[논문 리뷰] A Hop-by-Hop Congestion-Aware Routing Protocol for Heterogeneous Mobile Ad-hoc Networks

B. Narasimhan, S. Santhosh Baboo|ArXiv.org|2009. 07. 30.

Mobile Ad Hoc Networks참고 문헌 3인용 수 37

한 줄 요약

이 논문은 데이터 전송률, 대기 지연, 링크 품질, MAC 오버헤드를 조합한 복합 지표를 사용하여 최적의 경로를 선택하는 토막별 혼잡도 인지 라우팅 프rotocol를 제안한다. 이는 이질적인 모바일 애드혹 네트워크(MANET)를 대상으로 하며, 시뮬레이션 결과, 낮은 전송률을 가지는 병목 링크를 피하고 네트워크 혼잡도에 동적으로 적응함으로써 Throughput과 패킷 전달 비율을 크게 향상시키고, 지연과 패킷 손실을 감소시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 변동하는 링크 전송률과 동적인 네트워크 구조로 인해 발생하는 이질적 모바일 애드혹 네트워크(MANET) 내 혼잡 문제를 해결하기 위해.
• 전통적인 토막 수 기반 라우팅 지표가 링크 용량과 혼잡도를 忽시하는 한계를 극복하기 위해.
• 대기 지연과 링크 신뢰성과 같은 실시간 네트워크 조건에 기반해 경로를 적응적으로 선택하는 라우팅 프rotocol를 설계하기 위해.
• 다중 토막 경로에서 낮은 전송률 링크로 인한 병목 현상을 최소화함으로써 엔드 투 엔드 성능을 향상시키기 위해.
• 혼잡도 인지 지표를 동적으로 적용하여 네트워크 Throughput과 패킷 전달 비율을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 프로토콜는 데이터 전송률, 대기 지연, 링크 품질, MAC 계층 오버헤드를 조합한 노드 가중치 지표를 도입하여 링크 비용을 평가한다.
• 각 노드는 복합 지표를 기반으로 이웃 노드에 대한 비용 지수를 계산하여 국소적, 토막별 의사결정을 가능하게 한다.
• 경로를 따라 노드 가중치의 합으로 계산된 총 비용 지수가 최소가 되는 경로가 데이터 전송을 위해 선택된다.
• 실시간 링크 상태 피드백에 기반해 최신 라우팅 정보를 유지하기 위해 분산형 프로액티브 방식을 사용한다.
• 복합 지표는 높은 대기 지연이나 낮은 신뢰성으로 인해 혼잡이 발생하는 링크를 처벌함으로써 혼잡에 동적으로 대응한다.
• 노드 수가 적더라도 낮은 전송률 링크를 피하여 병목 현상을 방지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이질적 MANET에서 변동 전송률을 가지는 링크를 고려할 때, 라우팅 프로토콜는 어떻게 혼잡을 효과적으로 완화할 수 있는가?
• RQ2 데이터 전송률, 지연, 링크 품질를 포함한 복합 지표는 토막 수만을 고려한 경우에 비해 라우팅 성능을 얼마나 향상시키는가?
• RQ3 토막별 분산 라우팅 접근 방식은 다이나믹하고 다중 전송률을 가지는 애드혹 네트워크에서 엔드 투 엔드 지연과 패킷 손실을 줄일 수 있는가?
• RQ4 다양한 네트워크 부하 조건 하에서 제안된 지표는 전통적인 라우팅 지표에 비해 Throughput과 전달 비율 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 고속 이동성과 이질적인 환경에서 MAC 계층 오버헤드와 링크 품질은 경로 선택에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 프로토콜는 특히 혼합 전송률 링크를 가진 네트워크에서 기존의 토막 수 기반 프로토콜보다 더 높은 Throughput을 달성한다.
• 혼잡 감소와 더 나은 경로 선택 덕분에 패킷 전달 비율이 크게 향상되었다.
• 낮은 전송률 병목 링크를 피함으로써 대기 지연을 유발하는 링크를 제거함으로써 엔드 투 엔드 지연이 감소했다.
• 혼잡하거나 신뢰성이 떨어지는 링크를 동적으로 피하므로 패킷 손실이 효과적으로 최소화되었다.
• 이질적 환경에서 링크 용량이 다양할 경우 복합 지표는 토막 수보다 우수한 라우팅 지표로 입증되었다.
• 시뮬레이션 결과, 복합 지표의 조합에 기반한 비용 지수는 더 신뢰성 있고 효율적인 경로 탐색 및 유지에 기여함을 확인했다.