[논문 리뷰] Simulation Analysis of Routing Protocols using Manhattan Grid Mobility Model in MANET

Youssef Saadi, Said El Kafhali외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 07.

Mobile Ad Hoc Networks참고 문헌 17인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 NS-2 시뮬레이션을 통해 모바일 애드혹 네트워크(MANETs)에서 AODV, DSDV, DSR 라우팅 프로토콜의 성능을 맨하탄 그리드 이동성 모델을 사용하여 평가한다. 결과적으로 AODV와 DSR가 패킷 전달 비율과 Throughput 측면에서 DSDV를 능가하는 것으로 나타났으며, 다양한 네트워크 부하, 이동성 속도, 노드 수에서 DSDV는 더 낮은 엔드 투 엔드 지연을 기록하였다.

ABSTRACT

A Mobile Ad-hoc Network (MANET) is a self-configuring infrastructure less network of mobile devices connected by wireless links. In this network technology, simulative analysis is a significant method to understand the performance of routing protocols. In this paper three protocols AODV, DSDV and DSR were simulated using Manhattan Grid Mobility Model. The reactive (AODV, DSR) and proactive (DSDV) protocols internal mechanism leads to considerable performance difference. The performance differentials are analyzed using NS-2 which is the main network simulator, NAM (Network Animator), AWK (post processing script) and were compared in terms of Packet Delivery Fraction (PDF), Average end-to-end Delay and Throughput, in different environments specified by varying network load, mobility rate and number of nodes. Our results presented in this research work demonstrate the performance analysis of AODV, DSDV and DSR routing protocols. It has been observed that, under Manhattan Grid mobility model, AODV and DSR performs better than DSDV in terms of PDF and Throughput. However in term of Average end-to-end Delay, DSDV appears to be the best one.

연구 동기 및 목표

• 실제 이동성 패턴을 반영한 환경에서 반응형 및 수동형 라우팅 프로토콜의 성능을 평가하기 위해.
• 네트워크 부하, 이동성 속도, 노드 수가 MANET에서 프로토콜 효율성에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 주요 QoS 메트릭을 기반으로 맨하탄 그리드 이동성 모델 하에서 가장 적합한 라우팅 프로토콜을 특정하기 위해.
• 표준화된 네트워크 시뮬레이션 도구를 사용하여 AODV, DSR, DSDV의 비교 기반 시뮬레이션 평가를 제공하기 위해.

제안 방법

• 맨하탄 그리드 이동성 모델 하에서 NS-2 네트워크 시뮬레이터를 사용해 AODV, DSR, DSDV 프로토콜을 시뮬레이션하였다.
• 프로토콜의 확장성과 내구성을 평가하기 위해 다양한 네트워크 부하, 이동성 속도, 노드 수를 설정한 여러 시뮬레이션 시나리오를 구성하였다.
• NS-2를 사용하여 패킷 전달 비율(PDF), 평균 엔드 투 엔드 지연, Throughput 등의 성능 메트릭을 수집하고, AWK 스크립트를 활용해 후처리를 수행하였다.
• 네트워크 애니메이터(NAM) 도구를 사용해 네트워크 동작 및 라우팅 다이내믹스를 시각화하였다.
• 다양한 환경 조건에서 프로토콜 성능를 비교하기 위해 시뮬레이션 출력에 통계 분석을 적용하였다.
• 도시 유사 이동성 패턴과 방향성 이동 및 격자 기반 토폴로지를 반영하기 위해 맨하탄 그리드 이동성 모델을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 네트워크 부하와 이동성 속도에서 AODV, DSDV, DSR의 패킷 전달 비율은 어떻게 평가되는가?
• RQ2 노드 수 증가가 반응형 및 수동형 라우팅 프로토콜의 엔드 투 엔드 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 맨하탄 그리드 이동성 모델은 AODV, DSR, DSDV의 Throughput 및 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 모바일이고 인프라가 없는 환경에서 전달 비율, 지연, Throughput 간 최적의 트레이드오프를 달성하는 프로토콜은 무엇인가?
• RQ5 수동형 접근 방식(DSDV)이 고이동성 또는 고부하 환경에서 반응형 프로토콜(AODV, DSR)을 일관되게 능가하는가?

주요 결과

• 모든 테스트된 네트워크 부하와 이동성 속도에서 AODV와 DSR가 패킷 전달 비율(PDF) 측면에서 DSDV를 능가한다.
• 특히 고이동성 및 노드 수 증가 조건에서 AODV와 DSR가 DSDV보다 더 높은 Throughput를 기록한다.
• DSDV는 세 프로토콜 중 평균 엔드 투 엔드 지연이 가장 낮아 지연 성능가 가장 우수하다.
• 네트워크 부하와 이동성 속도가 증가할수록 반응형과 수동형 프로토콜 간 성능 격차가 커진다.
• 고이동성 조건에서 AODV와 DSR는 안정적인 PDF와 Throughput를 유지하는 반면, DSDV는 전달 효율성이 뚜렷하게 감소한다.
• 맨하탄 그리드 이동성 모델은 도시 유사 이동성 패턴을 효과적으로 반영하여 MANET 프로토콜의 현실적인 성능 평가에 적합하다.