[论文解读] A Hop-by-Hop Congestion-Aware Routing Protocol for Heterogeneous Mobile Ad-hoc Networks

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

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 3被引用 37

一句话总结

本文提出了一种用于异构移动自组织网络（MANETs）的逐跳拥塞感知路由协议，该协议使用结合数据速率、排队延迟、链路质量及MAC层开销的综合度量标准，以选择最优路径。仿真结果表明，通过避免低数据速率瓶颈链路并动态适应网络拥塞，该协议在吞吐量和分组交付比方面均有显著提升，同时减少了延迟和分组丢失。

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.

研究动机与目标

• 解决由于链路数据速率可变和拓扑动态变化导致的异构移动自组织网络中的拥塞问题。
• 克服传统基于跳数的路由度量标准忽略链路容量和拥塞的局限性。
• 设计一种能够根据实时网络状况（如排队延迟和链路可靠性）自适应选择路径的路由协议。
• 通过最小化多跳路径中低数据速率链路引起的瓶颈，提升端到端性能。
• 通过动态的、拥塞感知的度量标准，提升网络吞吐量和分组交付比。

提出的方法

• 该协议引入一种节点权重度量标准，综合考虑数据速率、排队延迟、链路质量和MAC层开销，以评估链路成本。
• 每个节点基于综合度量标准，为其邻居计算一个成本索引，实现本地化的、逐跳的决策。
• 选择总成本索引最小的路径（即路径上各节点权重之和最小）用于数据传输。
• 该协议采用分布式、主动式方法，基于实时链路状态反馈维护最新的路由信息。
• 综合度量标准通过惩罚高排队延迟或低可靠性的链路，动态适应网络拥塞。
• 即使跳数较少，该协议仍避免通过低数据速率链路，以防止形成瓶颈。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效缓解具有可变链路数据速率的异构MANETs中的拥塞问题？
• RQ2 与仅使用跳数相比，结合数据速率、延迟和链路质量的综合度量标准在多大程度上提升了路由性能？
• RQ3 在动态、多速率的自组织网络中，逐跳的分布式路由方法是否能减少端到端延迟和分组丢失？
• RQ4 在不同网络负载条件下，该提出的度量标准与传统路由度量标准在吞吐量和交付比方面有何比较优势？
• RQ5 在高移动性、异构环境中，MAC层开销和链路质量对路径选择有何影响？

主要发现

• 与传统的基于跳数的协议相比，所提出的协议在混合数据速率链路的网络中实现了更高的吞吐量。
• 由于减少了拥塞并优化了路径选择，分组交付比显著提升。
• 通过避免造成排队延迟的低数据速率瓶颈链路，端到端延迟得以降低。
• 该协议通过动态避开拥塞或不可靠的链路，有效减少了分组丢失。
• 在链路容量多变的异构环境中，综合度量标准优于跳数作为路由度量标准。
• 仿真结果证实，基于综合度量标准的成本索引能带来更可靠、更高效的路径发现与维护。