a r ed   to   th u n e n c r y p t e d   s y s t em .   T h e s e   f i n d i n g s   a r c o n s i s t e n w i t h   l i g h t w e i g h t - e n cr y p t i o n   f r a m e w o r k s   i n   I o T - W S N s   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] ,   co n f i r m i n g   t h a A E S - 1 2 8   a ch i ev e s   p r i v ac y   e n h an c em e n t   w i th   m a r g in a l   e n er g y   co s t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       E n erg y - efficien t a n d   s ec u r W S N   clu s teri n g   fo r   I o T u s in g   p a r ticle  s w a r o p timiz a tio n   …  ( S .   S w a p n a   K u ma r )   1283   4 . 6 .   Ana ly s is   o f   a t t a c k s   o WSN    T ab le  5   s h o ws  th at  th s y s tem s   r o b u s tn ess   was  test ed   ag ain s s tan d ar d   th r ea ts   [ 2 1 ] ,   [ 2 3 ]   in clu d in g   DDo S,  Sy b il,  an d   jam m in g   attac k s ,   in   1 , 000 - n o d en v ir o n m en t.  E ac h   attac k   s ce n ar io   was  s im u lated   b y   r an d o m l y   ass ig n in g   1 0 o f   n o d es  as  m alicio u s .   DDo was  m o d eled   as  p ac k et - in jectio n   b u r s ts   at  2 0   p k t/s   ( lo w)   an d   5 0   p k t/s   ( h i g h ) ,   Sy b il  attac k s   d u p licated   n o d e   I Ds  an d   f alse  CH   claim s ,   an d   jam m in g   in c r ea s ed   lin k - lay er   co llis io n   p r o b ab ili ty   b y   1 5 % - 3 0 %.  T h ese  attac k s   wer in jecte d   f o r   1 0 0   r o u n d s   with in   th e   s im u latio n   to   an aly ze   v ar iati o n s   in   en er g y ,   b r ea c h ,   an d   life tim m etr ics.   Alth o u g h   th e s attac k s   in cr ea s ed   en er g y   co n s u m p tio n   f r o m   0 . 3 8 4   to   0 . 4 3   m J /n o d e,   s lig h tly   elev ated   th e   r is k   o f   p r iv ac y   b r ea ch es,  a n d   g en er ated   a d d itio n al   o v er h ea d   tr af f ic,   th n etwo r k   m ain ta in ed   h ig h   ac c u r ac y   o f   9 6 % - 9 6 . 5 %,  d esp ite  a   r ed u ce d   o p er atio n al  life tim e.   An   ef f icien t secu r ity en er g y   co m p r o m is is   ac h iev ed ,   ad d in g   o n ly   2 % o v er h ea d   wh ile  p r eser v in g   ac c u r ac y   an d   life tim e.       T ab le  5 .   Per f o r m an ce   u n d er   at tack   s ce n ar io s   ( 1 0 0 0   n o d es)   U n i t   B a se l i n e   Lo w - i n t e n s i t y   H i g h - i n t e n s i t y   En e r g y   ( mJ  p e r   n o d e )   0 . 3 4   0 . 3 7   0 . 4 3   B r e a c h   r a t e   ( %)   0 . 1 2   0 . 1 4   0 . 1 6   O v e r h e a d   ( b y t e s / i t e r a t i o n )   14 , 296   14 , 610   17 , 603   M o d e l   ( %)   9 6 . 5   9 6 . 5   9 6 . 4 3   Li f e t i me   ( r o u n d s)   1 , 5 6 6   1 , 4 5 7   1 , 2 2 2       4 . 7   Co m pa ra t iv a na ly s is   T h e   p r o p o s e d   f r am e w o r k   i s   c o m p a r ed   w i th   t h e   r e c e n K - m e an s   +   b e e   b a s e l i n e   [ 2 4 ]   a n d   o t h e r   s w a r m - b a s e d   o p t im i z a t io n   ap p r o a ch e s   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   A v er a g e d   o v e r   1 , 0 0 0 - 10 , 0 0 0   n o d e s ,   t h e   p r o p o s ed   f r a m e w o r k   ac h i ev e s   0 . 3 9   m J / n o d e n e r g y   u s e ,   0 . 1 5 %   p r i v a cy   b r e ac h ,   1 5 , 4 3 5   b y t e s   o v e r h e a d ,   9 6 . 5 %   a c c u r a c y ,   an d   n e t wo r k   l i f et i m e   o f   1 , 2 1 7   r o u n d s .   I n   c o n t r a s t ,   Mo d e y 's   K - m e an s   +   b e e   m o s t l y   r ep o r t s   e n e r g y ,   er r o r   r a te ,   d a t d e l iv e r y ,   a n d   e x e cu t i o n   t i m e.   T h e   p r o p o s e d   f r a m e wo r k   i s   an   ex t en s i o n   o f   t h i s   e v a l u a t i o n ,   t ak i n g   i n t o   a c c o u n t   p r i v a c y ,   o v e r h e a d ,   a n d   l i f e t i m e   m e t r i c s .   W i t h in   t h i s   l a r g er   c o n t e x t,   i p r o v e s   t o   h a v co n s i s t e n t ly   lo w e r   b r e a ch   p r o b a b i l i ty ,   i m p r o v e d   a c cu r ac y ,   an d   o p er a t io n a l   l o n g ev i t y ,   th u s   p r o v i n g   t o   b e   ef f ec t i v f o r   s ec u r an d   en e r g y - e f f i c i e n t   W S N   d ep l o y m en t s .   C o m p a r ab l c r o s s - m e tr i g ai n s   w e r e   r ep o r t e d   in   r ec e n t   h y b r id - o p t i m i za t i o n   f r a m e wo r k s   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ]   w h i ch   f u r t h e r   s u p p o r t s   t h e   r o b u s t n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   P S O - AE S   m o d e l.   S c a l a b i l i ty   an d   p r a c t ic al i t y   i n   th i s   f r am e w o r k   s c a le   li n e a r ly   w i t h   n o d e s   ( ( × × ) ) ,   wh e r P   = 3 0   a n d   I   1 0 0 ,   c o n v e r g i n g   w i t h in   3   s   f o r   1 , 0 0 0   n o d e s   o n   2 . 6   G H C P U .   B e y o n d   5 , 0 0 0   n o d e s ,   co n n e ct i o n   o v er h ea d   b e c o m e s   t h m a i n   f a c t o r ,   a l th o u g h   A E S   o p e r a t io n s   an d   P S O   u p d a t e s   ar e   l ig h t w e ig h a n d   p a r a l l e l i z ab l e ,   s u g g e s t i n g   th e   ex i s t e n c o f   r ea l - t i m e   I o T   h a r d w a r e .       5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r o p o s ed   PS O - AE S - b ased   W SN  ar ch itectu r th at  aim s   at   m ax im izi n g   en e r g y   co n s u m p tio n ,   in cr ea s in g   th life   o f   th n etwo r k ,   p r eser v in g   d ata  co n f id en tiality ,   an d   en s u r in g   h ig h   ac cu r ac y   o f   in f o r m atio n   s en s ed .   T h s i m u latio n   f in d i n g s ,   co n f ir m ed   ag ain s th I n tel  B er k eley   d at aset,  r ev ea th at  th p r o p o s ed   f r am ewo r k   is   s u p er io r   to   th tr ad itio n al  p r o to c o l s ,   i.e . ,   L E AC an d   P SO - L E AC H,   in   r eg ar d   to   v ar io u s   p er f o r m an ce   p ar am et er s .   T h ese  ar en er g y   ef f icien cy ,   n etwo r k   lo n g e v ity ,   r e d u ctio n   o f   p r iv ac y   in tr u s io n ,   co m m u n icatio n   o v er h ea d ,   an d   ac cu r ac y   o f   class if icatio n   m ea s u r es.  T h b en ef its   o b s er v ed   wer o b s er v ed   to   b th s am in   s ev er al  s im u latio n   r u n s ,   h i g h lig h tin g   th s tr en g th   a n d   r eliab ili ty   o f   th f r a m ewo r k   in   b o th   n o r m al  a n d   attac k   en v ir o n m en ts .   T o   im p r o v e   n etwo r k   ef f icien cy   a n d   s ec u r ity ,   f u t u r r esear ch   s co p e   ap p ea r s   to   in teg r ate  ad ap tiv PS p ar am eter s ,   en h an ce d   en cr y p tio n   tech n iq u es,  an d   r e al - tim d ep lo y m en in   lar g e - s ca le  I o T   s y s tem s .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au th o r s   th an k   Sri n iv as Un iv er s ity ,   Ma n g alo r e ,   f o r   ac ad e m ic  s u p p o r d u r in g   th is   r esear ch .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   r ec eiv ed   n o   p ar t icu lar   f in an cial  ass is tan ce   f r o m   an y   p u b lic,   co m m er cial,   o r   n o n - p r o f it  s o u r ce .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   Ap r il 2 0 2 6 1 2 7 5 - 1 2 8 5   1284   AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   S.  Swap n Ku m ar                               Kalli  Saty an ar ay an   R ed d y                                   C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   All a u th o r s   d is clo s n o   co n f lic ts   o f   in ter est.       I NF O RM E CO NS E N T   T h is   s ec tio n   is   n o ap p licab le.   T h is   s tu d y   in v o lv es  s im u l atio n - b ased   an aly s is   o f   wir el ess   s en s o r   n etwo r k   alg o r ith m s   ( PS O/GW clu s ter in g ,   T DM A,   AE en cr y p tio n )   an d   d o es n o in clu d e   h u m an   s u b jects  o r   p er s o n al  d ata  c o llectio n .       E T H I CAL AP P RO V AL   T h is   s ec tio n   is   n o ap p licab le.   No   h u m an   o r   an im al  s u b ject s   wer in v o lv ed th is   r esear ch   is   p u r ely   co m p u tatio n al,   f o cu s in g   o n   W SN  s ec u r ity   p r o to co ls   ag ain s DDo S,  Sy b il,  an d   ja m m in g   attac k s   v ia   m ath em atica l m o d elin g   an d   s i m u latio n s .       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h is   ar ticle  d o es  n o f all  u n d er   th ca teg o r y   o f   d ata  s h ar in g   b ec au s n o   n ew  d ata  wer g en er ated   d u r in g   th co u r s o f   t h s tu d y .         RE F E R E NC E S   [ 1 ]   W .   R .   H e i n z e l m a n ,   A .   C h a n d r a k a s a n ,   a n d   H .   B a l a k r i s h n a n ,   E n e r g y - e f f i c i e n t   c o mm u n i c a t i o n   p r o t o c o l   f o r   w i r e l e ss  m i c r o se n so r   n e t w o r k s,”   i n   Pr o c e e d i n g o f   t h e   H a w a i i   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   S y s t e m   S c i e n c e s ,   2 0 0 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / h i c ss. 2 0 0 0 . 9 2 6 9 8 2 .   [ 2 ]   P .   B o d i k ,   W .   H o n g ,   C .   G u e st r i n ,   S .   M a d d e n ,   M .   P a sk i n ,   a n d   R .   T h i b a u x ,   I n t e l   l a b   d a t a ,   I n t e l   Be r k e l e y   Re s e a r c h   L a b   D a t a ,   2 0 0 4 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / d b . c s a i l . mi t . e d u / l a b d a t a / l a b d a t a . h t m l   [ 3 ]   J.  L i u ,   Z .   Z h a o ,   J.   Ji ,   a n d   M .   H u ,   R e sea r c h   a n d   a p p l i c a t i o n   o f   w i r e l e ss  s e n s o r   n e t w o r k   t e c h n o l o g y   i n   p o w e r   t r a n sm i ssi o n   a n d   d i s t r i b u t i o n   s y st e m,”   I n t e l l i g e n t   a n d   C o n v e rg e d   N e t w o r k s ,   v o l .   1 ,   n o .   2 ,   p p .   1 9 9 2 2 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / I C N . 2 0 2 0 . 0 0 1 6 .   [ 4 ]   S .   M e g u e r d i c h i a n ,   F .   K o u s h a n f a r ,   G .   Q u ,   a n d   M .   P o t k o n j a k ,   Ex p o su r e   i n   w i r e l e ss  a d - h o c   se n s o r   n e t w o r k s,   i n   Pro c e e d i n g o f   t h e   An n u a l   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Mo b i l e   C o m p u t i n g   a n d   N e t w o r k i n g ,   MOBI C O M ,   2 0 0 1 ,   p p .   1 3 9 150 ,     d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 8 1 6 7 7 . 3 8 1 6 9 1 .   [ 5 ]   J.  K u l i k ,   W .   H e i n z e l ma n ,   a n d   H .   B a l a k r i s h n a n ,   N e g o t i a t i o n - b a se d   p r o t o c o l f o r   d i ss e mi n a t i n g   i n f o r ma t i o n   i n   w i r e l e ss  s e n so r   n e t w o r k s,”   W i re l e ss  N e t w o rk s ,   v o l .   8 ,   n o .   2 3 ,   p p .   1 6 9 1 8 5 ,   2 0 0 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 2 3 / A : 1 0 1 3 7 1 5 9 0 9 4 1 7 .   [ 6 ]   M .   H .   A .   H u ssa i n ,   B .   M o k h t a r ,   a n d   M .   R .   M .   R i z k ,   A   c o mp a r a t i v e   s u r v e y   o n   LEA C H   su c c e sso r c l u s t e r i n g   a l g o r i t h ms   f o r   e n e r g y - e f f i c i e n t   l o n g e v i t y   W S N s,   E g y p t i a n   I n f o rm a t i c s   J o u r n a l ,   v o l .   2 6 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e i j . 2 0 2 4 . 1 0 0 4 7 7 .   [ 7 ]   B .   M .   S a h o o ,   T .   A m g o t h ,   a n d   H .   M .   P a n d e y ,   P a r t i c l e   sw a r m   o p t i m i z a t i o n   b a se d   e n e r g y   e f f i c i e n t   c l u s t e r i n g   a n d   si n k   m o b i l i t y   i n   h e t e r o g e n e o u s w i r e l e ss s e n s o r   n e t w o r k ,   A d   H o c   N e t w o rks ,   v o l .   1 0 6 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a d h o c . 2 0 2 0 . 1 0 2 2 3 7 .   [ 8 ]   H .   M o t a me n i ,   A n   e n e r g y - e f f i c i e n t   met h o d   u si n g   P S O   c l u st e r i n g   a n d   f u z z y   r o u t i n g   t o   r e d u c e   e n e r g y   c o n s u mp t i o n   i n   I o T,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C o m m u n i c a t i o n   S y st e m s ,   v o l .   3 7 ,   n o .   1 4 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / d a c . 5 8 7 1 .   [ 9 ]   R .   A h m a d ,   R .   W a z i r a l i ,   a n d   T .   A . - A i n ,   M a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   w i r e l e ss  se n so r   n e t w o r k se c u r i t y :   a n   o v e r v i e w   o f   c h a l l e n g e a n d   i ssu e s,”   S e n so rs ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 3 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 2 1 3 4 7 3 0 .   [ 1 0 ]   A .   I .   R e g l a   a n d   E .   D .   F e st i j o ,   P e r f o r man c e   a n a l y si o f   l i g h t - w e i g h t   c r y p t o g r a p h i c   a l g o r i t h ms  f o r   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   ( I o T)   a p p l i c a t i o n s:   a   sy s t e m a t i c   r e v i e w ,   i n   2 0 2 2   I E EE  7 t h   I n t e r n a t i o n a l   c o n f e re n c e   f o C o n v e r g e n c e   i n   T e c h n o l o g y   ( I 2 C T ) ,   2 0 2 2 ,     p p .   1 6 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I 2 C T 5 4 2 9 1 . 2 0 2 2 . 9 8 2 4 1 0 8 .   [ 1 1 ]   D .   A r e l l a n e s   a n d   K .   K .   La u ,   Ev a l u a t i n g   I o T   serv i c e   c o mp o s i t i o n   me c h a n i sms   f o r   t h e   sca l a b i l i t y   o f   I o T   s y st e ms,   Fu t u r e   G e n e r a t i o n   C o m p u t e S y s t e m s ,   v o l .   1 0 8 ,   p p .   8 2 7 8 4 8 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . f u t u r e . 2 0 2 0 . 0 2 . 0 7 3 .   [ 1 2 ]   R .   B .   P e d d i t i   a n d   K .   D e b a si s ,   En e r g y   e f f i c i e n t   r o u t i n g   p r o t o c o l   f o r   a n   I o T - b a se d   W S N   s y st e t o   d e t e c t   f o r e st   f i r e s,”   A p p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 1 3 0 5 3 0 2 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.