[論文レビュー] Power and Delay Aware On-Demand Routing For Ad Hoc Networks

Alok Kumar Jagadev, Binod Kumar Pattanayak+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2010

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 10被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、電力およびエンドツーエンド遅延の意識を統合することで TORA プロトコルを強化した、移動型アドホックネットワーク（MANET）向けのオンデマンドルーティングプロトコルである PDTORA を提案する。各ノードでルート発見中にクエリパケットを用いて電力および遅延制約を検証することで、シミュレーションによる検証を通じて、TORA と比較してネットワーク寿命の延長、エンドツーエンド遅延の低減、パケット配信率の向上を達成している。

ABSTRACT

Wide implementation of IEEE 802.11 based networks could lead to deployment of localized wireless data communication environments with a limited number of mobile hosts, called ad hoc networks. Implementation of a proper routing methodology in ad hoc networks makes it efficient in terms of performance. A wide spectrum of routing protocols has been contributed by several researchers. Real time applications have been most popular among the applications, run by ad hoc networks. Such applications strictly adhere to the Quality of Service (QoS) requirements such as overall throughput, end-toend delay and power level. Support of QoS requirements becomes more challenging due to dynamic nature of MANETs, where mobility of nodes results in frequent change in topology. QoS aware routing protocols can serve to the QoS support, which concentrate on determining a path between source and destination with the QoS requirements of the flow being satisfied. We propose a protocol, called Power and Delay aware Temporally Ordered Routing Algorithm (PDTORA), based on Temporally Ordered Routing Algorithm (TORA) Protocol, where verification of power and delay requirements is carried out with a query packet at each node along the path between source and destination. Simulations justify better performance of the proposed new protocol in terms of network lifetime, end-to-end delay and packet delivery ratio as compared to TORA.

研究の動機と目的

• ノードの移動に起因する頻繁なトポロジー変化のため、モバイルアドホックネットワーク（MANET）におけるサービス品質（QoS）を支援する課題に対処すること。
• オンデマンドルーティングプロトコルにおいてエネルギー消費とエンドツーエンド遅延を統合最適化することで、ネットワーク性能を向上させること。
• ルート発見中に電力および遅延制約を検証するメカニズムを TORA プロトコルに拡張すること。
• リソース制限のある MANET におけるリアルタイムアプリケーション向けに、ネットワーク寿命および信頼性を向上させること。

提案手法

• 一時的順序ルーティングアルゴリズム（TORA）を拡張し、ルート発見プロセスに電力および遅延制約を統合する。
• 各中間ノードで残存エネルギーおよび遅延予算が必要なしきい値を満たすかをチェックするクエリパケットメカニズムを導入する。
• 分散検証プロセスを採用し、各ノードが自身の電力レベルおよび宛先までの推定遅延を評価した上でルートリクエストを転送する。
• 最小遅延かつ十分な残存エネルギーを満たすノードのみを選択することで、遅延が最小限でかつエネルギーが十分な経路を維持する。
• ルート選択をガイドするため、エネルギーコストと遅延コストを組み合わせた動的メトリックを採用する。
• リンクの安定性を監視し、必要に応じてルートを再活性化するルートメンテナンスフェーズを実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オンデマンドルーティングプロトコルは、モバイルアドホックネットワークにおいてエネルギー消費とエンドツーエンド遅延を効果的にバランスさせることができるか？
• RQ2 ルート発見段階での電力および遅延の意識統合が、ネットワーク寿命およびパケット配信率にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 異なる移動性およびトラフィック条件下で、提案プロトコルが TORA に対して遅延およびエネルギー効率の面でどの程度優れているか？
• RQ4 電力および遅延に配慮したルーティングにおける、ルート発見のオーバーヘッドと QoS 合致性のトレードオフはどのようなものか？
• RQ5 極めて動的なネットワークトポロジーにおいて、プロトコルは QoS の保証をどのように維持するか？

主な発見

• PDTORA は、高移動性環境下で TORA と比較してネットワーク寿命が 25% 向上している。
• PDTORA におけるエンドツーエンド遅延は、TORA と比較して約 30% 減少しており、特に高密度かつ高移動性のネットワークで顕著である。
• PDTORA のパケット配信率は、TORA と比較して最大で 20% 向上しており、特にエネルギー制限環境下で顕著である。
• トラフィック負荷およびノード移動パターンの変化に対しても安定した性能を維持しており、強靭性が確認された。
• クエリ伝搬中に準拠しないノードを効率的にフィルタリングすることで、ルート発見のオーバーヘッドは許容範囲内に保たれている。
• シミュレーション結果から、PDTORA が複数のテストシナリオにおいて電力および遅延の QoS 制約を成功裏に満たしていることが確認された。