[論文レビュー] Performance Analysis of Bio-Inspired Routing Protocols based on Random Waypoint Mobility Model

Vaibhav Godbole|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2013

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 24被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、NS2シミュレーションを用いて、ランダムウェイポイント移動モデル下でのバイオインスパイアド・アンチコロニーオプティマイゼーション（ACO）ベースのルーティングプロトコル—AntNet、AntHocNet、ARA、PACONET、Ant-AODV、Ant-DSR—の性能を評価している。ACOベースのプロトコルは、従来のAODVおよびDSRと比較して、エンドツーエンド遅延とパケット配信率の両面で顕著な改善を示しており、動的かつ移動性の高いモバイルアドホックネットワーク（MANET）における有効性を強調している。

ABSTRACT

A mobile ad hoc network (MANET) is a non-centralised, multihop, wireless network that lacks a common infrastructure and hence it needs self-organisation. The biggest challenge in MANETs is to find a path between communicating nodes, which is the MANET routing problem. Biology-inspired techniques such as ant colony optimisation (ACO) which have proven to be very adaptable in other problem domains, have been applied to the MANET routing problem as it forms a good fit to the problem. The general characteristics of these biological systems, which include their capability for self-organisation, self-healing and local decision making, make them suitable for routing in MANETs. In this paper, we discuss a few ACO based protocols, namely AntNet, hybrid ACO (AntHocNet), ACO based routing algorithm (ARA), imProved ant colony optimisation routing algorithm for mobile ad hoc NETworks (PACONET), ACO based on demand distance vector (Ant-AODV) and ACO based dynamic source routing (Ant-DSR), and determine their performance in terms of quality of service (QoS) parameters, such as end-to-end delay and packet delivery ratio, using Network Simulator 2 (NS2). We also compare them with well known protocols, ad hoc on demand distance vector (AODV) and dynamic source routing (DSR), based on the random waypoint mobility model. The simulation results show how this biology-inspired approach helps in improving QoS parameters.

研究の動機と目的

• バイオインスパイアドACOベースのルーティングプロトコルがモバイルアドホックネットワーク（MANET）においてどのように動作するかを分析すること。
• ランダムウェイポイントモデルを用いて、ノードの移動性に起因する条件下でACOプロトコルが品質保証（QoS）をどのように維持するかを評価すること。
• エンドツーエンド遅延およびパケット配信率の観点から、ACOベースのプロトコルをAODVおよびDSRといった従来のプロトコルと比較すること。
• 自己組織的かつインフラストラクチャレスな無線ネットワークにおけるACOプロトコルの適応性および耐障害性を評価すること。

提案手法

• 本研究では、ランダムウェイポイント移動モデル下でのMANETのシミュレーションにNetwork Simulator 2（NS2）を用いている。
• AntNet、AntHocNet、ARA、PACONET、Ant-AODV、Ant-DSRの6つのACOベースのルーティングプロトコルを実装し、評価した。
• 同じシミュレーションパラメータおよび移動シナリオを用いて、標準プロトコルAODVおよびDSRと比較評価した。
• 性能指標には、変動する移動パターン下でのエンドツーエンド遅延、パケット配信率、および総合的なQoSが含まれる。
• ACOメカニズムは、アリの探索行動にインspiredされたフェロモントライルと局所的意思決定を用いて、ルートを発見および維持する。
• プロトコルの安定性および応答性を評価するために、複数の移動シナリオでシミュレーションを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ランダムウェイポイント移動モデル下で、ACOベースのルーティングプロトコルのエンドツーエンド遅延はどのように推移するか？
• RQ2 モバイルアドホックネットワークにおけるACOベースのプロトコルのパケット配信率は、AODVおよびDSRと比較してどの程度か？
• RQ3 ノードの移動に起因する動的トポロジー変化に対して、ACOプロトコルはどの程度適応できるか？
• RQ4 現実的な移動条件下で、バイオインスパイアドルーティングメカニズムは、従来のオンデマンドプロトコルを上回るQoS指標を達成できるか？

主な発見

• 同じ移動条件下で、Ant-AODVやAnt-DSRといったACOベースのプロトコルは、AODVおよびDSRよりも高いパケット配信率を達成した。
• 特に高移動性シナリオにおいて、ACOベースのプロトコルではエンドツーエンド遅延が顕著に低減された。
• PACONETおよびAntHocNetは、ベースラインプロトコルと比較して、より優れたルート安定性と低い制御オーバーヘッドを示した。
• フェロモンベースのルート選択の統合により、頻繁なトポロジー変化への適応性が向上した。
• Ant-DSRは、フェロモンフィードバックを活用した効率的なソースルーティングにより、低〜中程度の移動環境で優れた性能を示した。
• 全体として、ACOベースのプロトコルは、遅延および配信率の両面でAODVおよびDSRを上回り、動的MANETにおける適正性を裏付けた。