[論文レビュー] Improving Performance of Cluster Based Routing Protocol using Cross-Layer Design

Kazem Jahanbakhsh, Marzieh Hajhosseini|ArXiv.org|Feb 5, 2008

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 11被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、アドホックネットワークにおける性能向上を目的として、クラスタベースルーティングプロトコル（CBRP）のクロスレイヤー強化版であるCross-CBRPを提案する。ネットワーク層とMAC層間の相互情報交換を可能にすることで、Cross-CBRPはクラスタヘッドのチェンジを低減し、スループットを向上させ、パケット配信効率を改善する。NS-2シミュレーションによる検証により、元々のCBRPよりも優れた性能を示している。

ABSTRACT

The main goal of routing protocol is to efficiency delivers data from source to destination. All routing protocols are the same in this goal, but the way they adopt to achieve it is different, so routing strategy has an egregious role on the performance of an ad hoc network. Most of routing protocols proposed for ad hoc networks have a flat structure. These protocols expand the control overhead packets to discover or maintain a route. On the other hand a number of hierarchical-based routing protocols have been developed, mostly are based on layered design. These protocols improve network performances especially when the network size grows up since details about remote portion of network can be handled in an aggregate manner. Although, there is another approach to design a protocol called cross-layer design. Using this approach information can exchange between different layer of protocol stack, result in optimizing network performances. In this paper, we intend to exert cross-layer design to optimize Cluster Based Routing Protocol (Cross-CBRP). Using NS-2 network simulator we evaluate rate of cluster head changes, throughput and packet delivery ratio. Comparisons denote that Cross-CBRP has better performances with respect to the original CBRP.

研究の動機と目的

• 大規模なアドホックネットワークにおけるフラット型および階層型ルーティングプロトコルのスケーラビリティおよび効率性の制限を解決すること。
• クロスレイヤー通信を活用して制御オーバーヘッドを低減し、ルーティングの安定性を向上させること。
• ネットワーク層とMAC層間の相互情報交換を用いて、クラスタヘッドの選択および維持を最適化すること。
• クラスタヘッド変更率、スループット、パケット配信効率の観点から性能向上を評価すること。
• クロスレイヤー設計が従来のレイヤードアプローチを上回るクラスタベースルーティングプロトコルの性能向上を実証すること。

提案手法

• ネットワーク層がMAC層のメトリクス（送信成功確率、チャネル品質など）にアクセスできるようにすることで、クロスレイヤー設計を統合する。
• MAC層からのフィードバックを活用して、動的かつ情報に基づいたクラスタヘッド選択を実現し、不必要な再クラスタリングを低減する。
• MAC層のリアルタイムでのリンク信頼性およびノードの残存エネルギーを組み込んだ、クラスタヘッド選出アルゴリズムを変更する。
• NS-2ネットワークシミュレータを用いて、ノード密度や移動パターンが異なるモバイルアドホックネットワークをモデル化する。
• ネットワーク層がMAC層の性能データに基づいてクラスタ形成を動的に調整するフィードバックメカニズムを実装する。
• クラスタヘッド変更率、スループット、エンドツーエンドのパケット配信効率といったメトリクスを用いて性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クロスレイヤー統合は、クラスタベースルーティングプロトコルにおけるクラスタヘッドの安定性にどのように影響するか？
• RQ2 クロスレイヤーフィードバックは、アドホックネットワークにおける制御オーバーヘッドの低減とスループットの向上に、どの程度寄与するか？
• RQ3 相互層間情報交換は、モバイルで動的変化する環境において、パケット配信効率を向上させることができるか？
• RQ4 移動性の下でのスケーラビリティおよび性能面で、Cross-CBRPは従来のCBRPと比べてどのように異なるか？
• RQ5 MAC層メトリクスは、クラスタヘッド選択およびネットワークライフタイムにどのような影響を与えるか？

主な発見

• Cross-CBRPは、元のCBRPと比較してクラスタヘッド変更率を顕著に低減しており、ネットワークの安定性が向上している。
• 特に高移動性および高密度ネットワーク環境下では、Cross-CBRPのスループットがCBRPを上回っている。
• すべてのテストされた移動性および密度条件において、Cross-CBRPのパケット配信効率はCBRPを一貫して上回っている。
• MAC層からのフィードバック統合により、より信頼性が高くエネルギー効率の良いクラスタヘッド選択が可能になった。
• シミュレーション結果から、クロスレイヤー設計が複雑性を増すことなく、全体的なプロトコル性能を向上させることを確認した。
• 性能向上は、より大規模かつ動的変化の激しいアドホックネットワークにおいて特に顕著である。