[論文レビュー] Performance Evaluation of Unicast and Broadcast Mobile Ad hoc Network Routing Protocols

Sumon Kumar Debnath, Foez Ahmed+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、変動するマルチキャストグループサイズおよび移動モデルを想定したモバイルアドホックネットワーク（MANET）におけるユニキャスト（DSR）およびブロードキャスト（BCAST）ルーティングプロトコルの性能を、ns-2シミュレーションを用いて評価している。結果として、BCASTはパケット配信率が高く、遅延が低く、ルーティングオーバーヘッドが少ないという点で、DSRを上回ることが示された。特に、高い移動性を示す多数ノード環境では顕著な優位性を示した。

ABSTRACT

Efficient routing mechanism is a challenging issue for group oriented computing in Mobile Ad Hoc Networks (MANETs). The ability of MANETs to support adequate Quality of Service (QoS) for group communication is limited by the ability of the underlying ad-hoc routing protocols to provide consistent behavior despite the dynamic properties of mobile computing devices. In MANET QoS requirements can be quantified in terms of Packet Delivery Ratio (PDR), Data Latency, Packet Loss Probability, Routing Overhead, Medium Access Control (MAC) Overhead and Data Throughput etc. This paper presents an in depth study of one to many and many to many communications in MANETs and provides a comparative performance evaluation of unicast and broadcast routing protocols. Dynamic Source Routing protocol (DSR) is used as unicast protocol and BCAST is used to represent broadcast protocol. The performance differentials are analyzed using ns2 network simulator varying multicast group size (number of data senders and data receivers). Both protocols are simulated with identical traffic loads and mobility models. Simulation result shows that BCAST performs better than DSR in most cases.

研究の動機と目的

• モバイルアドホックネットワークにおけるユニキャスト（DSR）およびブロードキャスト（BCAST）ルーティングプロトコルの性能を評価・比較すること。
• マルチキャストグループサイズおよび移動パターンの変化に伴うプロトコル動作の変化を分析すること。
• PDR、遅延、パケット損失、ルーティングオーバーヘッド、MACオーバーヘッド、スループットなどのQoSメトリクスを定量化すること。
• 動的MANET環境において一貫したQoSを実現できるプロトコルがDSRかBCASTかを特定すること。
• グループ指向のモバイルネットワーキングアプリケーションにおけるプロトコル選定の実証的根拠を提供すること。

提案手法

• ns-2ネットワークシミュレータを用いて、DSR（ダイナミックソースルーティング）をユニキャストプロトコル、BCASTをブロードキャストプロトコルとしてシミュレーションする。
• 公平な比較を確保するため、同一のトラフィック負荷および移動モデル（例：ランダムウォーク）を用いる。
• 異なるマルチキャストグループサイズを再現するために、データ送信元および受信者の数を変化させる。
• 主要なQoSメトリクスの測定：パケット配信率（PDR）、データ遅延、パケット損失確率、ルーティングオーバーヘッド、MACオーバーヘッド、データスループット。
• 統計的信頼性を確保するため、複数回のシミュレーション実行を通じたパフォーマンス評価。
• すべてのシミュレーションでIEEE 802.11 MACレイヤを通信制御に用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるグループサイズにおいて、DSR（ユニキャスト）とBCAST（ブロードキャスト）のPDR性能はどのように比較されるか？
• RQ2 移動性とグループサイズの増加が、MANETにおけるルーティングおよびMACオーバーヘッドに与える影響は何か？
• RQ3 多数ノードで構成され、移動性の高い環境において、DSRとBCASTのどちらがより低いデータ遅延を達成するか？
• RQ4 動的MANET環境におけるユニキャストとブロードキャストルーティングの間で、パケット損失確率およびスループットはどのように異なるか？
• RQ5 どのような条件下で、BCASTがPDR、遅延、オーバーヘッドなどの総合的QoSメトリクスにおいてDSRを上回るか？

主な発見

• BCASTは、すべてのテストされたグループサイズおよび移動状態において、DSRよりも高い平均パケット配信率（PDR）を達成した。
• BCASTは、特に大きなマルチキャストグループにおいて、DSRに比べて顕著に低いデータ遅延を示した。
• ルーティングオーバーヘッドは、ノード数が増加するにつれて、BCASTの方がDSRよりも一貫して低かった。
• BCASTは、高い移動性下でもスループットの面で優れたスケーラビリティを示し、パケット損失確率も低かった。
• MACレイヤのオーバーヘッドはBCASTで安定していたが、DSRは頻繁なルート発見およびメンテナンスのため、より高いMACオーバーヘッドを示した。
• BCASTの性能優位性は、トポロジが頻繁に変化する大規模で動的ネットワーク環境において最も顕著に現れた。