I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 9 ,   N o .   1 Ju ly   2025 ,   pp.   235 ~ 246   I S S N:  2502 - 4752,   DO I 10 . 11591/i j e e c s . v 3 9 .i 1 . pp 235 - 246             235     Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij e e c s . iaes c or e . c om   T h e  i m p ac t  of  c oor d in at or  f ai lu r e s on  t h e  p e r f or m an c e  of   Z ig b e e  n e t w o r k s i n  v ar io u s t op ol ogi e s       Daul e t   Naub e t ov 1 M u b ar ak   Yak u b ova 1 ,   B ah od ir   Ya k u b ov 1 Nurz h igi t   S m ail ov 2   1 D e pa r tm e nt   of   C y b e r s e c u r it y A lm a t y  U ni ve r s it y   of  P o w e r   E n gi ne e r in g a nd  T e l e c o mm uni c a ti o n na me G uma r b e k D a uk e e v ,     A lm a t y K a z a khs ta n   2 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr o ni c s T e l e c o m muni c a ti o ns  a nd S pa c e   T e c hn o l o gi e s , S a tb a y e v  U ni ve r s it y , A lm a t y K a z a khs ta n       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d   A ug   27 2024   R e vi s e F e b   27 2025   A c c e pt e M a r   26 2025       Z i g b ee ,   k ey   t ec h n o l o g y   i n   t h fi el d   o f   w i rel e s s   n e t w o r k s   fo t h I n t e rn e t   o f   T h i n g s ,   p l a y s   s i g n i fi c a n t   ro l e   i n   t h e   d ev e l o p men t   o m o d e rn   w i r e l e s s   n e t w o rk   t ec h n o l o g i e s .   I n   t h i s   s t u d y ,   t h e   a n al y s i s   o co o rd i n at o fai l u r e s   i n   Z i g Bee  n e t w o r k s   w i t h   d i ff e r e n t   t o p o l o g i e s   ( s t ar t re e me s h w as   c arri ed   o u t   u s i n g   t h O PN E T   M o d el e s o ft w ar t o o l .   T h e   p ro b l em s   r el at ed   t o   t h r e l i ab i l i t y   a n d   e ffi ci e n cy   o f   s y s t em s   u s i n g   Z i g b e t ec h n o l o g y   ar c o n s i d e r ed .   S i m u l at i o n   o s u cce s s i v e   c o o rd i n at o fai l u re s   al l o w ed   u s   t o   c o m p ar e   t h e   p e rfo r m a n ce   o t o p o l o g i e s ,   r ev e al i n g   t h at   t h e   t ree   t o p o l o g y   p ro v i d e s   h i g h   t raffi c   s p ee d   an d   b an d w i d t h ,   b u t   s u ffe rs   fro s i g n i f i c an t   p ac k e t   l o s s   an d   d e l a y s .   I n   t u rn ,   t h s t ar  t o p o l o g y   d emo n s t rat e s   mi n i m al   l at e n cy   an d   h i g h   s p ee d ,   an d   t h e   me s h   t o p o l o g y   h as   b e t t e r e l i ab i l i t y   w i t h     l e s s   p ac k e t   l o s s ,   b u t   t h e   l o w e s t   s p e e d   an d   b an d w i d t h .   T h e   f i n d i n g s   em p h as i z e   t h e   i m p o rt an ce   o c h o o s i n g   t h e   o p t i m al   t o p o l o g y   t o   e n s u r e   t h e ffi ci e n cy   an d   r e l i ab i l i t y   o Z i g b ee   n e t w o r k s   i n   v o l at i l e   e n v i ro n men t   an d   i n c r e as ed   l o a d .   K e y w o r d s :   C oo r di n a t o r   I n t e r n e t   o f   t hi n gs   M e s h   S t a r   T r e e   Z i g be e   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   Nur z hi g i t   S m a il o v   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c s ,   T e l e c o m m u ni c a t i o ns   a n S pa c e   T e c hn o l o g i e s ,   S a t b a y e v   U ni ve r s i t y   Alm a t y ,   K a z a k h s t a n   E m a i l n . s m a il o v@ s a t b a y e v . u ni ve r s i t y       1.   I NT RODU C T I ON   Z i g be e   i s   a   w i de ly   a do pt e d   wi r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n   s t a n da r u t i li z e i n   d i ve r s e   do m a i ns   s uc h   a s   h o m e   a ut o m a t i o n ,   h e a l t h c a r e ,   a n i n du s t r i a l   m o ni t o r i n g   [ 1] [ 3] .   I t   f a c il i t a t e s   s e a ml e s s   de vi c e   a nd  s e ns o r   i n t e r a c t i o n ,   s uppo r t i n a pp li c a t i o ns   l i ke   s m a r t   l igh t i n g,   c o n t r o l l e o ut l e t s ,   a n i n t e r o pe r a bi li t y   w i t h   o t h e r   c o m m u ni c a t i o n   pr oto c o l s   [ 4] [ 7] .   I n   h e a l t h c a r e ,   Z i g b e e   i s   e m p l o y e f o r   r e a l - t i m e   w i r e l e s s   m o ni t o r i n g,   s uc h   a s   E C da t a   t r a n s m i s s i o n   [ 8] [ 9 ] .   W i t hi n   i ndus t r i a l   e nvi r o nm e n t s ,   Z i g be e   a i ds   i n   e nvi r o nm e n t a l   m o ni t o r i n g,   a s s i s t i n i n   da t a   c o l l e c t i o n   a n a i r   qua li t y   m a na ge m e n t   [ 10] ,   [ 11 ] .   Due   to   i t s   b r o a a ppl i c a t i o n   s pe c t r um ,   r a n g i ng  f r o m   s m a ll - s c a l e   s e t ups   to  c o m p l e x   s y s t e m s   l i ke   n uc l e a r   c o n tr o l ,   o n go i n r e s e a r c h   c o n t i n ue s   to  e x p l o r e   a n e nha n c e   i t s   c a pa bi li t i e s   [ 12] [ 13] .   A c c o r d i n t t h e   I E E E   802 . 15. s t a n da r d,   Z i g b e e   n e t wo r ks   c o n s i s t   o f   t w de vi c e   t y p e s f u ll   f u nc t i o de vi c e s   ( F F D)   a n r e duc e f u n c t i o n   de vi c e s   ( R F D )   [ 14] .   F F Ds   s uppo r t   c o m pr e h e n s i ve   n e t wo r ope r a t i o n s   a n c a n   a c a s   c oo r di n a t or s ,   r o u t e r s ,   or   e n de vi c e s ,   t y p i c a ll y   r e lyi ng  o n   A C   p o we r   f o r   c o n t i n uo us   ope r a t i o n .   I n   c o n t r a s t,   R F Ds   h a v e   li mi t e f u n c t i o n a li t y ,   do   not   pa r t i c i p a t e   i n   p a c ke t   r o u t i n g,   a n m u s t   c o n n e c t   to   F F Ds   f o r   c o m m u ni c a t i o n   [ 15] .   R F D s   a r e   o f t e n   de p l o y e i n   s e n s o r   r o l e s ,   m o ni t o r i n pa r a m e t e r s   l i ke   t e m pe r a t ur e ,   h u mi d i t y ,   a n m o t i o n   [ 16] [ 17 ] .   E f f i c i e n t   po we r   m a n a ge m e n t   i s   c r uc i a l   f o r   ba tt e r y - o pe r a t e F F Ds   to   e n s ur e   pr o l o n ge n e t wo r f un c t i o n a li t y   [ 18] [ 19 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   235 - 246   236   Z i g be e   n e t wor ks   c a n   a do pt   s t a r ,   t r e e ,   a n m e s h   t o p o l o gi e s   [ 20] .   E a c h   to p o l o g y   c o n s i s t s   o f   c oo r di n a t or ,   r o u t e r s ,   a n e n de vi c e s   [ 21] .   T h e   c oo r di n a t or ,   a n   F F D,   o v e r s e e s   ne t wo r f o r m a t i o n   a n d   m a n a ge m e n t ,   whil e   r o u t e r s   ( a l s o   F F Ds )   h e l e x t e n n e t wo r c o v e r a ge ,   e s pe c i a ll y   i n   t r e e   a n m e s c o nf i gur a t i o ns   [ 22] [ 23] .   R F Ds   s e r v e   a s   l o w - po we r   e n dpo i n t s ,   t r a n s m i t t i n da t a   to   t h e   c oor di n a t o r   or   r o u t e r s   [ 24] .   T h e   s t a r   to p o l o g y   f e a t ur e s   di r e c t   c o n n e c t i o ns   b e t we e n   de vi c e s   a n t h e   c oor di n a t o r ,   o f f e r i ng  s i m p li c i t y   b ut   w i t h   c e n t r a l i z e c o n t r o l   [ 25] .   T h e   tr e e   to p o l o g y   e x pa n d s   t h e   n e t wor by   i n t e gr a t i n m u l t i p l e   s t a r   c o nf i gur a t i o ns ,   e nh a n c i ng  c o v e r a ge   b ut   a l s o   i n t r o d uc i n pot e n t i a l   po i n t s   o f   f a il ur e   [ 26] ,   [ 27] .   M e s h   to p o l o g y ,   w i t h   i t s   i n t e r c o n ne c t e r o u t e r s ,   p r o vi de s   a   s e lf - h e a li ng  m e c h a ni s m ,   i n c r e a s i ng  n e t wor r e s i li e n c e   a ga i ns t   l i nk  f a il ur e s   [ 28] [ 29] .   N i mi   e al.   [ 30 ]   i de n t i f i e Z i g b e e   a s   a   c r i t i c a l   s t a n da r f o r   s h o r t - r a n ge   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n .   T h e i r   s t udy   hi g hli g h t e t h e   s upe r i o r i t y   o f   m e s h   r o u t i n o v e r   t r e e   r o u t i n due   t o   i t s   a d - h o c   n a t ur e ,   r e duc i n g   t h e   n e e f o r   c e n t r a l i z e c o n t r o l .   T h e y   pr o p o s e a   Z i g b e e   m o de l   u s i n m e s h   r o u t i n w i t pr i o r i t y   m e c h a ni s m s ,   de m o n s t r a t i n i m pr o v e pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   s uc h   a s   t h r o ugh put ,   da t a   l o s s ,   M A C   de l a y ,   a n d   que u i n m e t r i c s .   D y m o r a   e al.   [ 31]   f o c us e o n   t h e   f a u l t   t o l e r a n c e   ( F T )   c h a l l e n g e s   i de s i g ni ng  I o T   s y s t e m s   us i ng   Z i g be e - ba s e w i r e l e s s   s e n s o r   n e t wor ks   ( W S Ns ) .   T h e i r   a n a ly s i s   e m p h a s i z e t h a t   t h e   c h o i c e   o f   r o u t i n g   a l go r i t hm   d i r e c t l y   im pa c t s   s e n s o r   p o we r   c o n s um pt i o n ,   o f t e n   r e s u l t i n i n   n o de   f a il ur e s   due   to  b a tt e r y   de p l e t i o n .   T hi s   u n de r s c o r e s   t h e   i m po r t a n c e   o f   r o b us t   r o u t i n s t r a t e gi e s   f o r   m a i n t a i ni ng  n e t wo r s t a b il i t y   a nd   pr o l o n g i n s e n s o r   l if e s pa n .   I b r a him   [ 32]   a n a ly z e t h e   a d v a n t a ge s   o f   Z i g b e e s   l o po we r   c o n s u m pt i o n ,   pa r t i c u l a r ly   f o r   s e n s o r   a pp l i c a t i o ns   r e qui r i ng  e f f i c i e n t   s h o r t - r a n ge   c o m m u ni c a t i o n .   T h e i r   c o m pa r a t i v e   e va l ua t i o n   o f   t h e   s t a r   a n c l u s t e r   tr e e   to p o l o g i e s   r e v e a l e t h a t   t h e   c l us t e r   t r e e   c o nf i gur a t i o n   o f f e r s   b e t t e r   e f f i c i e nc y ,   r e duc e d   l a t e n c y ,   a n hi g h e r   da t a   t h r o ugh put ,   m a k i ng  i t   m o r e   s ui t a bl e   f o r   de m a n d i ng  a pp l i c a t i o ns .   M a n o h a r a   R a o   e al.   [ 33]   c o n duc t e d   a   pe r f o r m a n c e   a n a ly s i s   o f   d i f f e r e n t   to p o l o gi e s   s uppo r t e by   t h e   I E E E 802. 15 . 4/Z i g b e e   s t a n da r d,   i n c l ud i ng  c l u s t e r - tr e e ,   m e s h ,   a n s t a r   to p o l o g i e s .   T h e i r   s t ud y ,   us i n R i v e r b e d   M o de l e r   s i m u l a t o r ,   c o n c l ude t h a t   t h e   c l u s t e r - tr e e   to p o l o g y   wa s   m o r e   e f f i c i e n t   a n be tt e r   s u i t e f o r   a pp l i c a t i o ns   s uc h   a s   e nvi r o nm e n t a l   m o ni t o r i n g,   v o l c a n o   m o ni t o r i n g,   a i r   po l l ut i o n ,   a n h a bi t a t   m o ni t o r i n g,   a s   i t   c o v e r e a   l a r ge r   a r e a   c o m pa r e to   ot h e r   to p o l o g i e s .   T h e   s t ud y   e m p h a s i z e t h a t   t h e   c l us t e r - t r e e   to p o l o g y   pr o vi de t h e   b e s t   pe r f o r m a n c e   i n   t e r m s   o f   t h r o ugh put,   da t a   tr a f f i c   s e n t   a n r e c e i v e d.   Ab du l hus s i e n   a n I b r a him   [ 34]   c o m pa r e t h e   m e s h   a n s t a r   to p o l o g i e s   o f   Z i gB e e   n e t wo r ks   i n   t e r m s   o f   t h r o ugh pu t ,   dr o ppe tr a f f i c ,   a n l a t e n c y .   T h e   r e s u l t s   s h o we t h a m e s h   to p o l o g y   o u t pe r f o r m e d   t h e   s t a r   to p o l o g y   i n   t h r o ugh put ,   whi l e   s t a r   to p o l o g y   de m o n s t r a t e d   b e tt e r   l a t e n c y   c h a r a c t e r i s t i c s .   T hi s   e v a l ua t i o hi g hli g h t s   t h e   d i f f e r e nc e s   b e t we e n   t h e   t w o   to p o l o gi e s   a n t h e i r   s u i t a bil i t y   f o r   v a r i o us   a pp li c a t i o n s .   Ha ka   e al.   [ 35] [ 36 ]   c o n duc t e r e s e a r c h   f o c us i ng  o n   t h e   r e l i a bi li t y   a n qua li t y   o f   s e r vi c e   ( Qo S )   im pr o v e m e n t s   i n   Z i gB e e   ne t wor ks .   I n   t h e i r   s t ud i e s ,   t h e y   c o m pa r e R e c e i ve S i g n a l   S t r e n gt h   I n d i c a t or   ( R S S I )   r e s u l t s   b e t we e n   s im u l a t i o n   a n r e a l - wo r l e x pe r i m e n t s   i n   Z i g B e e   s e ns o r   n e t w o r ks ,   a s   we l l   a s   pr o p o s i n a n   i m pr o v e r o u t i n a l go r i t hm   t f o r m   hi e r a r c hi c a l   t o p o l o g i e s   b a s e o n   pr i o r i t i e s .   T h e i r   f i nd i n g s   c o n t r i b ut e to  b e tt e r   Q o S   a n e n e r g y - e f f i c i e n t   r o u t i n g,   e n a bl i ng  t h e   o p t i mi z a t i o n   o f   tr a f f i c   i n   I oT   a pp l i c a t i o ns .   De s p i t e   a dv a n c e m e n t s   i n   Z i g b e e s   de v e l o p m e n t ,   a   s i g nif i c a n t   ga e xi s t s   i n   u n de r s t a n d i ng  t h e   i m pa c t   o f   c o o r di na to r   f a il ur e s   a c r o s s   di f f e r e n t   to p o l o g i e s .   S uc h   f a il ur e s   c a n   d i s r upt   da t a   f l o w,   de gr a de   t h r o ugh put,   a n i nc r e a s e   n e t wo r k   de l a y s ,   pa r t i c u l a r l y   i n   s e t ups   r e l i a n t   o n   c e n t r a l i z e c o n t r o l .   T hi s   a r t i c l e   i nv e s t i ga t e s   t h e   e f f e c t s   o f   c oo r di n a t o r   f a il ur e s   o n   Z i g b e e   n e t wo r k   pe r f o r m a n c e   i n   s t a r ,   t r e e ,   a n m e s h   t o p o l o g i e s .   A   c o m pa r a t i v e   a n a ly s is   i s   pr o vi de ba s e o n   ke y   pe r f o r m a nc e   m e t r i c s ,   i n c l ud i ng   t h r o ugh pu t ,   da t a   l o s s ,   de l a y ,   a n n e t wo r k   r e l i a bil i t y .   T h e   f i nd i ngs   a i m   t gui d e   t h e   s e l e c t i o n   o f   th e   m o s t   r e s i li e n t   to p o l o g y   f o r   v a r i o us   a pp l i c a t i o n   s c e n a r i o s ,   c o n tr i b ut i n to   i m pr o v e f a u l t   to l e r a n c e   i n   Z i g be e - b a s e s y s t e m s .       2.   M E T HO D   T hi s   r e s e a r c h   us e s   OPNE T   M o de l e r   to  s i m u l a t e   c o m put e r   n e t w o r ks ,   e n a bli ng  t h e   c r e a t i o n   o f   c o m p l e x   t o p o l o g i e s ,   pr oto c o l s ,   a n t r a f f i c   s c e n a r i o s   w i t h o ut   phy s i c a l   ha r dwa r e   [ 37] ,   [ 38 ] .   T h e   m o de l ,   a s   s h o w n   i n   F i gur e   1,   f e a t ur e s   t h r e e   s ub n e t s   ( s ubn e t _1,   s ub n e t _2,   s ub ne t _3)   c o n n e c t e t h r o ugh   a   s w i t c ( s w i t c h _1)   l i nke to  a   r o u t e r   ( r o u t e r _1)   f o r   I n t e r n e t   a c c e s s .   T hi s   s e t up  c o n n e c t s   to  a   s e r v e r   ( s e r v e r _1)   t h a s to r e s   da t a   f r o m   e a c h   s u bn e t .   A   wo r ks t a t i o n   ( wr ks t_1)   a c c e s s e s   t h e   s e r v e r   vi a   a   s e pa r a t e   r o u t e r   ( r o u t e r _2) .     2. 1   T h e   f ir s t   s u b n e t   of   t h e   Z igb e e   n e t wor k   wit h   s t ar - s h ap e d   t op ol ogy   L e t s   e x a mi ne   t h e   f i r s t   s ubn e t   ( s ubn e t _1) ,   s h o wn   i n   F i gu r e   2 .   T hi s   s u bne t   f e a t ur e s   a   Z i g b e e   n e t wo r k   w i t h   a   s t a r   to p o l o g y ,   i nc l ud i n a   c o o r di n a t o r   ( Z C _s ubne t _1) ,   r o u t e r s   ( Z R _1,   2_s ub n e t _1) ,   a n e n d   d e vi c e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T he   impac o c oor dinat or   f ail ur e s   on  the   pe r f or m anc e   of  Z igbee   ne tw o r k s     ( Daule N aube tov )   237   ( Z E D_1    6_s ub n e t _1) .   T h e   c oo r di n a t or   m a n a g e s   c o m m u ni c a t i o n   a m o n a l l   d e vi c e s .   A dd i t i o na l ly ,   t h e   s ubne t   i n c l ude s   a   s w i t c h   ( s w i t c h _ s u bn e t _1) ,   a   r o u ter   ( r o u t e r _s ubn e t _1) ,   a n a   w o r ks t a t i o n   ( wr ks t _s ubn e t _1) .   T h e   s w i t c h   c o nn e c t s   t h e   s u bn e t   to   t h e   b r o a de r   n e two r k   t h r o ugh   t h e   r o u t e r ,   whi l e   t h e   w o r ks t a t i o n   c o nn e c t s   to  t h e   r o u t e r   vi a   a   w i r e l e s s   n e t wo r k .           F i gur e   1 .   Ge n e r a l   m o de li ng  s c h e m e           F i gur e   2 .   T h e   f i r s t   s ubn e t   o f   t h e   Z i g b e e   ne t wor or ga ni z e i n   a   s t a r - s h a pe to p o l o g y       2. 2   T h e   s e c on d   s u b n e t   of   t h e   z igb e e   n e t wor k   wit h   a   t r e e - sh ap e d   t op ol ogy   T h e   s e c o n s u bn e t   ( s ubn e t _2) ,   s h o wn   i n   F i gur e   3 ,   f e a t ur e s   a   Z i g b e e   n e t wo r wi t h   a   t r e e   to p o l o gy ,   i nc l ud i ng  a   c o o r di n a t or   ( Z C _s ubne t _2) ,   r o u t e r s   ( Z R _1,   2_s ubn e t _2) ,   a n e n d e vi c e s   ( Z E D_1    6_s ubn e t _2) .   T h e   c oo r di n a t o r   c o n n e c t s   to   2   e n c e vi c e s   a n r o u t e r s ,   wi t h   e a c h   r o u t e r   l i nk i ng  to   2   a ddi t i o n a l   e n d   d e vi c e s .   T h e   s u bn e t   a l s o   i n c l ude s   a   s w i t c h   ( s w i t c h _ s u bn e t _2) ,   a   r o u t e r   ( r o u t e r _s ub ne t _2) ,   a n a   w or ks t a t i o ( wr ks t _s ub n e t _2) .   T h e   s w i t c h   c o nn e c t s   t h e   s ubn e t   to  t h e   m a i n   ne t wor t h r o ugh   t h e   r o u t e r ,   a n t h e   w o r ks t a t i o n   c o nn e c t s   to  t h e   R o u t e r   wi r e l e s s ly .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   235 - 246   238       F i gur e   3 T h e   s e c o n s ubn e t   o f   t h e   Z i g b e e   n e t wo r k   w i t h   a   t r e e - s h a pe to p o l o g y       2. 3   T h e   t h ir d   s u b n e t   of   t h e   Z igb e e   n e t wor k   wit h   m e s h   t op ol ogy   T h e   t hi r s ubne t   ( s ubn e t _3) ,   s h o wn   i n   F i gur e   4,   f e a t ur e s   a   Z i g b e e   n e t wo r k   wi t h   a   m e s h   to p o l o g y ,   i nc l ud i ng  a   c oor di n a t o r   ( Z C _s ubn e t _3) ,   r o u t e r s   ( Z R _1    Z R _3_s ubne t _3) ,   a n e n de vi c e s   ( Z E D_1    Z E D_7_s u bn e t _3) .   T h e   c oo r di n a t o r   c o n ne c t s   to   2   e n de vi c e s   a n i n t e r c o n n e c t e r o u t e r s ,   e a c h   l i n k i n t e n de vi c e s .   T h e   m e s h   to p o l o g y   a ll o ws   e n de vi c e s   to  c o n n e c t   to   t h e   n e a r e s t   r o u t e r   i f   a   n o de   f a i l s .   T h e   s ubne t   a l s o   i nc l ud e s   a   s w i t c h   ( s w i t c h _s u bn e t _3) ,   a   r o u t e r   ( r o u t e r _s ubn e t _3) ,   a n a   w o r ks t a t i o ( wr ks t _s ub n e t _3) .   I c o n n e c t s   to   t h e   m a i n   ne t wo r k   t h r o ugh   t h e   s w i t c h   a n r o u t e r ,   wi t h   t h e   wor ks t a t i o c o n n e c t i n w i r e l e s s ly   t t h e   r o u t e r .           F i gur e   4 T h e   t hi r s u bn e t   o f   t h e   Z i g be e   n e t wo r w i t h   a   m e s h   to p o l o g y       2. 4   Anal ys is   of   c oo r d in at or   f ai l u r e s   in   var iou s   Z igb e e   n e t wo r k   t op ol ogies   T h e   s t udy   a i m s   t a n a l y z e   t h e   r e s i li e n c e   o f   Z i g b e e   n e t wor ks   to  c oo r di n a t or   f a il ur e s   a c r o s s   d i f f e r e n t   to p o l o g i e s s t a r ,   t r e e ,   a n m e s h .   E x pe r i m e n t s   we r e   c o n duc t e to  e v a l ua t e   t hi s   r e s i li e n c e   by   s im u l a t i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T he   impac o c oor dinat or   f ail ur e s   on  the   pe r f or m anc e   of  Z igbee   ne tw o r k s     ( Daule N aube tov )   239   c oo r di n a t or   f a i l ur e s   i n   t h r e e   s c e n a r i o s .   I n   e a c h   s c e n a r i o ,   d i f f e r e n t   to p o l o g i e s   we r e   t e s t e d   un de r   de vi c e   l o a c o n d i t i o n s ,   w i t h   s e qu e n t i a l   d i s c o nne c t i o n s   o f   t wo  o u o f   t h r e e   c oo r di n a t or s .   F i gur e   i ll us t r a t e s   Z i g b e e   n e t wo r ks   wi t h   t h r e e   di f f e r e n t   to p o l o g i e s s t a r ,   tr e e ,   a n m e s h .   I de m o ns t r a t e s   h o w   t h e   s t a r   to p o l o g y   m a na ge s   a d d i t i o n a l   l o a a f t e r   c oo r di n a t o r   f a il ur e s   i n   t r e e   a n m e s h   n e t wo r ks ,   m a r ke w i t h   a   bl a c c r o s s .   F i gur e   5( a )   s h o ws   t h e   s t a r   to p o l o g y ,   wh e r e   t h e   c oo r di n a t o r   di r e c t l m a n a ge s   i t s   de vi c e s   a n t a ke s   o v e r   de vi c e s   f r om   n e t wo r ks   wi t h   f a il e c oo r d i n a t o r s   i n   t h e   t r e e   a n m e s to p o l o g i e s .   F i gur e   5( b )   de p i c t s   a   tr e e   to p o l o gy   ne t w o r k ,   wh e r e   de vi c e s   f i r s t   a tt e m pt   to   r e c o n n e c t   t h r o ugh  a v a il a bl e   p a r e n t   n o de s   a f t e r   a   c o or di na to r   f a il ur e .   I f   u ns uc c e s s f u l ,   t h e y   c o nne c t   to   t h e   c oor di na to r   o f   t h e   s t a r   to p o l o g y .   F i gur e   5( c )   i ll u s t r a t e s   t h e   m e s h   t o p o l o gy ,   whe r e   de vi c e s   r e d i s t r i b ut e   c o n ne c t i o n s   a mo n t h e   r e m a i n i ng  n o de s   i n   t h e   n e t wo r k   a f t e r   a   c oo r di n a t o r   f a il ur e .   I n   t h e   e ve n t   o f   a   c o m p l e t e   f a il ur e ,   t h e y   c o nn e c t   to  t h e   c oor di na to r   o f   t h e   s t a r   to p o l o g y .             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   5.   S c e n a r i o   o f   c o nn e c t i n Z i g b e e   n e t wo r k   d e vi c e s   to   a   s t a r   to p o l o g y ( a )   Z i g b e e   s t a r   to p o l o g y ,     ( b )   Z i g b e e   t r e e   top o l o g y   a f t e r   c oo r di n a t or   f a il ur e ,   a n d   ( c )   Z i g b e e   m e s h   to p o l o g y   a f t e r   c oor di n a t o r   f a il ur e       F i gur e   i ll u s t r a t e s   Z i g b e e   ne t wor ks   wi t h   t h r e e   d i f f e r e n t   to p o l o gi e s s t a r ,   t r e e ,   a n m e s h .   I s h o ws   h o t h e   t r e e   to p o l o g y   a c c o m m o da t e s   a dd i t i o na l   l o a by   a c c e pt i n de vi c e s   f r o m   n e t wo r ks   wi t h   f a il e c oo r di n a t or s   i n   t h e   s t a r   a n m e s h   t o p o l o g i e s ,   m a r ke w i t h   a   bl a c c r o s s .   F i gur e   6( a )   s h o ws   a   s t a r   to p o l o g y   n e t wo r k ,   wh e r e   de vi c e s   r e c o nn e c t   to  t h e   tr e e   to p ol o g y   n e t wo r k   i n   c a s e   o f   a   c oor di na to r   f a il ur e .   F i g ur e   6( b )   de p i c t s   a   t r e e   to p o l o g y   n e t wo r k ,   wh e r e ,   i n   a dd i t i o n   t o   de vi c e s   f r o m   t hi s   ne t wor k,   de vi c e s   f r o m   s t a r   a n m e s n e t wo r ks   a l s o   c o n n e c t .   F i gur e   6( c )   i ll us t r a t e s   t h e   m e s h   to p o l o g y ,   w h e r e   de vi c e s   a tt e m pt   to   r e di s t r i but e   t h e i r   c o n n e c t i o ns   w i t hi t h e   n e t wor a f t e r   a   c oo r di n a t or   f a il ur e .   I n   t h e   c a s e   o f   a   c o m p l e t e   f a il ur e ,   t h e y   r e c o nn e c t   to   t h e   c oor di na to r   o f   t h e   t r e e   to p o l o gy   n e t wo r k .             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   6.   S c e n a r i o   o f   c o nn e c t i n Z i g b e e   n e t wo r k   d e vi c e s   to   a   tr e e   to p o l o g y :   ( a )   Z i g b e e   s t a r   to p o l o g y   a f t e r   c oo r di n a t or   f a il ur e ,   ( b )   Z i g b e e   t r e e   to p o l o g y ,   a n d   ( c )   Z i g b e e   m e s h   t o p o l o gy   a f t e r   c oo r di n a t o r   f a il ur e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   235 - 246   240   F i gur e   i ll u s t r a t e s   Z i g b e e   n e t wor ks   wi t h   t h r e e   d i f f e r e n t   to p o l o g i e s s t a r ,   tr e e ,   a n m e s h .   T h e   f i gur e   s h o ws   h o a l l   de vi c e s   r e c o n n e c t   to   t h e   m e s h   n e t wo r k   a f t e r   t h e   f a il ur e   o f   c oo r di na t or s   i n   t h e   s t a r   a n t r e e   n e t wo r ks ,   m a r ke w i t h   a   bl a c c r o s s .   F i gur e   7( a )   s h o ws   a   s t a r   to p o l o g y   n e t wo r k ,   wh e r e   de vi c e s   r e c o n n e c t   to  t h e   m e s h   n e t wor a f t e r   t h e   c oor di n a t o r   f a il ur e .   F i gur e   7( b )   de pi c t s   a   tr e e   to p o l o g y   ne t wor k,   wh e r e   de vi c e s   r e c o n n e c t   to  t h e   m e s h   n e t wo r i n   t h e   c a s e   o f   a   c oo r di n a t or   f a i l ur e .   F i gur e   7( c )   i ll u s t r a t e s   t h e   m e s h   to p o l o g y wh e r e   de vi c e s   r e d i s t r i b ut e   t h e i r   c o n n e c t i o ns   w i t hin   t h e   n e t wor k   a f t e r   a   c oo r di n a t o r   f a i l ur e   a n c o n ne c to  t h e   r e m a i n i ng  m e s h   n e t wo r n o de s .             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   7 S c e n a r i o   o f   c o nn e c t i n Z i g b e e   n e t wo r k   d e vi c e s   to   a   m e s h   to p o l o g y ( a )   Z i g b e e   s t a r   to p o l o gy   a f t e r   c oo r di n a t or   f a il ur e ,   ( b )   Z i g b e e   t r e e   to p o l o g y   a f t e r   c oo r di n a t or   f a il ur e ,   a n d   ( c )   Z i g b e e   m e s h   to p o l o g y       3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON   Z i g be e   i s   a   c o m m u ni c a t i o n   pr oto c o l   f o r   l o w - p o we r   de vi c e s ,   wi de ly   u s e i n   w i r e l e s s   m o ni t o r i n a n d   c o n t r o l   s y s t e m s   [ 39] .   I u t i li z e s   t h e   I E E E   802. 15 . 4   s t a n da r a t   t h e   M A C   l e v e l   f o r   b a s i c   m e s s a ge   pr oc e s s i ng,   c o n ge s t i o n   c o n t r o l ,   a n n e t wo r k   m a n a ge m e n t   [ 40] .   T hi s   i n c l ude s   C S M A   f o r   c h a nn e l   c h e c k i ng  a n d   m e c h a ni s m s   f o r   r e t r i e s   a n a c k n o w l e dg m e n t s   to   e ns ur e   r e l i a bl e   c o m m u ni c a t i o n .   T h e   Z i g b e e   n e t wo r k   l a y e r   b u il ds   o n   t h e s e   b a s i c s   f o r   e n d - to - e n c o m m u ni c a t i o n   [ 41 ] .   T h e   e f f e c t i v e ne s s   o f   Z i g b e e   t e c h n o l o g y   a n I E E E   802. 15. c a n   b e   a s s e s s e t h r o ugh   v a r i o us   pa r a m e t e r s   [ 42] .   T h e   ke y   pa r a m e t e r s   c o n s i de r e i n   t hi s   s t ud y   a r e     Da t a   tr a f f i c   r e c e i ve   t h e   tot a l   v o l u m e   o f   tr a f f i c   s uc c e s s f u ll y   r e c e i ve by   t he   M AC   l a y e r   f r o m   t h e   phy s i c a l   l a y e r ,   m e a s ur e i n   bi t s   pe r   s e c o n d,   i nc l ud in r e t r a n s m i s s i o ns .       Da t a   t r a f f i c   s e n   t h e   t r a f f i c   t r a n s mi t t e by   a l l   802. 15. de vi c e s   i n   t h e   ne t wor k,   m e a s ur e i n   bi t s   pe r   s e c o n d,   i n c l ud i ng  p hy s i c a l   l a y e r   pa c ke t   h e a de r s   a n M A C   a ddr e s s e s .   T hi s   s t a t i s t i c   c o ve r s   a ll   t r a f f i c   s e n t   t h r o ugh   t h e   M AC   l a y e r   us i ng  C S M A - C A ,   e xc l ud in m a n a ge m e n t ,   c o n t r o l   t r a f f i c ,   a n a c k n o w l e dg men t s .       T h r o ugh put     t h e   tot a l   n u m be r   o f   bi t s   p e r   s e c o nd  t r a n s m i t t e f r o m   t h e   802. 15. M A C   t o   hi g h e r   l a y e r s   a c r o s s   a l l   n o de s   i n   t h e   W P A n e t wo r k .       P a c ke t   d r o ppe ( r e j e c t e da t a   pa c ke t s   d r o ppe b y   t h e   l a y e r   due   to   l a c o f   n e t wor c o n n e c t i vi t y .       E n d - to - e n d e l a y     t h e   tot a l   de l a y   be t we e n   t h e   c r e a t i o n   a n r e c e i pt   o f   a   pa c ke a t h e   a pp l i c a t i o n   l e ve l .       Nu m b e r   o f   h o ps     t h e   a v e r a ge   n u m be r   o f   h o ps   t h a a pp l i c a t i o n   t r a f f i c   t r a v e r s e s   w i t hi n   t h e   P A ne t wor k.   T o b t a i n   t h e   r e s e a r c h   r e s u l t s ,   s i m u l a t i o n s   we r e   c o n duc t e us i n t h e   f o l l o w i ng  s c e n a r i o s     s c e n a r i o _ f a il _ Z C _1_2    a   s c e na r i o   wh e r e   c oo r di na to r s   a r e   di s a bl e i n   Z i g b e e   n e t wo r ks   wi t h   s t a r   a n d   t r e e   to p o l o gi e s .   All   e n de vi c e s   i n   t h e s e   n e t wo r k s   c o n n e c t   to  t h e   m e s h   t o p o l o g y   n e t wo r k.       s c e n a r i o _ f a il _ Z C _1_3    a   s c e na r i o   wh e r e   c oo r di na to r s   a r e   di s a bl e i n   Z i g b e e   n e t wo r ks   wi t h   s t a r   a n d   m e s h   to p o l o g i e s .   All   e n de vi c e s   i n   t h e s e   n e t wor ks   c o n n e c t   to   t h e   t r e e   to p o l o g y   n e t wo r k.       s c e n a r i o _ f a il _ Z C _2_3    a   s c e n a r i o   wh e r e   c oo r di na to r s   a r e   di s a bl e i n   Z i g b e e   n e t wo r ks   wi t h   t r e e   a n m e s h   to p o l o g i e s .     T o b t a i n   s im u l a t i o n   r e s u l t s   a n r un   s c e n a r i o s   i n   r e a l   t i m e ,   t h e   OPNE T   M o de l e r   e nvi r o nm e n t   wa s   us e d.   E a c h   s c e n a r i o   wa s   s im u l a t e f o r   h o u r .   Ne xt,   we   wi l l   r e vi e t h e   r e s u l t s   o f   t h e s e   s im u l a t i o n s .     3 .1   Dat a   t r af f ic  s e n d   an d   d a t t r af f ic  r e c e ived   F i gur e   pr o vi de s   a   c o m pa r a t i v e   a na l y s i s   o f   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h r e e   Z i g be e   n e t wo r k   to p o l o g i e s :   t r e e ,   s t a r ,   a n m e s h ,   i n   s c e n a r i o s   i nv o l vi ng  c oo r di n a t o r   f a i l ur e s .   F i gur e   8( a )   i l l u s t r a t e s   t h e   t r a n s m i t t e t r a f f ic   f o r   a l l   t h r e e   t o p o l o gi e s .   T h e   t r e e   top o l o g y   ( s c e n a r io _f a il _Z C _1_3)   a c hi e v e s   t h e   hi g h e s t   a v e r a ge   t r a f f i c   s pe e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T he   impac o c oor dinat or   f ail ur e s   on  the   pe r f or m anc e   of  Z igbee   ne tw o r k s     ( Daule N aube tov )   241   o f   71, 202. 25  bi t s   pe r   s e c o n d,   de m o n s t r a t i n s up e r i o r   pe r f o r m a n c e   ( r e pr e s e n t e by   t h e   r e l i ne ) .   T h e   s t a r   to p o l o g y   ( s c e n a r i o _ f a il _ Z C _2_3)   s h o ws   t h e   l o we s t r a f f i c   s p e e a t   52 , 714. 6   bi t s   pe r   s e c o n ( de p i c t e by   t h e   bl ue   li ne ) ,   whil e   t h e   m e s h   t o p o l o g y   ( s c e n a r i o _ f a i l _ Z C _1_2)   f a ll s   i b e t we e n ,   w i t h   a n   a v e r a ge   s pe e o f   55, 082. 25  bi t s   pe r   s e c o n ( s h o wn   by   t h e   gr e e n   li n e ) .   F i gur e   8( b )   pr e s e n t s   t h e   s uc c e s s f u l   r e c e pt i o o f   t ot a l   t r a f f i c .   He r e ,   t h e   tr e e   to p o l o gy   a g a i n   l e a ds   w i t h   a a v e r a ge   s pe e o f   1, 478, 549. bi t s   pe r   s e c o n ( r e p r e s e n t e by   t h e   r e l i ne ) .   T h e   s t a r   to p o l o g y   f o l l o ws   w i t h   1, 272, 503. 75  bi t s   pe r   s e c o n ( de p i c t e by   t he   gr e e n   li n e ) ,   a n d   t h e   m e s h   to p o l o g y   r e c o r ds   t h e   l o we s t   a v e r a ge   s pe e o f   1, 168, 280. 4   bi t s   pe r   s e c o n ( s h o wn   by   t h e   bl ue   l i ne ) .   T h e s e   r e s u l t s   i n d i c a t e   t h a t h e   t r e e   to p o l o g y   i s   t h e   m o s t   e f f i c i e n t   f o r   b ot h   t r a n s m i t t i n a n r e c e i v i n t r a f f i c ,   whil e   t h e   s t a r   a n m e s h   to p o l o g i e s   pe r f o r m   c o m pa r a t i v e ly   l e s s   e f f i c i e n t l y .           ( a )   ( b )     F i gur e   8.   Da t a   tr a f f i c   s e n t   ( a )   da t a   t r a f f i c   r e c e i ve a n d   ( b )   f o r   s c e n a r i o s   s c e n a r i o _ f a il _ Z C _1_3,   s c e n a r i o _ f a il _ Z C _2_3,   a n s c e n a r i o _ f a il _ Z C _1_2       3. 2   T h r ou gh p u t   an d   p ac k e t   d r op p e d   F i gur e   pr o vi de s   a   c o m pa r a t i v e   a na l y s i s   o f   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h r e e   Z i g be e   n e t wo r k   to p o l o g i e s :   t r e e ,   s t a r ,   a n m e s h   i t e r m s   o f   t h r o ugh put   a n pa c ke t   l o s s .   T h r o ugh put   i s   a   ke y   i nd i c a to r   o f   t h e   da ta  t r a n s f e r   r a t e ,   whi l e   pa c ke t   l o s s   r e f l e c t s   t h e   r e l i a bil i t y   o f   t h e   n e t wo r k   i n   t e r m s   o f   s uc c e s s f u l   da t a   r e c e pt i o n   [ 43]   F i gur e   9( a )   s h o ws   t h a t h e   t r e e   top o l o g y   ( r e pr e s e n t e by   t h e   r e l i ne )   a c hi e ve s   t h e   hi g h e s t   t h r o ugh put,   wi t h   61, 061  bi t s   pe r   s e c o n d,   i n d i c a t i n s upe r i o r   da t a   tr a n s f e r   r a t e s   c o m pa r e to  t h e   m e s h   to p o l o g y   ( de p i c t e b y   t he   bl ue   l i ne ) ,   whi c h   h a s   45, 882. 5   bi t s   pe r   s e c o n d,   a n t h e   s t a r   to p o l o g y   ( s h o wn   by   t h e   gr e e n   l i ne ) ,   wi t h   44, 959. 5   bi t s   pe r   s e c o n d.   F i gur e   9( b )   i l l u s t r a t e s   pa c ke l o s s   f o r   e a c h   to p o l o g y ,   whi c h   r e pr e s e n t s   t h e   n u m b e r   o f   da t a   pa c ke t s   t h a t   f a il e to   b e   a c kn o w l e dge by   t h e   r e c e i vi ng  n o de .   T h e   t r e e   to p o l o g y   ( i n   r e d)   e x pe r i e n c e s   t h e   hi g h e s t   pa c ke l o s s   a t   286. pa c ke t s ,   f o l l o w e by   t h e   m e s h   t o p o l o g y   ( i n   bl ue )   w i t h   250. pa c ke t s ,   whil e   t h e   s t a r   to p o l o g y   ( i n   gr e e n )   s h o ws   t h e   l o we s t   pa c ke l o s s   a 179   pa c ke t s .   T h i s   i n d i c a t e s   t h a whi l e   t h e   t r e e   to p o l o g y   pr o vi de s   t h e   b e s t   t h r o ugh put ,   i t   i s   l e s s   r e l i a bl e   i n   t e r m s   o f   da t a   t r a n s m i s s i o n ,   a s   i t   s uf f e r s   f r o m   hi g h e r   pa c ke t   l o s s   c o m pa r e to   t h e   ot h e r   to p o l o g i e s .           ( a )   ( b )     F i gur e   9.   T h r o ugh put   ( a )   pa c ke t   d r o ppe a n ( b )   f o r   s c e n a r i o s   s c e n a r i o _ f a il _Z C _1_3,   s c e n a r i o _ f a il _ Z C _2_3,   a n s c e n a r i o _ f a il _Z C _1_2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   235 - 246   242   3. 3 .     E n d - to - e n d   d e l ay   E n d - to - e n de l a y   i n   a   Z i g be e   n e t wo r k   i s   t h e   t i m e   f r o m   s e n d i ng  da t a   to   i t s   r e c e i pt   a t h e   de s t i n a t i o [ 44] F i gur e   10  s h o ws   t h a t h e   s t a r   to p o l o g y   ( i n   gr e e n )   h a s   t h e   l o we s t   a v e r a ge   de l a y   a t   0. 024  s ,   f o l lo we by   t h e   m e s h   to p o l o g y   ( i n   bl ue )   a t   0 . 026  s ,   a n t h e   t r e e   to p o l o g y   ( i n   r e d)   wi t h   t h e   hi g h e s t   de l a y   o f   0. 035  s .   T h e   s t a r   top o l o g y   e x c e l s   i n   b o t h   t h r o ugh put  a n m i n im a l   d e l a y ,   m a k i n i t   i de a l   f o r   hi g h - s pe e a n l o w - de l a r e qu i r e m e n t s ,   whi l e   t h e   t r e e   top o l o g y   h a s   t h e   hi g he s t   pa c ke l o s s   a n de l a y ,   m a k i ng  i t   l e s s   s u i t a bl e .           F i gur e   10.   E n d - to - e n de l a y   f o r   s c e n a r i o s   s c e na r i o _ f a il _Z C _1_3,   s c e na r i o _ f a il _Z C _2_3,   a n s c e n a r i o _ f a il _ Z C _1_2       3. 4   Num b e r   of   Hop s   T h e   n u m be r   o f   h o ps   i n   a   Z i g b e e   ne t wor r e f e r s   to   t h e   i n t e r m e d i a t e   n o de s   a   da t a   pa c ke t   pa s s e s   t h r o ugh   to   r e a c h   i t s   de s t i n a t i o n   [ 45] .   T hi s   v a r i e s   w i t h   ne t wor to p o l o g y ,   r o u t i n g,   a n n o de   d i s t a n c e   [ 46] .   I n   a   s t a r   to p o l o g y   ( r e pr e s e n t e by   t he   gr e e n   li ne ) ,   da t a   t y p i c a ll y   t r a v e l s   t h r o ugh   h o p,   b ut   F i gur e   11  s h o ws   i t   i s   2   due   to  a n   a dd i t i o na l   r o u t e r .   T h e   t r e e   to p o l o g y   ( de pi c t e by   t h e   r e d   l i ne )   h a s   a   m a xim u m   o f   h o ps ,   r e f l e c t i n g   t h e   n e t wor k s   de pt h   i n   t h e   s im u l a t i o n .   I n   a   m e s h   to p o l o g y   ( i ll us t r a t e d   by   t h e   bl ue   li ne ) ,   da t a   c a n   pa s s   t h r o ugh   m u l t i p l e   n o de s ,   i ni t i a l ly   s h o w i n m o r e   t h a n   h o ps   b e f o r e   s t a bi li z i ng  a t   a n   a v e r a ge   o f   2. h o ps .           F i gur e   11.   Num b e r   o f   Ho ps   f o r   s c e n a r i o s   s c e n a r i o _ f a il _Z C _1_3,   s c e na r i o _ f a il _Z C _2_3,   a n s c e n a r i o _ f a il _ Z C _1_2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T he   impac o c oor dinat or   f ail ur e s   on  the   pe r f or m anc e   of  Z igbee   ne tw o r k s     ( Daule N aube tov )   243   I f   da t a   pa s s e s   t h r o ugh   m u l t i p l e   h o ps ,   i t   c a n   i nc r e a s e   e n d - to - e n de l a y   a n t h e   li ke li h o o o f   da t a   l o s s .   F e we r   h o ps   a r e   ge ne r a l ly   pr e f e r a bl e ,   a s   t hi s   i nd i c a t e s   l o we r   de l a y   a n r e duc e e n e r g y   c o n s u m pt i o n ,   whi c h   is   im po r t a n t   f o r   Z i g b e e   n e t wo r ks .   H o we v e r ,   c o m p l e n e t wor ks   m a y   r e qu i r e   m u l t i p l e   h o ps .       4.   CONC L USI ON   T hi s   pa pe r   pr e s e n t s   a n   a n a ly s i s   o f   c o or di n a t o r   f a i l ur e s   i Z i g be e   n e t wo r ks   wi t h   v a r i o us   t o p o l o g i e s   us i n t h e   OPNE T   M o de l e r   s o f t wa r e .   T h e   e v o l ut i o n   o f   Z i g b e e   t e c hn o l o g y   o f f e r s   n u m e r o us   a dv a n t a ge s   b ut  a l s o   pr e s e n t s   c h a ll e n ge s   i n   de s i g ni ng  f a u l t - to l e r a n t   s y s t e m s .   T o   a dd r e s s   t h e s e   i s s ue s ,   s im u l a t i o n s   we r e   c o n duc t e to  m o de l   c o or di na to r   f a i l ur e s   i n   s t a r ,   t r e e ,   a n m e s h   t o p o l o gi e s   s e que n t i a ll y .   T h e   a na l y s i s   r e v e a l e d   t h a t   t h e   tr e e   to p o l o g y   e xhi b i t s   t h e   hi g h e s t   t r a f f i c   t h r o ugh pu t   a n c a pa c i t y   b ut   a l s o   e x pe r i e n c e s   t h e   gr e a t e s pa c ke t   l o s s   a n h a s   t h e   hi g h e s t   e n d - to - e n de l a y .   T h e   s t a r   to p o l o g y   s h o ws   f a v o r a bl e   pe r f o r m a n c e   i n   t e r m s   o f   t r a f f i c   s pe e a n m i n im a l   e n d - to - e n de l a y ,   m a k in i t   t h e   pr e f e r r e c h o i c e   f o r   s c e n a r i o s   r e qu i r i ng  hi g h   da t a   t r a n s f e r   r a t e s   a n m i n im a l   l a t e nc y .   Ho we v e r ,   i t   h a s   l o we r   t h r o ugh put  a n a ve r a ge   s pe e c o m pa r e to   t h e   t r e e   to p o l o g y .   T h e   m e s h   t o p o l o g y ,   whil e   h a vi ng  t h e   l o we s t   a v e r a ge   t r a f f i c   s pe e a n t h r o ugh put   a m o n t h e   to p o l o g i e s   s t ud i e d,   de m o ns t r a t e s   s upe r i o r   r e l i a bil i t y   w i t h   f e we r   pa c ke t   l o s s e s   c o m pa r e t t h e   tr e e   topo l o g y .     T h e s e   f i nd i ng s   hi g hli g h t   t h e   uni que   c h a r a c t e r i s t i c s   a n t r a de - o f f s   o f   d i f f e r e n t   Z i g b e e   n e t wo r k   to p o l o g i e s   a n t h e i r   r e l e v a n c e   f o r   v a r i o us   a ppl i c a t i o n s .   T h e   r e s u l t s   c o nf i r m   t h a t h e   s t a r   to p o l o g y   i s   m o r e   s u i t a bl e   f o r   a pp l i c a t i o n s   pr i o r i t i z i n l o l a t e nc a n hi g h - s pe e da t a   t r a n s f e r ,   whil e   t h e   tr e e   to p o l o g y   i s   pr e f e r a bl e   f o r   s c e n a r i o s   r e qu i r i ng  hi g h   t h r o ugh pu de s p i t e   de l a y s   a n pa c ke t   l o s s e s .   T h e   m e s h   t o p o l o g y   i s   i de a l   f o r   a pp l i c a t i o n s   de m a n d i ng  hi g h   r e l i a bil i t y   a n s c a l a bil i t y .     F ut ur e   r e s e a r c h   c o u l f o c us   o n   e x p l o r i n a dva n c e m e c ha ni s m s   to   m i t i ga t e   c oo r di na t or   f a il ur e s   a n d   im pr o v e   n e t wo r k   pe r f o r m a n c e   a c r o s s   to p o l o g i e s .   T hi s   s t ud y   un de r s c o r e s   t h e   i m po r t a n c e   o f   de s i g ni n Z i g b e e   n e t wo r ks   t h a a ddr e s s   f a il ur e s   a n da t a   l o s s e s ,   c on t r i b ut i n t t h e   de v e l o p m e n t   o f   r e l i a bl e   a n e f f ic i e n t   I o T   s y s t e m s   i n   t h e   c o n t e x t   o f   m o de r n   t e c hn o l o g i c a l   a d v a n c e m e n t s .       F UN DI NG  I N F ORM AT I ON   A ut h o r s   s t a t e   n f u n d i ng  i nv o l v e d.       AU T HO CONT RI B UT I ONS   S T AT E M E NT     Nam e   of   Aut h or   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Da u l e t   Na ub e t o v                               M uba r a Ya kub o v a                               B a h o di r   Ya ku b o v                               Nur z hi g i t   S m a il o v                                 C     C o n c e pt ua li z a ti o n   M     M e th o d o l o g y   So     So f twa r e   Va     Va li da ti o n   Fo     Fo r ma a na l y s is   I     I nve s ti ga ti o n   R     R e s o u r c e s   D   :   D a ta  C ur a ti o n   O   :   W r it in -   O r ig in a D r a f t   E   :   W r it in -   R e v i e w  &   E di ti ng   Vi     Vi s ua li z a ti o n   Su     Su pe r v is io n   P     P r o j e c a dmi ni s tr a ti o n   Fu     Fu ndi ng a c qui s it i o n         CONF L I CT   OF   I NT E RE S T   S T AT E M E NT   A ut h o r s   s t a t e   n c o nf li c t   o f   i n t e r e s t .       DA T AV AI L AB I L I T Y   Da t a   a v a i l a bil i t y   i s   n o a ppl i c a bl e   to   t hi s   pa pe r   a s   n o   n e da t a   we r e   c r e a t e or   a n a l y z e i n   t hi s   s t udy .       RE F E R E NC E S   [ 1]   Y G h o ul   a nd  O N a i f a r I oT   ba s e a ppl i c a ti o ns   f o r   h e a lt h c a r e   a nd  h o me   a ut o ma ti o n,”   M ul ti m e di T ool s   and  A ppl ic at io ns   vo l.  83, n o . 10, pp. 29945 29967, S e p. 2024, d o i:  10.1007/s 110 42 - 023 - 16774 - z.   [ 2]   X W a ng,  Z ig be e   w ir e le s s   c omm uni c a ti o t e c hn o l o g y   a nd  i ts   a ppl ic a ti o n,”   in   A C M   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   P r oc e e di ng  Se r ie s S e p. 2022, pp. 149 153, d o i:  10.1145/3558819.3 561832.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i Vo l .   3 9 ,   N o .   1 ,   Ju ly   20 25 :   235 - 246   244   [ 3]   B W a ng  a nd  F .   Y a n,   A ppl ic a ti o of   in te r ne of   th in gs   r e a l - ti me   m o ni t o r in t e c hn o l o g y   in   c o m muni t y   s e c u r it y   p r e v e nt i o a nd   c o nt r o l,   M obi le  I nf or m at io n Sy s te m s , v o l.  2022, pp. 1 10, J un.  2022, do i:  10.1155/2022/ 8194442.   [ 4]   G S o ng,  F D in g,   W Z ha ng,  a nd  A S o ng,   A   w ir e l e s s   po w e r   o ut l e s y s t e f or   s ma r h o m e s ,”   I E E E   T r ans ac ti ons   on  C ons u m e r   E le c tr oni c s , v o l.  54, n o . 4, pp. 1688 1691, N ov . 2008, d o i:  10. 1109/ T C E .2008.4711221.   [ 5]   I . M . N a y y e f  a nd A .  A li   H us s ie n, “ I nt e ll ig e nt  p o w e r  m o ni t o r in g a nd c o nt r ol  w it h w ir e l e s s  s e ns or  n e tw o r k t e c hni qu e s ,”   I ndone s ia J our nal   o f   E le c t r ic al   E ngi ne e r in g   and  C om put e r   S c ie n c e   ( I J E E C S) vo l.   18,  no 2,  p.  1112,  M a y   2020,  do i:   10.11591/i je e c s .v 18.i 2.pp1112 - 1122.   [ 6]   I H o lg ui a nd  S M E r r a p o tu S ma r h o m e   I oT   c o mm uni c a ti o pr o t oc o ls   a nd  a dv a nc e s   in   th e i r   s e c u r it y   a nd  in te r o pe r a bi li t y,”   in   2023  7t C y be r   Se c ur it y   in   N e tw or k in C on f e r e nc e C SN e 2023 O c t.   2023,  pp.  208 211,   do i:   10.1109/C S N e t5 9123.2023.10339739.   [ 7]   G P a r is e G Z is s is a nd  L M a r ti r a no S ma r li ght in s y s te ms c o nt r o ls a nd  c omm uni c a ti o p r o t oc o ls in tr o duc in ope n   c o mm uni c a ti o p r o t o c o ls ,”   I E E E   I ndus tr y   A ppl ic at io ns   M agaz in e vol 31,  n o .   2,  pp.  68 79,   M a r 2024,   do i 10.1109/M I A S .2024.3482882.   [ 8]   X M e ng,  P L u,  a nd  B L i,   H uma n   E C G   da ta   de te c ti o n   s y s t e ba s e o n   Z ig B e e ,”   in   P r oc e e di ngs   -   2017  C hi ne s e   A ut om at io C ongr e s s , C A C  2 017 , O c t.  2017, vo l.  2017 - J a nua r y , pp. 7265 7270, do i:  10.1109/C A C .2017.8244090.   [ 9]   M G ui s s i,   M H E Y o us f A la o ui L B e la r bi a nd  A C ha ik I oT   f or   pr e di c ti ve   ma in te na n c e   of   c r it i c a me di c a e qu ip me n in   ho s pi ta s tr uc tu r e ,”   I nf or m at y k a,  A ut om at y k a,  P om ia r y   w   G o s podar c e   O c hr oni e   Sr odow is k a v o l.   14,  n o 2,  pp.  71 76,  J un.   2024, do i:  10.35784/i a pg o s .6057.   [ 10]   Q H a n,  P L iu H Z ha ng,  a nd  Z C a i,   A   w ir e le s s   s e ns o r   ne two r f or   mo ni t o r in e n v i r o nm e nt a qua li t y   in   th e   ma nuf a c tu r in in dus tr y ,”   I E E E   A c c e s s , v o l.  7, pp. 78108 78119, 2019, d oi 10 .1109/AC C E S S .2019.2920838.   [ 11]   S M a r x ul y A A bd y ka d y r ov K C he z hi mba y e v a a nd  N S ma il ov S tu d y   of   th e   o z o n e   c o nt r o pr oc e s s   us in e le c tr o ni c   s e ns or s ,”   I nf or m at y k a,  A ut om at y k a,  P om ia r y   w   G os podar c e   O c hr o ni e   Sr odow is k a vo l.   14,   n o 4,  pp.  38 45,  D e c 2024,  do i:   10.35784/i a pgo s .6051.   [ 12]   K M in d o M M T hi ga a nd  S M K a r um e A   s c a la bl e   Z ig B e e   W P A N   f or   w a te r   f l o w   t e l e m e tr y ,”   in   2017  I S T - A f r ic W e e k   C onf e r e nc e , I ST - A f r ic a 2017 , M a y  2017, pp. 1 12, d o i:   10.239 19/ I S T A F R I C A .2017.8102385.   [ 13]   D a o   X ua U oc R e s e a r c hi ng,  bui ld in th e   r o ut in g   a lg or it hm   i Z ig b e e   n e tw o r ks ,”   J our nal   of   M il it ar y   Sc ie nc e   and  T e c hnol o gy no . C S C E 5, pp. 32 41, D e c . 2021, d oi 10.54939/1859 - 1043.j. ms t. C S C E 5.2021.32 - 41.   [ 14]   S M is r a S G o s w a mi C T a ne ja a nd  A M ukhe r je e D e s ig a nd  im pl e me nt a ti o a na l y s is   of   a   publ ic   ke y   in f r a s tr uc t ur e   e na bl e s e c u r it y   f r a m e w o r f or   Z ig B e e   s e ns o r   n e tw o r ks ,”   I n te r nat io nal   J our nal   o f   C om m uni c at io Sy s te m s v o l.   29,  n o 13,     pp. 1992 2014, S e p.  2016, d o i:  10.1002/da c .2893.   [ 15]   Q W a ng,  D W a ng,  a nd  X Q i,   A e ne r g y - e f f i c i e nt   r o ut in p r o t oc o f or   Z ig B e e   n e tw o r ks ,”   I O P   C onf e r e nc e   Se r ie s :   E ar th   and  E nv ir onm e nt al  Sc ie nc e , v o l.  295, n o . 5, p. 052040, J ul . 2019, d o i:  10.1088/1755 - 1315/295/ 5/ 052040.   [ 16]   M . A . S a a r e , S . A L a s ha r i,  A K ha li l,  M . A . A l - S ha r e e da , a nd  S . M a ni c ka m, “ R e v i e w   of  r o u ti ng pr o t oc o f or  l o w  p o w e r  a nd l o s s y   ne tw o r in   th e   in t e r n e of   th in gs ,”   I ndone s ia J our nal   o f   E le c t r ic al   E ngi ne e r in and  C om put e r   S c ie nc e   ( I J E E C S) vo l.   32,  n o 2,  pp. 865 876, Nov . 2023, d o i:  10.11591/i j e e c s .v 32.i 2.pp865 - 87 6.   [ 17]   M D im o u,   K P .   T s o uka t o s T .   K o s s y v a ki s ,   C L i o li o s ,   C C ha ik a li s a nd  V V la c h o s T o p o l o g y   e xpe r im e nt a ti o in   a   Z i gbe e   w ir e l e s s   s e ns o r   n e tw o r k,”   in   A C M   I nt e r nat io nal   C o nf e r e nc e   P r oc e e di ng  Se r ie s ,   N o v 2016,  pp.  1 6,  do i:   10.1145/3003733.30 03772.   [ 18]   P S z y o w s ki   a nd  K Z a r ę ba R e mo t e   s ot a   a lg o r it h f or   Nb - Io T   w ir e l e s s   s e ns o r s     im pl e m e nt a ti o a nd  r e s u l ts ,”     I nf or m at y k a,   A ut om at y k a,  P om ia r y   w   G os podar c e   O c hr o ni e   Sr odow is k a vo l.   1 3,  n o 3,  pp.  117 120,  S e p.  2023,  do i:   10.35784/i a pgo s .3679.   [ 19]   D. - G A k e s to r id is   a nd  P T a gu e H i ve G ua r d:   a   ne tw o r s e c u r it y   m o n it o r in a r c hi t e c tu r e   f o r   Z ig b e e   n e twor ks ,”   in   2021  I E E E   C onf e r e nc e  on C om m uni c at io n s  and N e tw or k  Se c u r it y  ( C N S) O c t.  2021,  pp. 209 217, d o i:  10.1109/C N S 53000.2021.970504 3.   [ 20]   W K oo dt a la ng  a nd  T S a ngs uw a n,  A gr ic ul tu r a mo ni t or in g   s y s t e w it Z ig b e e   n e tw o r a nd  P L C   ba s e o M o dbus   R T U   p r o t oc o l,   in   2020  I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  P ow e r E ne r gy   and  I nnov at io ns   ( I C P E I ) O c t.   2020,  pp.  201 204,  do i:   10.1109/I C P E I 49860.2020.9431470.   [ 21]   A A ll a ka n y A .   S a be r S .   M M o s ta f a M A ls a ba a n,  M I I b r a he m,  a nd  H .   E lwa hs h,  E nha n c in S e c ur it y   in   Z ig B e e   w i r e l e s s   s e ns o r   n e tw o r ks a   n e w   a ppr o a c a nd  mut ua a ut h e nt i c a ti o s c he m e   f o r   D 2D   c o mm uni c a ti o n,”   Se ns or s vo l.   23,  n o 12,  p.  5 703,  J un. 2023, do i:  10.3390/s 23125703.   [ 22]   E I E s s a M A .   A s ke r a nd  F T S e d e e q,  I nve s ti ga ti o a nd  pe r f o r ma n c e   o pt im i z a ti o n   of   m e s n e tw o r ki ng   in   Z ig b e e ,”   P e r io di c al s  of  E ngi ne e r in g and N at ur al  S c ie nc e s , v ol . 8, n o . 2,  pp. 790 801, 2020, do i:  10.21533/p e n. v 8i 2.1253.g563.   [ 23]   J J . D G i f t y   a nd  K S uma th i,   Z ig B e e   w ir e l e s s   s e ns o r   ne tw o r k   s im ul a ti o w it v a r i o us   t o p o l o gi e s ,”   in   2016  O nl in e   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e  on Gr e e n E ngi ne e r in g and T e c hnol ogi e s  ( I C - G E T ) ,  N ov . 2016, pp. 1 6, d o i:  10.1109/ G E T .2016.7916714.   [ 24]   K N a r a y a na   S w a m y   a nd  B P D i v a ka r S ur v e y   a nd  t e c hni c a e v a lu a ti o ns   of   v a r i o us   t o p o l o gi e s   of   mul ti l e ve in ve r t e r s ,”   A I P   C onf e r e nc e  P r oc e e di ngs , v o l.  2461, 2022, d oi 10.1063/5.0092 623.   [ 25]   V M it r a na M P ă un,  a nd  J A S .   M a r n,  N e tw or ks   of   s pl i c in pr o c e s s or s   w it h   v a r i o us   t o p o l o g ie s ,”   L e c tu r e   N ot e s   in   C om put e r   Sc ie nc e   ( in c lu di ng  s ub s e r ie s   L e c tu r e   N ot e s   in   A r ti f i c ia I nt e ll ig e nc e   and  L e c tu r e   N ot e s   in   B io in f or m at ic s ) v o l.   14675  L N C S ,     pp . 430 440, 2024, do i:  10.1007/978 - 3 - 031 - 61137 - 7_40.   [ 26]   D S D a w o ud  a nd  P D a w o ud,  Z ig B e e   p r o   a nd  Z ig B e e   s e c u r it y ,”   M ic r oc ont r ol le r   and  Sm ar H om e   N e tw or k s 2 022.  ht tp s :/ /i e e e x pl o r e .i e e e . o r g /d o c um e nt /9 227676  ( a c c e s s e d J un. 13, 2024) .   [ 27]   M P a w a s ka r S A ne e s h,  D S ha r ma P S a w a l e R S ha r ma a nd  A S ha r ma I oT   e na bl e d   s ma r d us tb in   us in Z ig be e   n e tw or k,”   in   2021  7t I E E E   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  A dv anc e s   in   C om put in g,  C om m uni c at io and  C ont r ol I C A C 2021 ,   D e c 2021,  pp. 1 4, do i:  10.1109/ I C A C 3536 42.2021.9697275.   [ 28]   Y R H a md y   a nd  A I A lg ha nna m,  E v a lu a ti o of   Z ig B e e   t opo l o g y   e f f e c o th r o ughpu a nd  e nd  t o   e nd  de la y   du e   t o   di f f e r e nt   tr a ns mi s s io ba nds   f or   I oT   a ppl i c a ti o ns ,”   J our nal   of   C om m un ic at io ns   Sof tw ar e   and  Sy s te m s vo l.   16,  n o .   3,  pp.  2 54 259,   S e p.  2020, do i:  10.24138/J C O M S S .V 16I 3.975.   [ 29]   K w a ng  I H w a ng,  D e s ig ni ng  r o bus Z ig B e e   n e tw o r ks   w it e nha nc e s e l f - c o n f ig u r a ti o n,”   in   2009  D ig e s of   T e c hni c al   P ape r s   I nt e r nat io nal  C onf e r e nc e  on C ons um e r  E le c tr oni c s , J a n. 2009,  pp. 1 2, do i:  10.11 09/ I C C E .2009.5012234.   [ 30]   T N im a nd  P S a mundi s w a r y C o mpa r a ti ve   p e r f or ma nc e   e v a lu a ti o o p r i o r i t y   ba s e Z ig B e e   n e tw o r w it tr e e   a nd  me s r o ut in g,”   in   P r oc e e di ngs   o f   th e   4t h   I nt e r nat io nal   C on f e r e nc e   o E le c tr ic al   E ne r g y   Sy s te m s ,   I C E E 2018 F e b.  2018 pp.  691 695,  do i:  10.1109/ I C E E S .2018.8443184.   [ 31]   P D y m or a M M a z ur e k,  a nd  K S ma la r a M o d e li ng  a nd  f a ul t   to l e r a n c e   a na l y s is   of   z ig be e   pr o t oc o in   I oT   n e tw o r ks ,”   E ne r gi e s vo l.  14, n o . 24, p. 8264, D e c . 2021, d o i:  10.3390/ e n14248264.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.