TELKOM NIKA , Vol.13, No .2, June 20 15 , pp. 711 ~ 7 2 1   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i2.1438        711     Re cei v ed  Jan uary 28, 201 5 ;  Revi sed Ap ril 7, 2015; Accepte d  April 2 5 , 2015   Adaptive Energy-Aware Cluster Based Routing  Protocol for Mobile Ad Hoc Networks       Fateme h Ha kimifar 1 , Se y e d-Amin Ho sseini-Sen o* 2 , Mohammad Hoss ein Moattar 3 , Thair  Al-Dala’in 4 , Rahm a t  Bu d i arto 4   1  Department o f  Computer En gin eeri ng, Pa yamno o r Univ er sit y  of Sari, Ira n   2  Computer Net w o r k Res earch  Labor ator y ,  F e rdo w si U n iv ersi t y  of Mashh ad,  Iran  3  Department o f  Soft w a re En gi neer ing, Islami c Azad Univ ers i t y  of Mash had,  Iran  4  Colle ge of Co mputer Scie nc e and Inform ati on T e chnol og y, Al Baha Univ ersit y , Sa udi Ar abi a   *Corres p o ndi n g  author, em ail :  hossein i@um .ac.ir      A b st r a ct  Due to th e do w n side ch arac teristics of Mo bile A d  h o c N e tw orks (MANET s ) such as  dyna mic  topol ogy a nd  ener gy consu m pti on a nd c ontrol ov erhe a d , netw o rk clus tering is o n e  of the promi s in g   soluti ons. Cl us ter Based R o u t ing Protoc ol ( C BRP) is a ro bust an d scal a ble ro utin g pro t ocol for MAN E T s .  Clusteri ng for m ation a l gor ith m  used in CBRP  is a variat ion o f  simpl e  low e st-ID algorith m  i n  w h ich the nod e   w i th a low e st ID a m o ng its  n e ig hbors  is e l e c ted as  th e Cl uster he ad. N e glecti ng  mo bi lit y and  en ergy f o r  selecti ng cl uster he ad is  one  of the  w eakne ss points of th e alg o rith m. In   order to i n cre a se stab ility of  th e   netw o rk an d to  preve n t re-cl u stering  an  ada ptive e ner gy-a w a re Cluster B a sed  Ro uting  Protocol (AE C BRP)   is prop osed. T w o algorith m s  have b e e n  intr oduc ed i n  AEC BRP as enh an cement to the CBRP: improvi n g   the cluster for m ati on a l g o rith m by co nsi deri ng rel a tive  mo bility, resi du al  ener gy an d co nnectiv i ty degr e e   metrics, a nd a dd in a n  efficie n t cluster main tenanc e al gorit hm b a se d on t he ag gre gate  ener gy metric of   cluster he ad. Using NS- 2  w e  eval uate th e rate  of clus ter-hea d cha n ges, the nor mali z a ti on ro utin g  overh ead  a n d  the  pack e t d e livery  rati o.  Co mp aris o n s  den ote th at th e pr opos ed  A E CBRP  has  b e tter  perfor m a n ces  w i th respect to the orig ina l  CB RP and Cr oss- CBRP.    Ke y w ord:  Rou t ing in MANET s , CBRP, Cluster Formati on A l gorit hm, R e lati ve Mobi lity, Re sidu al Ener gy       1. Introduc tion   A Mobile Ad  hoc  Network (MA N ETs) includ es  a set of wi rele ss  node s  wh ich can   comm uni cate  dynami c ally throu gh  wireless m u lti-h op net wo rks.  The s e n e tworks  can  be   config ure d   wi thout an  infra s tru c ture o r   centrali zed  ad ministration t o  be   controlle d. Each n e twork  node  can o n l y comm uni cate directly  with n ode s t hat  are in  its radio  ra ng e, therefo r e,  it is  requi re d that the node s  perfo rm routi ng fun c tion  dedi catedly. In MANET, due to net work  dynamic stru cture and  l a cking ce ntrali zed  man age m ent, routing i s  carried  out  by all availa ble   node s an d via multi-ho p way [1].    MANETs rout ing  protocols can be  cl assi fied into flat routing an d hi era r chical ro u t ing. In   the flat routing schem e, each nod e o n  a rout e re cords th e ph ysical n e xt hop towa rd s the  destin a tion a s  its next hop for that rou t e. In  fa ct, in these proto c ols, all node s are enga ged  in   routing fun c ti on. So they incre a se co ntro l  packet overhead for  rout e discovery p r ocess [2].   The hierarchi c al routin g prot ocol s i m pro v e network  p e rform a n c e s   esp e ci ally wh en the  netwo rk size   i n crea se s. Clusteri ng sche mes  are  ty pically  used by hiera r chi c al routing proto c ols.   The cl uste r b a se d ro uting  proto c ol s de crea se the  nu mber  of enga ged no de s in  route a nd al so   the si ze of n e ighb or tabl e. More over  cl usteri ng i s  on e of the app roache s appli ed in de crea sing   the traffic duri ng the route  discov ery  process [3],[4]. CBRP  is  a  ro uting protocol  that is designed  for routin g in  MANETs wi th many nod es. The  whol e netwo rk i s  divided into  overlappi ng  or   disjoi nt cluste rs. The no de  which h a s bi -directi o nal link and the lo we st ID amo ng its neigh b o rs  are ele c ted  a s  clu s te r-h ea d. The nod e mobility  cau s es net wo rks  topology to chang e fast [3].  Since e a ch cluster i s  reco gnized by its clu s ter h ead , which is ful l y depend ent  on the cl ust e r  head beh aviour, cluste rin g   mechani sm  dire ctly  influen ce s the  overall n e twork pe rform a nce.   Therefore,  a  wi se  clu s te r formatio n a s  a  ma i n stre am p a rt of   CBRP  may i m prove  net work  perfo rman ce.  Cluste rin g  a l gorithm of  CBRP  due to  not co nsid eri ng the mo bility and node ' s   energy which  are  con s ide r ed a s  t w o M A NETs li mi ta tions,  cau s e s  the  wea k ne ss of th e routi n g   proto c ol. T o  improve  clu s ter hea d el ection,  a  n e w   clu s terin g  algo rithm i s  introd uced  that  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  711 – 72 1   712 con s id ers rel a tive mobility, resid ual e n e rgy an d con nectivity degree of no de s. In addition, t he  clu s ter  stabili ty is maintai ned by  an al gorithm th at  con s id ers the  agg reg a te e nergy m e tri c   of  clu s ter he ad s.  The re st of the pape r is  orga nized as follo ws. Section 2 explains the CBRP briefly.  Section 3 giv e s a b r ief su mmary of rel a ted wo rks.  S e ction 4  pro p ose s  an  effici ent clu s ter  ba sed  routing p r oto c ol (AECBRP ) . Section 5 discu s ses  si mul a tion setup, a nd re sults. Fi nally, Section  6   pre s ent s the pape r’s  con c l u sio n s.       2.  Ov er v i e w  of CBRP   The CB RP is a distribute d , efficient and scalabl e prot ocol that use s  clu s teri ng a ppro a ch  to decrea s e the traffic of route discove r y me ssa ge s in the netwo rk. CBRP ha s less ove r he ad  and  highe r th roug hput  co mpared to  Ad ho c  On-De m and  Di stan ce Ve cto r  (A ODV) protocol. I n   this p r oto c ol  the wh ole  ne twork i s  divid ed into  overl appin g  o r  di sjoint clu s te rs.  Each  clu s te r  contai ns a cl uster-h ead, g a teway s  and  membe r s. A gateway is a node throug h  which m e mb er  node s comm unicate with  the adja c ent  cluste r-he a d .  The clu s tering algo rithm  of CBRP is a   variation of  si mple  lo we st-I D clu s terin g  algorith m . Th e nod e  with t he lo we st-ID  in its n e igh b o u rs  is el ecte d a s  clu s te r-h ead . Each  cl ust e r-hea d  con s iders  all n e ig hbou rs havin g bi -directio n al  links, as me mbers. Each  node m a intai n s a n e igh b o u r table  (NT )   and a  clu s ter adjacen cy table  (CAT ). The  n e ighb our tabl e is  used fo r receivin g t he li nk  statu s  for  sen s in g an d f o rmin g cl uste rs.   The cl uste r a d jacen c y table kee p s th e informatio n  of adjacent clu s ters an d is  use d  by CBRP' s   Adjace nt Clu s ter  Discove r y Proce dure. These t able s  are up date d  by peri odi c hello me ssa ge.  The h e llo  me ssage  in clud es th e n ode  ID, the  nod e role (clu ste r-h ead, me mbe r , unde cid ed).  If  the hell o  me ssag e i s  n o t re ceived  from  a  sp ecifi c  n ode , that entry  wi ll be  rem o ved  from th e tabl e  [5].     CBRP is ba sed on source  r outing that usin g clu s ter  stru cture to minimize the floodin g   traffic du ring t he ro ute di scovery  process. Furth e rm ore,  the use of  uni-di r e c tiona l links in cre a se s  the net wo rk  con n e c tivity.  In ro ute di scovery p r o c ed ure  cl uste r-h ead s  sea r chi ng fo r a   sou r ce   route a r e flo oded  with Route Re que st (RREQ )  Packets. Th e clu s ter-he ad  forwa r d s  RREQ   packet only o n ce a nd neve r  sen d s it to a  node t hat ha s alre ady re corde d  in the route [6].  The advanta ge of CBRP is that only cluster- h ead s  excha nge rou t ing informati on. Thus,   comp ared to  the traditio n a l floodin g   method s,  the  cont rol ove r head t r an smi tted is far le ss.  Ho wever, CBRP  is  li ke  other hierarchical ro uting  proto c ol s th at ha s cl ust e r fo rmation  and   maintena nce overhe ad.     For pe rform ance optimi z ati on, CBRP  re comme nd s a  sho r t enin g  route. Sin c e CBRP   use s  a sou r ce  routing sch e me,  a   no de gets all  in fo rmation a bout  route  wh en  receivin g a  pa cket.  Nod e s expl oit route sho r te ning a s  next hop to minimi ze the h op n u mbe r  and  a dapts to n e twork  topology cha nge s to cho o se the m o st distant  nei ghbo ring n o d e  in a route.  Local  rep a ir is  anothe r opti m ization met hod that is employed by  CBRP. It checks the ro uting informa t ion  contai ned in  the pa cket wheneve r  a n ode ha s a  p a cket to forward a nd the  next hop is  not  rea c ha ble. In a route, if the  next hop or the hop  after the next hop is rea c ha ble through on e of its  neigh bors, the packet is fo rwa r d ed thro ugh the ne w route [7].      3. R e lated  Works  The clu s te rin g  algorithm s divide MANETs into clu s ters. Clu s te r head s man age the   clu s ter a nd  communi cate  with othe r cl u s ters. Clu s te ring algo rithm  con s tru c t a l ogical topolo g y  for routing al gorithm an d allows feedb ack from ro ut ing algo rithm  in order to a d just that logi cal   topology  an d ma ke  cl u s terin g   de cisions. S o  th e cl uste r-he ad  stability  is im porta nt for  perfo rman ce  of networks [6].  The lo we st I D  alg o rithm  [8] is the  mo st comm on te chni que to  ra ndomly  sele ct clu s ter  head s. Ea ch  nod e i s  i d e n tified by  a  uniqu e ID,  a nd the  n ode  with  the l o we st ID in i t s  neigh borhoo d  is co nsi dere d  as  clu s ter h ead. Since  this heu ri stic is  biased to cho o se n ode s  with  smalle r IDs a s  clu s ter he a d s, those n o des with  sma ller ID's  suffe r from the ba ttery drainag e,  resulting sho r t lifetime span of the networks.   In the high e s t co nne ctivity cluste ring   (HCC ) al gorit hm [9] the d egre e  of a  n ode i s   comp uted  ba sed  on its di stance f r om  others. Each  n ode b r oa dcasts its ID to  th e nod es th at  are  within its tran smissio n  ran ge. The  nod e with m a xim u m num be r  of neigh bou rs (i.e., maxi mum  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Adaptive En e r gy-Aware Cl uster Ba se d Routin g Pr oto c ol for Mo bile  .... (Fatem eh Hakim i far)  713 degree ) is ch ose n  as a  cl uster h ead. S i nce the n o d e  is forced to  leave its clu s ter after find ing   anothe r clu s t e r hea d with t he high er con nectivity,  the  clu s ter he ad s do not play their role well for  very long. S o  this  algo rithm con s tru c ts un st abl e cl usters. Whe n e ver  the nu mber of  ordi nary  node s in a cl uster in crea ses, efficien cy and net work  perfo rman ce  degrade s.   Adaptive mul t i-hop  clu s te ring [10]  set s  upp er  and  l o we r b oun ds (U a nd  L)  on the   numbe r of cl u s ter-mem bers within  a gro up that  a cl uster hea d can  handl e. Whe n  the num ber of  clu s ter-mem b ers in a  cl ust e r i s  le ss tha n  the lo we r b ound, the  cl u s ter  nee ds to  merg e  with  one  of the neig h b ourin g cl uste rs. On the  co ntrary, if  the  numbe r of  cl uster-me mbe r s i n  a g r ou p  is  greate r  than t he upp er bo u nd, the clu s te r is divided int o  two clu s ters.  For mobility based  cluster format ion, Lowest Relative Mobility clustering [11] applies a  new met r ic . A relative mobility with res p ec t to a  neighb or is a c hieve d  usin g the ratio of receiv ed   power between  two succ essive packets. In [4] this rel a tive  mobility  techni que is  used and  Cross- CBRP  routin g proto c ol  is i n trodu ce d. It is a n e w  cr oss - la yer  ap p r oa c h  to  for m  a c l us te r  in  whic h   each node achieves its m obility by the received po wer level s  of two hello message from  each  neighbor. If  each node has M  neighb ours, so it will have M  values  relativ e  mobility that  aggregate  ap proa ch i s  introdu ced in thi s  work.  Every node sets t he agg re gate  mobility in hello  messag e an d broa dcast  to other nod es. To achie v e the maximum stability ,  a node wit h  the   lowest aggregate mob ility is sel e cted as  the cluster-head.  The limitation s  of the  aforement ion ed  algorith m  are  that to form  the clu s te rs t hey only   con s id er a si ngle feature o f  a node.  The  weig hted  clu s te ring  al gorithm  (WCA) [12],[13], i s  b a sed  on t he u s e  of a   combine d   weig ht metri c  that take s into accou n t se veral system para m eters like  the node -de g ree,   distan ce s wit h  all its neigh bours, nod e spe ed and  th e time spent  as a clu s te r-h ead. Each n o de  obtain s  the  weight valu es  of all oth e r  no des an d  info rmation of  oth e r  clu s ter he a d s i n  the  sy stem  throug h  reb r oad ca sting.  As a  result, the ove r he ad  indu ce d  by  WCA  is very  high.  If a  n ode  moves i n to a   regio n  that i s   not covere d b y  any  cl uste r-head, th en th e cl uste r  set-up p r o c ed ure  i s   invoke d throu ghout the  wh ole sy stem. T h is le ad s to o v erhea ds. In  addition, in  th is alg o rithm  the  node  spe ed i s  u s ed a s  a  mobility prop erty whe r ea s the relative  mobility between nei ghb o u ring   node s si gnificantly affects cluster  stability.  Tao et. al. [6] select a  cluster  head based on  the rel a tive mobility with the  connectivity  degree is u s ed. The relati ve mobility m e tric is o b tain ed usin g the locatio n  information provid ed   by Glob al Po sitionin g  Syst em (GPS)  an d velo city. Ho wever,  ene rg y metric is no t con s id ere d .  If a  node  with lo we st mobility and hig h e s t con n e c tivity i s  selecte d  a s  a clu s ter-he ad whil e ha s  little   resi dual e nergy, the cluste r must be  re c onstructe d. It  prod uces a hi gh overh ead.       4.  The Propos e d  AECBRP   As me ntione d  previo usly i n  Section  2,  cl uste r formatio n alg o rithm  in  CBRP  is a v a riation  of sim p le l o west-I D  clu s teri ng al gorith m s in  whi c h th e  node  with  a l o we st ID am o ng its nei ghb ors  is ele c ted as the Cluste r-head. We propo se  a protocol n a med  as AECBRP  whi c h enh an ce s  CBRP in te rms of: (i ) ele c ting the  clu s ter he ad by  t a kin g  into a c cou n t its mo bility, conne ctivity  degree a nd resid ual en erg y . (ii) maintai n ing the fo rm ed clu s te rs  b y  con s ide r ing  the agg regat e  energy metric of cluster he ads. The det ails of  the enhan ceme nts  are de scrib e d  in the following   se ct ion s .       4.1.  Net w o r k Model   Let us con s id er a net work  rep r e s ente d  by a graph  G ( V , E) , where  V  is the nu mber of  node s an d  E  is the numb e r  of bi-directi onal lin ks. Interme d iate no des h e lp ea ch sou r ce nod e to  sen d  data to  a de stinatio n nod e. If  N x  is the n u mb er of nei ghb our n ode s  x ,  C degree  (x)  is th e  con n e c tivity d egre e  of nod e  x  that is de fined by the numbe r of ne ighbo rs in the  neighb or tab l e.  C degree  (x, y)  i ndicates that  the node  x  ge ts the con n e c tivity degree  of node  y .        (1)     We a s sume that each nod e aggregate s  the  conne cti v ity degree o f  its neighbo rs. The  aggregate  conne ctivity degre e  of n o de  x  is an  averag e of t he conn ectiv i ty degre e  of  its  neigh bou rs, i s  define d  in Equation (2).    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  711 – 72 1   714 x N y ree ree ree y x C x C x AC ) , ( ) ( 1 ) ( deg deg deg                                            (2)    In mobile  ad  hoc net works du e to  ran dom move  of  node, i n ste a d  of con s ide r ing the  speed of  nodes movement, the rel a tive mobilit y is used. By  compar i ng the receive si gnal   strength of neighbors with  the pervious value in cache. The rel a tive mobility  ) ( x M rel y b e twee n  n y    and  n x , is defi ned in Equati on (3 ):                                             (3)     Whe r e  y x P R new r x  is the powe r  cu rre n t node  n y   tha t  has re ceive d  from  n x ,  y x P R old r x  is the  power n ode  n y  that has  previously recei v ed from  n x . If  0 ) ( x M rel y , it indicates that two nod es  are  gradu ally  moving  away,  othe rwi s e  th e two  n ode s  are  moving  cl ose  to  ea ch  o t her. Sup p o s e a  node with  M   neigh bors, it has  M   number relative values that t he aggregate local  mobility values  [4] is calculat ed usi ng Equ a tion (4 ).                                                        (4)    All node s in  MANET a r e  mobile  with li mited ene rgy  sou r ces,  whi l e any comm unication  in a netwo rk involves en ergy con s um ption. T he en ergy con s um ption of each n ode de pen ds on   its sen d ing a nd re ceiving t r an smi ssi on  [14] as expressed in Equ a tion (5 )                                                                                       (5)                                      M  and  D  a r e con s tants,  rep r e s entin g the  protocol used, se nding  and  receivin g  informatio n a nd, are dete r mined  by the  hardware.  T able 1  sho w s the en ergy  con s um ption  in  v a riou s st at e s .       Table 1. Power co nsumpti on mea s u r em ents [14]   Par a meter  M( µ W. sec)   D( µ W. sec)   Broadcast Send   1.9  266  Point to point Send  1.9  454  Broadcast Receive  0.50  56  Point to point Re ceive   0.50  356  Idle 843 (m W )       Each n ode  cal c ulate s  its resi dual e n e rgy de pen ding on its  se nding a nd receivin g   informatio n. This value in e v ery moment  is cal c ul ated  usin g Equatio n (6)                       (6)    Having  don e  the calcul atio n of the  re sid ual en er gy of  node s, this value i s   set in  the hello   messag e  and  broad ca sted  amo ng  ea ch  othe r.  E  residual (x,y)  in dicat e s th at n ode   x  r e c e ives  th e  resi dual e nergy of node  y .                                                       (7)      4.2.  The neighbor ta ble and hello message  forma t  in AECBRP     In this pape r we, extend the structu r e  of nei ghb orin g table by ad ding 4 field s , inclu d ing  relative mo bi lity, aggreg ate mobility, resid ual  e nergy and  co nn ectivity degree a s   sho w n in     Figure 1.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Adaptive En e r gy-Aware Cl uster Ba se d Routin g Pr oto c ol for Mo bile  .... (Fatem eh Hakim i far)  715 Neig hbo rID  Neig hbo r  Status  Link  status  Relativ e   mobility  Aggre gate   mobility  Re sidu al  Energy   C o nn ec tivity  degree     Figure 1. Nei ghbo r Tabl e in AECBRP       This informat ion i s  o n ly u s ed  to fo rm  a cl uste r. Ea ch  nod e le arns i n form atio n from   received h e ll o messa ge.  The hell o  m e ssag es  co ntain not only  a neigh bo r table an d cl u s ter  adja c en cy table, but also  other info rma t ion of  node  x, including  a ggre gate mo bility, conne ct ivity  degree an d resid ual ene rg y (see Fig u re  2).       Nod e ID  Nod e   Status   Aggre gate  mobility  Re sidu al  Energy   C o nn ec tivity  degree   Neig hbo rID  Neig hbo r  Status  Link status  … …  …  Clu s ter adj acent ID  …    Figure 2. Hell o messag e in  AECBRP      4.3.  Cluster  Formation  Algorithm   The  basi c  idea of the  cluster form ation algori thm  i s  to  consi der  mobility, connectivity  degree  and  the re sid ual  energy of n ode s to  sele ct a  clu s ter.  The  clu s ter head  form a t ion  algorith m  is d e scrib ed a s  follows.   1.  All node s  sta r t wo rki ng i n   unde cid ed  state and  se t the timer with  the spe c ific  time interval   and broad ca st a hello messag e. Every node b r oa dc a s ts its o w n m obility, conne ctivity degree   and re sidu al energy  ( M  and   C degree   are i n itialize d  to  0  and  en ergy i s  initiali ze d t o  40 0 at  the  begin n ing of  operation s ) in  a hello message to its 1-h op neig hbo rs.   2.  By receivin g  the hell o  m e ssag e, a n ode  com pare s   its agg reg a te  mobility values with  i t s  neigh bors an d the node  wi th the lo we st aggregate m obility value   M( x)  <  M( y)  is considered.   3.  In additio n  th e no de  com p are s  its conn ectivity  degre e  with  the  ag greg ate  con n ectivity degre e   of its neig hbo rs a nd the  no de with  th e hi ghe st co nne ctivity degree   C degree  (x) >  A C degree (x)  is   c o ns ide r ed .   4.  At the end the node  with the high est re sidu al ene rgy   E resid ual  (x) >  E residua l  (y)   is  selected.   A node  can  be a  clu s ter-head if it ha s less mobility ,  more resi d ual en ergy a nd mo re  con n e c tivity  degree to its neighb ors. T h is n ode  w ill  cha nge it s st ate to clu s ter-hea d state.  By  broa dcastin g  hello m e ssa ge, all n ode s having  bi-d i r ectio nal lin ks with  this  cl uster-h ead, a r e   recogni ze d a s  memb ers.       4.4. Cluste r Mainten a nc e  Algorithm   Whe n   cluste rs a r e fo rme d ,  to preve n t sud den  de crement of  clu s ter-he ad e n e rgy, the   clu s ter-he ad  aggregate s  t he resi dual  energy of it s membe r s a nd continu o u s ly co mpa r e s  its  resi dual  en ergy with thi s   aggregate  va lue. When  t he  clu s ter-he ad en ergy is less tha n  t he  aggregate  en ergy of it s  cl uster mem b e r s, th e  cl uste r-h ead  chang es to  mem b e r  st ate an d t h e   clu s ter format ion algo rithm  is perfo rme d  again in the  same  clu s ter.  It is worth to  note that after  cha ngin g  the  clu s ter-h ead  nod e  state t o  a m e mb er,  the  clu s ter  doe s n o t re st ructu r e,  and   the   node  with the  highe st resi d ual ene rgy in that cluste r wi ll be the clu s ter-hea d.  Gene rally, the purpo se of  the pro p o s e d  algo rithm i s  to prevent  the reforma t ion of  clu s ters. This appro a ch cre a tes sta b le cl usters.       5.  Simulation setup an d res u lts   To evalu a te t he p r op osed  proto c ol, the   simulato r  NS -2(ve r si on  2.34) i n   Ubu n tu 10.0 4   environment was  per form ed. The mobi lity scenarios that  use the Random Way Point mobility  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  711 – 72 1   716 model with 30-1 30 nod e s   a nd rand o m ly  distri b u ted in  a 67 0 m ×67 0 m a r e a  are rand o m ly  gene rated. T able 2 dem on strate s the si mulation pa ra meters.      Table 2. Simulation setting up paramet ers  Parameter Values  Simulation Duration  600s  Pause time  0s  Maximum Speed  of the node   5-30 m/s   Transmission range  150- 250m   Packet Rate  4 pkt /sec  Number of  nodes   30-130   Traffic Model   CBR  Max connection   40  Initial Energ y   400j  Area  670m×670mm       5.1.  In v estigation of clu s ter hea d  cha nges in net w ork conditio n   In the first scenari o , the numbe r of clu s te r head  cha nge s is illust rated again s t the sp eed   cha nge s. Th e numbe r of  cluste r he a d  cha nge i s  the total number of cl uster head  ch a nge s  durin g the  wh ole si mulatio n  ru n time. A  small va l ue  of clu s ter  hea d ch ang e reflects the  stabi lity  of the  clu s ter structu r e. Fi gure  1  dem o n strate s  the rate  of clu s ter-hea d cha n g e s  i n cre a se s by  increa sing  th e spee d of  n ode s. Due  to  mobilit y in crement, the  n e twork topol o g y is serio u sly  cha nge d and  the clu s ter f o rmatio n ope ration s are  re peated. F r om  Figure  3, it is found  out that   the prop osed  protocol, co nsid er mobilit y, ener gy and conn ectivity degree du ri ng the sele ct ing  clu s ter, ha s b e tter perfo rm ance com p a r ed to  the origi nal CBRP a n d The Cro s s-CBRP.   In the secon d  scen ari o , the rate of  cl us ter-h ead  chang es i s   computed  versu s  the  transmissio n rang e ch ang e s . Figure 4 sh ows that  by increa sing the  transmi ssion  range, the ra te  of clu s ter-he ad chang es  decrea s e s .  Having d one  increa sing t he tran smi ssion ra nge, m o re   node s  are  wit h in the  range   of othe r n ode  for l ong er  pe riod s of  time.  Hen c e, l e ss  o f  larg e  clu s ters  formed a nd their mobility doe s not allo w them to  move freque ntly in and out of range of e a ch   other. T herefore, the  nu m ber  of cl uste r-hea d  ch a n g e s  de cre a ses. Whe n  the  transmi ssion  range   is de cre a sed  the rate of cluster-h ead chang es  in th e AECBRP will get better perfo rma n ce in   comp ari s o n  with the origi nal CBRP a n d  The Cro s s-CBRP.           Figure 3.   Nu mber of Cl ust e r-hea d Ch an ges vs. Node  Speed     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Adaptive En e r gy-Aware Cl uster Ba se d Routin g Pr oto c ol for Mo bile  .... (Fatem eh Hakim i far)  717     Figure 4.   Nu mber of Cl ust e r-hea d Ch an ges vs. Tran smissi on Rang e      In the thi r d  scen ario,  the  rate  of cl uste r h ead  chan ges versu s  t he n u mb er  o f  node ' s   c h an g e  is calc u l a t ed . As  s h ow n in  F i gu r e   5 ,   by i n crea sing  the  numbe r  of n ode s the  rat e  of  clu s ter hea d  cha nge s i n creases. A s  th e no de  den sit y  increa se s,  AECBRP p r o duces con s ta ntly  less num ber  of clu s ter h e ad chang es i n  com p a r iso n  with the  CBRP and  Cross-CBRP. A s  a   result AECB R P give s  better  perfo rma n c e i n  te rm s of  the  numb e r  of clu s te r h e a d  chan ge s  when  the node d e n s ity in the network is hi gh.                 Figure 5.    Nu mber of Cl ust e r-hea d Ch an ges vs. Numb er of node s      In the fourth  scena rio, the  numbe r of clus ter  hea d chang es i s  ca lculate d  agai nst the   cha nge of p ause time. Whe n  pau se  time increa se s the re qu ired n u mbe r  of cluste r h ead   cha nge s are very low. Figure 6 indi cat e s that wh e n  the pause ti me is 0 s, the most mobili ty is   within the  ne twork an d it is the result of incr ea sing  clu s ter h ead  cha nge s. In  the pau se ti me   600s, no m o bility is in the network, the  rate of  cl uster head  changes i s   zero. From Figure  7 i t  is  clea r that AECBRP pe rforms better tha n  both,  the ori g inal CB RP a nd the Cross-CBRP.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  711 – 72 1   718     Figure 6.   Nu mber of Cl ust e r-hea d Ch an ges vs. Pau s e Time       In the fifth scen a rio, the  numbe r of cl us ter  hea d chang es i s  ca lculate d  agai nst the   cha nge of pa cket rate. Wh en traffic inje ction to  the n e twork in crea se s so me rea s on s can  cau s e   packet s  do  not received by a downs t r eam node, for example, lack  of route or  impossibility to  acce ss to the  medi a –  so p a ckets will  ho ld in th e inte rf ace  qu eue. If  this b u ffer  overflows the l a st   incomi ng p a cket will di scard. Ther efore,  if there are some hell o  pa cket in this q ueue the s e  h e llo   packet s  rea c h to the  nei ghbo urs n o d e s by  del ay.  The r efore  Neig hbo r tab l e upd ates a n d   informatio n a bout the  status of n e igh b o ring  nod es  can  be d e lay ed an d in cre a se s the  rate  of  clu s ter he ad  cha nge.           Figure 7.   Nu mber of Cl ust e r-hea d Ch an ges vs. pa cke t  rate      5.2.  In v estigation on nor malization r outing ov erhead in net w o r k condition     In the sixth scen a rio, the r outing overhe ad metri c  is compa r ed to speed  cha nge s. Thi s   metric  dete r mines the ov erhe ad  cau s ed by tra n sm itting routing   packet  within  the network  and  the metri c   eq uals the fracti on of th e n u m ber of  s ent  routing  pa cke t  on the  num ber  of all  re ce ived  data packet. Figure 8 dem onstrates that  incre a si ng the spee d of node s will increase the routi ng  overhe ad.  In cre a si ng sp e ed cau s e s   a  fast  chan ge  of the net wo rk top o logy b e ca use with  this  cha nge, no de s will exchan ge more routi ng messa g e s .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Adaptive En e r gy-Aware Cl uster Ba se d Routin g Pr oto c ol for Mo bile  .... (Fatem eh Hakim i far)  719     Figure 8. Normalizatio n Ro uting Overh e ad vs. Speed  of node s      In the seven t h sce nari o , norm a lization  rout ing ove r hea d is calculate d  agai nst the  cha nge of n u m ber of n ode s. From Fi gu re 9 we fi nd  o u t that the more n ode s, the more  routin g  overhe ad. As there a r e m o re n ode s, b o th proto c ol s must mai n ta in more ro uting informatio n in   ca che  and  great amo unt o f  control me ssag e shoul d  be forwa r de d .  However, th e thre e line s   are   very close, sh owin g the AECBRP only in cre a ses a little norm a lization routin g overhe ad.           Figure 9. Normalizatio n Ro uting Overh e ad vs. Numb er of node s      5.3. In v estigation of p a c ket deliv er y   ratio in net w ork conditio n   In the eig h th  scena rio, th e pa cket deli v ery  ratio i s   comp ared to  the ch ang e o f  spee d.  Packet delive r y ratio is defi ned a s  the total numbe r  of data pa ckets  sent by traffic sou r ces to th e  total numbe r  of data pa ckets received  at destin a tion s. Figu re 1 0   indicates th at increa sing t he  spe ed in all three p r oto c ol s, the packet  delivery ratio  decrea s e s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  711 – 72 1   720     Figure 10. PDR vs. Spee d of Node s in  the Netwo r ks      In the ni nth  scen ario ,  th e p a cket d e livery ratio i s  e s ti mated ve rsus the n u mbe r   of nod es  cha nge. Fi gu re 1 1  d e mon s trate s  th at i n crea sing  the  numb e r of n ode s  will de crea se th e p a c ket  delivery. The reason is because some paths w ill  becom e  longer if ther e are more nodes in  netwo rk,  more an d mo re  p a ckets are d r oppe d in th e  pro c e s s of tra n smi ssi on, th en the t w o  da ta   delivery rate s decrea s e.           Figure 11. PDR vs. Numb er of  Nodes  in the Network s       6. Conclu sion    The cl uster-based routi ng  protocol s impact the net work  sc alability. In CBRP the  cluster  formation  alg o rithm, the lo we st ID alg o r ithm  do es  n o t con s id er  mobility and  node s e nerg y  in   MANETs . In t h is   paper, the c l us ter formation algori thm that us es  the relati ve mobility metric , the  resi dual e nergy and con n e ctivity degre e  is introdu ced. After forming the clu s ter, to prev ent  sud den  de cre m ent of cl ust e r h ead  ene rgy, an efficie n t clu s ter  mai n tenan ce  alg o rithm b a sed  on   the ag gre gat e en ergy  met r ic of  clu s ter  head  is  p r opo sed. Thi s   al g o rithm create s  stable   cl ust e rs.  Comp ared to  the origin al  CBRP an d  Cro s s-CB RP, the rate of clu s ter-he ad ch ang es  has  signifi cant im provem ent that cau s e s  bet te r throu ghp u t  and lifetime of the network.  In the future, we  plan  to  impleme n t a nd eval uate  the AECBRP  perfo rma n ce  usi n g   differen c e mo bility models  and furthe rm ore to implem ent the AECBRP in a test-b ed MANET s .          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.