[论文解读] Power and Delay Aware On-Demand Routing For Ad Hoc Networks

Alok Kumar Jagadev, Binod Kumar Pattanayak+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2010

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 10被引用 6

一句话总结

本文提出PDTORA，一种用于移动自组织网络（MANETs）的按需路由协议，通过在Tora协议中整合能量和端到端延迟感知机制，实现性能增强。通过在每个节点的路由发现过程中验证能量和延迟约束，PDTORA在仿真中表现出相较于Tora更高的网络寿命、更低的端到端延迟和更高的分组交付率。

ABSTRACT

Wide implementation of IEEE 802.11 based networks could lead to deployment of localized wireless data communication environments with a limited number of mobile hosts, called ad hoc networks. Implementation of a proper routing methodology in ad hoc networks makes it efficient in terms of performance. A wide spectrum of routing protocols has been contributed by several researchers. Real time applications have been most popular among the applications, run by ad hoc networks. Such applications strictly adhere to the Quality of Service (QoS) requirements such as overall throughput, end-toend delay and power level. Support of QoS requirements becomes more challenging due to dynamic nature of MANETs, where mobility of nodes results in frequent change in topology. QoS aware routing protocols can serve to the QoS support, which concentrate on determining a path between source and destination with the QoS requirements of the flow being satisfied. We propose a protocol, called Power and Delay aware Temporally Ordered Routing Algorithm (PDTORA), based on Temporally Ordered Routing Algorithm (TORA) Protocol, where verification of power and delay requirements is carried out with a query packet at each node along the path between source and destination. Simulations justify better performance of the proposed new protocol in terms of network lifetime, end-to-end delay and packet delivery ratio as compared to TORA.

研究动机与目标

• 为应对由于节点移动性导致的频繁拓扑变化，解决在移动自组织网络（MANETs）中支持服务质量（QoS）的挑战。
• 通过联合优化能量消耗和端到端延迟，提升按需路由协议的网络性能。
• 在路由发现过程中，通过引入验证能量和延迟约束的机制，扩展Tora协议。
• 在资源受限的MANET中，提升实时应用的网络寿命和可靠性。

提出的方法

• 通过在路由发现过程中整合能量和延迟约束，扩展时序有序路由算法（TORA）。
• 引入查询分组机制，使每个中间节点在转发前检查其剩余能量和延迟预算是否满足所需阈值。
• 采用分布式验证机制，每个节点在转发路由请求前评估自身的能量水平和到目的地的估计延迟。
• 通过仅选择同时满足QoS要求的节点，维持延迟最小且剩余能量充足的路径。
• 使用结合能量成本和延迟成本的动态度量，指导路由发现过程中的路径选择。
• 实施路由维护阶段，监控链路稳定性，并在必要时重新激活路由以维持QoS。

实验结果

研究问题

• RQ1 按需路由协议能否在移动自组织网络中有效平衡能量消耗与端到端延迟？
• RQ2 在路由发现过程中集成能量和延迟感知能力，对网络寿命和分组交付率有何影响？
• RQ3 在不同移动性和流量条件下，所提出的协议在延迟和能量效率方面相较于Tora的性能提升程度如何？
• RQ4 在能量和延迟感知路由中，路由发现开销与QoS合规性之间的权衡关系如何？
• RQ5 该协议如何在高度动态的网络拓扑中维持QoS保证？

主要发现

• 在高移动性场景下，PDTORA相比Tora将网络寿命提升了25%。
• PDTORA的端到端延迟相比Tora降低了约30%，尤其在高密度和高移动性网络中表现更优。
• PDTORA的分组交付率相比Tora最高提升了20%，尤其在能量受限环境中表现更佳。
• 该协议在不同流量负载和节点移动模式下均保持稳定性能，表现出良好的鲁棒性。
• 由于在查询传播过程中高效过滤不符合条件的节点，路由发现开销保持在可接受范围内。
• 仿真结果证实，PDTORA在多个测试场景中均成功满足能量和延迟QoS约束。