[논문 리뷰] NFCU: A New Friendship-based Routing with Buffer Management in Opportunistic Networks

Yang Qin, Li Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 30.

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks참고 문헌 32인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 메시지 전달을 향상시키기 위해 친구 관계 기반 메트릭에 접촉 기간 인식 기능을 통합하고 복제 유용도 함수를 사용해 메시지 복제본을 지능적으로 관리하는 NFCU라는 새로운 친구 기반 라우팅 프로토콜을 제안한다. NFCU는 전달 비율, 지연 시간, 전체 효율성 측면에서 기존 기법들을 능가한다.

ABSTRACT

Routing in opportunistic networks is a very important and challenging problem because opportunistic network utilizes the contact opportunities of mobile nodes to achieve data communication.Social-based routing uses behavior of human beings which can form a community with the same interests to deliver the message.In this paper,we analyze the drawbacks of the original friendship-based algorithm, which defined social pressure metric to determine nodes'friendship community, but the metric couldn't distinguish the distribution characterization of the connection length which has an important impact on the selection of links with better quality. Further, the existing friendship-based routing doesn't consider the buffer management, which is vital for routing design in opportunistic networks. We propose a New Friendship-based routing with buffer management based on Copy Utility, named NFCU. NFCU algorithm, which not only considers the contact periods in constructing social pressure metric to solve the drawbacks of the original friendship-based routing scheme efficiently, but also considers the buffer management, that can efficiently determine which copy of the message should be deleted timely according to the copy utility function. Our proposed strategy can reduce the network overhead significantly, and increase the message delivery ratio. The extensive simulation results demonstrate that NFCU performs better than the original friendship-based routing. Moreover, we compare NFCU with other four classicalrouting schemes in opportunistic networks in terms of message delivery ratio, average delay, and comprehensive metric- message delivery ratio*(1/average delay). The simulation results show that our scheme NFCU can achieve better performance.

연구 동기 및 목표

• 기존의 친구 기반 라우팅 기법이 연결 길이 분포를 구분하지 못하는 한계를 해결하기 위해.
• 기회 네트워크에서 비효율적인 복제본 관리로 인한 오버헤드를 증가시키는 버퍼 관리의 핵심 문제를 해결하기 위해.
• 개선된 사회적 압력 모델링과 동적 버퍼 제어를 통해 메시지 전달 비율을 높이고 평균 지연 시간을 줄이는 라우팅 기법을 설계하기 위해.
• 전달 비율, 평균 지연 시간, 둘을 종합한 복합 지표를 포함한 주요 지표를 사용해 NFCU의 성능을 고전적 라우팅 기법들과 비교하기 위해.

제안 방법

• 노드 간 우정의 안정성과 품질을 더 잘 반영하기 위해 접촉 기간을 통합한 개선된 사회적 압력 메트릭을 제안한다.
• 각 메시지 복제본의 전달 잠재력과 접촉 이력에 기반해 복제본의 가치를 평가하기 위한 복제 유용도 함수를 도입한다.
• 버퍼 공간이 제한될 경우 저유용도 메시지 복제본을 삭제하는 버퍼 관리 전략을 구현한다.
• 동적 결정보 결정을 위한 통합된 라우팅 프레임워크에 향상된 사회적 압력 메트릭과 복제 유용도 함수를 통합한다.
• 역사적 접촉 데이터를 사용해 향후 접촉 기회를 추정하고 이를 바탕으로 메시지 전달 우선순위를 정한다.
• 실제 이동 패턴을 반영한 환경에서 NFCU를 다섯 가지 라우팅 기법들과 비교 평가하기 위한 시뮬레이션 환경을 설계한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사회적 압력 메트릭에 접촉 기간 정보를 통합함으로써 기회 네트워크에서의 라우팅 성능이 어떻게 향상되는가?
• RQ2 복제 유용도 기반 동적 버퍼 관리 전략이 메시지 전달 비율과 네트워크 오버헤드에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전달 비율, 지연 시간, 복합 성능 지표 측면에서 NFCU는 기존의 친구 기반 및 고전적 라우팅 기법들과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ4 제안된 사회적 압력 메트릭이 원래의 친구 기반 접근 방식보다 접촉 길이 분포 특성을 더 잘 포착할 수 있는가?
• RQ5 버퍼 관리 통합이 중복 메시지 복제본을 상당히 줄이고 네트워크 효율성을 향상시키는가?

주요 결과

• NFCU는 접촉 패턴 특성을 더 잘 포착함으로써 원래의 친구 기반 라우팅 대비 메시지 전달 비율을 크게 향상시킨다.
• 사회적 압력 메트릭에 접촉 기간 인식 기능을 통합함으로써 더 신뢰할 수 있는 링크 선택과 향상된 라우팅 성능이 달성된다.
• 복제 유용도 함수를 통한 버퍼 관리 전략이 저가치 메시지 복제본을 적시에 제거함으로써 네트워크 오버헤드를 감소시킨다.
• NFCU는 전달 비율에 평균 지연 시간의 역수를 곱한 복합 지표에서 네 가지 고전적 라우팅 기법보다 높은 성능을 기록한다.
• 시뮬레이션 결과는 NFCU가 전달 비율, 평균 지연 시간, 전체 효율성의 모든 평가 성능 차원에서 기존 기법들을 능가함을 확인한다.
• 제안된 전략은 메시지 복제와 버퍼 사용을 효과적으로 균형 잡아 기회 네트워크에서의 확장성과 자원 활용도를 향상시킨다.