I n t e r n a t io n a l J o u r n a o f   E le c t r ic a a n d   Co m p u t e r   E n g in e e r in g   ( I J E CE ) Vo l. 5 ,   No . 6 , De c e m b e r 2 0 1 5 ,   p p . 1 3 8 1 ~ 1 3 9 5 I S S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 1 3 8 1 J o u r n a h o m e p a g e : h ttp : //ia e s jo u r n a l. c o m/o n lin e /in d e x . p h p /I J E C E E ASR:   G ra ph - ba s ed  F ra m ew o rk   f o E nerg y Effi ci en t S m a r t Ro ut ing   in  M A N E T   us ing   Av a ila bilit y   Z o n es Ra m a n n a   H a v in a l * , G ir is h   V.   At t i m a r a d * * , M .   N.   G ir P r a s a d * * * * D e p a rt m e n t   o f   E l e c t ro n i c s &   Co m m u n i c a t i o n   E n g i n e e ri n g .   C o l l e g e   o f   E n g i n e e ri n g , A m b a j o g a i ,   In d i a * * D e p a rt m e n t   o f   E l e c t ro n i c s   &   Co m m u n i c a t i o n   E n g i n e e ri n g ,   D a y a n a n d   S a g a Co l l e g e   o f   E n g g ,   Be n g a l u ru ,   I n d i a * * * D e p a rt m e n t   o f E l e c t ro n i c s   &   Co m m u n i c a t i o n   E n g i n e e ri n g ,   J N T U A   Co l l e g e   o f   E n g g .   A n a n t a p u ra m u ,   In d i a Ar t ic le   I n f o AB S T RAC T A r tic le   h is to r y : R e c e iv e d J u 4 ,   2 0 1 5 R e v i s e d S e p   1 1 ,   2 0 1 5 A c c e p te d S e p   2 9 ,   2 0 1 5 E n e rg y   c o n s u m p t i o n   i n   M o b i l e   A d h o c   N e t w o rk   ( M A N E T )   i s   a   t o p i c   o f re s e a rc h   f ro m   m o re   t h a n   a   d e c a d e .   A l t h o u g h   t h e re   a re m u l t i p l e   a rc h i v a l   o f l i t e ra t u re s ,   t h a t   h a v e   p ro p o s e d   v a ri o u s   e n e rg y - e ff i c i e n t   a l g o ri t h m s   f o r re d u c i n g   t h e   e n e rg y   c o n s u m p t i o n   t o   i m p ro v e   e n e rg y   e ff i c i e n c y .   E s t a b l i s h i n g c o rre c t   a n d   re l i a b l e   ro u t e   i s   a n   i m p o rt a n t   d e s i g n   i s s u e   i n   M A N E T ,   b u t   a   m o re c h a l l e n g i n g g o a l   i s   t o   p ro v i d e   a n   e n e rg y   e ff i c i e n t   ro u t e .   Bu t ,   i t   w a s   o b s e rv e d t h a t   t h e   m a j o ri t y   o f   s u c h   e n e rg y   e ff i c i e n t   ro u t i n g   p ro t o c o l s   j u s t   g i v e s   a s y m p t o m a t i c   s o l u t i o n   w h i c h   a d d re s s e s   a n d   m i t i g a t e d   t h e   e n e rg y   i s s u e s o v e rl o o k i n g   v a ri o u s   a s s o c i a t e d   i s s u e s   l i k e   q u a l i t y   o f   s e rv i c e s .   M o re o v e r,   i n t h e   m a j o ri t y   o f   r e s e a r c h   p re v i o u s   s t u d i e s ,   i t   i s   f o u n d   t h a t   A O D V   a n d   D S D V a re   h i g h l y   i n   a d o p t i o n   ra t e   a m o n g   t h e   re s e a rc h e f o s o l v i n g   e n e rg y   i s s u e s u s i n g   ro u t i n g   p ro t o c o l s . T h i s   m a n u s c ri p t   a f t e re v i e w i n g   s o m e   o f   t h e s i g n i f i c a n t   l i t e ra t u re s   i n   p a s t   e x p l o re d   i s s u e s   i n   e x i s t i n g   A O D V   a n d   D S D V a n d     p ro p o s e s   a   n o v e l   e n e r g y   e ff i c i e n t   ro u t i n g   p ro t o c o l   b y   i n c o rp o ra t i n g   a n e w   a c t o c a l l e d   a n   a v a i l a b i l i t y   z o n e .   T h e   p ro p o s e d   m o d e l   s h o w s   b e t t e r e n e rg y   e ff i c i e n c y   a n d   Q o S   c o m p a re d   t o   A O D V a n d   D S D V . K e y w o r d : A O DV Av a ila b ili t y   z o n e s E n e r g y   is s u e s M o b ile   a d h o c   n e t w o r k R o u ti n g   p r o to c o l Co p y r i g h t   ©   2 0 1 5 In s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e . A l l   r i g h t s   r e s e r v e d . C o r r e s p o n d in g   A u th o r : R a m a n n a   Ha v in a l , De p a r t m e n o f E le c tr o n ic s   a n d   C o m m u n ic a t io n   E n g i n e e r in g , M   B   E   S o c ie ty s   C o lle g e   o f   E n g in e e r i n g ,   Am b a j o g a i,   M a h a r a s h tr a ,   I n d ia E m a il:  r s h a v in a l@ g m a il. c o m 1 . I NT RO D UCT I O N A   M o b ile   A d h o c   Ne t w o r k   ( M A NE T )   is   a n   i n f r a s tr u c t u r e   le s s   n e t w o r k in g   s y s te m   t h a c o m p r is e s   o f   a la r g e n u m b e r   o f   m o b ile   n o d e s   w h ic h   a r e   i n te r c o n n e c te d   w it h   e a c h   o th e r   u s i n g   a d h o c   n e t w o r k i n g   m e c h a n i s m [ 1 ] .   E a c h   m o b ile   n o d e   is   its e l f   c o n s id e r e d   a s   r o u te r s .   O w in g   to   th e   in h e r e n f e a t u r e s   o f   d y n a m ic   to p o lo g y , e v e r y   n o d e   in   M A NE T   d e p le t e s   its   e n e r g y   w h ile   a tte m p tin g   to   e s ta b lis h   a   c o m m u n ic a tio n .   I n   th e   p a s v a r io u s r o u tin g   p r o to c o ls   h a v e   b e e n   in tr o d u c e d   th a ta r g e ts   to   o p ti m iz e   th e   e n e r g y   r e q u ir e d   f o r   p e r f o r m in g c o m m u n ic a tio n   a m o n g   th e   m o b ile   n o d e s .   On e   o f   th e   in te r e s tin g   o b s e r v a tio n s   a b o u th e   e n e r g y   e f f ic ie n c y i n lite r a tu r e   a r c h i v a f o r   M ANE T   is   th a th e   m a j o r ity   o f   th e   e n e r g y   a w a r e   te c h n iq u e s   w e r e   b a s ic a ll y   e v a l u a te d o n   w ir e le s s   s e n s o r   n e t w o r k   w h e r e   o p ti m a l   e n e r g y   is   a   b i g   c h a lle n g e   f o r   e n h a n c e m e n t   [ 2 ] .   Ho w e v e r ,   s u c h te c h n iq u e s   c a n n o b e   th o u g h o f   i m p le m e n ti n g   o n   e n e r g y   is s u e s   i n   M A NE T ,   a s   a   p r o b le m   s p a c e   f o r   M A NE T h i g h l y   d i f f e r s   f r o m   a   w ir e le s s   s e n s o r   n e t w o r k .   I n   M A NE T ,   th e   m o b ile   n o d e   h a s   b e tte r   r e s o u r c e   a v a ila b ilit y   a s c o m p a r e d   to   w ir e le s s   s e n s o r   n e t w o r k . T h e r e f o r e ,   in   o r d e r   to   m iti g a te   t h e   e n e r g y   is s u e s   i n M A NE T ,   v a r io u s a s s o c ia te d   s u b - p r o b le m s   s h o u l d   a ls o   b e   s i m u lta n e o u s l y   a d d r e s s e d   a n d   r o u t in g   p r o to c o is   o n e   o f   it.   An   e n e r g y a w a r e   r o u tin g   p r o to c o m u s e n s u r e   b e tte r   q u a l it y   o f   s e r v ic e ,   e f f e c ti v e   s e c u r it y ,   a n d   e x te n s i v e   s c a la b ilit y .   T h e e s s e n tia g o a o f e n e r g y   e f f ic ie n r o u ti n g   p r o to c o ls   in   M A NE T   is   b a s ic a ll y   to   e n h a n c e   th e   o v e r a l l c o m m u n ic a tio n   p e r f o r m a n c e   a n d   to   r e ta in   e x te n s iv e   n e t w o r k   lif e ti m e   a s   w e ll. A   n u m b e r   o f   p r o to c o ls   h a v e b e e n   p r o p o s e d   t o   r e d u c e   th e   e n e r g y   c o n s u m p tio n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8 I J E C E     Vo l. 5 ,   No . 6 , De c e m b e r   2 0 1 5 : 1 3 8 1 1 3 9 5 1 3 8 2 I h a s   b e e n   s e e n   th a e x i s ti n g   r o u ti n g   p r o to c o ls   th a e n s u r e s   th e   e n e r g y   e f f ic ie n c y   a tte m p ts   to m i n i m iz e   th e   e n e r g y . I h a s   b e e n   s e e n   th a e x is t in g   r o u ti n g   p r o to c o ls   th a e n s u r e s   th e   e n e r g y   e f f ic ie n c y a tte m p ts   to   m i n i m iz e   th e   e n e r g y   d is s ip a tio n   u s in g   v a r io u s   a ttr ib u te s   o f   r o u ti n g   a n d   t h e r e b y   e n s u r e   e n e r g y e f f e c ti v e n e s s .   I f   t h e   a s p e c ts   o f   e n e r g y   a w a r e n e s s   o r   e n e r g y   e f f ic ie n c y   a r e   c o n s id e r e d   in   th e   d e s i g n   o f   a r o u tin g   p r o to c o a s   d o n e   i n   m a n y   lite r a t u r e s ,   it  c a n   b e   s a id   th a t h e   p r e s e n te d   s o l u tio n   is   o n l y   s y m p to m a tic . B y   t h e   te r m   s y m p to m a tic ,   it  m e a n s   th a t h e   s o lu tio n   a d d r e s s e s   o n l y   e n e r g y   is s u e s   a n d   d o e s n c o v e r   u p o th e r   a s s o c ia te d   is s u e s   th a a r i s e   d u e   to   e n e r g y   d e p le tio n   a n d   d y n a m ic   to p o lo g y   i n   M A NE T . He n c e ,   t h e   p r o p o r tio n   o f   e f f e c ti v e n e s s   in   s o lu tio n   is   a l w a y s   le s s   i n   e n e r g y   e f f e c t i v e   r o u ti n g p r o to c o ls   in   M A NE T .   An o th e r   r e a s o n   m a y   b e   t h e   a s s u m p tio n s   a n d   c o n s id e r a tio n   o f   t h e   r o u ti n g   s tr a te g y   b e in g d is c u s s e d .   W e   b e lie v e   t h a i f   M A NE T   r o u tin g   p r o to c o ls   a r e   r e s e a r c h e d   f r o m   m o r e   t h a n   a   d e c a d e   w it h   a l m o s t s i m ila r   i m p le m e n ta tio n   o f   A O D V,   DS DV,   DS R ,   C S R   [ 3 ]   a s   th e   m o s p r e f e r r e d   c h o ic e   f o r   r o u te   d e s ig n .   T h is p e r c e p tio n   s h o u ld   b e   c h a n g e d   a n d   r e s e a r c h e r s   s h o u ld   b e   m o ti v a te d   f o r   c o m in g   u p   w it h   a n   e n tir e l y   n e w r o u tin g   c o n c e p t.   M a j o r it y   o f   t h e   lite r a t u r e s   a r e   f o u n d   w it h   o n l y   e n h a n c e m e n to   th e   e x is tin g   r o u ti n g   p r o to c o ls f o r   w h ic h   r e a s o n ,   th e   p r o b le m s   a r e   n o c o m p le te l y   m it ig a te d .   He n c e ,   th is   p a p e r   is   a   d e lib e r a te   a tte m p to in tr o d u c e   a   h ig h l y   n o v e l   r o u tin g   f r a m e w o r k   u s i n g   t h e   a d v a n c e d   g r a p h   t h e o r y   f o r   t h e   p u r p o s e   o f   e n e r g y e f f ic ie n c y .   T h e   m o d e d is c u s s e s   a b o u a n   a c to r   c a lle d   a s   a v a ila b ilit y   z o n e ,   k e e p i n g   in   v ie w p o in o f   f u tu r i s tic a p p lic a tio n   o f   M A NE T   f o r   th e   p u r p o s e   o f   r o b u s a n d   r e lia b le   r o u tin g   s c h e m e   th a e n s u r e s   e n e r g y   e f f ic ie n c y . T h e   d is c u s s io n   o f   I n tr o d u c t io n   i n   S e c t io n   1   i s   f o llo w e d   b y S e c tio n   1 . 1   t h a h i g h l ig h ts   a b o u b a c k g r o u n d   o f s tu d y   f o llo w e d   b y   p r o b le m   d i s c u s s io n   i n   S e c tio n   1 . 2 .   S e c tio n   1 . 3   in tr o d u c e s   th e   p r o p o s e d   m o d e f o llo w e d   b y e la b o r a te d   d is c u s s io n   o f   r e s e a r c h   m e t h o d o lo g y   in   S e c tio n   2 .   S e c tio n   3   d is c u s s e s   a b o u th e   R e s u lt  a n d d is c u s s io n   b e in g   a c c o m p li s h e d   f r o m   t h e   s t u d y   a lo n g   w ith   c o m p a r a tiv e   p e r f o r m a n c e   a n a l y s i s   th a i s   f u r th e r f o llo w e d   b y   c o n c lu s io n   i n   S e c tio n   4 . 1 . 1 . B a c k g r o u n d T h is   s e c tio n   d is c u s s e s   a b o u a l th e   p r o m i n e n r e s e a r c h   w o r k   c a r r ie d   o u to   m i tig a te   e n e r g y   p r o b le m s in   M A NE T   m o s r e c e n tl y .   S h iv a s h a n k a r   e a [ 4 ]   p r o p o s e d   e f f ic ie n P o w e r   Aw a r e   R o u ti n g   ( E P AR ) ,   a   n e w p o w e r   a w a r e   r o u ti n g   p r o to c o th a in c r e a s e s   t h e   n e t w o r k   lif e ti m e   o f   t h e   M A NE T .   T h e   a u t h o r   h a s   a ls o e v a l u a te d   th r e e   a d   h o c   n e t wo r k   r o u tin g   p r o to c o ls   ( E P AR ,   M i n i m u m   T r a n s m i s s io n   P o w e r   R o u ti n g   a n d D y n a m ic   S o u r c e   R o u ti n g )   i n   d if f e r e n n e t w o r k   s c a le s   ta k i n g   i n to   c o n s id e r a tio n   t h e   p o w e r   c o n s u m p tio n .   T h e o u tc o m e   o f   th e   s tu d y   w a s   f o u n d   to   r e d u c e   f o r   m o r e   th a n   2 0   %   th e   to ta e n e r g y   c o n s u m p tio n   a n d   d e c r e a s e s   t h e m e a n   d e la y ,   e s p e c ia ll y   f o r   h i g h   lo a d   n e t w o r k s   w h i le   a c h ie v i n g   a   g o o d   p a c k e d e liv e r y   r a tio .   Ay d o g d u   a n d Ka r a s a n [ 5 ] p r o p o s e d   a n   a n a ly tic a m o d e f o r   th e   I E E E   8 0 2 . 1 1   Dis tr ib u te d   C o o r d in a te d   F u n c tio n   i n   m u lti - h o p   a d h o c   n e t w o r k s   t h a c o n s i d e r s   h id d e n   te r m i n a ls a n d   a c c u r a te l y   w o r k s   f o r   a n   o u t s iz e d   v a r y   o f   tr a f f ic   lo a d th a a r e   u s e d   to   in v e s ti g a te   t h e   e n e r g y   c o n s u m p tio n   o f   v a r ie d   r e la y i n g   m e t h o d s .   T h e y   g a v e   tr u t h   o f   th e p r e s e n a n a l y tic a f r a m e w o r k s   f o r   I E E E   8 0 2 . 1 1   s y s te m s   w e r e   in s u f f ic ie n f o r   a n   e n e r g y   c o n s e r v a tio n   a n a l y s i s in   w ir e le s s   m u l ti - h o p   n e t w o r k s .   T h e y   to o k   m a j o r   a ttr ib u te s   o f   th e   p r o p o s e d   Dis tr ib u te d   C o o r d in a te d   F u n c tio n ( DC F )   m o d e b e s id e   t h e   c o n s tr a in t s   a n d   a s s u m p tio n s   o f   t h e   p r e v io u s   DC F   m o d e ls .   T h e   e n e r g y - e f f ic ie n c y o v e r   a   la r g e   v a r ie s   o f   s it u a tio n s .   T h e   g iv e n   r e s u lts   s h o w   t h a th e   e n e r g y   e c o n o m ic a r o u ti n g   s tr a te g y   d e p e n d s n o s o le l y   o n   th e   p r o c e s s i n g   p o w e r ,   h o w e v e r   c o n j o in tl y   d e p e n d s   o n   t h e   tr a f f ic   lo a d . A b d u l la   e a l.   in   [ 6 ]   h a v e   p r e s e n te d   a   u n iq u e   r o u ti n g   te c h n iq u e   f o r   e n s u r i n g   e n e r g y   a w a r e   r o u ti n g p o lic ie s   in   a d h o c   n e t w o r k .   T h e   a u th o r s   h a v e   i n v e s ti g a te d   th e   i s s u e   o f   c h o o s i n g   t h e   o p ti m a tr a n s m i s s io n d is ta n c e   to   m in i m i z e   th e   e n e r g y   c o n s u m p tio n   o f   w ir e le s s   a d   h o c   n e t w o r k s .   S e u n g   H w a n   L e e   e t. a in   [ 7 ] , p r o p o s e d   e n e r g y   e f f ic ie n p o w e r   m a n a g e m e n m e c h a n is m   f o r   b a s e   s ta tio n   in   m o b ile   c o m m u n ic a t io n   s y s te m s a n d   a n   e c o n o m ic a s e c to r   p o w e r   m a n a g e m e n b a s e d   m o s t l y   o n   t h e   d is ta n c e   b e t w e e n   t h e   b a s e   s ta tio n   a n d   th e m o b ile   n o d e .   T h e y   a d d itio n a ll y   p r o p o s e d   a   s le e p   m o d e   e n e r g y   m a n a g e m e n m e c h a n is m ,   w h e r e   e v e r y   s e c to r m o n i to r s   t h e   a m o u n o f   u s e r   i n   s e c to r   c e ll.   i f   th e   v a r ie t y   o f   m o b ile   n o d e   f a ll s   d o w n   a   g i v e n   t h r e s h o ld   i n   s e c to r c e ll,   b a s e   s ta tio n   s h u ts   d o w n   p o w e r . Z u o   e a l.   [ 8 ]   p r o p o s e d   a   c r o s s - la y e r   o p e r a tio n   a id e d   e n e r g y   e f f ic ie n o p p o r tu n is tic   r o u t in g   a lg o r ith m f o r   A d   Ho c   n e t w o r k s   a n d   a n   e n e r g y   c o n s u m p tio n - b a s e d   o b j e c tiv e   f u n c tio n   c o m b in e d   w i t h   p o w e r   a l lo c a tio n , w h ic h   is   e m p lo y e d   b o th   f o r   f i n d in g   a   t h e o r e tic a b o u n d   a n d   f o r   c o n v e y i n g   t h e   p a c k e ts   t h r o u g h   t h e   n e t w o r k . A l e a l.   [ 9 ]   h a v e   d e v e lo p e d   a n   e n e r g y   o r ie n te d   p o we r   a w a r e   a p p r o a c h   f o r   o p tim iz i n g   t h e   e n e r g y c o n s u m p tio n   p e r   n o d e   s o   a s   n o to   e x h a u s s o m e   o r   a n y   o f   t h e   n o d e s n e t w o r k   p a t h .     M u k h e r j e e   e a l.   [ 1 0 ] p r o p o s e s   a   s e lf - m a n a g in g ,   e n e r g y - e f f ic ie n m u ltic a s r o u ti n g   s u ite   b a s e d   o n   t h e   s e l f - s ta b iliz a tio n   p a r a d ig m . T h e   f r a m e w o r k   c o n s id e r s   th e   lin k   s ta te   c h a n g e   r a te ,   a p p li c a tio n   d a ta   tr a f f ic   in te n s it y ,   a p p lic a tio n   p a c k e t d e liv e r y   r e q u ir e m e n t s ,   a n d   th e   s ta b iliz a tio n   la te n c y .   M a n g a a n d   T a m ilr a s [ 1 1 ]   h a v e   p r e s e n te d a n I m p r o v e d L o c a tio n   a id e d   C l u s te r   b a s e d   R o u t i n g   P r o to c o f o r   GP S   e n a b le d   M A NE T s   u s in g   c l u s te r   a n d   p o s itio n in f o r m a tio n .   T h e   a u th o r s   h a v e   a ls o   p r e s e n te d   a n   a l g o r ith m   f o r   i n te r - c lu s te r   a s   w e l a s   i n tr a - c lu s te r   r o u ti n g . T h e   s i m u la tio n   s tu d y   is   c a r r ie d   o u in   NS 2   u s i n g   M AC   la y e r   p r o to c o l.   T h e   o u tc o m e   o f th e   s t u d y   w a s e v a l u a te d   w ith   r e s p e c to   e n d - to - e n d   d e la y ,   p a c k e d e li v e r y   r a tio ,   a n d   c o n tr o o v e r h e a d .   T h e   p a p e r   h a s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E I S S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 E A S R :   Gr a p h - b a s e d   F r a me w o r k   fo r   E n e r g y E ffic ie n t S ma r R o u tin g   i n   M A N E T   u s in g ( R a ma n n a   Ha v in a l ) 1 3 8 3 p r e s e n te d   a   u n iq u e   r o u ti n g   p r o to c o th a b e c o m e s   f u n c tio n a b y   e x c h a n g in g   p o s itio n a l   in f o r m a tio n .   T h e o u tc o m e   o f   t h e   s t u d y   f o u n d   a   3 0 %   r e d u c tio n   in   c o n tr o o v e r h e a d   c o m p a r e d   to   th e   e x is t in g   te c h n iq u e s . C o r r e ia   a n d   Va z a o   [ 1 2 ]   p r o p o s e d   a   r o u tin g   a lg o r it h m   b a s e d   o n   s i m p le   a n c o lo n y   o p ti m iz a tio n   te c h n iq u e .   T h e p r e s e n te d   te c h n iq u e   c o n s is ts   o f   r o u te   d is c o v e r y ,   m a i n te n a n c e ,   s e le c tio n ,   a n d   r o u te   r e p a ir .   T h e   s tu d y   u s e s   t h e b r o a d c a s tin g   m e c h a n is m   o f   th e   n e ig h b o r   n o d e s .   Ho w e v e r ,   th e   te c h n iq u e   s u f f e r s   f r o m   is s u e s   o f   in c r e a s e d   ti m e in   t h e   r o u te   d is c o v e r y   p r o c e s s .   T h e   o n l y   a d v a n ta g e   o f   t h e   te c h n iq u e   is   th a t   it   to   r e d u c e   2 5 %   o f   t h e   r o u t in g o v e r h e a d   a s   c o m p a r e d   to   A O DV. F u   e a l.   [ 1 3 ]   p r o p o s e   a   lo c a c a p a c it y   c o n s tr a i n e d   d e n s it y   a d a p tiv e   r o u ti n g   a l g o r ith m   f o r   la r g e   s c a le v e h ic u la r   DT in   u r b a n   a r e a s   w h ic h   ta r g e ts   to   in c r e a s e   th e   p a c k e d e liv e r y   r a tio   w it h i n   d e a d lin e .   T h e   c o r e id e a   is   to   a d j u s t   f o r w a r d   s tr a te g y   a n d   p r o to c o p a r a m e te r s   b a s e d   o n   t h e   lo c a n o d e   d e n s it y   w i th   th e   a w a r e n e s s o f   lo c a c h a n n e c a p a c it y .   u tilit y   v a l u e ,   s u g g e s ti n g   th e   d e liv e r y   p r o b a b ility   o f   th e   p a c k e ts   w it h in   ti m e c o n s tr a i n i s   m a i n ta i n e d   f o r   e a c h   p a c k e b y   e a c h   m o b ile   n o d e .   L i   e a l. [ 1 4 ]   c a r r ie d   o u a   th e o r e tic a l   a n a l y s is o f   tr a f f ic   lo a d   d is tr ib u tio n   i n   c ir c u la r   s a ili n g   r o u ti n g   m e c h a n is m   in   t h e   m u lti  h o p   w ir e le s s   n e t w o r k .   T h is   s tu d y is   s i m ila r   to   r o u ti n g   p r o to c o ls   o f   M A NE T   b y   e v a lu a t in g   t h e   tr a f f ic   lo a d   a a n y   p o in in   t h e   u n i f o r m   tr a f f ic . T h e   s tu d y   e s s e n tia ll y   f o c u s e s   o n   th e   a   c o n c e p c a lle d   a s   c ir c u la r   s a i lin g   r o u t in g   m a p s   n o d e s   o n   t h e   s u r f a c e   o f a   s p h e r e   a n d   s e le c r o u te s   b a s e d   o n   s u r f a c e   d is ta n c e s . J ia n li  e a l.   [ 1 5 ]   p r o p o s e   a   s c h e m e   c a lle d   HE A D   ( a h y b r id   m e c h a n i s m   to   e n f o r c e   n o d e c o o p e r a tio n   in   m o b i le   a d   h o c   n e t w o r k s )   to   m a k e   th e   m is b e h a v io r u n a ttr a c tiv e .   HE A D   is   a n   i m p r o v e m e n t   to   O C E A N   ( o b s e r v a tio n - b a s e d   c o o p e r a tio n ,   e n f o r c e m e n t   in   a d h o c n e t w o r k s ) .   I e m p lo y s   o n l y   f i r s h a n d   in f o r m a t io n   a n d   w o r k s   o n   th e   to p   o f   DS R   ( d y n a m ic   s o u r c e r o u ti n g ) p r o to c o l. R o y   e t a l . [ 1 6 ] p r o p o s e s   r o u tin g   s tr a te g y   c a n   b e   o p tim iz e d   to   e s ta b lis h   m u ltip le   s ta b le   p a th s b e t w e e n   s o u r c e   a n d   d e s ti n a ti o n   n o d e s   s a ti s f y i n g   u s e r s   Qo S   r e q u ir e m e n t   w h ic h   n e e d   to   b e   m a i n ta i n e d c o n s is te n c y L i u   e a l.   [ 1 7 ]   p r o p o s e   R e c e iv e r   C o n s e n s u s ,   w h ic h   e x p lo its   g e o g r a p h ic a i n f o r m a tio n   to   h e lp   n o d e s a u to n o m o u s l y   a c h ie v e   a g r e e m e n o n   f o r w a r d i n g   s tr a te g ie s .   E a c h   f o r w a r d i n g   c a n d id a te   r a n k s   its e l f   a n d   its n e i g h b o r s   ( w h o   a f f ir m a ti v e l y   o r   p o te n tia ll y   r e c e i v e d   t h e   m e s s a g e   a lr e a d y )   b y   d is ta n c e   to   t h e   c e n tr o id   o f n e i g h b o r s   in   n e e d   o f   th e   m e s s a g e ,   to   a s s i g n   d if f e r e n p r io r it y   i n   f o r w a r d in g   a m o n g   n e i g h b o r in g   n o d e s   a n d r e m a r k a b l y   s u p p r e s s   u n n e c e s s a r y   r e tr a n s m i s s io n ,   w h ile   e n a b lin g   b e s n o d e s   to   tr a n s m it   th e   p a c k e w it h o u t w a i tin g .   Ka w a m o to   e a l. [ 1 8 ]   f o c u s e d   o n   m o b ile   a d - h o c   n e t w o r k   b a s e d   C y b e r - p h y s ic a S y s te m s   a s   a   m e th o d to   c o n n e c m a n y   k in d s   o f   w ir e le s s   m o b il e   d e v ic e s   f o r   f a c ilita t in g   t h e   n e x g e n e r a tio n   C y b e r - p h y s ic a l S y s te m s .   T h e   s tu d y   u s e s   e a c h   n o d e   to   f o r w a r d   r o u te   d is c o v e r y   m e s s a g e   t h a t   a l s o   i n c l u d e s   it s   m o b il it y   a n d p o s itio n   o f   th e   a d j a c e n n o d e s .   Af te r   r e c e iv i n g   t h e   r e tu r n e d   m e s s a g e ,   i n c lu d i n g   th e   i n f o r m a tio n   o f   th e   n o d e s u c h   a s   th e   p o s itio n   a n d   t h e   m o v in g   s p e e d   f r o m   t h e   n e i g h b o r s ,   a   n e w   to p o lo g y   i s   c o n s tr u c t e d   a c c o r d in g   to   t h e n e i g h b o r s ' i n f o r m a tio n .   Af te r   th a t,   th e   o p ti m a l   to p o lo g y   r e c o n s tr u c t io n   i n te r v a a n d   t h e   r e d u n d a n t tr a n s m is s io n   r a n g e   a r e   c a lc u l a te d .   T h e n ,   e a c h   n o d e   s e t s   it s   tr a n s m i s s io n   r a n g e ,   a n d   k e e p s   th e   tr a n s m i s s io n r a n g e   d u r i n g   t h e   ti m e   e q u a to   m a x i m u m .   T h e   o u tc o m e   o f   t h e   s tu d y   w a s   e v a l u a te d   u s in g   e n e r g y c o n s u m p tio n ,   in te r v a o f   to p o lo g y   c o n s tr u c tio n ,   a n d   e n e r g y   e x p a n d e d   r a tio .   S k j e ls v i k   e a l.   [ 1 9 ]   h a v e p r e s e n te d   a n   e v e n n o ti f ic a t io n   s y s te m   f o r   M A NE T   e s s e n ti a ll y   ta r g e ti n g   th e   e m e r g e n c y   c o n d itio n .   T h e   s t u d y a ls o   in tr o d u c e s k n o w le d g e   m a n a g e m e n to   h a n d le   o n to lo g ie s ,   r e s o u r c e   m a n a g e m e n t,   s e c u r it y   a n d   p r iv a c y m a n a g e m e n t,   a n d   w a tc h d o g s . R .   S in g h   e t a l . [ 2 0 ]   e v a lu a t e d   th e   p e r f o r m a n c e   o f   DS D a n d   DS R   r o u tin g p r o to c o ls   f o r   a d   h o c   n e t w o r k s   E x p e r i m e n ta r e s u l ts   s h o w e d   th a DS R     p e r f o r m   b e tte r   f o r   P a c k e De liv e r y F r a c tio n   a s   w e ll  a s   T h r o u g h p u t. C .   E   P e r k in s   e t a l . [ 2 1 ]   p r o p o s e d   th e   o n - d e m a n d   r o u tin g   p r o to c o ls   DS R   a n d   AODV,   b e f o r e   s e n d in g a   p a c k e to   th e   d e s tin a tio n ,   d is c o v e r s   a   r o u te .   R o u te   m a in te n a n c e   is   in v o k e d   w h e n   a   n o d e   d e te c ts   a lin k f a il u r e .   C . A . F   C o r te s   e t   a l . [ 2 2 ]   h a v e   w o r k e d   o n   a   m id d le   s y s te m   f o r   p e r f o r m in g   e n h a n c in g   r o u ti n g   b e h a v io u r w i th   s e r v ic e   d e li v e r y   in   h e te r o g e n e o u s   M A NE T .   P . L e a l .   [ 2 3 ]   s tu d y   th e   E S C C   ( E n e r g y - a n d   S p e c tr u m - e f f ic ie n C o o p e r a tiv e   C o m m u n ic a tio n )   p r o b l e m   b y   e x p lo i tin g   t h e   b e n e f its   o f   c o o p e r a tiv e   c o m m u n ic a tio n ( C C )   f o r   m o b ile   m u lt i m e d ia   a p p lic a tio n s   in   m u lti - c h a n n e w ir e le s s   n e t w o r k s .   R .   C h o w d h u r e t   a l.   [ 2 4 ] m o d if ie d   A d h o c   o n   d e m a n d   Dis ta n c e   Ve c to r   to   e v a lu a te   th r o u g h p u t,   p a c k e d e li v e r y   r a tio ,   a n d   r o u t in g o v e r h e a d .   He n c e ,   v a r io u s   te c h n iq u e s   e x i s ts   t h a h a s   a tte m p te d   in   th e   p a s to   e n h a n c e   t h e   r o u ti n g   p e r f o r m a n c e in   M o b ile   a d h o c   n e t w o r k . Z h e n q ia n g   Ye   e t a l . [ 2 7 ]   p r e s e n t s   a   f r a m e   w o r k   f o r   R o b u s S e c u r e ,   r e lia b le   r o u ti n g in   m o b ile   a d h o c   n e t w o r k s .     J a v a d   Va z if e h d a n   e a l . [ 2 8 ]     p r o p o s e   n o v e e n e r g y - a w a r e   r o u tin g   a lg o r it h m s   . I t c o n s id e r s   th e   e n e r g y   c o n s u m p tio n   a n d   t h e   r e m a i n i n g   b a tte r y   e n e r g y   o f   n o d e s   a s   w e ll  a s t h e   q u a lit y   o f   li n k s   to f i n d   e n e r g y - e f f ic ie n a n d   r e lia b le   r o u te s   th a in c r e a s e   th e   o p e r a tio n a lif e ti m e   o f   t h e   n e t w o r k .   T h e   p r o p o s e d a lg o r ith m   h a s   h i g h e r   r o u t in g   o v e r h e a d   M   B h e e m a li n g a m   e t a l . [ 2 9 ]   p r e s e n ts   a n   E n e r g y   a w a r e   n o d e   d is j o in t m u ltip a t h   r o u tin g i n   M o b ile   Ad   Ho c   Ne t w o r k s 1 . 2 . P r o b le m   D is c u s s io n On   t h e   e v e n o f   m o b ile   n o d e   f a i lu r e s   o w in g   to   t h e   e n e r g y   d e p le tio n   in   M A NE T ,   th e   r e s e a r c h to w a r d s   s o l v in g   s u c h   n o d e   f a ilu r e   is s u e s   w e r e   f o u n d   to   b e   s o lv e d   b y   r o u t in g   p r o to c o ls   lik e     A d h o c   On - De m a n d   Dis ta n c e   Ve c to r   r o u ti n g   p r o to c o ( A ODV ) ,   D y n a m i c   S o u r c e   R o u ti n g   ( DS R ) , De s t in a tio n - S e q u e n c e d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8 I J E C E     Vo l. 5 ,   No . 6 , De c e m b e r   2 0 1 5 : 1 3 8 1 1 3 9 5 1 3 8 4 Dis ta n c e - Ve c to r R o u t in g   ( DS DV ) ,   a n d   Z o n e   R o u t in g   P r o to c o ( Z R P ) .   I n   p r o p o r tio n ,   it  c a n   b e   s e e n   f r o m p r e v io u s   s t u d ie s   t h a th e   m a j o r it y   o f   s u c h   te c h n iq u e s   h a v e   u s e d   A ODV  a n d   D S DV  m a i n l y .   He n c e ,   a   r e s e a r c h q u e s tio n   lie s - h o w m u c h   e n e r g y   e f f ic ie n c y ,   th e y   c a n   g iv e   to   M A NE T ? .   T h is   q u e s tio n   i s   q u ite   d if f ic u lt  to a n s w e r   a s   m a j o r ity   o f   th e   r e s e a r c h   h a s   c o n s id e r e d   a   s p e c if ic   e n v ir o n m e n o r   a p p lic a tio n s   a n d   n o m u c h g e n e r a liz e d .   W ith   s u c h   r o u ti n g   p r o to c o ls   e x is t in g   i n   lite r a tu r e   a r c h i v e s ,   e f f e c ti v e n e s s   a n d   b e n c h m a r k in g o u tc o m e s   a r e   y e to   b e   e x p lo r e d .   Ow in g   to   th e   p r o b le m s   o f   d y n a m ic   to p o lo g y ,   th e   m o b ile   n o d e s   in   M A NE T a r e   v e r y   d if f ic u lt  to   b e   a s c e r ta in e d   o f   it s   n e x p o s itio n   a n d   h e n c e   th e   n o d e s   a r e   a l w a y s   o v e r lo a d e d   w it h   e it h e r d a ta p a c k e ts   o r   c o n tr o m e s s a g e   f r o m   o t h e r   n e i g h b o r in g   n o d e s   to   e s ta b lis h   c o m m u n ic a ti o n   lin k s .   T h e r e f o r e , e v e r y   n o d e   n e e d s   to   s p e n d   e x t r a   e n e r g y   f o r   h a n d li n g   q u e r ie s   in   tr a f f ic   w h e r e   th e   s it u a tio n   t u r n s   w o r s i n   la r g e s c a le   M A NE T .     T h e   p r im e   c h a lle n g e   lie s   i n   p r e s e r v i n g   e n e r g y   w h ile   a c t iv e   c o m m u n ic a tio n   is   c a r r ie d   o u t. T h e   p r im a r y   b e n e f its   o f   A OD r o u tin g   p r o to c o a r e   th a it  m e c h a n iz e s   t h e   m i n i m a r o u te s   th a a r e c o n g e s te d   in s p ite   o f   u s in g   t h e   s h o r te s p a th   t h a h i g h l y   s u p p o r ts   b o th   m u ltic a s a s   w e ll   a s   u n ic a s p a c k e t tr a n s m is s io n   e v e n   in   u n i f o r m   m o b ilit y .   Ho w e v e r ,   th e   p r i m e   d is a d v a n ta g e   i n   A ODV  i s   t h a th e r e   is   a   h i g h e r lik e li h o o d   o f   r o u te   v a lid a tio n   e x p ir y .   T h e   p r im e   c a u s e   f o r   th is   p r o b le m   is   m o b il it y   o f   n o d e s   a n d   th e ir   v a r ia b le d a ta   tr a n s m i s s io n   r a te   f r o m   o n e   to   o th e r   n o d e s   c o n s u m i n g   e n o u g h   e n e r g y   d o in g   s o .   W ith   t h e   m a x i m iz a t io n   o f n e t w o r k   s iz e ,   p e r f o r m a n c e   m e tr ic s   d e g r a d e s ,   a n d   s o   a r e   e n e r g y   f a c to r s   u s i n g   A OD r o u tin g   p r o to c o l. An o th e r   li m ita tio n   f o u n d   in   AODV  is   t h a it  w il n e e d   th e   c o n d itio n   t h a th e   m o b i le   n o d e s   in   th e   tr a n s m i s s io n a r e a   s h o u ld   d e te r m i n e   t h e   b r o a d c a s tin g   id e n ti t y   o f   o th e r   m o b ile   n o d e s   to o . On e   o f   th e   c o n f lic t in g   is s u e s   in   DS DV  is   th a it  d o e s n m a i n ta i n   lo a d   o f   tr a f f ic   in   la r g e   s c a le M A NE T   a n d   d e la y .   He n c e ,   i c a n   b e   s a id   th a n e it h e r   AO DV  n o r   DS DV  s h o u ld   b e   c o n s id e r e d   a s   m o s t e f f ic ie n e n e r g y   e f f e c ti v e   r o u ti n g   p r o to c o till  d a te ,   a s   it   e v e n   d o e s n a d d r e s s   t h e   b a s ic   Qo S   i s s u e s   i n M A NE T .   He n c e ,   th e r e   is   a   n e e d   o f   f o r m u la ti n g   a   n e w   r o u ti n g   p r o to c o w ith   c o m p le te l y   n e w   c o n s id e r a tio n s a n d   te c h n ic a l   a s s u m p tio n   t h a t   c a n   e n s u r e   e n e r g y   e f f e c ti v e n e s s   i n   M ANE T .   I n   th i s   s tu d y ,   w e   h a v e   id e n ti f ie d th e   is s u e s   p e r ta in in g   to   e n e r g y   e f f e c ti v e n e s s   in   th e   M A NE T   a n d   p r o p o s e d   a   n e w   e n e r g y   a w a r e   a lg o r it h m   a s   it e n h a n c e s   t h e   n e t w o r k   li f e t i m e   o f   t h e   M A NE T .   T h e   p r o p o s a o f   th e   id e a   e x h ib it s   r o u ti n g   m o d e l   a n d   g r a p h th e o r y   to   s o r o u th e   e n e r g y   e f f ic ie n c y   to   r e a c h   t h e   p r i m a r y   g o a o f   m o b ile   a d h o c   n e t w o r k   w ith   la r g e   s c a le e n v ir o n m e n t 1 . 3 . P r o p o s e d   S o lu t io n T h e   p r o p o s e d   m o d e p r e s e n ts   a   f r a m e w o r k   t h a c o u ld   p e r f o r m e n e r g y   e f f ic ie n r o u t in g   in   M o b ile A d h o c   Ne t w o r k s   ( M A NE T ) .   I n   o u r   p r e v io u s   s t u d y ,   a   m o d e l   w a s   p r e s e n te d   f o r   th e   s a m e   c a u s e   u s i n g   p h y s ic a l la y e r   ( P HY )   o p tim iz a tio n   [ 2 5 ] th is   w o r k   f o c u s e s   m u c h   o n   th e   r o u ti n g   a l g o r ith m   a s   it  i s   b e lie v e d   th a i f   th e r o u tin g   s tr a te g y   is   e n h a n c e d   t h e n   e n e r g y   d is s ip a tio n   a m o n g   th e   m o b ile   n o d e s   c o u ld   b e   c o n tr o lle d   to   a   la r g e e x te n in   M ANE T .   Us u a ll y ,   in   M A NE T ,   th e   n o d e   a c ts   a s   s o u r c e   p o in t,   d e s ti n a tio n   p o in t,   a s   w e l a s in te r m e d ia te   p o in to   p e r f o r m   a   d a ta   d is s e m i n a tio n   p r o c e s s .   B e c a u s e   o f   u n d e r ta k i n g   o f   m u ltip le   o p e r a tio n s , th e   b u f f e r   o f   t h e   n o d e   is   u s u a ll y   o v e r lo a d e d   th a r e s u lts   i n   c o n g e s tio n   a m o n g   th e   tr a f f ic   f o r   w h ic h   r e a s o n   a n o d e   d e p le te s   a n   e x tr a   a m o u n o f   e n e r g y   to   f o r w a r d   t h e   d a t a   p a c k e e f f e c tiv e l y   to   d e s ti n a tio n   p o in t. He n c e , th e   p r i m e   c o n tr ib u tio n s   o f   t h e   p r o p o s e d   m o d e a r e   a s   f o llo w s : 1 ) A   n o v e E n e r g y - A w a r e S m a r R o u ti n g   ( E A S R )   p r o to c o is   p r e s e n te d   th a t   u s e s g e o me tr ic a l a p p r o a c h   a n d   g r a p h   th e o r y   to   f o r w a r d   th e   d a ta   p a c k e t s   i n   M A NE T . 2 ) P a th   R e d u n d a n c y   M e tr ic   is   f o r m u la te d f o r   la r g e   tr a f f ic   s c e n a r io   to   in c o r p o r a te th e m u lt ih o p   d a ta f o r w a r d i n g   p r o c e s s   i n   M A NE T . 3 ) T h e   o u tc o m e   o f   t h e   s tu d y   is   c o m p a r e d   w it h   A ODV   a n d   DS DV  p r o to c o th a a r e   f r e q u e n tl y a d o p te d   r o u tin g   p r o to c o ls   in   M A NE T   f o r   e n e r g y   e f f ic ie n c y . T h e   p r im e   g o a o f   t h e   s t u d y   is   to   b u ild   a n   e n e r g y   a w a r e   t e c h n iq u e h o w e v e r ,   b e tte r   e n h a n c e m e n t c o u ld   b e   a c h ie v e d   i f   a   n o v e l t y   i n   t h e   r o u t in g   i s   e s ta b lis h e d .   Un f o r t u n a te l y ,   b e c a u s e   o f   d y n a m ic   to p o lo g y , s u c h   is s u e s   e x i s ti n g   i n   p r e s e n r o u tin g   p r o to c o ls   c o u ld n b e   m iti g a te d .   T h e r e f o r e ,   a   n o v e r o u tin g   te c h n iq u e is   h ig h l y   r e q u ir e d   t h a t   is   c o m p le te l y   n e w   f r o m   th e   a ll  t h e   e x is t in g   s y s te m .   He n c e ,   t h e   s tu d y   p r e s e n ts   a g e o m e tr ic a l   b a s e d   a p p r o a c h   th a m e c h a n iz e s   a   n e w   r o u ti n g   p r o to c o c o n s id e r in g   a   n e w   t y p e   o f   n o d e   c a lle d   a s a n c h o r   n o d e s   ( A N ) .   T h e   p r i m e   o b j e c tiv e   o f   i n tr o d u c in g   a n c h o r   n o d e   is   to   a s s is t   in   p e r f o r m in g   r o u tin g e x c l u s i v e l y   f o r   h e a v y   a n d   c o n g e s te d   tr a f f ic .   T h e   p r o p o s e d   E AS R   p r o to c o c o n s id e r s   a n c h o r   n o d e   to   b e   f i x e d in   o n e   lo c a tio n   a n d   a s s i s ts   t h e   m o b ile   n o d e   to   e s ta b lis h   a   r o u t e   w h ic h   in   a n o th e r   c a s e   c o u ld   h a v e   b e e n   n o t p o s s ib le .   L e u s   q u o te   a   p ic to r ia ill u s tr a tio n   f o r   u n d e r s ta n d i n g   t h e   b e h a v io r   o f   o u r   a n c h o r   n o d e s   i n   M A NE T . C o n s id e r   a   p o s s ib le   s c e n a r io   F ig u r e 1 ( a ) ,   w h ic h   s h o w   th r e e   n o d e s   ( No d e - 1 ,   No d e - 2 ,   a n d   No d e - 3 )   w it h r e s p e c tiv e   p o s itio n ( , ) ( x 1 ,   y 1 ) ,   ( x 2 ,   y 2 ) ,   a n d   ( x 3 ,   y 3 ) .   A l s o   c o n s i d e r   th a e a c h   o f   t h e   t h r e e   n o d e s   h a v e   th e ir tr a n s m is s io n   r a n g e   R 1 ,   R 2 ,   a n d   R 3 ( a s   i n   c a s e   o f   h e te r o g e n e o u s   M A NE T )   a lo n g   w it h   c e r ta in   e n e r g y   le v e l s s p e c if ic   to   e a c h   n o d e .     L e t   u s   c o n s id e r   a   p o s s ib le   r o u ti n g   n e e d   o f   No d e - 1   a s   a   s o u r c e   p o in to   f o r w a r d   a   d a ta p a c k e to   No d e - 2   ( a s   a   d e s ti n a tio n   p o in t ) .     I n   th i s   c a s e ,   i i s   i m p o s s ib le   a ti m e   i n s ta n t t to   e s ta b lis h   r o u ti n g b e t w e e n   No d e - 1   a n d   No d e - 2   a s   t h e y   a r e   n o t   in   tr a n s m is s io n   r a n g e   o f   e a c h   o th e r   o r   n e ith e r   t h e r e   is   a n y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E I S S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 E A S R :   Gr a p h - b a s e d   F r a me w o r k   fo r   E n e r g y E ffic ie n t S ma r R o u tin g   i n   M A N E T   u s in g ( R a ma n n a   Ha v in a l ) 1 3 8 5 in te r m e d ia te   m o b ile   n o d e   to   a s s is i n   d a ta   f o r w a r d in g .   T h e r e f o r e ,   in   t h i s   c a s e ,   No d e - 1 ,   i n   e x is t in g   s y s te m   h a s to   p e r f o r m   t w o   ta s k   v iz .   i )   p e r f o r m   r e - r o u te   d is c o v e r y   a n d   f in d   a n o t h e r   a lte r n a t iv e   r o u te   o r   ii )   u s e   s o m e d e la y - to le r a n p r o to c o [ 2 6 ] .   Ho w e v e r ,   i n   b o th   c a s e s   t h e r e   is   a   h ig h e r   p r o b a b ilit y   o f   e n e r g y   d is s ip a tio n   t h a t m a y   a ls o   te n d   to   r e d u c e   t h e   li f e ti m e   o f   t h e   n e t w o r k   to o .   M o r e o v e r ,   o w i n g   to   d y n a m ic   to p o lo g y   c h a r a c te r is tic s o f   M A NE T ,   th e r e   is   a   h i g h e r   p o s s ib ilit y   th a t   No d e - 2   m o v e s   f u r t h e r   a w a y   f r o m   t h e   e x i s ti n g   p o s itio n ,   w h ic h m a y   e v e n   r e s u lt  in   f a il u r e   o f   d e la y   to le r a n p r o to c o ls   in   M ANE T . ( a ) ( b ) F ig u r e   1 .   I llu s ta tio n   o f   R o u te   As s i s ti v e   b e h a v io r   o f   An c h o r   No d e T h e r e f o r e   th e   p r o p o s e d   E A S R   p r o to c o in tr o d u c e s   A to   e n s u r e   t h a No d e - 1   s h o u ld   a l w a y s   b e   a b le to   p e r f o r m   c o m m u n ic a tio n   w i th   No d e - 2 .     T h e   A u s e s   a   ti m e   s lo to   s to r e   a ll  t h e   m o b il e   n o d e s   r e s p e c tiv e in f o r m a tio n   p e r ta in i n g   to   th e   p o s itio n   a n d   r e s id u a e n e r g y .   I n   S c e n a r io   ( a ) ,   th e   AN  s to r e s   t h e s e   t w o in f o r m a tio n   f o r   No d e - 1 ,   No d e - 2 ,   a n d   No d e - 3 .   F ig u r e   1 ( b )   s h o w s   a   p o s s ib le   s c e n a r io ,   w h e r e   No d e - 2   h a s c h a n g e d   it s   p o s itio n   a n d   c a m e   in   t h e   p r o x i m it y   o f   No d e - 3   a s   w e ll  a s   No d e - 4 .   A s   An c h o r   n o d e   h a s   p r e v io u s ti m e - s t a m p e d   i n f o r m a tio n   a b o u t h e   p o s itio n   a n d   r e s id u a l   e n e r g y   i n f o r m a tio n   o f   No d e - 3   a s   w e ll,   h e n c e ,   th e r o u tin g   w i ll  b e   p o s s ib le   f r o m   No d e - 1   to   No d e - 2   i n   t h i s   s it u a tio n .   Ho w e v e r ,   a s   it  c a n   a ls o   b e   s e e n   t h a No d e - 4 is   a ls o   in   p r o x i m it y   o f   No d e - 2   w h ile   it  is   b e in g   r e c e n tl y   r e g i s te r e d   b y   A in   ti m e t+1 s e c o n d s ,   s o   it  w ill  b e   in th e     q u e u e ,   f o r   t h is   r e a s o n ,   t h e   c o m m u n ic a tio n   o v e r h e a d   is   r e d u c e d   f r o m   No d e - 4 .   T h e   e f f e c ti v e n e s s   o f   t h i s te c h n iq u e   is   th a in   c a s e   th e r e   is   a   p o s s ib ilit y   o f   a n   u n s ta b iliz e d   lin k   b e t w e e n   No d e - 3   a n d   No d e - 2 ,   s o   th e p r o p o s e d   s y s te m   d is c a r d s   No d e - 3   a n d   c h o o s e s   No d e - 4   to   p e r f o r m   r o u ti n g .   T h e r e f o r e ,   it   c a n   b e   s e e n   t h a a t a n y   p o s itio n   o f   th e   m o b ile     n o d e s ,   a   s m a r a n d   c o s e f f e c ti v e   r o u tin g   is   e s ta b li s h e d   t h a tr e m e n d o u s l y   r e d u c e s r e - tr a n s m is s io n   a s   w e l a s   r e - r o u te   d is c o v e r y   p r o c e s s   t h e r e b y   p r e s e r v i n g   e x p o n e n tia l   a m o u n o f   e n e r g y d is s ip a tio n .   No o n l y   th i s ,   t h e   p r o p o s e d   s y s te m   a l s o   r e d u c e s   th e     lo a d   o f   d a ta   d is s e m i n a ti o n   f r o m   th e   m o b ile n o d e s   a n d   c o n c e n tr a te s   o n   e s t a b lis h i n g   b e tte r   a n d   e f f e c ti v e   s t a b iliz e d   r o u te s .   T h e   n e x s e c tio n   w ill  ill u s tr a te f u r t h e r   th e   f o r m u la tio n   o f   E AS R   p r o to c o to   h a v e   b e tte r   v is u a liz a tio n   o f   t h e   m e t h o d o lo g ie s . 2 . RE S E ARCH   M E T H O D T h e   p r o p o s e d   r o u tin g   m o d e i s   d e s ig n e d   k e e p i n g   t h e   f u t u r e   a p p lic a tio n s   in   m i n d .   T h e   c o n s id e r a tio n o f   An c h o r   n o d e s ( A N )   is   d is c u s s e d   i n   t h e   p r e v io u s   s e c t io n .   I n   t h i s   s e c tio n ,   w e   d is c u s s   t h a A N w a s lo c a te d   i n s p e c if ic   z o n e s   te r m e d   a s   a v a i l a b ilit y   z o n e   ( AZ ) . T h e   te r m   A v a ila b ility   Z o n e   is   a c tu a ll y   o r ig in a te d   f r o m   t h e c lo u d   c o n c e p tu a liz a tio n   i n   Am a z o n   W e b   S e r v ic e s   [ 3 0 ] ,   w h ic h   m e a n s   s p e c if ic   r e g io n s   w h e r e   th e   s e r v e r s   a r e p o s itio n e d   f o r   p e r f o r m i n g   b e tt e r   r o u tin g   a n d   e x te n d in g   b e tte r   Qo S   f a c to r s   to   th e   u b iq u ito u s u s e r s .   S i m ila r l y , th e   s t u d y   u s e s   th e   te r m   AZ   to   r e p r e s e n th e   s ta tic   lo c a tio n   o f   t h e   A N,   w h e r e   n u m b e r   o f   A Z s   a r e   c a te g o r iz e d in to   p r i m a r y   AZ s ,   s e c o n d a r y   AZ s ,   te r tia r y   AZ s   e tc .   T h e   p r o p o s e d   s y s te m   c o n s id e r s   tw o   t y p e s   o f   r o u ti n g s c h e m a   te r m e d   a s   i )   P r i m a r y r o u tin g   s e t u p   a n d   ii )   S e c o n d a r y   r o u ti n g   s e tu p .   T h e   p r im e   r e s p o n s ib ilit y   o f   b o th th e   r o u ti n g   s c h e m a   is   to   e n s u r e   th a d a ta   p a c k e t,   d e f i n ite l y   r e a c h e s   it s   d e s ti n a tio n   n o d e   a a n y   c o s w it h g r e a te r   d e g r e e   o f   r e lia b ilit y   a n d   p a c k e in te g r it y . 2 . 1 . P r im a r y Ro u t in g   S c h e m a F ig u r e   2   s h o w s   t h e   p r i m a r y   r o u tin g   s c h e m a .   T h e   r e c ta n g u l a r   b o x   in   th e   a b o v e   f i g u r e   r e p r e s e n ts   t h s i m u la t io n   a r e a , w h e r e n - n u m b e r s   o f   n o d e s   a r e   d is tr ib u t e d   in   a   r a n d o m   f a s h io n   a n d   n o d e   m o v e m e n i s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8 I J E C E     Vo l. 5 ,   No . 6 , De c e m b e r   2 0 1 5 : 1 3 8 1 1 3 9 5 1 3 8 6 a c c o m p lis h e d   u s i n g   r a n d o m   w a y   p o i n m o b ilit y m o d e l.   C o n s id e r   th a r e d   n o d e   r e p r e s e n ts   a   s o u r c e   n o d e   w h o is   in te r e s te d   i n   f o r w a r d in g   t h e   d a ta   p a c k e to   a   s p e c if ic   d e s tin a tio n   n o d e .   F o r   a v o id in g   m e s s y   p ic to r ia l r e p r e s e n ta tio n ,   w e   d o n t   h i g h l ig h t h e   o t h e r   m o b ile   n o d e s   i n   t h e   s i m u la tio n   a r e a .   T h e   s o u r c e n o d e   f o r w a r d s th e   q u e r y   c o n tr o m e s s a g e   to   o n e   o f   th e   n e a r e s p r im a r y   a v a ila b ili t y   z o n e   a s   s h o w n   in   F ig u r e 2 .   A f te r r e c e iv in g   th e   q u e r y ,   t h e   p r i m a r y   AZ s   f o r w a r d   t h e   q u e r y   m e s s a g e   to   n e a r e s p r i m a r y   AZ s .   I f   t h e   ta s k   q u e r y   f o r th e   p a th   is   m e t,   t h e   s e a r c h   te r m i n a te s   o r   e ls e ,   t h e   s e a r c h   i s   m o v e d   to   s e c o n d a r y   AZ s .   T h e   s a m e   o p e r a tio n   f o r s e a r c h i n g   th e   d e s ti n a tio n   n o d e   is   p e r f o r m e d   w h i le   i n   s e c o n d a r y   AZ s .     I i s   to   b e   n o te d   th a th e   s e a r c h   s p a c e f o r   th is   d i s c u s s io n   is   li m ite d   t o   c a r d in a lit y   o f   AZ = 3 ,   h o w e v e r ,   it  c a n   b e   in c r e a s e d   o r   d e c r e a s e d   b a s e d   o n   s c a le o f   a p p lic a tio n s   i n   M A NE T .   T h e   s e a r c h   te r m i n a te s   i f   th e   d e s tin a tio n   n o d e   is   r e a c h e d ,   o r   e ls e ,   t h e   s e a r c h c o n tin u e s   f o r   th e   s e c o n d a r y   AZ s . T h e   d e s ig n   o f   th e   a lg o r it h m   c o n s id e r s   t w o   t y p e s   o f   r o u ti n g   c y c le ,   e . g .   i )   t h e f ir s r o u ti n g   c y c le   i s   e s ti m a t e d   f r o m   t h e   s i n g le   r o u te   e s t a b lis h e d   b e t w e e n   o n e   s o u r c e   a n d   o n e   p r im a r y a v a ila b ilit y   z o n e   ( P A Z )   a n d   t h e n   f r o m   t h a s p e c i f ic   P A Z ,   r o u te   is   e s ta b lis h e d   a m o n g   th e   e n tir e   c o m p o n e n P A Z a v a ila b le .   A s   AZ s   a r e   b a s ic a ll y   th e   z o n e   w it h   a v a ila b il it y   o f   A N,   s o   le s s   e n e r g y   d i s s ip a tio n   is   e x p e c te d . F ig u r e   2 . P r im a r y   R o u ti n g   S e t   u p W h ile   t h e   s e c o n d   c y c le   o f   r o u tin g   i s   d o n e   b y   s w i tc h in g   f r o m   P A Z to   S AZ a n d   th e   s a m e   r o u ti n g p r o c e s s   is   p e r f o r m e d .   S i m ila r l y ,   s w i tc h i n g   f r o m   S A Z to   T A Z c a n   b e   p e r f o r m e d   d e p e n d in g   o n   th e   lo a d   o f   t h e q u e r ie s   a n d   a c c o m p li s h m e n o f   th e   q u e r ie s .   T h e   a lg o r ith m   d e s c r ip tio n s   o f   t h e   r o u ti n g   m o d e a r e   a s   f o llo w s . Alg o r it h m : P r im a r y   R o u tin g   S e tu p   P h a s e I n p u t : ( 4 ) , ( 4 ) , ( 4 ) O u t p u t P r im a r y   r o u te   m a tr ix S t a r t 1 .   A s s ig n , , , in   o r d e r   to 4 [ n = 1 ,   2 ,   3 , …. ] 2 .   C r e a te = { , , , . } ,   w h e r e = 4 ( A Z s ) . 3 .     I n itia te   Qu e r y   P r o c e s s   ( P r im a r y   C y c le ) 4 .   A s s ig n , = , = 5 . = 1 6 .   I f ( = 0 , + + , 4 ) [ h e r e   4   r e p r e s e n ts 4 ( = 1 ) ] 7 .     I n c r e m e n c o u n f o r 8 .     C o n tin u e   Qu e r y   P r o c e s s   ( S e c o n d a r y   C y c le ) 9 . = 2 1 0 .   I f ( = 0 , + + , 16 ) [ h e r e   1 6   r e p r e s e n t s 4 ( = 2 ) ] 1 1 .   I n c r e m e n c o u n f o r 1 2 .   R e p e a S te p - 1 0   till 1 3 .   C r e a te   a   m a tr i x   o f   AZ . 1 4 . = , m   i s   n a t u r a n u m b e r s E s ti m a t e 1 5 .   S to r e M . E n d 2 . 2 . S e c o n d a r y   Ro u t in g   S c h e m a T h e   p ic to r ia illu s tr a tio n   o f   t h e   r o u tin g   s c h e m e f o r   s e c o n d a r y   AZ s   i s   h i g h li g h te d   in   F i g u r e 3 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E I S S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 E A S R :   Gr a p h - b a s e d   F r a me w o r k   fo r   E n e r g y E ffic ie n t S ma r R o u tin g   i n   M A N E T   u s in g ( R a ma n n a   Ha v in a l ) 1 3 8 7 L e g e n d P r i m a r y A v a i l a b i l i ty   Z o n e S e c o n d a r y A v a i l a b i l i ty   Z o n e R o u te - F i r s C y c l e R o u te - Se c o n d   C y c l e r i r i r i r j r j r j F ig u r e   3 . S e c o n d a r y   R o u t in g   S e u p I n   th e   s e c o n d a r y   r o u t in g   s c h e m a ,   w e   u s e   t h e   s a m e   p r i m a r y   a n d   s e c o n d a r y AZ s .   T h is   is   a   s e q u e n tia l p h a s e ,   w h ic h   w i ll  i n it ia te   o n l y   w h e n   p r i m a r y   r o u ti n g   s e tu p   i s   a c c o m p li s h e d .   T h e   s e a r c h   s p a c e   s ta r ts   f r o m   t h e s a m e   p o s itio n   o f   s o u r c e   n o d e   w h ic h   w a s   in   p r i m a r y   r o u ti n g   s e u p   p h a s e .   Ho w e v e r ,   th e   o r ie n ta tio n   o f   t h e r o u tin g   to ta ll y   c h a n g e s   in   t h i s   p h a s e .   I n   s e c o n d a r y   r o u ti n g   s c h e m a ,   th e   c o m m u n ic a tio n s ta r ts   f r o m   p r i m a r y AZ s   to   s e c o n d a r y   AZ s .   Ho w e v e r ,   i f   it   r e a c h e s   t h e   f i n a l   s e c o n d a r y   AZ ,   t h e   r e tr a c e d   r o u te   p a th   is   s e f o r   t h e s e c o n d   c y c le   o f   r o u tin g .     T h e   s e c o n d a r y   r o u ti n g   is   a n   a s s o c i a te d   f u n c tio n   o f   t h e   p r o p o s e d   r o u tin g   m o d e l,   t h a t m a k e s   th e   A to   p e r f o r m   a   d u a o p e r a tio n   to   e n s u r e   th e   e x is te n c e   o f   t h e   d e s ti n a tio n   n o d e   a a n y   c o s t.   T h e s a m p le   r o u t in g   p h e n o m e n o n   i s   e x h ib ite d   in   F i g u r e   3 ,   w h e r e is   th e   r o u te   v e c to r   c o n n e c ti n g   th e   A f r o m   P A Z a n d   S A Z a n d   s i m u l ta n e o u s l y   e x te n d s   to   T A Z .     W h e r e a s , = is   th e   r o u te   v e c to r   th a r e tr a c e s   its   p a th   b a c k   f r o m T A Z S A Z P A Z p r o v id e d   th e   d e s tin a tio n   n o d e   e x is t s ,   w h e r e   th e   q u e r y   m e s s a g e   c a n   b e   tr a n s m itte d .   I n   th e g i v e n   e x a m p le ,   i c a n   b e   s e e n   t h a t   o n e   P A Z c o u ld   b e   p o s s i b l y   c o n n e c te d   b y   3   S AZ i n   o n e   r o u ti n g   in s ta n c e . He n c e ,   t h e   r o u te   f r o m   s o u r c e s to   d e s t in a t io n d c a n   b e   r e p r e s e n te d   b y , m a y   r e p r e s e n c o n n e c ti v it y b e t w e e n   a n y   t w o   AZ s .   T h e r e f o r e ,   th e   a lg o r it h m   r e p r e s e n ts   f i n a r o u te   e s ta b li s h m e n f r o m   o n e   s o u r c e   to d e s tin a tio n .   T h e   a lg o r ith m   f o r   s e c o n d a r y   r o u t e   s e t u p   p h a s e   i s   s h o w n   b e lo w : Alg o r it h m : S e c o n d a r y   R o u ti n g   S e tu p   P h a s e I n p u t : , Ф O u t p u t : , S t a r t : 1 .   F in d   s iz e   o f 2 .   E s ti m a te   n u m b e r   o f   a r c   = [ R = n e t w o r k   a r e a   r a d iu s ,   j= d i m e n s io n   o f   a r c   in   e a c h   AZ ] 2 .   E v a lu a te Ф ( o r ie n ta tio n   p h a s e   a n g le ) = ( ) 3 .   Up d a te   Qu e r y   P r o c e s s   ( p r im a r y   c y c le ) 4 .   A s s ig n , = 5 .   F o r 6 .   E s ti m a te , = ( ) + . 4 . ( ) 7 .   R e tu r n   v a l u e , E n d 2 . 3 . G r a p h   T h e o r y   I m p le m e n t a t io n I n   a   M A NE T ,   d a ta   d is s e m i n a t io n   r e d u n d a n c y   e x p lo it s   th e   f a c th a m e s s a g e s   a r e   o f te n   d e li v e r e d   v ia m u ltip le   r o u te s   to   c o m p e n s a te   f o r   p a c k e lo s s ,   a n d   t h a e v e n ts   a r e   o f te n   o b s e r v e d   b y   m u l tip le   m o b ile   n o d e s . F r o m   th e   p r e v io u s   s e c tio n s ,   it  is   u n d e r s to o d   th a o u r   m o d e e n s u r e s   1 0 0 %   o f   d a ta   d e liv e r y   p r o v id e d , it  is a s s u m e d   th a t   s i m u la tio n   i s   p e r f o r m e d   f o r   a   f i n ite   s e t   o f   m o b ile   n o d e s   o n l y .   Ho w e v e r ,   d u e   to   c o n s id e r a tio n   o f m u ltip le   a v a ila b ilit y   z o n e s ,   t h e r e   is   q u ite   a   p o s s ib ilit y   th a t r e d u n d a n d a ta   a r e   r o u te d   in te r n a ll y ,   a lth o u g h   a n a lg o r ith m   r e d u c e s   t h e   o v e r h e a d   to   8 0 % .   T h e r e f o r e ,   w e   a p p l y   g r a p h   th e o r y   to   o v e r c o m e   s u c h   i s s u e s   o f   d a ta r e d u n d a n c ie s . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8 I J E C E     Vo l. 5 ,   No . 6 , De c e m b e r   2 0 1 5 : 1 3 8 1 1 3 9 5 1 3 8 8 A   n e t w o r k   c a n   b e   m o d e le d   a s   u n d ir e c te d   g r a p h .   T h e r e f o r e   C o n s id e r = ( , ) is   a   d ir e c te d g r a p h w h e r e   t h e   v e r tic e s   r e p r e s e n ts   m o b ile   n o d e s   a n d   E   r e p r e s e n ts   e d g e s   o r   s i n g le   h o p   c o m m u n ic a tio n   v e c to r   i n th e   c o n s id e r e d   s c e n a r io .   T h e   q u e r y   in f o r m a tio n   t h a is   c o ll e c te d   b y   t h e   m o b ile   n o d e ( N= n u m b e r   o f m o b ile   n o d e s )   i s   f o r w a r d e d   o v e r   m u ltip le AZ s , , , . to   d e s tin a tio n   n o d e d .   F o r   o v e r c o m i n g   t h e p r o b le m s   o f   d a ta   p a c k e lo s s   ( o w i n g   to   e n e r g y   d e p le tio n ) ,   th e   s y s te m   w i ll  a t te m p t   to   f o r w a r d   q u e r y in f o r m a tio n   u s in g   a     s e o f   r o u te s   u s i n g   m u lti h o p   c o m m u n i c a tio n   s y s te m ,   w h e r e   e a c h   r o u te c a n   b e   d e p ic te d b y   t h e   c o r r e s p o n d in g   n - t u p le   o f   d a ta   f o r w a r d i n g   m o b ile   n o d e s .   An o th e r   c r itic a o b s e r v a t io n   o f   t h e   r o u ti n g m o d e is   t h a d u e   to   t h e   a v a il a b ilit y   o f   m u ltip le   n u m b e r   o f   AZ s   ( a s   w e ll  a s   ANs ) ,   it  g i v e s   r is e   to   m u lt ip le n u m b e r   o f   f lo w s   o f   t h e   g r a p h .   He n c e ,   w e   a tte m p to   u s e   a d v a n c e   g r a p h   th e o r y   to   f in d   t h e   m a x i m u m   g r a p h f lo w .   T h is   s e c tio n   w ill  ill u s tr a te   a   te c h n iq u e   o n   t h e   r o b u s a n d   s c a la b le   m e tr ic   f o r   r e d u n d a n r o u te s   f r o m   AZ s . W e   f o r m u la te   th e   c o n d itio n   t h a a   m o b ile   n o d e   e x i s ts   i n   t h e   s i m u la t io n   a r e a   th a is   a s s o c ia te d   w it h a ll  th e   r o u te s   b e t w e e n   s o u r c e s a n d   d e s tin a tio n d , ( , ) [ , ] b e c o m e s   d is c o n n e c te d   a f te r   s w itc h i n g   th e   A Vs . T h e r e f o r e ,   w e   c o n s id e r   th e   u n it  v a lu e   a s   le n g t h   o f   g r a p h s   m i n i m u m   v e r te x   c u t.   W e   a p p l y   f u r th e r   c o n d itio n th a m i n i m u m   v e r te x   c u o f   a   g r a p h   is   e q u i v a le n to   th e   m a x i m u m   f lo w   o f   t h e   g r a p h .   T h is   c o n d itio n   w il l a ls o m e a n   th a th e   q u a n tit y   o f   n o d e - d is j o in p a th s   b e t w e e n   th e   s o u r c e s   a n d   d e s tin a tio n d in ( , ) [ , ] is e q u iv a le n to   1 . T h e   s tu d y   will  th e r e f o r e   u s e   m a x i m u m   f l o w   a l g o r ith m s   to   e v a l u a te   t h e   q u a n tit y   o f   n o d e - d is j o in p a th   m o r e   r o b u s tl y   a n d   p r e c is e l y .   W e th e n   a p p l y   t h e   th e o r y   o f   m a x i m u m   f lo w   in   f lo w   n e t w o r k   [ 3 1 ] f o r   e v a l u a ti n g   t h e   q u a n tit y   o f   t h e   e d g e - d is j o in p a th s   f o r s a n d d in   th e   g r a p h . T h e   F ig u r e   4   e x h ib it s   th e   le v e t w o   d a ta   f lo w   d ia g r a m ,   w h e r e   th e   s u b - p r o c e s s   o f   g r a p h   m e tr ic f o r m u la tio n   is   s h o w n   f o r   d e c o m p o s itio n .   I w i ll  n o w   d e r iv e   a n   e f f ic ie n tl y   c o m p u ta b le   m e tr ic   f o r   r e d u n d a n t p a th s   b a s e d   o n   t h e   n o tio n   o f   a   q u e r y   m e s s a g e   tr a n s f e r .   I f   a   n o d e   e x is t s   th a is   p a r o f   a ll   p a th s ,   th e n   g r a p h b e c o m e s   d is c o n n e c te d   a f te r   r e m o v i n g   t h i s   n o d e .   T h u s ,   t h e   s iz e o f   th e   g r a p h s   m i n i m u m   v e r te x   c u i s   1 . A p p l y in g   th e o r y   o f   m a x i m u m   f lo w   i n   f lo w   n e t w o r k   w ill  e n s u r e   th e   n u m b e r   o f   n o d e - d is j o in p a th s   b e t w e e n s o u r c e   a n d   d e s ti n a tio n   is   e q u a to   1 .   F o r d   F u lk e r s o n   A l g o r ith m   [ 3 2 ]   is   a p p lie d   to   f in d   o u t h e   n u m b e r   o f   e d g e - d is j o in p a th s   f o r   a   s o u r c e d e s tin a tio n   p a ir   i n   a   w e i g h te d   d ir e c te d   g r a p h .   F i n a ll y ,   e d g e   w e i g h ts   a r e   d e f in e d b e c a u s e   m a x i m u m   f lo w   a l g o r ith m s   o p e r a te   o n   w e ig h te d   g r a p h s . F ig u r e   4 . E v a lu a t io n   o f   M a x   f l o w s p a r s e   m a tr i x   i s   c r e a te d   t h a t   r e p r e s e n ts   a   d ir e c te d   g r a p h .   N o n z e r o   e n tr ie s   i n   t h e   m a tr i x   G   r e p r e s e n t th e   c a p a c itie s   o f   t h e   e d g e s .   T h e   s y s te m   a ls o   c o n s id e r s   a   p a r a m e te r   c a lle d   a s   C a p a c it y   Va l u e   w h ic h   is b a s ic a ll y   a   c o lu m n   v e c to r   th a t   s p e c if ie s   c u s to m   c a p a c itie s   f o r   th e   e d g e s   in   m a tr i x   G.   I m u s h a v e   o n e   e n tr y f o r   e v e r y   n o n z e r o   v a l u e   ( e d g e )   in   m a tr ix   G.   T h e   o r d e r   o f   th e   c u s to m   c a p a c itie s   i n   th e   v e c to r   m u s m a tc h   t h e o r d e r   o f   th e   n o n z e r o   v a l u e s   in   m a tr i x G w h e n   it  is   tr a v e r s e d   c o lu m n - w i s e .   T h e   s y s te m   w i ll  u s e   a   F o r d F u l k e r s o n   a l g o r ith m .   T i m e   c o m p le x it y   is   O ( V * E 2 ) ,   w h e r e V a n d E a r e   th e   n u m b e r   o f   n o d e s   a n d   e d g e s r e s p e c tiv e l y .   F i n a ll y ,   i m p le m e n ta tio n   i s   c a r r ie d   o u t   in   c a lc u la ti n g   t h e   m a x i m u m   f lo w   o f   d ir e c te d   g r a p h G f r o m   n o d e S to   n o d e T .   I n p u G   is   a   s p a r s e   m a tr i x   t h a r e p r e s e n ts   a   d ir e c te d   g r a p h .   No n z e r o   e n tr ie s in   th e   m a tr ix G r e p r e s e n th e   c a p a c itie s   o f   th e   e d g e s . M a x is   t h e   o u tp u o f   m a x i m u m   f lo w   a n d   F lo w M a tr ix   is   a   s p a r s e   m a tr ix   w i th   a ll  th e   f lo w   v a l u e s   f o r   e v e r y   e d g e .   F lo w   M a t r i x   ( p ,   q )   is   th e   f lo w   f r o m   n o d e p to   n o d e q .   Ou tp u f lo w   c u i s   a   lo g ic a r o w   v e c to r   in d ic a tin g   th e   m o b ile   n o d e s   c o n n e c te d   to S a f te r c a lc u la ti n g   t h e   m i n i m u m   c u t   b e t w e e n S a n d T .   I f   s e v e r a s o lu tio n s   to   th e   m in i m u m   c u p r o b le m   e x is t , th e n   g r a p h   c u is   a   m a tr ix .   T h e   s te p s   o f   p e r f o r m i n g   th i s   a r e : I n   th is ,   t h e   s y s te m   i n itia ll y   c r e a te s   a   d ir e c te d   g r a p h   w it h   a   s p e c if ic   n u m b e r   o f   m o b ile   n o d e s ( v e r tic e s )   a n d   e d g e s .   T h e   m a x i m u m   f lo w   o f   t h e   g r a p h   i s   c r e a te d .   T h e   g r a p h s   a s   w e ll  a s   th e   g r a p h   c a p a c itie s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E I S S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 E A S R :   Gr a p h - b a s e d   F r a me w o r k   fo r   E n e r g y E ffic ie n t S ma r R o u tin g   i n   M A N E T   u s in g ( R a ma n n a   Ha v in a l ) 1 3 8 9 a r e   e v a l u a te d   a lo n g   w i th   m a x i m u m   f lo w s .   T h e   n e x t   p h a s e   o f   t h e   s t u d y   w a s   to   d e s i g n   F o r d   F u lk e r s o n   ( F F ) A l g o r ith m   a s   b e lo w ; Alg o r it h m : M a x im u m   Gr a p h   F lo w   u s in g   F F   th e o r y . I n p u t s   n u m b e r   o f   v e r tic e s   ( V ) ,   E d g e   L is t,   E d g e   W e i g h t s ,   F lo w O u t p u t s   m a x F lo w ,   F lo w S t a r t 1 .   I n itia liz e   th e   i n   f lo w   n e t w o r k 2 .   S ta r w it h   f lo w = 0   i f   n o s p e c if ie d : 3 .   I n itia liz e   m a x F lo w =   i n itia f lo w : 4 .   A p p l y   F o r d   F u l k e r s o n   m e t h o d 5 .   I n itia liz e   f la g   =   0 ; 6 .   F o r   m a i n   w h i le   lo o p . 7 .   S e F la g   =   1 ,   w h e n   m a x F lo w   >   0 . 8 .   I n itia liz e   Ve c to r s 9 .   S to r e 1 0 .   E s ti m a te   f lo w   c a p a c it y   u p   to 1 2 .   if   ( m a x F lo w   <   0 ) 1 3 .   A u g m e n t h e   f lo w 1 4 .   S ta r w ith   s i n k   v e r te x   a n d   p e r f o r m   b a c k tr a c k i n g 1 5 .   B a c k tr a c k   till  s o u r c e   n o d e 1 6 .   F o r w a r d   e d g e   le a d in g   to   v e r te x 1 7 .   E v a lu a te m a x F lo w . E n d T h e   a b o v e   a lg o r ith m   c o n s id e r s   th e   i n p u t   o f   2   r o w   m a tr i x   o f   d ir e c te d   e d g e s   w h e r e   v e r tic e s   a r e in d e x e d   f r o m   1   a s   s o u r c e   to   t h e   d e s tin a t io n   n o d e .   T h e   s e c o n d   i m p o r ta n i n p u a r g u m e n w i ll  b e   w e ig h t s   o f   th e r o u te s   th a is   r e p r e s e n te d   b y   t h e   c o lu m n v e c to r   o f   c o r r e s p o n d in g   w e ig h t s .   I is   to   b e   n o te d   th a w e i g h m e tr ic is   e q u i v a le n to   c a p a c it y   o f   e d g e   in   t h e   g r a p h   lo g ic   a p p lie d   in   th e   p r o p o s e d   s y s te m .     T h e   th ir d   i m p o r ta n i n p u t a r g u m e n is   a n   a d m is s ib le   f l o w   to   d e p ic t h e   c o m m u n i c a t io n   c h a n n e i n   te r m s   o f   e s ta b lis h e d   r o u te s .   T h e a lg o r ith m   a f te r   a p p l y i n g   t h e   F o r d   F u lk e r s o n   m e th o d   g e n e r a t e s   m a x i m u m   f lo w   ( m a x F lo w )   o f   th e   g r a p h   w h ic h is   a l w a y s   a   p o s iti v e   v a lu e   d e p ic tin g   th e   m a x i m u m   n e t w o r k   f lo w   o f   t h e   g r a p h .   T h e   f i n a o u tc o m e   o f   th e a lg o r ith m   g e n e r a te s   a c u m u la t iv e   f lo w   o f   a n   a d m i s s ib le   f lo o f   th e   n e t w o r k   w h ic h   a c c o r d in g   to   th e   c o n d itio n is   a l w a y s   e q u iv a le n to   th e   m a x - f lo w .   He n c e   t h e   a lg o r it h m   s u c c e s s f u ll y   c a n   g e n e r a te   t h e   m a x i m u m   f lo w   i n   a f lo w   n e t w o r k ,   w h e r e   t h e   f lo w   n e t w o r k   d e p ic ts   t h e   M AN E T   s y s te m .   F i n a ll y ,   t h e   a l g o r ith m   c o n s id e r in g   t h e n e t w o r k   a n d   g r a p h   b a s e d   c o n s tr a i n f o r   e v a lu a tin g   t h e   c u m u la tiv e   m a x i m u m   f lo w   o f   th e   g r a p h   c a n   b e d e p ic te d   a s   f o llo w s Alg o r it h m : T o   f in d   M a x im u m   F lo w   o f   Gr a p h I n p u t : V ( No d e s ) ,   E ( E d g e s ) ,   c ( C a p a c it y ) O u t p u t : M a x i m u m g r a p h   f lo w S t a r t : 1 .   A s s ig n G = ( V , E ) w it h ( s , d N ) b e in g   th e   s o u r c e   m o b ile   n o d e   a n d   th e   d e s ti n a tio n   m o b ile   n o d e , w i th n u m b e r   o f   to ta n o d e s . 2 .   A llo c a te   th e   c a p a c it y   o f   a n   e d g e   ( r o u te s )   c E R + 3 .   De f in e   t h e   f lo w   g   E R + ,   S u c h   t h a it  s a tis f ie s   f o llo w i n g   c o n s tr a i n t: 4 .   C o n s tr a in t - 1 : f o r   e a c h ( p , q ) E . 5 .   C o n s tr a in t - 2 : : ( , ) = : ( , ) 6 .   C a lc u la te   t h e   v a l u e   o f   t h e   f l o w | | = : ( , ) 7 .   M a x i m iz e | | ,   th a is ,   to   r o u te   a s   m u c h   f lo w   a s   p o s s ib le   f r o m s to d n o d e . E n d T h e   a b o v e   a lg o r ith m   i s   r e s p o n s ib le   f o r   f i n d i n g   th e   m a x i m u m   f lo w   o f   th e   g r a p h .   Af te r   t h e   c o m m o n a s s i g n m e n o f   th e   v e r tic e s   ( m o b ile   n o d e s )   a lo n g   w i th   r o u te s   ( e d g e s )   u s i n g   g r a p h   t h e o r y ,   t h e   w e i g h ts   a r e a llo c a te d   a s   it  d e p ic ts   t h e   m a x i m u m   q u a n tit y   o f   t h e   n e t w o r k   f lo w   t h a c a n   p a s s   t h r o u g h   a n y   r o u te s   ( o r   e d g e s ) . T h e   a lg o r ith m   i s   d e s i g n e d   c o n s id e r in g   t w o   c o n s tr a in ts ,   e . g .   t h e   f ir s c o n s tr a i n i s   r e la te d   to   th e   c a p a c it y   o f   th e n e t w o r k   a s   t h e   f lo w v a l u e   o f   a n y   e d g e   c a n n o t   b e   h i g h e r   th a n   it s   c a p a c it y   a a n y   c o s t.   T h e   s e c o n d   c o n s tr a in t c o n s id e r e d   in   th e   a l g o r ith m   is   th e   c o n s e r v a tio n   o f   t h e   n e t w o r k   f lo w .   T h e   s e c o n d   c o n s tr a in o f   th e   a lg o r it h m   is Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8 I J E C E     Vo l. 5 ,   No . 6 , De c e m b e r   2 0 1 5 : 1 3 8 1 1 3 9 5 1 3 9 0 e v a l u a te d   w it h   t h e   s u m   o f   th e   n e t w o r k   f lo w s   e n te r i n g   a   m o b ile   n o d e   ( o r   v e r tic e s )   t h a s h o u ld   b e   e q u iv a le n to th e   c o n s o lid a te d   s u m m a t io n   o f   th e   n e t w o r k   f lo w   e x iti n g   f r o m   a   m o b ile   n o d e .   Ho w e v e r ,   th is   a s s u m p tio n d o e s n c o n s id e r   th e   s a m e   f o r   s o u r c e   a n d   d e s tin a tio n   n o d e   to   a v o id   a n o m a l y   o f   th e   q u e r y   m e s s a g e .   F in a ll y , th e   a l g o r ith m   c o m p u te s   th e   f l o w g t h a t   e s s e n tia ll y   r e p r e s e n ts   t h e   q u a n ti t y   o f   th e   n e t w o r k   f lo w   p a s s i n g   f r o m o n e   s o u r c e   m o b ile   n o d e   to   a n o th e r   d e s ti n a tio n   m o b ile   n o d e . 3 . RE S U L T S   AND  D I S CU S S I O N T h e   p r o p o s e d   r o u tin g   m o d e i n   M A NE T   is   im p le m e n te d   w ith   3 2   b i W in d o w s   OS   w ith   1 . 8 4   GHz P r o c e s s o r .   T h e   d e s ig n   e n v ir o n m e n is   s e le c te d   in   M a tla b .   T h e   m o b ile   n o d e s   u s e   I E E E   8 0 2 . 1 1   r a d io   a n d   M A C m o d e w it h   a   b it  r a te   1 1 M b p s   a n d   e a c h   r a d io   r a n g e   is   a p p r o x i m a te l y   a   d is c   w i th   a   2 5 0   m e te r   r a d iu s .   T h e   s iz e o f   e a c h   s i m u la tio n   u n iv e r s e   i s   c h o s e n   to   m a i n ta i n   a n   a v e r a g e   n o d e   d e n s it y   o f   a r o u n d   1 0 0   n o d e s   p e r   s q u a r e k ilo m e te r .   E a c h   s i m u la tio n   r u n s   f o r   3 0 0   s i m u la te d   s e c o n d s .   E a c h   n o d e   m o v e s   u s i n g   a   r a n d o m   w a y p o in t m o b ilit y   m o d e l.   T h e   n o d e   c h o o s e s   a   r a n d o m   d e s ti n a tio n   a n d   m o v e s   to w a r d   it  w i th   a   c o n s ta n s p e e d   c h o s e n u n if o r m l y   b e t w e e n   o n e   a n d   a   m a x i m u m   s p e e d   ( 1 0   m / s   u n l e s s   n o te d   o th e r w is e ) .   W h e n   t h e   n o d e   r e a c h e s   t h e d e s tin a tio n ,   it  c h o o s e s   a   n e d e s tin a tio n   a n d   b e g i n s   m o v i n g   to w a r d   it  i m m e d ia te l y .   A l s i m u la t io n s   u s e   a p a u s e   ti m e   o f   0 s e c o n d .   F o r   t w o   lo c a tio n   s e r v ic e   p r o to c o ls ,   w e   c h o s e   a   b e a c o n   p e r io d   o f   2   s e c o n d s   a n d   t h e v a l u e   u p d a te   p e r io d   w a s   f i x e d   a 2 5 s .   T h e   m e tr ic s   Dis s ip a te d   E n e r g y ,   De la y   E s ti m a tio n ,   a n d   C o m p le t io n T im e   a n a l y s is   a r e   p e r f o r m e d   f o r   ta s k   a llo c a tio n   s tr a te g ie s   d e s ig n e d   in   t h e   p r o p o s e d   s y s te m .   T h e   e n e r g y e f f ic ie n c y   o f   th e   p r o p o s e d   r o u tin g   f r a m e w o r k   i s   e v a lu a te d   b y   c a p tu r i n g   th e   e x te n o f   e n e r g y   b e i n g   d r a in e d   o n e a c h   p a c k e t   d e liv e r y   p r o c e s s .   T h e   p a c k e d e li v e r y   r a tio   w i ll  in c lu d e   t h e   e s ti m a tio n   o f   t h e   n u m b e r   o f   d a ta p a c k e ts   b e i n g   s u c c e s s f u ll y   tr a n s m itte d   f r o m   o n e   s o u r c e   m o b ile   n o d e   to   t h e   m u lt ip le   m o b i le   d e s ti n a tio n   n o d e s in   o r d e r   to   p e r f o r m   t h e   d a ta   d is s e m i n a tio n   p r o c e s s   i n   M AN E T .     I is   s tr o n g l y   b e lie v e d   t h a th e   c o n c e p o f   a n a v a ila b ilit y   z o n e   i n tr o d u c e d   i n   t h is   p a p e r   is   q u ite   n o v e id e a   a n d   h e n c e   i b e c o m e s   n o w   a   c h a lle n g in g   ta s k   to p e r f o r m   a   c o m p a r is o n   o f   t h e   p r o p o s e d   s y s te m   w i th   t h e   e x i s tin g   r e s e a r c h   w o r k .   He n c e ,   t h e   o u tc o m e s   c a n n o t b e   d ir e c tl y   c o m p a r e d   w i th   th e   e x i s ti n g   s y s te m .   B u h o w e v e r ,   th e   p r o p o s e d   s y s te m   u s e s   g r a p h   th e o r y ,   w h ic h w a s   a ls o   i m p le m e n te d   b y   n u m e r o u s   a u t h o r s   i n   p a s f o r   e n h a n c i n g   t h e   e n e r g y   o f   t h e   m o b ile   n o d e s   i n   M A NE T . F r o m   s e c tio n   1 . 2 ,   it  w a s   f o u n d   th a s tu d y   d is c u s s e d   b y   a u t h o r s   in r e f e r e n c e [ 2 3 ] ,   [ 2 8 ] ,   a n d   [ 2 9 ]   h a v e   u s e d g r a p h   t h e o r y   to o   f o r   t h e   s a m e   p u r p o s e .   He n c e ,   c u m u la ti v e l y ,   w e   c o n s id e r   a ll   t h e   o t h e r   wo r k s   i n s p ir e d   f r o m g r a p h   t h e o r y   a s   w e ll  a s   w o r k   d o n e   b y   a u t h o r s   i n r e f e r e n c e [ 2 3 ] ,   [ 2 8 ] ,   a n d   [ 2 9 ]   a s   e x is ti n g   s y s te m .   T h e   u n iq u e d if f e r e n c e   in   p r o p o s e d   a n d   e x i s tin g   s y s te m   i s   p r e s e n c e   a n d   a b s e n c e   o f   c o n c e p o f   a v a ila b ili t y   z o n e . F ig u r e   5 .   Ou tc o m e   o f   Dis s ip a t e d   E n e r g y T h e   p lo ttin g   o f   t h e   o u tc o m e s   t o o k   p la c e   b y   r e c o r d in g   t h e   o u t c o m e s   o f   d is s ip a tio n   e n e r g y ,   d e la y ,   a n d ti m e   c o n s u m e d   d ir e c tl y   f r o m   th e   s i m u la tio n   r e s u lts   f r o m   b o th   p r o p o s e d   a s w e l a s   in   t h e   e x i s ti n g   s y s te m . F ig u r e   5   s h o w s   t h e   a m o u n t   o f   d is s ip a te d   e n e r g y   f o r   t h e   e x i s tin g   s y s te m   a n d   E A S R   a n d   e x is ti n g   s y s te m .   W ith th e   in c r e a s in g   r o u n d s   o f   ite r a tio n ,   th e   n u m b e r   o f   lo a d s   o n   e a c h   r o u te s   to o   in c r e a s e s .   T h e   e x i s ti n g   s y s te m a d o p ts   th e   a p p r o a c h e s   o f   s h o r te s p a th   a n d   p e r f o r m s   e n e r g y   i n te n s i v e   c o m p u ta tio n   f o r   r o u tin g   o v e r   m o b ile n o d e s   r e s u l ts   i n   e x c e s s iv e   e n e r g y   d is s ip a tio n .   Ho w e v e r ,   th e   c u r r e n w o r k   c o n s id e r i n g   AN  a c c o m p lis h e s   b e tte r e n e r g y   e f f ic ie n c y   a s   c o m p a r e d   to   th e   c o n v e n tio n a l   r o u ti n g   te c h n iq u e   t h a a d o p ts   th e   s a m e   s y s te m   w i th o u t AZ .   B y   ta k in g   t h e   r e s p o n s ib il it y   o f   s e a r c h i n g   e a c h   r o u te   f o r   r o u tin g   t h e   d a ta   p a c k e ts   to   t h e   d e s tin a tio n   n o d e , A c o n s e r v e s   a   s i g n if ic a n a m o u n o f   e n e r g y   f o r   th e   m o b i le   n o d e s   a llo w in g   m o r e   c a p a b ilit y   to   d is s e m in a t e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.