T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 ,   p p .   966 ~ 9 7 8   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 3 . 27616          966       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Enha ncing  energ y  ef ficie ncy  in  w ireless   m esh n etw o r k throug ti m e - sy nchro ni ze d sleep sc hedulin g  and low - po w er hard w a re       Rif ki M uh endra ,   Dede  Ru km a y a di,  So lih i n   I n d u st r i a l   E n g i n e e r i n g   S t u d y   P r o g r a m ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a B h a y a n g k a r a   Ja k a r t a   R a y a ,   Ja k a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  1 8 ,   2 0 2 5   R ev i s ed   Feb   2 1 ,   2 0 2 6   A cc ep ted   Ma r   2 9 ,   2 0 2 6       En e rg y   e ff icie n c y   re m a in a   c rit ica c h a ll e n g e   in   w irele ss   m e sh   n e tw o rk s   (W M Ns ),   p a rti c u larly   f o in tern e t   o f   t h in g (I o T d e p l o y m e n ts  w it h   b a tt e ry - p o w e re d   n o d e a n d   m u lt ih o p   c o m m u n ica ti o n .   T h is  p a p e p r o p o s e a   ti m e - s y n c h ro n ize d   sle e p   sc h e d u li n g   f ra m e w o rk   th a in teg ra tes   a   li g h tw e i g h t   re g re ss io n - b a se d   ti m e   s y n c h ro n i z a ti o n   m o d e w it h   lo w - p o w e h a rd w a re   to   re d u c e   e n e rg y   c o n su m p ti o n   in   lo n g   ra n g e   (L o Ra ) - b a se d   WM Ns .   T h e   p ro p o se d   m e c h a n is m   a li g n lo c a l   n o d e   c lo c k w it h   a   g lo b a re fe re n c e   u sin g   slo p e   a n d   o f fse c o rre c ti o n ,   e n a b li n g   sy n c h ro n ize d   a c ti v e   a n d   sle e p   sta tes   a c ro ss   n o d e s.  T h is  c o o r d in a ti o n   sig n if ica n tl y   re d u c e id le  li ste n in g   a n d   u n n e c e ss a r y   ra d io - o n   t im e .   T h e   p ro p o se d   a p p r o a c h   is  v a li d a ted   th r o u g h   re a l - w o rld   e x p e rim e n ts  o n   a   m u lt ih o p   L o Ra   m e sh   tes tb e d   w it h   u p   t o   t h re e   h o p s .   Re su lt sh o w   a   su b sta n ti a im p ro v e m e n in   e n e rg y   e ff icie n c y ,   re d u c i n g   c u m u lativ e   e n e rg y   c o n su m p ti o n   f ro m   1 2 5 . 3 1   m W h   to   2 8 . 1 8   m Wh   o v e 1 0   h o u rs  (7 7 . 5 %   re d u c ti o n ) .   T h e   sle e p - m o d e   c u rre n is  re d u c e d   to   0 . 0 1   m A ,   d e m o n stra ti n g   e ff e c ti v e   d u ty   c y c li n g .   F u rt h e rm o re ,   th e   a p p r o a c h   m a in tain s   sta b le  ro u t in g ,   b o u n d e d   late n c y ,   a n d   h ig h   p a c k e d e li v e r y   ra ti o   (P D R).   T h e se   f in d in g c o n f irm   th a a c c u ra te  t im e   s y n c h ro n iza ti o n   is  a   k e y   e n a b ler  f o r   e n e rg y - e ff ici e n a n d   re li a b le   m u lt ih o p   c o m m u n ica ti o n ,   p ro v i d in g   a   p ra c ti c a l   so lu ti o n   to   e x ten d   th e   o p e ra ti o n a li f e ti m e   o f   Io T - b a se d   W M Ns .   K ey w o r d s :   E n er g y   e f f icie n c y   I n ter n et  o f   t h i n g s     Sleep   s ch ed u lin g   T im s y n c h r o n iza tio n   W ir eless   m e s h   n et w o r k   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 :   R if k i M u h en d r a   I n d u s tr ial  E n g in ee r i n g   St u d y   P r o g r am ,   Fac u lt y   o f   E n g i n ee r i n g ,   U n i v er s ita s   B h a y a n g k ar J ak ar ta  R a y   DKI   J ak ar ta,   I n d o n esia    E m ail: r i f k i. m u h en d r a@ d s n . u b h ar aj ay a. ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eless   m es h   n et w o r k s   ( W MN s )   h a v b ec o m e   k e y   e n ab lin g   tech n o lo g y   f o r   in ter n e o f   t h i n g s   ( I o T )   ap p licatio n s   d u to   th eir   s elf - o r g an iz in g   ca p ab ilit y ,   m u lti - h o p   co m m u n icatio n ,   an d   r o b u s tn e s s   a g ain s t   s in g le - n o d f ai lu r e.   E ac h   n o d in   W MN   n o o n l y   tr an s m its   its   o w n   d ata  b u also   f o r war d s   p ac k ets  f r o m   o th er   n o d es,  en ab lin g   w id e - a r ea   co n n ec tiv it y   w it h o u r el y i n g   o n   f ix ed   in f r astr u ct u r e.   T h ese  ch ar ac ter is tics   m ak W MN s   h i g h l y   s u itab le  f o r   lar g e - s ca le  d ep lo y m e n ts   s u ch   as  s m ar ag r icu ltu r e,   en v ir o n m e n ta l   m o n ito r i n g ,   i n d u s tr ial  s y s te m s ,   an d   p u b lic  in f r astr u ctu r s u r v eilla n ce ,   esp ec iall y   i n   r e m o t o r   in f r astru ct u r e - li m ited   e n v ir o n m e n t s   [ 1 ] [ 4 ] .   Ho w e v er ,   en s u r i n g   e n er g y   e f f icien c y   r e m a in s   f u n d a m e n ta ch alle n g i n   W MN s ,   p ar ticu l ar l y   w h e n   n o d es  ar p o w er ed   b y   b atte r ies  th at  ar d if f ic u lt  to   r ec h ar g o r   r ep lace   [ 5 ] [ 8 ] .   T o   m ain tain   n et w o r k   co n n ec ti v it y ,   n o d es  g e n er all y   r e m ai n   ac ti v f o r   lo n g   p er io d s ,   w h ich   lead s   to   h i g h   p o w er   co n s u m p tio n ,   in cr ea s ed   id le  li s te n in g ,   a n d   r ap id   b atter y   d ep letio n .   Fail u r o f   o n o r   m o r n o d es  m a y   d i s r u p r o u ti n g   p ath s ,   r ed u ce   d ata  d eliv er y   r eliab ilit y ,   an d   s h o r te n   o v er all  n et w o r k   lif e ti m [ 4 ] ,   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   T h er e f o r e,   d ev elo p in g   a n   ef f ec tiv e n er g y   m an a g e m en t   s tr ateg y   is   es s en t ial  to   p r o lo n g   o p er atio n al  d u r atio n   w h ile   m ain tain in g   s tab le   co m m u n icatio n   p er f o r m an ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E n h a n ci n g   en erg y   efficien cy   in   w ir eles s   mesh   n etw o r k s   th r o u g h   time - s yn ch r o n iz ed   s leep     ( R ifki Mu h en d r a )   967   P r ev io u s   r esear ch   h as  atte m p t ed   to   ad d r ess   en er g y   co n s u m p tio n   f r o m   b o th   h ar d w ar an d   s o f t w ar e   p er s p ec tiv es.  Har d w ar e - b ased   ap p r o ac h es  co m m o n l y   f o c u s   o n   ad o p tin g   lo w - p o w er   co m m u n ica tio n   m o d u le s   an d   en er g y - e f f icie n s e n s o r   co m p o n en ts ,   w h ile   s o f t w ar e - b as ed   s tu d ies   e m p h asize   o p ti m iza tio n   at  t h r o u tin g ,   s ch ed u lin g ,   an d   p r o to co lev els  to   m in i m ize  u n n ec e s s ar y   co m m u n icatio n   o v er h ea d   [ 1 1 ] [ 1 4 ] .   A lth o u g h   th e s e   ap p r o ac h es  h av e   d e m o n s tr a ted   p r o m i s in g   r es u lt s ,   m o s o f   t h e m   tr ea t   h ar d w ar e   o p ti m izatio n   an d   co m m u n icatio n   s tr ate g ies  as  s ep ar ate  p r o b lem s ,   w it h o u in teg r ati n g   t h eir   p o ten tial  i n   u n i f ied   f r a m e w o r k .   Sev er al  r ep r esen tati v s tu d ies  ad d r ess in g   W MN   e n er g y   ef f ic ien c y   ar s u m m ar ized   in   T ab l 1 .       T ab le  1 .   Su m m ar y   o f   p r ev io u s   s tu d ies o n   en er g y   e f f icien c y   i n   W MN s   A u t h o r   a n d   y e a r   R e se a r c h   g ap   M e t h o d   N o v e l t y   D e l - V a l l e - S o t o   e t   a l ( 2 0 2 0 )   [ 1 1 ]   L a c k   o f   r e a l - w o r l d   c o mp a r i so n   b e t w e e n   p r o t o c o l s a n d   sl e e p   a l g o r i t h ms   S i mu l a t i o n   a n d   r e a l - w o r l d   e x p e r i me n t s   C o mp r e h e n si v e   c o m p a r i so n   o f   Z i g b e e / w i r e l e ss fid e l i t y   ( W i F i )   p r o t o c o l s   T r o t t a   e t   a l .   ( 2 0 2 0 )   [ 1 2 ]   W i r e l e ss r e l a y   ( WR )   s y n c h r o n i z a t i o n   a n d   u n m a n n e d   a e r i a l   v e h i c l e   ( U A V ) - w i r e l e ss  g r o u n d   st a t i o n   ( W G S )   e f f i c i e n c y   n o t   y e t   o p t i m a l   U A V   p a t h   h e u r i s t i c s w i t h   o b j e c t i v e   mo d u l a r   n e t w o r k   t e st b e d   i n   C + +   ( O M N e T + + )   I n t e g r a t i o n   o f   W R   a n d   U A V   p a t h   o p t i m i z a t i o n   b a se d   o n   v a l u e   o f   se n si n g   S u r e sh   e t   a l .   ( 2 0 2 2 )   [ 1 3 ]   N o   a d a p t i v e   e n e r g y - b a se d   sl e e p   sch e d u l i n g   S i mu l a t i o n   o f   d y n a m i c   a l g o r i t h m   C o mb i n a t i o n   o f   r e si d u a l   e n e r g y   a n d   f l o w   r a t e   Z o u   ( 2 0 2 3 )   [ 1 4 ]   L i mi t e d   se l f - su st a i n i n g   e n e r g y   f o r   w i r e l e ss  se n so r s   P i e z o e l e c t r i c   h a r v e st e r   a n d   f a st   f o u r i e r   t r a n sf o r m ( F F T )   C a n t i l e v e r   d e si g n   o p t i m i z a t i o n   f o r   se l f - p o w e r e d   e n e r g y   T h i s St u d y   ( 2 0 2 5 )   N o   i n t e g r a t i o n   o f   l o w - p o w e r   h a r d w a r e   a n d   p r e c i se   t i me   sy n c h r o n i z a t i o n   i n   r e a l   n e t w o r k s   T i me - b a se d   sl e e p   sch e d u l i n g   a n d   e x p e r i me n t s   o n   a   r e a l   t e st b e d   C o mb i n a t i o n   o f   e n e r g y - e f f i c i e n t   h a r d w a r e   a n d   t i me - sy n c h r o n i z e d   a l g o r i t h i n   W M N s b a se d   o n   d i r e c t   e x p e r i me n t a t i o n       As  s h o w n   i n   T ab le  1 ,   ex is t in g   r esear ch   d e m o n s tr ates   s u b s ta n tial  p r o g r es s   i n   r ed u ci n g   en er g y   co n s u m p tio n   th r o u g h   in d i v id u al  o p tim izatio n   s tr ateg ie s .   Ho w e v er ,   t w o   i m p o r tan li m itat i o n s   r e m ai n   ev id en t.   First,  m a n y   s tu d ie s   d o   n o e x p licitl y   ad d r ess   ac c u r ate  ti m s y n c h r o n izatio n   a m o n g   n o d es,  ev en   t h o u g h   s y n ch r o n izatio n   i s   k e y   e n ab ler   f o r   co o r d in ated   s leep w ak s ch ed u lin g   [ 1 5 ] [ 1 7 ] .   W ith o u p r ec is s y n ch r o n izatio n ,   n o d es  te n d   t o   o p er ate  as y n c h r o n o u s l y ,   lea d in g   to   u n n ec ess ar y   w a k p er io d s   an d   i n ef f icie n t   en er g y   u s ag e.   Seco n d ,   s ig n i f ican t p o r tio n   o f   p r io r   w o r k   r eli es p r i m ar il y   o n   s i m u latio n s   o r   an al y tical  m o d el s ,   w it h   li m ited   ex p er i m en ta v ali d atio n   in   r ea m u lti h o p   en v ir o n m e n t s ,   p ar ticu lar l y   f o r   lo n g   r an g e   ( L o R a ) - b ase d   W MN s .   A s   r es u lt,  th p r ac tical  i m p ac t   o f   s y n c h r o n izati o n   ac cu r ac y   o n   e n er g y   e f f ici en c y   u n d er   r ea lis tic   d ep lo y m en t c o n d itio n s   is   s t ill  in s u f f icien tl y   e x p lo r ed   [ 1 8 ] [ 2 0 ] .   T o   f u r th er   clar if y   t h ese  li m ita tio n s   a n d   to   p o s itio n   t h co n tr ib u tio n   o f   t h is   s t u d y ,   T ab le  2   p r esen ts   a   s tr u ct u r ed   co m p ar is o n   b et w e en   t h k e y   li m itat io n s   id en ti f ied   in   p r ev io u s   r esear ch   an d   th e   co r r esp o n d i n g   co n tr ib u tio n s   o f f er ed   b y   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h .   B ased   o n   th s y n t h esi s   p r ese n ted   i n   T ab le  2 ,   it is   e v id en t t h at   m o s p r io r   s tu d ies  f o c u s   o n   o p ti m izi n g   eith er   h ar d w ar co m p o n en ts   o r   co m m u n icatio n   p r o to co ls   in   is o latio n ,   w it h   li m ited   atten tio n   to   p r ec is ti m s y n ch r o n izatio n   a n d   co o r d in ated   s leep   s ch ed u lin g   in   r ea l - w o r ld   m u lti h o p   n et w o r k s .   Mo r eo v er ,   ex p er i m e n tal  e v al u atio n s   o n   p r ac tical  L o R m es h   d ep lo y m en ts   r e m ai n   s ca r ce ,   li m it in g   t h g e n er aliza b ilit y   o f   s i m u latio n - b a s ed   f i n d in g s .       T ab le  2 .   L i m itatio n s   o f   p r ev io u s   s tu d ies a n d   co n tr ib u tio n s   o f   th is   s tu d y   L i mi t a t i o n s o f   p r e v i o u s s t u d i e s   C o n t r i b u t i o n s   o f   t h i s s t u d y   O p t i mi z a t i o n   i n   p r e v i o u s st u d i e s i s   g e n e r a l l y   se p a r a t e d   b e t w e e n   h a r d w a r e   a n d   so f t w a r e   a sp e c t s   I n t e g r a t e s l o w - p o w e r   h a r d w a r e   w i t h   a   t i me - sy n c h r o n i z e d   sl e e p   sch e d u l i n g   a l g o r i t h m   L a c k   o f   a t t e n t i o n   t o   a c c u r a t e   t i me   sy n c h r o n i z a t i o n   a mo n g   n o d e s   I mp l e me n t s p r e c i se   t i me   sy n c h r o n i z a t i o n   t o   e n a b l e   c o l l e c t i v e   a n d   e f f i c i e n t   sl e e p w a k e   sc h e d u l i n g   En e r g y   e f f i c i e n c y   e v a l u a t i o n a r e   mo st l y   b a se d   o n l y   o n   si mu l a t i o n s w i t h   st a t i c   mo d e l s   C o n d u c t d i r e c t   i mp l e me n t a t i o n   a n d   t e st i n g   o n   a   r e a l   p l a t f o r ( t e st b e d )   L i mi t e d   r e p r e se n t a t i o n   o f   r e a l - w o r l d   c h a l l e n g e s i n   t h e   e v a l u a t i o n   p r o c e ss   P r o v i d e s a   mo r e   r e p r e se n t a t i v e   e v a l u a t i o n   o f   e n e r g y   e f f i c i e n c y   a n d   n e t w o r k   p e r f o r man c e   i n   a c t u a l   c o n d i t i o n s       T o   ad d r ess   th ese   g ap s ,   th is   s t u d y   p r o p o s es  an   i n te g r ated   en e r g y - e f f ic ien t   f r a m e w o r k   f o r   L o R a - b ased   W MN s   th at  co m b in e s   r eg r ess io n - b ased   ti m s y n ch r o n iz atio n   m o d el  w it h   co o r d in ated   s leep   s ch ed u lin g   u s i n g   lo w - p o w e r   h ar d w ar e.   T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   alig n s   l o ca n o d clo ck s   w it h   g lo b al  r ef er en ce   t h r o u g h   s lo p an d   o f f s et  co r r ec tio n ,   en ab lin g   n o d es  to   en ter   s y n c h r o n ized   ac tiv a n d   s leep   s tate s   co llectiv el y .   Un l ik e   m an y   e x i s ti n g   w o r k s ,   th i s   r es ea r ch   e m p h asize s   r ea l - w o r ld   ex p er i m e n tal  v alid atio n   u s i n g   m u lti h o p   L o R a   m es h   te s tb ed .   T h m a in   co n tr ib u tio n s   o f   t h i s   s t u d y   ca n   b s u m m ar ized   as:  ( i )   d ev elo p m en o f   lig h t w e ig h t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 6 6 - 978   968   r eg r ess io n - b ased   ti m s y n ch r o n izatio n   m o d el  s u itab le  f o r   m u lti h o p   L o R m es h   n et w o r k s ( ii )   in te g r atio n   o f   s y n ch r o n izatio n   ac c u r ac y   with   co o r d in ated   s leep   s c h e d u lin g   u s i n g   lo w - p o w er   h ar d w ar e;  an d   ( iii ex p er i m e n tal  v alid atio n   o n   a   r ea test b ed   d em o n s tr ati n g   s ig n i f ica n i m p r o v e m e n ts   i n   en er g y   e f f icie n c y   co m p ar ed   to   co n v e n tio n a l u n s y n c h r o n ized   o p er atio n .       2.   M E T H O   T h is   s tu d y   ad o p ts   an   ex p er im en tal  r esear ch   m et h o d o lo g y   to   ev al u ate  th e   ef f ec ti v e n es s   o f   ti m e - s y n ch r o n ized   s leep   s ch ed u li n g   f o r   i m p r o v i n g   en er g y   ef f icie n c y   i n   L o R a - b ased   W MN s   [ 2 1 ] [ 2 3 ] .   T h e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   in teg r ates   lo w - p o w er   h ar d w ar d esi g n   w ith   r eg r e s s io n - b ased   t i m s y n c h r o n izatio n   m o d el   an d   co o r d in ated   s leep   s ch ed u lin g ,   a n d   it  is   v alid ate d   th r o u g h   r ea l - w o r ld   e x p er i m en ts   o n   m u lti h o p   L o R m e s h   test b ed .   Fig u r 1   p r esen ts   th o v er all  w o r k f lo w   o f   th p r o p o s ed   m eth o d o lo g y ,   ill u s tr ati n g   th e   s eq u en tial sta g es  f r o m   s y s te m   d esig n   to   ex p er i m e n tal  e v alu a t io n .             Fig u r 1 .   Flo w c h ar t o f   W MN   s y s te m   d e v elo p m e n t a n d   ti m s y n ch r o n izatio n       2 . 1 .     Sy s t em   a rc hite ct ure  a n d ha rdw a re   des ig n   T h p r o p o s ed   s y s te m   ar ch itec tu r is   d esig n ed   to   s u p p o r en er g y - e f f ic ien o p er atio n   in   L o R a - b ased   W MN   th r o u g h   co o r d in ated   c o m m u n icatio n   a n d   ti m e - a w ar p o w er   m a n ag e m e n a m o n g   d is tr ib u ted   n o d es.  T h n et w o r k   ad o p ts   m u lt ih o p   m e s h   to p o lo g y   co n s is t in g   o f   m u lt ip le  lo w - p o w er   s e n s o r   n o d es  an d   s in g l e   clu s ter   h ea d   ( C H)   th at  s er v e s   as  th g lo b al  ti m e   ( GT )   r ef er en ce   an d   d ata  ag g r e g atio n   p o in [ 2 4 ] [ 2 6 ] .   E ac h   s en s o r   n o d is   b u ilt  u s in g   an   A T m e g a3 2 8   m icr o co n tr o ll er   in teg r ated   w it h   an   SX1 2 7 6   L o R tr an s ce i v er   o p er atin g   in   th 9 1 5   MH I SM  b an d   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .   T h m icr o co n tr o ller   m an a g es  p ac k et  h a n d lin g ,   ti m e   s y n ch r o n izatio n ,   a n d   s leep   s c h ed u li n g ,   w h ile  t h L o R tr an s ce iv er   p r o v id es  lo n g - r a n g e,   lo w - p o w er   w ir eles s   co m m u n icatio n   s u itab le  f o r   I o T   ap p licatio n s .   L o R tec h n o lo g y   is   s elec ted   d u to   its   lo w   en er g y   co n s u m p t io n ,   r o b u s tn es s   i n   n o n - li n e - of - s ig h t   en v ir o n m e n ts ,   a n d   s u itab ilit y   f o r   m u lti h o p   co m m u n icatio n .   T h CH   p er io d ically   b r o ad ca s ts   s y n c h r o n izatio n   p ac k ets   co n tain i n g   ti m esta m p   in f o r m atio n   to   estab lis h   GT   r ef er en ce   f o r   th n et w o r k .   Se n s o r   n o d es   r ec eiv th ese  m es s ag e s   eit h er   d ir ec tl y   o r   v ia  in ter m ed iate  n o d es  d ep en d in g   o n   th eir   h o p   d is tan ce ,   en ab lin g   co n s is ten ti m alig n m en a cr o s s   m u lt ip le  h o p s   w it h o u ad d itio n al  s y n ch r o n iz atio n   h a r d w ar e   [ 2 ] ,   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   A ll  n o d es  ar p o w er ed   b y   3   b atter y   s u p p l y   to   r ep r esen en er g y - co n s tr ain ed   I o T   d ep l o y m e n co n d itio n s   a n d   o p er ate  p r e d o m i n an tl y   i n   d ee p   s leep   m o d e,   ac tiv ati n g   th m icr o co n tr o lle r   an d   r ad i o   o n ly   d u r i n g   s c h ed u led   co m m u n ica tio n   in ter v als.  T h h ar d w ar e   s u p p o r ts   m u ltip le  o p er atin g   s tates   s leep ,   r u n ,   tr an s m it  ( T x ) ,   r ec eiv ( R x ) ,   an d   id le   allo w i n g   f i n e - g r ai n ed   p o w er   co n tr o th r o u g h o u t h co m m u n icatio n   c y cle.   Fi g u r 2   illu s tr ates  t h o v er al L o R a - b ased   W MN   ar ch itect u r e,   in cl u d in g   th m u lti h o p   to p o lo g y ,   t h r o les  o f   th C an d   s e n s o r   n o d es,  an d   th f lo w   o f   s y n ch r o n izatio n   a n d   d ata  p a ck ets,  w h ich   f o r m   th b asi s   f o r   i m p le m e n ti n g   th r eg r ess io n - b ased   ti m e   s y n ch r o n izatio n   m o d el  an d   co o r d in ated   s l ee p   s ch ed u li n g   alg o r ith m   d escr ib ed   in   t h s u b s eq u en s ec tio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E n h a n ci n g   en erg y   efficien cy   in   w ir eles s   mesh   n etw o r k s   th r o u g h   time - s yn ch r o n iz ed   s leep     ( R ifki Mu h en d r a )   969       Fig u r 2 .   A r ch itectu r o f   t h p r o p o s ed   L o R a - b ased   W MN   an d   r o u tin g   m ec h an i s m .       2 . 2 .     Sy nchro niza t io m o de l   A cc u r ate  ti m s y n c h r o n izat io n   is   f u n d a m e n tal  r eq u ir e m e n f o r   en ab lin g   co o r d in ated   o p er atio n s   in   m u lti h o p   W MN s ,   p a r ticu lar ly   f o r   s leep   s ch ed u li n g   m ec h an is m s   t h at  d ep en d   o n   s im u l tan eo u s   tr an s itio n s   b et w ee n   ac ti v an d   s leep   s tat es   [ 1 7 ] ,   [ 3 1 ] .   I n   p r ac tical  d ep lo y m e n ts ,   ea c h   n o d e   m a in ta in s   a n   i n d ep en d en t   lo ca clo ck   th at  i s   s u b j ec to   d r if an d   o f f s et  ca u s ed   b y   h ar d w ar i m p er f ec tio n s ,   te m p er a tu r v ar iatio n s ,   an d   o s cillato r   in s tab ilit y w it h o u s y n c h r o n izatio n ,   th e s d is cr ep an cies  ac cu m u late  o v er   ti m a n d   p r ev e n t   co o r d in ated   o p e r at io n .   I n   th e   p r o p o s e d   s y s tem ,   a   r eg r es s i o n - b a s e d   t im s y n ch r o n i z at i o n   m o d e l   i s   u s e d   t o   al ig n   e a c h   n o d e’ s   l o c al   t im e   ( L T )   w i th   th GT   r e f e r en ce   p r o v i d e d   b y   th C H ,   w h ic h   p e r io d i c a l ly   b r o a d c a s t s   s y n ch r o n i z at i o n   p a ck et s   c o n t a in in g   tim e s t am p   in f o r m a ti o n .   Se n s o r   n o d es   r e ce iv e   th es m e s s ag e s   e i th e r   d i r e c tl y   o r   v i a   in t e r m e d i a te   h o p s   an d   r ec o r d   p a i r e d   g l o b a l   an d   l o ca l   tim es t am p s   t o   p e r f o r m   t im e   al ig n m en t   [ 1 5 ] ,   [ 3 2 ] .     T o   co r r ec clo ck   d r if an d   o f f s et,   th r elatio n s h ip   b et w ee n   t h GT   an d   th LT   o f   n o d i s   m o d eled   u s i n g   lin ea r   r eg r es s io n .   L et     d en o te  th GT   tim es ta m p   r ec eiv ed   f r o m   th CH   an d      d en o te  th co r r esp o n d in g   LT   r ec o r d ed   b y   s e n s o r   n o d at  th   s y n c h r o n izatio n   ev e n t.  T h r elatio n s h ip   b et w ee n   g lo b al  an d   LT   ca n   b ex p r ess e d   as:      =   .  +   ( 1 )     w h er e   is   th s lo p c o r r ec ti o n   f ac to r   r ep r esen tin g   t h r elativ clo ck   d r if b et w ee n   th e   g lo b al  an d   lo ca l   clo ck s ,   an d     is   th o f f s et  co r r ec tio n   f ac to r   r ep r esen ti n g   th i n itial ti m d if f er en ce   b et w ee n   t h clo ck s .   T h p ar am eter s     an d     ar esti m ated   u s i n g   li n e ar   r e g r ess io n   b ased   o n   m u ltip le  p air s   o f   (  ,  )   ar esti m ated   u s i n g   l in ea r   r eg r ess io n   b ased   o n   m u ltip le  p air s   o f   (  ) ca n   b co m p u ted   as:      =   .  +   ( 2 )     T h is   co r r ec tio n   allo w s   ea c h   n o d to   alig n   its   lo ca clo ck   w ith   t h g lo b al  r ef er en ce   ti m w h il e   m i n i m izi n g   th n ee d   f o r   f r eq u en t   s y n c h r o n izat io n   m es s a g es,  w h ic h   i s   p ar ticu lar l y   i m p o r tan f o r   lo w - p o w e r   L o R a - b ased   n et w o r k s .   C o m p ar ed   to   c o n v en tio n al  ti m s y n c h r o n izatio n   p r o to c o ls   s u ch   as  f lo o d in g   ti m s y n c h r o n izatio n   p r o to co l   ( F T SP )   [ 1 9 ] r ef er en ce   b r o a d ca s s y n c h r o n iza t io n   ( R B S)  [ 3 3 ] ,   [ 3 4 ] ,   an d   tim i n g - s y n p r o to co f o r   s en s o r   n et w o r k s   ( T P SN)   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] ,   th p r o p o s ed   r eg r ess io n - b ased   ap p r o ac h   p r o v id es  lig h t w eig h s o l u tio n   s u ited   f o r   lo w - d ata - r ate  an d   en er g y - co n s tr ain ed   en v ir o n m en ts .   Un l ik FT SP   an d   T P SN,  w h ic h   r el y   o n   f r eq u en m es s ag e x c h an g e s   a n d   h ier ar c h ical  s y n c h r o n izatio n ,   an d   R B S,  w h ic h   r eq u ir es   r ef er en ce   b r o ad ca s ts   a m o n g   n ei g h b o r in g   n o d es,  th p r o p o s ed   m o d el  r ed u ce s   co m m u n icatio n   o v er h ea d   b y   ap p ly in g   r eg r ess io n - b ased   clo ck   co r r ec tio n   w it h   s p ar s s y n ch r o n izatio n   u p d ates .   T h is   m a k es   it  p ar ticu lar l y   s u itab le  f o r   m u l tih o p   L o R m e s h   n e t w o r k s   w h er m i n i m izi n g   tr an s m is s io n   ac ti v it y   i s   cr itical  f o r   en er g y   ef f i cien c y .   T h m o d el  p r o d u ce s   co r r ec te d   L T   th at  clo s el y   f o llo w s   th GT   r ef er en ce   ac r o s s   d if f er en h o p   co u n t s   an d   s er v e s   as  th e   f o u n d a tio n   f o r   th co o r d in ated   s leep   s ch ed u li n g   a lg o r it h m .   B y   en s u r i n g   co n s is te n ti m r e f er en ce   a m o n g   all   n o d es,  th ap p r o ac h   en ab les  s i m u lta n eo u s   s leep w ak tr a n s it io n s   a n d   eli m i n ate s   id le  lis ten in g   ca u s ed   b y   u n s y n c h r o n ized   o p er atio n .     2 . 3 .     Sleep  s cheduli ng   a lg o rit h m   Af ter   o b tain i n g   s y n ch r o n ize d   LT   r ef er en ce   th r o u g h   th r e g r ess io n - b ased   m o d el  in   s ec ti o n   2 . 2 ,   th p r o p o s ed   s y s te m   ap p lies   a   co o r d in ated   s leep   s ch ed u l in g   a lg o r it h m   to   r ed u ce   u n n ec e s s ar y   en er g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 6 6 - 978   970   co n s u m p tio n .   T h m ai n   o b j ec tiv o f   th i s   al g o r ith m   i s   to   m i n i m ize  id le  li s ten in g   a n d   p r o lo n g ed   ac ti v s tate s   b y   allo w i n g   n o d es  to   e n ter   s l ee p   m o d s i m u ltan eo u s l y   w h i le  m ai n tai n i n g   r eliab le  m u l tih o p   co m m u n ica tio n .   E ac h   o p er atio n al  c y c le  is   d i v id ed   in to   t w o   in ter v al s an   a ctiv p er io d   an d   s leep   p er i o d   [ 1 2 ] ,   [ 3 7 ] ,   [ 3 8 ] Du r in g   t h ac tiv p er io d ,   n o d es  p er f o r m   s en s i n g ,   p ac k et  tr a n s m i s s io n ,   p ac k et  r ec ep tio n ,   a n d   s y n c h r o n izatio n   u p d ates  if   r eq u ir ed .   Du r in g   th s leep   p er io d ,   b o th   th m icr o co n tr o ller   an d   th r ad io   m o d u le  ar s w i tch ed   to   lo w - p o w er   m o d e.   L et    d en o te  th to tal  cy cle  d u r atio n ,     th ac tiv p er io d ,   an d   th s leep   p er io d .   T h eir   r elatio n s h ip   is   d ef i n ed   as:     = +   ( 3 )     T h d u t y   c y cle  ,   w h ich   r ep r ese n ts   t h f r ac t io n   o f   ti m n o d r e m ain s   ac ti v e,   is   g iv e n   b y :     =   ( 4 )     Usi n g   t h s y n c h r o n ized    ,   all  n o d es  s ch ed u le  th e ir   s leep w a k tr an s itio n s   at  th s a m GT   in s tan t s .   T h is   te m p o r al  alig n m e n en s u r es  th a n ei g h b o r in g   n o d es  ar ac tiv s i m u l tan eo u s l y   d u r in g   co m m u n icatio n   w i n d o w s   a n d   in ac t iv d u r in g   i d le  p er io d s .   A s   r es u lt,  id le  li s ten i n g   is   r ed u ce d   an d   p ac k et  f o r w ar d i n g   ac r o s s   m u ltip le  h o p s   b ec o m es  m o r en er g y   ef f icie n t.     2 . 4 .     E x peri m ent a s et up   a n d   perf o r m a nce  m et ric s   T o   v alid ate  th p r o p o s ed   f r a m e w o r k ,   r ea l - w o r ld   ex p er i m en ts   w er co n d u cted   u s i n g   m u lti h o p   L o R a - b ased   W MN .   T h o b j e ctiv is   to   ev al u ate  th i m p ac o f   ti m s y n c h r o n izat io n   an d   co o r d in ated   s leep   s ch ed u lin g   o n   en er g y   co n s u m p tio n ,   c u r r en d r a w ,   a n d   s y n ch r o n izatio n   ac c u r ac y   u n d er   p r ac tical  o p er atin g   co n d itio n s   [ 3 9 ] .   T h ex p er i m en tal  n et w o r k   co n s i s ts   o f   u p   to   eig h s e n s o r   n o d es  a n d   o n CH   ar r an g ed   in   a   m u lti h o p   to p o l o g y   w i th   m a x i m u m   o f   th r ee   h o p s .   E ac h   n o d is   b u ilt  u s i n g   an   A T m e g a 3 2 8   m icr o co n tr o ller   an d   an   SX1 2 7 6   L o R tr an s ce iv er .   T h s p r ea d in g   f ac to r   is   s et  to   SF   8 ,   w h i le  o th er   L o R p ar am eter s   ar co n f i g u r ed   ac co r d in g   to   th im p le m e n ted   s y s te m .   A ll  n o d e s   ar p o w er ed   b y   3   b atter y   s u p p l y .   T h CH   ac ts   as   th e   GT   r ef er en ce   an d   d ata  ag g r e g atio n   p o i n t.   T w o   o p er atin g   m o d es  ar e   co m p ar ed ( i )   an   u n s y n c h r o n ized   m o d e,   i n   w h ich   n o d es  r e m ai n   ac t iv w it h o u co o r d in ated   s leep   s c h ed u li n g ,   a n d   ( ii )   t h e   p r o p o s ed   s y n c h r o n ized   m o d e,   w h ich   ap p lies   t h r eg r es s io n - b ased   ti m s y n ch r o n izati o n   m o d el  an d   th e   co o r d in ated   s leep   s ch ed u li n g   alg o r ith m   d escr ib ed   in   s ec tio n s   2 . 2   an d   2 . 3 .   T h to tal  en er g y   co n s u m p tio n     is   co m p u ted   as:     = ( )  0   ( 5 )     w h er is   t h s u p p l y   v o lta g e,   ( )   is   th i n s ta n ta n eo u s   c u r r en t,  an d     is   th o b s er v atio n   d u r atio n .   T h av er ag c u r r en t c o n s u m p tio n   ̅   is   d ef i n ed   as:     ̅ = 1 ( )  0   ( 6 )     C u r r en m ea s u r e m en t s   ar o b tain ed   u s i n g   d ig ital  m u lti m eter ,   an d   ea ch   ex p er i m e n is   r ep ea ted   m u ltip le  ti m es  u n d er   id en tic al  co n d itio n s .   T o   ev alu a te  s y n c h r o n izat io n   p er f o r m a n ce ,   th s y n ch r o n izatio n   er r o r   is   d ef in ed   as:     = |   , |     ( 7 )     w h er  d en o tes  th GT   r ef er en ce   an d    ,   ep r esen t s   t h co r r ec ted   LT   a th   s y n ch r o n izatio n   e v en t .   T h av er ag s y n c h r o n izatio n   er r o r   an d   its   v ar iatio n   ac r o s s   d if f er en h o p   co u n t s   ar u s ed   to   ass ess   th e   r o b u s tn es s   o f   t h p r o p o s ed   s y n ch r o n izatio n   m ec h an i s m .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   T h is   s ec tio n   p r ese n ts   t h r es u lts   o f   t h d ev elo p m e n o f   lo w - p o w er   W MN   n o d es,  th p er f o r m an ce   test i n g   o f   t h m es h   n et w o r k ,   t h ti m s y n c h r o n izatio n   p r o ce s s ,   a n d   th e   i m p le m e n tatio n   o f   s leep   s c h ed u li n g   i n   th W MN .   E ac h   r esu lt  o b tain ed   is   th en   an al y ze d   to   ad d r ess   th r esear ch   o b j ec tiv es,  ass es s   t h ef f ec ti v e n ess   o f   th d ev elo p ed   m et h o d ,   an d   id en ti f y   t h co n tr ib u tio n s   an d   li m ita tio n s   ar is i n g   f r o m   t h is   a p p r o ac h .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E n h a n ci n g   en erg y   efficien cy   in   w ir eles s   mesh   n etw o r k s   th r o u g h   time - s yn ch r o n iz ed   s leep     ( R ifki Mu h en d r a )   971   3 . 1 .     No de - le v el  po w er   cha ra ct er is t ics a nd   ener g y   pro f ile   T h is   s u b s ec t io n   ev a lu ate s   t h p o w er   co n s u m p tio n   ch ar ac ter i s tics   o f   th p r o p o s ed   L o R m esh   n o d e   u n d er   d i f f er e n o p er atin g   m o d es.  T h o b j ec tiv is   to   v alid ate  th e   lo w - p o w er   h ar d w ar d esig n   d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 1   an d   to   estab lis h   b aselin f o r   an al y z in g   t h i m p ac o f   ti m e - s y n c h r o n ized   s lee p   s ch ed u li n g   in   la ter   s u b s ec tio n s .   Fi g u r 3   s h o w s   th p h y s ical  i m p le m en ta tio n   o f   t h p r o p o s ed   W MN   n o d e,   w h ic h   co n s is ts   o f   a   m icr o co n tr o ller   u n it,  L o R tr an s ce i v er ,   an d   b atter y - p o w er ed   s u p p l y   m o d u le.   T h is   co m p ac a n d   m o d u lar   d esig n   en ab les  f le x ib le  d ep lo y m en t in   m u lti h o p   m es h   s ce n ar io s   w h ile  m ai n tai n i n g   lo w   h ar d w ar co m p lex it y .             Fig u r 3 .   W MN   n o d e       Fig u r 4   ill u s tr ate s   t h cu r r e n co n s u m p t io n   p r o f ile  o f   t h W MN   n o d o v er   s i n g le  tr a n s m i s s io n   c y cle,   in cl u d in g   s leep   m o d e,   T x   m o d e,   R x   m o d e,   an d   i d le  m o d e.   T h r esu lt s   r ev ea s ig n i f ican v ar iatio n   i n   cu r r en d r a w   ac r o s s   d if f er e n o p er atio n al  s tates.  T h h ig h es t   cu r r en co n s u m p tio n   o cc u r s   d u r in g   tr an s m i s s io n ,   f o llo w ed   b y   r ec ep tio n ,   w h ile  t h s leep   m o d ex h ib its   t h lo w e s t p o w er   u s ag e.           Fig u r 4 .   Me asu r e m en t o f   W MN   n o d p o w er   co n s u m p tio n   in   ea ch   m o d w i th i n   o n d ata  t r an s m is s io n   c y cle       T h is   b eh av io r   co n f ir m s   th a th r ad io   m o d u le  d o m i n ates  t h o v er all  p o w er   co n s u m p tio n ,   p ar ticu lar l y   d u r in g   ac ti v co m m u n icatio n   p er io d s   [ 5 ] ,   [ 2 7 ] ,   [ 4 0 ] .   C o n s eq u en tl y ,   r ed u ci n g   t h d u r at i o n   o f   r ad io - o n   ti m b ec o m e s   cr itical  s tr ate g y   f o r   ex ten d in g   n o d lif eti m e.   T h ese  o b s er v at io n s   j u s ti f y   t h u s o f   co o r d in ated   s leep   s ch ed u lin g ,   as d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 3 ,   w h ic h   ai m s   to   m i n i m ize   th t i m s p en t i n   h i g h - p o w er   s tate s .   Fu r t h er m o r e,   th p r esen ce   o f   d is tin ct  lo w - p o w er   s leep   m o d d e m o n s tr ates  t h at  th h ar d w ar e   p latf o r m   is   ca p ab le  o f   s u p p o r tin g   a g g r es s i v d u t y   c y cli n g .   W ith o u s u c h   ca p ab ilit y ,   an y   s o f t w ar e - b ased   en er g y - s a v in g   s tr ate g y   w o u ld   b in e f f ec t iv e.   T h er ef o r e,   t h es r esu lt s   v alid ate  t h h ar d w ar e - le v el  f ea s ib ili t y   o f   th p r o p o s ed   f r a m e w o r k   an d   m o tiv a te  th i n te g r atio n   o f   ti m e - s y n c h r o n ized   s c h ed u l in g   m ec h a n i s m s .   I n   t h e   n ex s u b s ec tio n s ,   t h is   b asel i n p o w er   p r o f ile  is   u s ed   to   q u an tify   h o w   s y n c h r o n iza tio n   ac cu r ac y   a n d   co o r d in ated   s leep   s ch ed u li n g   t r an s late  i n to   m ea s u r ab le  en er g y   s a v in g s   at  th n et w o r k   le v el.     3 . 2 .     Sy nchro niza t io a cc ura cy   a nd   perf o r m a nce  o f   t i m e - s y nchro nized  s leep  s c hedu l i ng   T h is   s u b s ec tio n   e v al u ates   th e   p er f o r m an ce   o f   t h p r o p o s ed   r eg r ess io n - b a s ed   ti m s y n c h r o n izatio n   m o d el  a n d   its   r o le  in   en ab lin g   co o r d in ated   s leep   s ch ed u lin g   in   m u lti h o p   L o R m e s h   n et w o r k .   A cc u r at e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 6 6 - 978   972   s y n ch r o n izatio n   is   es s e n tial  i n   m u l tih o p   en v ir o n m e n ts ,   w h er clo ck   d r if ac c u m u late s   a cr o s s   h o p s   a n d   m a y   d is r u p co o r d in ated   s leep w a k tr an s itio n s   a n d   en er g y - e f f i cien d u t y   c y cli n g .   T o   ex a m i n d r if b eh a v io r ,   th e   r elatio n s h ip   b et w ee n   th GT   b r o ad ca s b y   th CH   an d   th L T   r ec o r d ed   b y   ea ch   n o d is   an al y ze d .   Fi g u r 5   p r esen ts   t h s y n c h r o n izat io n   b eh av io r   b ef o r an d   af ter   r eg r e s s io n - b ased   co r r ec tio n .         ( a)       ( b )     Fig u r 5 .   T im alig n m e n t b ef o r an d   af ter   r eg r ess io n   co r r ec tio n : ( a)   r a w   GT L T   d r if t   an d   ( b )   co r r ec ted   L T s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E n h a n ci n g   en erg y   efficien cy   in   w ir eles s   mesh   n etw o r k s   th r o u g h   time - s yn ch r o n iz ed   s leep     ( R ifki Mu h en d r a )   973   As  s h o w n   i n   Fi g u r 5 ( a) ,   L T   ex h ib it s   lin ea r   d ev iatio n   f r o m   GT   th at  in cr ea s e s   o v er   ti m an d   h o p   d is tan ce .   T h is   co n f ir m s   t h e   p r esen ce   o f   clo ck   d r if c au s ed   b y   o s cil lato r   in s tab il it y   a n d   h ar d w ar e   i m p er f ec tio n s .   T h m ag n it u d e   o f   th is   d ev iatio n   b ec o m e s   m o r p r o n o u n ce d   as  h o p   co u n in cr ea s es,  in d icati n g   cu m u lat iv ti m i n g   er r o r s   in   m u lti h o p   co m m u n icatio n .   W ith o u co r r ec tio n ,   s u c h   d r if w o u ld   lead   to   tim e   m is a lig n m e n an d   d is r u p co o r d in ated   n o d o p e r atio n .   T o   q u an titat iv el y   m o d el  t h is   b e h av io r ,   th GT L T   r elatio n s h ip   is   ap p r o x i m ated   u s i n g   lin ea r   r eg r e s s io n .   T h r esu lt in g   tr en d li n eq u atio n s   f o r   ea ch   h o p   d is tan ce   ar s u m m ar ized   i n   T ab le  3 .         T ab le  3 .   T r en d lin eq u atio n s   b et w ee n   GT   an d   L T   f o r   ea ch   h o p   d is tan ce   H o p   T r e n d l i n e   e q u a t i o n s o f   G T   T r e n d l i n e   e q u a t i o n s o f   L T   0   (  )   =   2 . 16 + 2 . 72   (  )   =   1 . 76 + 3 . 90   1   (  )   =   2 . 62 3 . 51   (  )   =   2 . 23 0 . 32   2   (  )   =   2 . 83 2 . 16   (  )   =   2 . 46 1 . 72   3   (  )   =   2 . 15 + 1 . 20   (  )   =   1 . 73 + 1 . 90       B ased   o n   T ab le  3 ,   th s lo p o f   ea ch   r eg r ess io n   li n r ep r esen t s   clo ck   s k e w ,   w h ile  th e   in ter ce p co r r esp o n d s   to   tim o f f s et.   T h v ar iatio n   o f   th ese  p ar a m et er s   ac r o s s   h o p   d is tan ce s   in d ic ates  th at  ea ch   n o d ex p er ien ce s   d is ti n ct  d r if ch ar ac ter is tics   a n d   t h er ef o r r eq u i r es  h o p - s p ec if ic   co r r ec tio n   f ac to r s .   T h s lo p an d   o f f s et  co r r ec tio n   f ac to r s   ar co m p u ted   u s i n g :      . =    o r   =     ( 8 )      =    o r   =       ( 9 )         is   th s lo p co r r ec tio n   f ac to r   f o r   th L T       is   th o f f s et  co r r ec tio n   f ac to r   f o r   th L T        is   th s lo p o f   t h GT        is   th s lo p o f   t h L T        is   th o f f s et  v al u o f   t h GT        is   th o f f s et  v al u o f   t h L T   T h ( 8 )   an d   ( 9 )   ar u s ed   to   r escale  th lo ca clo ck   a n d   s h i f i ts   o f f s et  s o   th at  it  ali g n s   w it h   t h g lo b al   r ef er en ce .   B y   ap p ly in g   th e s co r r ec tio n   f ac to r s ,   th u n s y n c h r o n ized   L T   is   tr an s f o r m ed   in to   th s y n ch r o n ized    .   T h ca lcu lated   v alu e s   o f   th co r r ec tio n   f ac to r s     an d     f o r   ea ch   h o p   d is tan ce   ar s u m m ar ized   in   T ab le  4 .       T ab le  4 .   Slo p an d   o f f s et  co r r ec tio n   f ac to r s   f o r   ea ch   h o p   d is tan ce   H o p   M gt   M lt   a   O gt   O lt   b   0   2 . 1 6   1 . 7 6   1 . 2 3   2 . 7 2   3 . 9 0   1 . 1 8   1   2 . 6 2   2 . 2 3   1 . 1 8   3 . 5 1   0 . 3 2   3 . 1 9   2   2 . 8 3   2 . 4 6   1 . 1 5   2 . 1 6   1 . 7 2   0 . 4 4   3   2 . 1 5   1 . 7 3   1 . 2 4   1 . 2 0   1 . 9 0   0 . 7 0       T ab le   4   s h o w s   t h at  th co r r ec tio n   f ac to r s   i n cr ea s w it h   h o p   co u n t,  co n f ir m in g   th a n o d es  f ar th er   f r o m   th C ex p er ie n ce   lar g e r   tim i n g   d ev iatio n s   th at  m u s b co m p en s ated   ac co r d in g l y .   Af ter   ap p ly in g   th ese   co r r ec tio n   f ac to r s ,   th lo ca clo ck s   ar tr an s f o r m ed   in to   s y n ch r o n ized    .   A s   il lu s tr ated   in   Fig u r 5 ( b ) ,   th co r r ec ted      clo s el y   f o llo w s   G T   ac r o s s   all  h o p   d is tan ce s ,   in d icatin g   th at  b o th   clo c k   s k e w   a n d   o f f s et  ar e   ef f ec tiv e l y   co m p e n s ated   e v en   in   m u lt ih o p   s ce n ar io s .   T h is   s y n ch r o n iza tio n   ac cu r ac y   f o r m s   th f o u n d atio n   f o r   co o r d in ated   s leep   s ch ed u li n g .   B y   u s in g      as  co m m o n   te m p o r al  r ef er en ce ,   n o d es  alig n   th eir   ac tiv an d   s leep   p er io d s   w it h in   p r ed ef i n ed   co m m u n icatio n   w i n d o w s .   T h i m p ac t o f   s y n c h r o n izatio n   o n   n o d b eh av io r   is   illu s tr ated   in   F ig u r 6.   Fig u r 6   s h o w s   lo n g er   s lee p   in ter v als  a n d   s h o r ter ,   w el l - d ef i n ed   ac tiv p er io d s   co m p ar ed   to   u n s y n c h r o n ized   o p er atio n ,   w h er n o d es r e m ain   ac t iv lo n g er   to   av o id   p ac k et  lo s s .   T h is   co n f ir m s   t h at  ac cu r ate   s y n ch r o n izatio n   e n ab les a g g r e s s i v d u t y   c y cli n g   w it h o u t c o m p r o m is i n g   co m m u n ica tio n   r eliab ilit y .   T h cu m u lat iv i m p ac o n   lo n g - ter m   e n er g y   co n s u m p t io n   is   s h o w n   i n   Fig u r 7 .   Fig u r 7   in d icate s   th at  cu m u lati v en er g y   co n s u m p tio n   in   s y n ch r o n ized   m o d in cr ea s es  at  s ig n i f ica n tl y   s lo w er   r ate  th an   i n   n o r m al  o p er at io n .   T h d if f er en ce   in   s lo p es  co n f ir m s   s u s t ain ed   en er g y   s av in g s   o v er   ti m r ath er   th a n   te m p o r ar y   i m p r o v e m en t.  O v e r all,   th ese  r esu lt s   estab lis h   clea r   ca u s al  r elatio n s h ip   b et w e en   s y n c h r o n izatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 6 6 - 978   974   ac cu r ac y   a n d   en er g y   ef f icie n c y   [ 1 6 ] ,   [ 3 5 ] ,   [ 4 1 ] .   T h p r o p o s ed   r eg r ess io n - b ased   s y n ch r o n izatio n   m o d el   en ab les  s tab le  ti m al ig n m en t   in   a   m u l tih o p   L o R m e s h   n e t w o r k ,   allo w i n g   co o r d in ated   s lee p   s ch ed u li n g   to   r ed u ce   id le  lis ten i n g   an d   r ad io - o n   ti m e,   t h er eb y   ac h ie v i n g   m ea s u r ab le  lo n g - ter m   e n er g y   s a v in g s .           Fig u r 6 .   C u r r en co n s u m p tio n   p r o f ile  o f   s e n s o r   n o d u n d er   ti m e - s y n c h r o n ized   s leep   s c h ed u li n g           Fig u r 7 .   C o m p ar is o n   o f   c u m u lati v en er g y   co n s u m p tio n   b et w ee n   n o r m al  o p er atio n   an d   s y n c h r o n ized   s leep   s ch ed u lin g   m o d o v er   1 0   h o u r s       3 . 3 .     M ultiho m e s h net w o rk  perf o r m a nce  u nd er   co o rdin a t ed  s leep  s ched uli ng   T h is   s u b s ec tio n   ev a lu ate s   th i m p ac o f   th p r o p o s ed   ti m e - s y n c h r o n ized   s leep   s ch ed u li n g   m ec h a n i s m   o n   th o p er atio n a p er f o r m a n ce   o f   t h L o R a - b ased   m u l tih o p   m e s h   n et w o r k .   W h ile  s ec tio n   3 . 2   d em o n s tr ated   t h at  ac cu r ate  s y n ch r o n izatio n   e n ab les  en er g y - ef f icien d u t y   c y cli n g ,   it  is   eq u all y   i m p o r tan to   v er if y   t h at  th e s e n er g y   s a v i n g s   d o   n o co m p r o m is e   ess e n tial  n et w o r k   f u n ctio n s   s u c h   as  r o u ti n g   s tab ili t y ,   laten c y   b e h av io r ,   an d   co m m u n icatio n   r eliab ili t y .   T h ex p er i m e n tal  d ep lo y m en t   w a s   co n d u cted   i n   a n   u r b an   r e s id en tial   ar ea   in   B an d u n g   to   r ep r esen p r ac tical  I o T   s ce n ar io   w h er e   n o d es   ar s p atiall y   d is tr ib u t ed   an d   r el y   o n   in ter m ed iate  r ela y s   f o r   m u lti h o p   co m m u n icatio n .   T h r o u ti n g   b eh av io r ,   laten c y   c h ar ac ter is tics ,   a n d   p ac k et  d eli v er y   p er f o r m a n ce   u n d er   s y n ch r o n ized   o p er atio n   ar s u m m ar ized   in   Fi g u r e   8 .   Fig u r 8 ( a)   ill u s tr ates   t h r o u ti n g   b eh a v io r   o f   t h m e s h   n et w o r k   b a s ed   o n   m ea s u r ed   p in g   p at h s .   P ac k ets  ar f o r w ar d ed   th r o u g h   in ter m ed iate  r ela y   n o d es  f o llo w i n g   th s h o r test - d ela y   p at h s ,   in d icati n g   th at   s y n ch r o n ized   s leep   s ch ed u li n g   d o es  n o in ter f er w it h   r o u te  s elec t io n   o r   f o r w ar d i n g   m ec h a n i s m s .   T h o b s er v ed   r o u tin g   p atter n s   r e m ain   s tab le  u n d er   co o r d in ated   d u t y   c y cli n g .   Fig u r 8 ( b )   p r esen ts   th av er a g p in g   ti m as  f u n ctio n   o f   h o p   co u n t,  m ea s u r ed   f r o m   0   to   3   h o p s .   As  ex p ec ted ,   late n c y   in cr ea s es  m o n o to n ica ll y   w it h   h o p   d is tan ce   d u to   ad d itio n al   f o r w ar d i n g   d ela y s   in tr o d u ce d   at  ea ch   r ela y   n o d e.   Ho w e v er ,   th i s   in cr ea s i s   d et er m in is tic  a n d   b o u n d ed ,   w ith   n o   ab r u p s p ik es  o r   0 200 00 400 00 600 00 800 00 100 000 120 000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m W at t H o ur s S l e e m o de N o r m al Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E n h a n ci n g   en erg y   efficien cy   in   w ir eles s   mesh   n etw o r k s   th r o u g h   time - s yn ch r o n iz ed   s leep     ( R ifki Mu h en d r a )   975   ir r eg u lar   f l u ct u atio n s .   T h is   b eh av io r   co n f ir m s   th at  s y n ch r o n ized   s leep   s ch ed u li n g   m ai n tai n s   s tab le  m u l tih o p   f o r w ar d i n g   w i th o u t in tr o d u cin g   u n p r ed ictab le  d elay s   o r   n et wo r k   in s tab ili t y .   Fig u r 8 ( c)   s h o w s   th p ac k et  d eliv er y   r atio   ( P DR )   ac r o s s   d if f er en h o p   d is tan ce s   af te r   s y n ch r o n izatio n   is   ap p lied .   T h P DR   r em ai n s   co n s is te n tl y   h ig h ,   w it h   o n l y   s li g h d eg r ad atio n   at  h ig h er   h o p   co u n t s   d u to   c u m u la tiv e   w ir eless   lo s s es.  I m p o r ta n tl y ,   th e   h ig h   d eli v er y   r at io s   i n d icate   t h at  r ed u ce d   ac ti v ti m d o es  n o co m p r o m i s co m m u n icatio n   r eliab ilit y .   C o o r d in ated   s leep   s c h ed u li n g   allo w s   n o d es  to   o p er ate   w it h   a g g r e s s i v d u t y   c y cl in g   w h ile  p r eser v i n g   d ep en d ab le  p ac k et  f o r w ar d in g .   C o llecti v el y ,   t h ese  r es u lt s   d em o n s tr ate  th a th p r o p o s ed   s y n ch r o n izatio n - a w ar s leep   s ch ed u lin g   m ec h a n i s m   ac h iev e s   e n er g y   ef f icien c y   w it h o u s ac r if ic in g   f u n d a m en tal  m es h   n et w o r k   p er f o r m a n ce .   T h e   d eter m in i s tic  la ten c y   g r o w th ,   s tab le  r o u ti n g   b eh a v io r ,   an d   s u s tai n ed   h i g h   P DR   co n f ir m   t h at  co o r d in ated   s leep w a k c y cles  m ai n tai n   r eliab le  co n n ec t iv it y   w h ile   m i n i m izi n g   u n n ec e s s ar y   r ad io   ac tiv it y .   A lt h o u g h   t h cu r r en ev al u atio n   is   li m ited   t o   m o d er ate  n et w o r k   s ize  an d   u p   to   th r ee   h o p s ,   th f in d i n g s   p r o v id s tr o n g   ev id en ce   th a s y n c h r o n izatio n - b ased   d u t y   c y c lin g   is   p r ac tical  an d   ef f ec ti v s tr ate g y   f o r   en er g y - e f f icie n an d   r eliab le  m u lt ih o p   L o R m e s h   co m m u n icatio n .           ( a)   ( b )         ( c)     Fig u r 8 .   Net w o r k   p er f o r m an c u n d er   s y n c h r o n ized   s c h ed u li n g : ( a)   r o u ti n g   b e h av io r ,   ( b )   laten c y   v s   h o p   co u n t,  an d   ( c)   P DR   v s   h o p   co u n t       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   p r o p o s es  ti m e - s y n ch r o n ized   s leep   s ch ed u lin g   f r a m e w o r k   to   i m p r o v en er g y   ef f icien c y   in   L o R a - b ased   W MN s .   B y   in teg r ati n g   lig h t w e ig h r eg r ess io n - b ased   s y n c h r o n iza tio n   m o d el  w it h   co o r d in ated   s leep w ak e   s c h ed u li n g   an d   lo w - p o w er   h ar d w ar e,   th p r o p o s ed   s y s te m   e n ab les s u b s ta n tial   en er g y   s av i n g s   w h ile  p r eser v in g   es s e n tial  n e t w o r k   f u n ctio n ali ties .   E x p er i m e n tal  r esu lts   s h o w   t h at  th s y n c h r o n ized   LT   clo s el y   f o llo w s   g lo b al   r ef er en ce   w it h   m i n i m al  er r o r ,   ev en   ac r o s s   m u ltip le  h o p s .   T h is   ac cu r ate  ali g n m e n t   en a b les  d eter m in i s tic  d u t y   c y clin g ,   s i g n i f ican t l y   r ed u cin g   i d le  lis te n in g   a n d   r ad io - o n   d u r atio n .   A s   r e s u l t,   cu m u lat iv e n er g y   co n s u m p ti o n   is   r ed u ce d   b y   7 7 . 5 o v er   1 0 - h o u r   p er io d ,   w it h   th s le ep   cu r r en r ea ch i n g   as  lo w   a s   0 . 0 1   m A .   B e y o n d   n o d e - lev el  e f f icie n c y ,   t h e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   m a in tai n s   s tab le  m u lti h o p   co m m u n icatio n .   P ac k et  f o r w a r d in g   r e m a in s   r eliab le,   laten c y   in cr ea s es  i n   b o u n d ed   an d   p r ed ictab le  m a n n er ,   an d   P DR s   r e m ai n   h ig h .   T h ese  f i n d i n g s   d e m o n s tr ate  th at  s y n c h r o n izatio n - a w ar s c h ed u li n g   d o es  n o t   c o m p r o m is m es h   n et w o r k   p er f o r m a n ce .   U n li k m o s e x is t in g   s tu d ies,  t h i s   w o r k   p r o v id es  r ea l - w o r ld   ex p er i m e n tal  v a lid atio n   w it h o u r el y i n g   o n   ex ter n al  ti m in g   i n f r a s tr u ct u r e.   Alth o u g h   t h cu r r en ev al u atio n   is   li m ited   to   s m al l - s ca le  n et w o r k s   w i th   u p   to   th r ee   h o p s ,   th e   r esu lt s   co n f ir m   th f ea s ib ilit y   o f   t h p r o p o s ed   f r a m e w o r k   f o r   en er g y - co n s tr a in ed   I o T   d ep lo y m e n ts .   Fu t u r e   w o r k   w i ll  f o c u s   o n   lar g er - s c ale  ev alu a tio n s   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.