Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   3 ,  J un e   201 9 , pp.  1944 ~ 19 56   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 9 i 3 . pp1944 - 19 56           1944       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Impr ovem ent of  c rank shaft MA C  p r oto co l  for   w i r eless  s ens or   n etworks :  a   s imu lation  s t ud y       Madina  H ami an e 1 ,   M ak i ya  J.   Ah me d 2   1 Depa rt m ent   of  Te l ec om m unic ation   Eng ine er ing,   Ahlia  Univer si t y ,   Bahr ai n     2 Depa rtment   of   Inform at ion  T echnolog y   (pre v io usl y ) ,   Ahli a  Uni ver sit y ,   Bahr ai n       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   8 , 2 01 8   Re vised  Oct   22 , 2 01 8   Accepte d  Nov   20 , 201 8       Due  to  the   dr amatic  growth  in  t he  use  of  W ire l ess  Sensor  Network  (W S N)  appl i ca t ions  ran ging  from   envi ronm ent   and  habi ta t  m onit oring  to  tra ck ing   and  surveillance,  net work  rese arch  in  W SN   protoc ols  has  be en  ve r y   ac t ive   in   the   la st  d ecade.  W it h  batter y - powere d  sensors   oper at ing  in   unat te nd e d   envi ronm ent s,  e ner g y   conse rv at i on  bec om es  the   ke y   technique  fo r  improving  W SN   li fet imes.  W SN  Medium   Acc ess  Control   (MA C)  protoc ols  addr ess   ene rg y   aw are ne ss   and  red uce d  dut y   c y c le s.  Th e  foc us  of  thi s  stud y   is  t o   inve stigate ,   thro ugh  sim ula ti on ,   t he  eff ect  of  v ariati ons  in   var ious  factors  th a t   infl uen ce   th e  pe rform anc e  resul t s  of  W S Ns .   Us i ng  MiXiM  fra me work  with   OM NeT ++   sim ula tor ,   th is  si m ula ti on  stud y  proposes  m odifi c at ions  in   Cranksha ft  MA C  protoc o l  in   or der   to   improve  i ts  per form ance.  The   impact   of  dura ti on  and   num ber   of  slots,  degr e e  of  con nec t ivi t y   among  the   nodes ,   m obil ity   sp ee d  a nd  m obil ity   upd at e  in te rv al   and  al so,  the   impact   of  sending   dat a  p ac k et s  wi thout   pre ambles  are   inve stig at e d.   Based  on  the  sim ula ti o n   result s,  a n  imp rove d  ver sion  of  the   Cranksh aft   protoc o l  fo r  W SN  i s   suggested  and  a   compara ti v e  stud y   of  th e  per fo rm anc es  of  the   origi nal   and   improved  protocol  is  pre sente d .   The   resul ts  cl e ar l y   indi c ate  the   s uper iorit y   o f  the   improved  pr otoc ol   over   it s or igi nal ve rsi on .   Ke yw or d s :   Cran kshaft M AC pr oto c ol    Energy - a war e   w irel ess  s e nsor     MAC  p ro t oc ol   Netw orks   Copyright   ©   201 9  Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ma din a  Ham ian e,    Dep a rtm ent o f  Tel ecom m un ic at ion   E nginee rin g,   Ah li a  Un i ver si ty ,   Ma nam a, Bahrai n .   Em a il :  m ha m ian e@a hlia.ed u.bh       1.   INTROD U CTION     A  wireless  se ns or  net wor k  ( W S N)   is  a   wireless  net work   c onsist ing   of   s patia ll y  distribu te d  auto no m ou s  de vices  usi ng  s ens or s  t o  m on it or   ph ysi cal   or  en vironm ental   co nd it io ns .  A  ty pical   WSN  s yst e m   inco rpor at es  a  gateway  that  pro vid es  wireles s  connecti vity   back   to  the  wi r ed  w or ld  a nd   di stribu te d  node s  [1 ] .  Since  t he  rad i o  is  the   WSN  c om po ne nt  that  m os t  con s um e s  ene r gy  an d  is   us e d  m or e  fre qu e ntly   w he n  higher   data  rates  are  t o  be  m on it or e d,  this  entai ls  m or e  powe r  co nsum ption .  I n  t he  case  of  dense  W S N,   a  very   la rg e  nu m ber   of   se nsor  nodes  c omm un ic at e  with  each  ot her   a nd  sen se  their  e nv i ronm ent  wirelessl y.  The  t ask  of   changin g  t he b at te ry p oweri ng this  larg e  nu m ber  o f n od e s  can th e refo re  be com e cum ber so m e.    Wh e n  in   opera ti on ,  nodes  i n  WSN  co nsum e  energy  w he n  the  ra di o  is  s witc hed   on  due  to  seve ral   reasons ,  the  m os t  i m po rtant  a re  Id le   li ste ning,  O verhea rin g,  and   P ro t oco l  ov e r head   [ 2].  To  this  extent,   m any  effor ts  hav e  be en  dir ect ed  to wards r e duci ng  en er gy cons um pt ion  which  r esulte d  in th e de velo pm ent o f a  w ide  range  of   ene r gy  eff ic ie nt M A C protoc ols  [3 ] - [ 12 ] .     Cran kshaft  is  consi der e d  to  be  one  of   the  best  ene rg y - ef f ic ie nt  MAC  protoc ols  f or   de ns e  wi reless   sens or   netw or ks   [13],   [ 14] .  Mi ni m u m   la ten cy   an d  m axim u m   ener gy  eff ic ie ncy  a re  a chieve d  with  t he  us e  of   two  m ulti ple  a ccess  protoc ols ,  nam el y  TDMA  an d  CSM A.  This  protoc ols   com bin at ion   di vid es  the  tim e  into  fr am es  wh ere  each  f ram e  con ta ins  slots  a nd  a  num ber   of   slots  are  assig ned   t o  the  br oa dcast  traf fics  and   t he   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Impr ovem e nt  of  crankshaft  M AC pr oto c ol fo r wi rel ess sen s or   networks : a  simu l ation … ( Ma dina  Hamia ne )   1945   rem ai nin g  one s  to  the  unic ast   traff ic s.  Alth ough  Cra nksh a f t   was  sho wn   to   m ini m iz e  the  idle  li ste nin g ,  hen ce   energy  co ns um ption,  i t  su ff e rs   howev e r  f or m   energy  con s um pt ion   due  to  the  sam pling   of   the  broa dcast   slots,  in addit ion t o t he  li m it ed  flexi bili ty  o f  the  pr oto c ol due t o  t he use  of T DMA.   In   dense  W S N s ,  each  n ode  c an  ha ve  a  la r ge   nu m ber   of  ne ighbou rs  that  exceed s  the  5 - 10   neig hbors   that  are  assum ed  in  ge ne ral  pur po se  M AC   protoc ols  [ 15 ] .  Prob le m s  can  there f or e  of t en  occ ur   w hen  us in g  these  gen e ral  pur po se   proto cols  in   den se   WSNs,   the   m os t  im po rtant  of  these   pr ob l e m s  are  Ov e r hear i ng,   Com m un ic at io n  gro upin g,   O ver - pr ov isi oni ng,  an d  Neig hbou r  sta te   [1 6] ,   [1 7].  Cra nk sh aft  ad dresse s  these   pro blem s  by  l et ti ng   the  node s  tur n  off  the ir  rad i os   al te rnat el y  rather   th an  sim ultaneou sly   with  the  aim   to  reduce the  ov e rh ea rin g  an d   c omm un ic at ion  g r oupi ng. A ls o, sche du li ng th e receivin g  slot s r at her  t han   ke epin g  neig hbor’s  stat e re du ces  the  pro visio ning.   In   t he  ori gi nal  i m ple m entat io n  of  Cra nksh a f t  [15],  two  t raffic   patte r ns ,  flooding  a nd   c onve r ge  cast ,   wer e  co ns i dered  w hen   ev al ua ti n g  the  proto col  perform ance.  It  was  concl ud e d  that  oth er  pr oto c ols  pro vide   bette r  delive ry  rati o  than  C r anksha ft  prot oc ol,  but  at   th e  exp e ns e  of   higher  e nergy   con s um ption  wh e n  com par ed  to  C ranks haf t.  It  w as  al so   dem onstrat ed  that  Cr anksha ft  co uld  prov i de  lo w  de li ver y  rati o  at   high  and  m ediu m   m essage  rates   an d  that  it s  la te ncy  incr eased  qu ic kly  when  t he  l oad  excee de d  0.1 5   m essage/node/ sec.     Ther e f or e  sig nificant im pr ove m ent in th e  cra nk s ha ft pr oto c ol p e rfo rm ance can   be o btaine d by:     a.   Im pr ov i ng the  delivery  rati o  i n broa dcast fl ood patt er n.   b.   Im pr ov i ng lat ency in c onve r ge cast  p at te r n.       2.   OBJECTI VE S OF  THE ST UDY   Fo r   the   im pr ovem ent  of   WSN  li feti m e,  the  i m ple m ented  protoc ols   s houl d  the refor e   overco m e  the   afore  m entione d   li m it ation s.   This  pap e r  pr e sents  a  sim ulatio n  st ud y  of  C ranks haf t  prot oco l  with  t he  aim   to   i m pr ove  it s  pe r form ance  in  te rm s  of   ene rg y  eff ic ie ncy,  la te ncy  an d  sl ot  co ll isi on s.  T he  ef fect  of  se ver al   oth e r   par am et ers  affe ct ing   data  rate  an d  t hroug hput,   cha nn el   r el ia bili ty   and   netw ork  t opol og y  is   in vestigat ed .   Chan ges  in  th e  nu m ber   of   broa dcast  slots,  total   nu m ber   of   slots,  slot  durati on,  m ob il it y  sp eed,  m ob il it y   update  inte rv al   an d  play gro und  siz e,   un der  broa dcast  a nd  c onve rg ecast   pa tt ern s,  i n  a ddit ion  to  t he   num ber   of  nodes  unde r  the  br oad cast   pa tt ern s  are  c onside red   a nd  their  ef fect  on  protoc ol  pe rfo rm ance  inv est igate d.   Althou gh   the  r adio  com m un ic at ion   is  the  hig he st  energy  con s um ption   f unct ion   of   the  s ens or   no des,   e ach  of  the  ab ov e  par a m et ers  al so   affe ct   en erg y  e ff i ci ency.  The  pe rfor m ance  of   t he  im pr ov e d  C ranks haf t  pr op t oco l  is  com par ed  t o  th at  o f  the  or i gina l protoc ol im ple m entat ion .       3.   METHO DOL OGY   In   t his  stu dy  c ranks haf t  pro tocol  was  im ple m ented  us i ng  Mi XiM2 .0 /  OMNeT++ 4.1.   As  i n  the   or i gin al   stu dy ,   and   to  al lo w  f or   the  c om par ison,    the  netw ork  was  sim ulate d  us in g  96  node s  in  90×5 0  m et ers  la yout  with   ra dio   range  of  25  m et ers  and  node s  po wer e d  at   3V.  T he  bro adcast  fl ood  pa tt ern   with  5  di ff ere nt   nu m ber s  of   flo od   pe r  seco nd,   and   t he  co nve rg ecast   patte rn  with  8  dif fer e nt  num ber s  of  (m essages/nod e/ sec)   wer e   us e d  i n  t he  sim ulate d  WSN.  To   ens ur e   a  valid  c om par ison ,  t he  si m ulati on   wa s  car ried  out  usi ng  t he   sam e g ener al  s et ti ng s  of  t he o rigin al  im ple m entat ion .    As  m entione d  above,   the   pr ot oco l  c onsu m es  li tt le   ener gy   bu t   with   a  very   low  delive ry   rati o.  T he  netw ork  was  t her e fore  sim ulate d  afte r  c ha ng i ng  the   val ue s  of  th e  af fec ti ng   par am et ers.   T he  fo ll owi ng  li st   re prese nts the  t est ed param et e rs  unde r broad cast  and c onve rg ecast   patte r ns:   a.   Nu m ber   of br oa dcast slots , (d at a t ran s fer   rat e ||  throug hput)   b.   Total  num ber   of slots,   (data  trans fer   rate ||  thro ughput)   c.   Slot du rati on, (data t ra ns fe r ra te  ||  thr ou ghput)    d.   Mob il it y speed , (netw ork  t opol og y)   e.   Mob il it y updat e inter val   (n et work to polo gy)        f.   Play groun d  siz e   (net work to po l og y )    In ad diti on, th e  num b er of nod es (net w ork  t opol og y ),   unde r broa dcast p at te rn w as  also  test ed.       4.   SIMULATI O N RESULTS   AND A NA L Y SIS   The  e ff ect s  of  the  ide ntifie d  pa par am et ers  unde r  bo t h  broa dcast  an d  co nv e recast  traf fic  we re   inv est igate d  a nd a naly sed   i n  t he follo wing.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   3 ,  June   201 9   :   1944   -   1956   1946   4.1.   Ef fect o f Dur at i on   an d   Nu mber  of  Slot s   To  exam ine  the  i m pact  of   the  reserved  ti m e  for  each  node  to  sen d  or  recei ve  pac kets,  the   nu m ber   of   slots in eac h fram e and  t he d urat ion o f  eac h  s lot we re c hang ed  in  tu rn.     4.1.1.   C hangi ng   th e  t otal n umber  of slo ts , with s ame  n umber  of br oadc as t  slo ts    In   orde r  to  e xam ine  the  i m pact  of   r eser ve d  tim e  fo r  each   node  to   sen d  or   receive  pac kets  on  the   thr oughput  ,  th e  protoc ol  was  te ste d  by  cha ngin g  the  total  num ber   of  slots in  each f ram e  unde r  both b r oa dcast   and  c onve rg e c ast  traff ic  and the  delive ry r at io and en e r gy co nsum ption  were exam ined.   The  sim ulati on s w er e   desig ne d  to  in vestigat e  this  eff ect   by  dec r easi ng   the  t otal  nu m ber   of   sl ots  by  3  ( 7  slo ts,  2  broa dcast   and   5  un ic ast )   a nd  in creasin g  t he  tot al   num ber   of  sl ots  by  3  al so  ( 13  slots,   2  bro adcast  a nd  11  un ic ast ) .  Fig ure  1  an d  Figure  2  cl ea rly   ind ic at e  a   highe r  delive ry  rati o  f or  de creasin g  num ber  of  sl ots  a nd  a  l ow e r  e nerg y   consum ption   f or increa sin g n um ber  of sl ots  unde r broadca s t t raf fic .            Figure  1. Deli ve ry Rat io un de r  Br oa dcast tra ff ic       Figure  2. Ene r gy cons um ption   unde r  Br oa dc ast   traff ic       It  can  al so   be  no ti ced  t hat  there  is  a  sat ur at ion   poi nt  in  the  gr a ph   at   flo od  2,   for  w hich  the  delive r y   rati o  rem ai ns   const ant.   Sim ilarly ,  Fig ur e  3  and   Fig ur e  4  s how  that  unde r  co nver gecast   patte rn,  Cra nksha ft   exh i bits  a  high er  delivery  rati o  for  decr easi ng  nu m ber   of  sl ots  a nd  an   ene r gy  co nsum ption   that  i ncr ea se s  with  a d ec rease i n  t otal n um ber  of  slots.            Figure  3. Deli ve ry r at io  unde r C onvergecast  t raffic     Figure  4. Ene r gy Co nsum ption   unde r  Co nve rg ecast   traff ic       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Impr ovem e nt  of  crankshaft  M AC pr oto c ol fo r wi rel ess sen s or   networks : a  simu l ation … ( Ma dina  Hamia ne )   1947   The  la te ncy is  disp la ye d  i n  Fi gure  5 wh ic h  ind ic at es li tt le  eff ect   of  t otal n um ber  of slots  exp ect  at t he   m idd le   loa ds   wh e re  t he  pac ket  e xch a nge  i s  m or e  act ive  and  the   cha nc es  f or  colli sio ns   a nd  packet   loss  is     m or e, r es ulti ng in  a n  inc rease   in lat ency .             Figure  5. Lat en cy  u nde r  Co nv erg ecast  t raffic       4.1.2.   C hangi ng   number  of  broadc as t  slo t s    In   flo od i ng   t ra ff ic ,  broa dcast  slots  are  m or e  act ive  than  t he   un ic ast   on e s.  The  nex t  set   of  si m ulati on   dem on strat es  t he  e ff ect   of  c ha ng i ng  the   nu m ber   of  broa dc ast   slots  from   1  t o  3  on  delivery  rati o  a nd  energy  consum ption ,   unde r  bo t h  broad ca st  an d  c onve rg e cast   pa tt ern s.  Fig ur e   6  a nd  Fi gure  7  cl early   i nd ic at e  that  Cran kshaft  del ivery  rati o  dec reases  with  t he   nu m ber   of  br oad ca st  slots  due  to  the  redu ct ion   of  the  e f fecti ve  us e  of   the  slot s  durin g  the  c yc le .   Accord i ngly ,  ene rg y  c onsu m ption   i ncrea sed  with  inc rea sin g  deli very   rati o  and d ec reases   wh e n deli ve ry  rati on d ec rease s.           Figure  6. Deli ve ry r at io  unde r B ro a dcast tra ffi c       Figure  7. Ene r gy Co nsum ption   unde r  Br oa dc ast   traff ic       Figure  8,  Fig ur e  9  an d  Fig ur e   10  s how  t he  re su lt s  of  va ryi ng  the   nu m ber   of  broad c ast   slot s  un der   t he   conve rg ecast   pa tt ern ,  a nd  in di cat e  that  Cran ks ha ft  e xh i bits  a  lowe r  deliv ery  rati o  with  si m ple  drop   i n  the  energy c on s umpti on and  sli ght i ncr ease i n  t he  la te ncy.    These   res ults  are  un e xpect e d  a nd  ar e  du e   to  t he  pac ket  loss   pro blem   that  us ua ll y  occurs   in  t he   conve rg ecast   proces s  for  wir el ess  sensor  ne tworks  or igi na ti ng   from   the   congesti on   a nd  coll isi on s  ne ar  the  sink   node  [18].   Energy  co nsu m pt ion   an d  la te ncy  increase  or   decr ea se  wi th  increasi ng   or  dec reasin g  de li ver y   rati o  re sp ect ive ly .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   3 ,  June   201 9   :   1944   -   1956   1948       Figure  8.   Deli ve ry Rat io un de r  Co nver gecast  traf fic       Figure  9.  Ene r gy Co nsum ption   unde r  Co nve rg ecast   traff ic           Figure  10.   Lat e ncy un der Co nver gecast t ra ff i c       4.1.3 .   C hangi ng  sl ot dur at i on   Figure  11  an d  Figure  12  di sp la y  the  delivery  rati o  a nd  energy  consu m pt ion   f or   inc reasin g  slo t   durati on  under  broa dcast  tra f fic.  F or  lo wer  loads   the  deli ver y  rati o  is  l ow e r,   w hile  f or   highe r  loa ds,  the   delivery  rati o  and   c onseq ue nt ly   the  energy  con s um ption   increase  be cau se  increasin g  slot  durati on   a ll ow s   m or e tim e to the  sen ding a nd re cei vin g sl ots  to  se nd  or   recei ve packets .           Figure  11.  Deli ver y R at io  unde r  Br oa dcast tr aff ic       Figure  12.   E ne rg y C on s um ption u nder  Br oa dcast  traff ic       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Impr ovem e nt  of  crankshaft  M AC pr oto c ol fo r wi rel ess sen s or   networks : a  simu l ation … ( Ma dina  Hamia ne )   1949   Unde r  co nver ge cast   patte rn  a nd  sm aller  slot  durati ons,  C r anksha ft  ex hibi ts  a  higher  de li ver y  rati o  un ti l  the  rad i o  pack et s  sta rt  colli din g  a nd  the  sink   no   lo ng e r  receiv es  al l  data  [1 9],  bu t  a  highe r  energ y   con su m ption   a nd   le ss  la te nc y  are  exp ect e d.  W he n  inc rea sing   the  sl ot  durati on  ho wever,  the  deliv er y  rati o   beco m es  lower  un ti l  the  rate  of   pack et s  inc r eases  in  the  ne twork  a nd   sl ot  durati on   is  ef fici ently   us ed,   th e n  delivery  rati o  i ncr ease s.  T his  is co nf irm ed  b u  the  p l ots in  F igure   13, F i gur e 14 a nd Fig ur e 15.           Figure  13.   Deli ver y R at io  unde r  Co nver geca st t raf fic         Figure  14.  E ne rg y C on s um ption   un der  Conver gecast t raffic           Figure  15.  Lat e ncy   un der Co nver gecast t ra ff i c       4.2.   Ef fect o f  degree  of  c onnecti vit y am ong  th e  nodes  ( changin g the  playgr ou n d si z e)   To  te st  the  e ffec t  of   t he  c onne ct ivit y  of   no de s  on  the  deliv ery  rati o  of   t he   netw ork,  the  play gro und  siz e,  as  on e  of  the  par am et ers  wh ic h  can  af fect  the  de gr ee   of   co nnect ivit y,  was  cha ng e d  in  the  sim ul at io n.      Figure  16  an d  Figure  17  sho w  that  unde r  broa dcast  patte r n,   by  de creasi ng  or  increasi ng  the  play groun d  siz e,   that  co ntains  t he  nodes,  the  delivery  rati o  beco m es  le ss  in  the  l ow e r  l oa ds   because   ea ch  node  will   ha ve  le ss  nu m ber   of  ne ighb or s ,  hen c e   the  c olli sion s   will   be   le ss,  so   t her e  is   on ly   a  sli gh t  c ha ng e   in   the  protoc ol   perform ance  with  no  cha ng e  in  the   ene rgy   con s um ption.   A  sim il ar  res ult  is  obta ine d  w hen  dec reas ing   t he  play gro und  siz e;  the d el ivery  rati o  sli gh tl y i nc reases w it hout  ch an ge  in  the  energy co nsum ption   beca us e   each   node  will   ha ve   m or e  nieg hbours ,   hen ce   the r e  will   be   m or e  pack et   colli sio ns   s o  a  sli ght  c hange  i n  t he  de li ver y  rati o  ca n be  noti ced.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   3 ,  June   201 9   :   1944   -   1956   1950       Figure  16.  Del ivery Rat io  un der Br oad cast  t raffic       Figure  17.  En erg y C onsu m ptio n u nd e r  B ro a dcast  traff ic       Fo r   the  sam e  reasons  as  i n  th e  broa dcast  patte rn   ,  m od ify in g  play gro und  s iz e  in  co nver ge cast   patte r n  has  a  sli ght  e ff ect   on   t he  prot oco l  perf orm ance.  I n  bo t h  cases  pe rform ance  i m pr ov e m ent  is  neg a ti vely   aff ect ed    with   li ttle  inc rease   in  delive ry  r at io  ,which  le ads  to  worse  la te ncy  and   e nergy  co nsum ption.    Figure  18, Fi gure  19, an d Fi gure  20 sh ow th is be hv i our.           Figure 18.  Deli ver y R at io  unde r  Co nver geca st t raf fic         Figure  19.  En erg y C onsu m ption   unde r  Conver gecast t raffic           Figure  20. Late ncy un der Co nver gecast t ra ff i c       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Impr ovem e nt  of  crankshaft  M AC pr oto c ol fo r wi rel ess sen s or   networks : a  simu l ation … ( Ma dina  Hamia ne )   1951   4.3.   Ef fect o f  degree  of c onnecti vit y am ong  th e  nodes  ( changin g the  number  of n odes)   Ra isi ng  the nu m ber  o f  node s in  broa dcast fl ooding leads t o i ncr easi ng the  nu m ber  of n ei ghbo rs   cl os e   to each  o t her,  hen ce  the  pac ke t l os s  will  g o dow n  a nd cons equ e ntly  the  de li ver y rati o g oe s up,  als o decr easi ng  nu m ber   of  node s  decr eases  th e  chan ces  f or  colli sion s  an d  hen ce  inc rease s  the  delivery  rati o  as  il lustrate d  i n  Figure  21.  Whi le   the  energy  consum ption   i n  both   ca ses  does  no t  inc reas e  as  show n  i n  Figure  22,  thi s   m eans   bette r per form ance  for  the  pr oto c ol.           Figure  2 1 . Del ivery Rat io  unde r  Br oa dcast tr aff ic       Figure  22.  En erg y C onsu m ption   unde r  B ro a dcast  traff ic       4.4.   Ef fect o f   degree  of m obi li ty  ( ch angin g mobil it y  s pee d)   The  m ob il it y  sp ee d  par am eter   is  one  of  the  netw ork  t opol og y  facto rs .  U nder   br oadcast   traf fic,   increasin g  or   decr easi ng   t he   m ob il it y  sp eed  of  the  node s  will   aff ect   the  nodes  c onnecti vity   ei ther  by   increasin g  or  de creasin g  t he  di sta nce  bet wee n  the   nodes,  th us     inc reasin g  or  dec reasin g  t he  c ha nces  of  pack et   colli sion s,  a nd  hen ce  an  inc r ease  or   a  decre ase  in  the  delivery  rati o  or   energy  consu m pt ion .  T he  re su lt s  of  si m ulati on   sho wn   i n  Fig ur e  23   a nd  Fig ur e   24,  ind ic at e  a   sli gh t  i m pr ov e m ent  in  the  prot oco l  pe rfo r m ance   wh e n  m ob il it y  sp ee d  of  the   nodes  is  var ie d,   wh il e  the  e nergy  co nsum pti on  rem ai ns   relat ively   un c ha ng e d ,  wh ic h  le ad s to   a b et te r pe rform ance for  t he pr oto c ol.           Figure  23. Del ivery Rat io  unde r  Br oa dcast t r aff ic       Figure  24. E ne rg y C on s um ption u nder  Br oa dcast  traff ic       Unde r  c onverg ecast   traf fic,  th e  m ob il it y  sp eed  par am et er  ha s  the  sam e  eff ect   as  the   play gro und  siz e .   Be cause  the   m ob il it y  sp ee d  of  the  node   will   aff ect   t he  num ber   of   neig hbors;  decr easi ng  m ob il it y  sp eed  will   hav e  ne gative  eff ect   on   deliv ery  rati o,   w he reas  inc reasin g  m ob il it y  sp eed  will   incre as e  the  pro ba bili ty   of   colli sion s   that  hav e   al so  ne ga ti ve  ef fect  on  t he  delivery  rati o.   He nce  li tt le   eff ect   is  seen   on  la te ncy  a nd  e nerg y   consum ption   wh e n  the   m ob il it y  sp eed  is  de creased   or  in creased .  T his  is  il lustrate d  in   Figure  25,   Fi g ure  26   and Fig ure  27.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   3 ,  June   201 9   :   1944   -   1956   1952       Figure  25.  Deli ver y R at io  unde r  Co nver geca st  traff ic       Figure  26.  E ne rg y C on s um ption u nder     Conver gecast t raffic           Figure  27.  Lat e ncy un der Co nver gecast t ra ff i c       4.4.   Ef fect o f  degree  of m obi li ty  ( ch angin g mobil it y  u pd at e   inter va l )   Unde r  broad ca st  traff ic   a nd  i n  high  loa ds,  t he  routers   nee d  to   be   up date d  ver y  of te n  to   i m pr ove  t he   perform ance  [ 20 ] ,  s o  Cr an kshaft  s hows  higher  delive ry  ra ti o  in  the  high er  loa ds   by  shorte ning  the  m ob il it y  update  inter val .  Wh il e  in  low  loads  the   delivery  rati o  decre ases,  beca us e  the  protoc ol  over hea d  will   increas e   by  increasi ng   nu m ber   of  up dating  ti m es  with  sm all  num ber   of   pac ke ts  in  the  netw ork,   as  il lustra te d  in     Figure  28.  On   the  oth e r  ha nd   increasin g  m ob il it y  interval  t i m e  raises  the  delivery   rati o,  because   the  pr oto c ol   ov e r head will   be decrease d.  The  e nergy c onsu m ption wil l n ot ch a nge i n bo t h  cases  as i nd ic at ed  in  Fig ur e  29.           Fig ure   28: Deli ver y R at io  unde r  Br oa dcast tr aff ic       Figure  29. E ne rg y C on s um ption u nder  Br oa dcast  traff ic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Impr ovem e nt  of  crankshaft  M AC pr oto c ol fo r wi rel ess sen s or   networks : a  simu l ation … ( Ma dina  Hamia ne )   1953   Var yi ng  m ob il it y  up date  interval  in  co nv e r gecast  patte rn   has  an  ef fect  si m i la r  to  that  of   br oad cast   flo od i ng   patte r n  on   the  pr otoc ol  perf or m ance.  Chan ging  m ob il it y  update  inter val  decr ea s es  the  delivery   rati o  in  the  low  lo a ds .  I n  c on tra st,  in  high  loa ds  var yi ng  m ob il ity  up date  in te rv al   increas e d  the  delive ry   rati o,   because   in  hi gh e r  loa ds   th e  routers  nee d  to  be  upda te d  ver y  of t en  to   im pr ove  the  perf orm ance.     Fr om   Figure  30, F i gure  31 and Figure 3 2,  it  is o bs e rv e d  tha t t her e is no  c ha ng e i n  ene rg y  co nsum ption  a nd   no   sign ific a nt c ha ng e  in  t he pr ot oco l l at e ncy.             Figure  30. Del ivery Rat io  unde r  Co nver geca st t raf fic         Figure  31. E ne rg y C on s um ption u nder   Conver gecast t raffic           Figure  32. Late ncy un der Co nver gecast t ra ff i c       4.5.   Ef fect  of  degree  of m obi li ty  ( simul at i on   w ith  m ob il e sink)   In   wireless  ad  ho c  netw orks ,  the  m a in  interact ion s  be twee n  no des  are  th e  interact ion s  betwee n  t he   sink   node   an d  oth e r  no des  in   the  net work .  I n  us ual  WSN  scenari os ,  t he  sink   node   is  pl aced  in  t he  c orner   of   the  netw ork.   T her e fore  us i ng   m ob il e  sink   node  instea d  of   fi xed   on e ,  m ean s  changin g  the  m ob il i ty   of   the  sink  node  a nd  will   hav e   the  s am e  i m pact  as  cha ngin g  the   m ob il it y  of   ot her  sen so r   no des.     I n  t his  stu dy,  t he  s ta ble   sink   is  re place d  with  a  m ob il e  sink .  A  m ob il e  sink   ha s  an  eff ect   on  the  c onnecti vity   between   t he  sin k  and   t he   oth e r nodes,  and  hen ce  r e placi ng the  s ta ble   si nk w it h m ob il e one ca n  a ff ect   the d el iv ery  rati o.   Figure  33  to   F igure  37  sho w   that  by  rep la c ing   the  s ta ble   sink   with  a  m ob il e  one  in  bot h  broad ca st  and  co nver gec ast   patte rn s ,  th ere  is  in deed  a  no ti ceable   im pr ovem ent  in  th e  delivery  rati on  wit h  no  si gn i ficant  i m pact o n   ene r gy cons um ption  a nd lat ency .        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.