[論文レビュー] A Hop-by-Hop Congestion-Aware Routing Protocol for Heterogeneous Mobile Ad-hoc Networks

B. Narasimhan, S. Santhosh Baboo|ArXiv.org|Jul 30, 2009

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 3被引用数 37

ひとこと要約

本稿では、データレート、キューイング遅延、リンク品質、MACオーバーヘッドを組み合わせた複合指標を用いて最適ルートを選択する、異種モバイルアドホックネットワーク（MANET）向けのホップバイホップの混雑感知ルーティングプロトコルを提案する。シミュレーション結果により、低データレートのボトルネックリンクを回避し、ネットワークの混雑状態に動的に適応することで、スループットとパケット配信率の顕著な向上が得られ、遅延とパケット損失が低減することが示された。

ABSTRACT

In Heterogeneous mobile ad hoc networks (MANETs) congestion occurs with limited resources. Due to the shared wireless channel and dynamic topology, packet transmissions suffer from interference and fading. In heterogeneous ad hoc networks, throughput via a given route is depending on the minimum data rate of all its links. In a route of links with various data rates, if a high data rate node forwards more traffic to a low data rate node, there is a chance of congestion, which leads to long queuing delays in such routes. Since hop count is used as a routing metric in traditional routing, it do not adapt well to mobile nodes. A congestion-aware routing metric for MANETs should incorporate transmission capability, reliability, and congestion around a link. In this paper, we propose to develop a hop-by-hop congestion aware routing protocol which employs a combined weight value as a routing metric, based on the data rate, queuing delay, link quality and MAC overhead. Among the discovered routes, the route with minimum cost index is selected, which is based on the node weight of all the in-network nodes. Simulation results prove that our proposed routing protocol attains high throughput and packet delivery ratio, by reducing the packet drop and delay.

研究の動機と目的

• 変動するリンクデータレートと動的トポロジが原因で生じる異種モバイルアドホックネットワークにおける混雑を解消すること。
• リンク容量や混雑状態を無視する伝統的なホップカウントベースのルーティング指標の限界を克服すること。
• キューイング遅延やリンク信頼性などのリアルタイムのネットワーク状態に基づいて、動的にルートを選択するルーティングプロトコルを設計すること。
• マルチホップ経路における低データレートリンクが引き起こすボトルネックを最小限に抑えることで、エンドツーエンドの性能を向上させること。
• 混雑感知の動的指標を用いることで、ネットワークスループットとパケット配信率を向上させること。

提案手法

• プロトコルは、データレート、キューイング遅延、リンク品質、MACレイヤーオーバーヘッドを組み合わせたノード重み指標を導入し、リンクコストを評価する。
• 各ノードは、複合指標に基づいて隣接ノードのコストインデックスを計算し、ローカルかつホップバイホップの意思決定を可能にする。
• 経路選択では、経路に沿ったノード重みの合計値（合計コストインデックス）が最小となる経路が選択される。
• プロトコルは、リアルタイムのリンク状態フィードバックに基づいて最新のルーティング情報を維持する分散的でプロアクティブなアプローチを採用する。
• 複合指標は、キューイング遅延が高くまたは信頼性が低いリンクをペナルティ化することで、混雑に応じて動的に調整される。
• ホップカウントが短いとしても、低データレートリンクによるボトルネックを回避するため、それらを経由するルーティングを避ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 変動するリンクデータレートを有する異種MANETにおいて、ルーティングプロトコルはどのようにして混雑を効果的に緩和できるか？
• RQ2 データレート、遅延、リンク品質を組み合わせた複合指標は、ホップカウント単独に比べて、ルーティング性能をどの程度向上させるか？
• RQ3 ホップバイホップで分散型のルーティングアプローチは、動的かつマルチレートのアドホックネットワークにおいてエンドツーエンド遅延とパケット損失を低減できるか？
• RQ4 さまざまなネットワーク負荷下で、提案された指標は、従来のルーティング指標と比較してスループットと配信率においてどの程度優れているか？
• RQ5 高移動性で異種な環境下において、MACレイヤーオーバーヘッドとリンク品質は、ルート選択にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 提案されたプロトコルは、混合データレートリンクを有するネットワークにおいて、従来のホップカウントベースのプロトコルよりも高いスループットを達成した。
• 混雑の低減とより良いルート選択のおかげで、パケット配信率が顕著に向上した。
• キューイング遅延を引き起こす低データレートのボトルネックリンクを回避することで、エンドツーエンド遅延が低減した。
• 混雑または信頼性の低いリンクを動的に回避することで、パケット損失が効果的に最小限に抑えられた。
• 異種環境で異なるリンク容量を有する状況下では、複合指標がホップカウントを上回る性能を示した。
• シミュレーション結果により、複合指標に基づくコストインデックスが、より信頼性が高く効率的なルート発見および維持に寄与することが確認された。