position based routing algorithms for ad-hoc networks: a taxonomy

Position based routing algorithms for ad-hoc networks: A taxonomy

Silvia Giordano,Ivan StojmenovicLjubica Blazevic

Παρουσίαση: Λεοντιάδης Ηλίας

Εισαγωγή Έχουμε ένα δίκτυο από ασύρματους κόμβους που επικοινωνούν μεταξύ τους χωρίς

κάποια σταθερή υποδομή. Για παράδειγμα δίκτυα από sensors Κόμβοι σε ένα πεδίο μάχης Ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα.

Οι κόμβοι μπορεί να μετακινούνται ή να αποσυνδέονται

Στόχος είναι η δρομολόγηση μηνυμάτων σε αυτούς τους κόμβους.

Το δίκτυο θα πρέπει να είναι αυτορυθμιζόμενο (δηλαδή δεν υπάρχει κάποια γενική γνώση / αρχή)

Οι αλγόριθμοι που θα δούμε χρησιμοποιούν πληροφορία σχετικά με την γεωγραφική θέση των κόμβων.

Unit graph model

Δύο κόμβοι είναι γείτονες αν η απόσταση τους είναι μικρότερη από Radius

Η ακτίνα R είναι η ίδια για όλους τους κόμβους του δικτύου.

Παραλλαγές Εμπόδια Διαφορετικές ακτίνες για κάθε

κόμβο Κατευθυντικά links

Unit graph model

Λόγω της περιορισμένης ακτίνας η μετάδοση ενός μηνύματος απαιτεί πολλά hops.

Η αποστολή δεν είναι απλή γιατί οι κόμβοι μετακινούνται/αλλάζουν με αποτέλεσμα να προκύπτουν απροσδόκητες αλλαγές στην τοπολογία

Ο κόμβος προορισμού είναι γνωστός μόνο από την γεωγραφική του θέση

Η απόσταση μεταξύ των γειτονικών κόμβων μπορεί να υπολογιστεί με βάση την εισερχόμενη ισχύ του σήματος. Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί GPS.

Position-Based RoutingProtocol Taxonomy Ποιοτικά και ποσοτικά κριτήρια για την

αξιολόγηση της απόδοσης δικτύων

Ποιοτικά μέτρα (παραδείγματα) Distributed operation Loop-freedom Demand-based Sleep period operation

Loop-freedom

Το αν ο αλγόριθμος αποτρέπει την λήψη ενός μηνύματος παραπάνω από μία φορά από τον ίδιο κόμβο

Πρέπει να είναι εvγένει loop-free ώστε να μην χρειάζεται να αποθηκεύουμε παλιά μηνύματα (με στόχο να μην τα ξανά-μεταδώσουμε).

Distributed operation

Localized routing Τοπικοί υπολογισμοί επιτυγχάνουν τον επιθυμητό γενικό στόχο. Κάθε κόμβος αποφασίζει σε ποιόν θα προωθήσει το μήνυμα

βασιζόμενος μόνο σε τοπικές πληροφορίες Τον παραλήπτη Την δικιά του θέση Την θέση των γειτόνων

Global routing Κάθε κόμβος γνωρίζει την θέση κάθε άλλου κόμβου του δικτίου.

Πρόβλημα ισοδύναμο με το shortest path.

Zone routing Ανάμεσα στα παραπάνω δύο Το δίκτυο χωρίζεται σε ζώνες.

Εσωτερικά της κάθε ζώνης χρησιμοποιείται το local routing Για δρομολόγηση μεταξύ ζωνών χρησιμοποιείται το shortest path.

Path strategies

Single path Η ποιο σύντομη διαδρομή χρησιμοποιείται Μόνο ένα αντίγραφο του μηνύματος υπάρχει στο δίκτυο κάθε χρονική

στιγμή

Flooding Το δίκτυο (ή μέρος του) πλημμυρίζεται με το μήνυμα με στόχο να φτάσει

κάποτε και στον τελικό αποδέκτη.

Multi-path Αποτελείται από λίγα απλά και αναγνωρίσιμα μονοπάτια.

Συνδυασμοί παραπάνω στρατηγικών Single-path/flooding Single-path/multi-path

Metrics

Hop count Υποθέτει ότι η καθυστέρηση είναι ανάλογη με τον αριθμό των hops που

μεσολαβούν.

Power metric Η ακτίνα επικοινωνίας αυξάνει το κόστος. Άρα ψάχνουμε διαδρομές με

μικρές ακτίνες. Προϋποθέτει ότι οι κόμβοι μπορούν να ρυθμίζουν την ενέργεια

εκπομπής.

Cost metric Στόχος η μεγιστοποίηση των routing λειτουργιών που μπορεί να

επιτελέσει το δίκτυο. Εύρεση path από κόμβους που έχουν αρκετή ενέργεια (ακόμα και αν το

path είναι μεγαλύτερο)

Memorization

Είναι καλύτερο να αποφεύγεται η αποθήκευση του προηγούμενου traffic

Παρόλα αυτά, αυτό δεν αποτελεί πολλά resources γιατί: Αυτό απαιτείται για μικρό χρονικό διάστημα Πλέον η μνήμη είναι άφθονη

Απαιτείται για να βελτιωθεί το Quality of service path (QoS) Αφού βρεθεί το μονοπάτι με το μικρότερο delay, bandwidth, το

απομνημονεύουμε ώστε να ξαναχρησιμοποιηθεί.

Guaranteed message delivery

Delivery rate:Ο λόγος των μηνυμάτων που φτάνουν στον

προορισμό τους προς τα συνολικά που στάλθηκαν

Το καλύτερο μοντέλο είναι αυτό που εγγυάται την παράδοση όλων των μηνυμάτων.

Scalability

Απλό κριτήριοLoop freeLocalizedSingle path

Robustness

Πόσο αξιόπιστος είναι ένα αλγόριθμος όταν η πληροφορία για την θέση του παραλήπτη δεν είναι ακριβής. Το πρόβλημα της ενημέρωσης για την μετακίνηση ενός κόμβου είναι

δύσκολο και δεν υπάρχει γενική λύση. Για μικρά δίκτυα

Μικρά μηνύματα: αποστολή με flooding Μεγάλα μηνύματα: διαδικασία αναζήτησης με το να εκπέμπουμε ένα μικρό

μήνυμα. Για μεγάλα δίκτυα

Πρέπει ο αλγόριθμος να συνεργάζεται με το δίκτυο δυναμικά Πρέπει να υπάρχουν εναλλακτικές στρατηγικές για την εύρεση του κόμβου.

Πρέπει οι αλγόριθμοι να μπορούν να παραδώσουν μηνύματα όταν το μοντέλο διαφέρει από το unit graph Υπάρχουν εμπόδια Υπάρχει θόρυβος Οι ακτίνες εκπομπής δεν είναι ίδιες

Κατηγορίες των υπαρχόντων routing schemes Basic Distance, Progress and Direction Based Methods.

Partial Flooding and Multi-path Based Path Strategies.

Depth First Search Based Routing with Guaranteed Delivery.

Nearly Stateless Routing with Guaranteed Delivery.

Power and Cost Aware Routing

Hierarchical Routing

Basic distance, Progress, and Directional based Methods

Progress

Random progress method

Τα πακέτα προωθούνται σε οποιοδήποτε κόμβο έχει θετική πρόοδο

Έχει ως στόχο να μειώσει τα collisions (αφού τα πακέτα στέλνονται τυχαία) με κόστος το ότι δεν μεγιστοποιεί την πρόοδο.

Loop-free Distributed Path strate Metrics Memory Guar. deliv. Scalability Robustness

Yes localized Single path Hop count No No Yes no

MFR (most forward within radius)

Το πακέτο στέλνεται στον κόμβο που παρουσιάζει την μεγαλύτερη πρόοδο.

Είναι loop-free

Είναι ανταγωνιστικός σε ότι αφορά τον αριθμό των hops

Loop-free Distributed Path strat Metrics Memory Guar. deliv. Scalability Robustness


Greedy scheme

Παραλλαγή της random progress method

Επιλέγει τον γείτονα που είναι πιο κοντά στον προορισμό

Αν δεν υπάρχει τέτοιος κόμβος ψάχνουμε σε όλους τους n-hop κόμβους (flooding) μέχρι να βρεθεί κάποιος κόμβος που είναι ποιο κοντά.

Simulations έχουν δείξει ότι κατά 99% των περιπτώσεων τα paths του greedy και του MFR είναι ίδια



GEDIR

Παραλλαγή του greedy αλγορίθμου

Το μήνυμα εγκαταλείπεται όταν η καλύτερη επιλογή για έναν κόμβο είναι να το γυρίσει πίσω στον κόμβο που του το έστειλε.

Αυξάνει τον ρυθμό παράδοσης με το να επιμηκύνει την αποτυχία.

Βελτιώση Όσο το μήνυμα προωθείται ποίο κοντά στον προορισμό, οι

πληροφορίες του για την θέση του κόμβου προορισμού γίνονται όλο και ποιο ακριβείς.



2hop greedy method

Το μήνυμα στέλνεται στον καλύτερο γείτονα μεταξύ των κόμβων που απέχουν 1hop και 2hop

Η μέθοδος αυτή βρίσκει εφαρμογή σε πολλές από τις μεθόδους που θα παρουσιάσουμε.


Yes 2-localized Single path Hop count No No Yes no

Alternate greedy To ι-οστό αντίγραφο του μηνύματος που λάβαμε προωθείται στον ι-

οστό καλύτερο γείτονα. Αν οι γείτονες είναι λιγότεροι το μήνυμα απορρίπτεται.

Disjoint greedy Στέλνει το μήνυμα στον καλύτερο γείτονα ανάμεσα σε αυτούς που

δεν το έχουν λάβει ως τώρα.

Και οι δύο μειώνουν τα ποσοστά αποτυχίας (σε σχέση με τον greedy) χρησιμοποιώντας μνήμη.


Yes localized Single path Hop count yes No Yes no

DIR-compass method

Υπολογίζουμε την διεύθυνση (direction) του παραλήπτη.

Το μήνυμα προωθείται στον γείτονα που η διεύθυνσή του είναι κοντινότερα στην διεύθυνση του παραλήπτη (μικρότερη γωνία)


no localized Single path Hop count No No Yes no

DIR-compass method

O DIR όπως και οποιοσδήποτε άλλος αλγόριθμος χρησιμοποιεί διευθύνσεις (directions) έχει loops.

E->F->G->H->E

Σύγκριση DIR/GETDIR

Το hop-count του DIR είναι μεγαλύτερο

Τα ποσοστά επιτυχίας είναι παρόμοια

Και οι δύο μέθοδοι έχουν υψηλά ποσοστά επιτυχίας σε πυκνά δίκτυα και μικρά ποσοστά σε αραιά Λιγότερα από τα μισά μηνύματα παραδίδονται αν ο μέσος βαθμός είναι

4.

Όταν έχουμε επιτυχής παράδοση το hop-count για τους greedy και MFR είναι σχεδόν ίσο με αυτό του αλγορίθμου shortest-path.

Partial flooding and Multipath based path strategies

Flooding and partial flooding

Μετάδοση του μηνύματος σε πολλούς γείτονες που η κατεύθυνση τους είναι κοντά στην κατεύθυνση του τελικού κόμβου

Απαιτεί οι κόμβοι να απομνημονεύουν παλιότερα μηνύματα έτσι ώστε να αποφεύγονται επαναμεταδώσεις

Partial flooding Κατευθύνεται προς συγκεκριμένο κομμάτι του δικτύου. Σταματάει μετά από ένα αριθμό hops Χρησιμοποιείται τόσο για την εύρεση μιας διαδρομής όσο και για

την προώθηση μηνυμάτων.

DREAM

Το μήνυμα προωθείται σε όλους τους γείτονες που ανήκουν σε μία περιοχή που οριοθετείται ανάμεσα από τις δύο εφαπτόμενες που ορίζονται από τον κύκλο

με κέντρο τον παραλήπτη και ακτίνα ίση με την μέγιστη δυνατή μετακίνηση του

παραλήπτη.


no localized flooding Hop count yes no no no

LAR (location aided routing)

Η περιοχή ανάμεσα στις δύο εφαπτόμενες καθορίζεται από την αρχική πηγή και οι κόμβοι που δεν ανήκουν σε αυτή την περιοχή απλά δεν προωθούν το μήνυμα.

Ένας κόμβος προωθεί το μήνυμα σε όλους του γείτονες που είναι ποιο κοντά στον παραλήπτη.


no localized flooding Hop count yes no no no

V-GEDIR, CH-MFR

Το μήνυμα στέλνεται ακριβώς σε όσους γείτονες είναι καλύτερες επιλογές για την πιθανή θέση του κόμβου Distance (DIR methods) Progress (MFR)

V-Gedir Κατασκευάζει το voronoi διάγραμμα Οι κόμβοι που βρίσκονται στις περιοχές που τέμνει ο κύκλος της

πιθανής νέας θέσης του κόμβου επιλέγονται.

CH-MFR Υπολογίζει το convex hull των κόμβων που περιέχουν τον κύκλο


yes localized flooding Hop count yes no no no

Flooding greedy/GEDIR (f-greedy,f-gedir,f-dir)

Flooding MFR (f-MFR)

Στόχος να αποφευχθεί το message dropping.

Όταν ο αρχικός αλγόριθμος θα απέρριπτε το μήνυμα (σε ένα κύλο κόμβο) τώρα το κάνουμε flood σε όλους τους γείτονες. Οι γείτονες δεν θα ξανά-στείλουν ποτέ το μήνυμα πίσω στον κόμβο.

Εγγυάται την παράδοση του μηνύματος αν υπάρχει σύνδεση με τον παραλήπτη.

Πειράματα έδειξαν μειωμένο flooding rates σε σχέση με τον LAR/DREAM Προκαλεί flooding σε αραιά γραφήμτα Πλησιάζει τον greedy αλγόριθμο σε πυκνά


yes localized Single/flood Hop count yes yes Y(sparse)/N no

Component routing

Βελτίωση προηγούμενου αλγορίθμου

Αντί να σταλθεί το μήνυμα σε όλους του γείτονες επιλέγεται ένας γείτονας από κάθε συνδεδεμένη συνιστώσα του υπογράφου που αποτελείται από τους γείτονες του κοίλου κόμβου.

Υπάρχουν το πολύ τρεις τέτοιοι γείτονες σε ένα unit graph model

Έτσι δημιουργούνται παράλληλα μονοπάτια


yes localized Single-multi Hop count yes yes Yes(sparse) no

Multi path method

Προωθεί το μήνυμα στους C καλύτερους γείτονες όσον αφορά την απόστασή τους από τον προορισμό.

Μετά τα C αυτά αντίγραφα στέλνονται σύμφωνα με τον greedy/disjoint/alternate αλγόριθμο(c-greedy, c-disjoint, c-alternate)

Τα πειράματα έδειξαν σημαντικό κέρδος για c = 2 Κάποιο κέρδος για c = 3 Μη σημαντικό κέρδος για c > 3

Το flooding rate αυξάνεται με το c και μόνο η τιμή c=2 δικαιολογεί την χρήση περισσοτέρων resources.


yes localized Multi-path Hop count yes no yes no

Terminode routing

Σχεδιάστηκε με στόχο το scalability και robustness.

Συνδυασμός δύο πρωτοκόλλων Terminode local routing (TTR)

Χρησιμοποιείται για κόμβους που είναι στην περιοχή του terminode και δεν χρησιμοποιεί την πληροφορία για την θέση για να πάρει αποφάσεις για το πού θα προωθήσει το μήνυμα.

Terminode remote routing (TRR) Χρησιμοποιείται για να στείλει πακέτα σε απομακρισμένες περιοχές

και χρησιμοποιεί γεωγραφικές πληροφορίες. Anchored Geodesic Packet Forwarding (AGPF)

Anchored paths


yes localized Multi-path Hop count no yes yes yes

AGPF Anchors: Σημεία που είναι σταθερά σε

μία γεωγραφική περιοχή

Τα πακέτα ακολουθούν μια «χαλαρή» διαδρομή κοντά στις anchors.

Κάθε στιγμή το πακέτο στέλνεται προς το επόμενο anchor.

Μόλις ανιχνεύσει ότι είναι εντός της λήψης μιας καινούργιας anchor αφήνει το μονοπάτι που είχε και πηγαίνει προς την καινούργια anchor.

Δύο μέθοδοι για εύρεση της επόμενης anchor.

Depth first search based routing with guaranteed delivery.

Geographic routing algorithm Οι κόμβοι διατηρούν μερικά routing tables

Χρησιμοποιείται ο greedy αλγόριθμος

Αν ένα μήνυμα κολλήσει σε έναν κόμβο Ξεκινάει διαδικασία αναζήτησης διαδρομής Όταν βρεθεί η διαδρομή το πακέτο στέλνεται Όλοι οι ενδιάμεσοι κόμβοι ενημερώνουν τα routing tables.

Για να βρει το μονοπάτι χρησιμοποιεί DFS (depth first search) Επιστρέφει ένα μονοπάτι χωρίς κύκλους Αλγόριθμος

Κάθε κόμβος βάζει το ID του στην λίστα του πακέτου και το προωθεί σε γείτονα που δεν είναι στην λίστα ΚΑΙ ελαχιστοποιεί το κόστος.

Αν ο κόμβος δεν μπορεί να προωθήσει άλλο το μήνυμα αφαιρεί το ID του και το γυρίζει πίσω


yes localized single-path Hop count yes yes yes no

Depth first search algorithm

Δεν έχουμε routing tables, ακολουθούμε όλο το DFS μονοπάτι.

Για πυκνά γραφήματα έχει παρατηρηθεί ότι τα μονοπάτια είναι ίδια με του greedy αλγορίθμου.

Εισάγουν την έννοια quality of service (QoS) Connection setup time Αριθμός των hops και το bandwidth που έχουν οι συνδέσεις

Λύσεις Ο αλγόριθμος DFS μπορεί απλά να αγνοήσει τις ακμές του γράφου με «κακούς»

γείτονες. Αν το πακέτο περάσει έναν μέγιστο αριθμό από hop counts δεν συνεχίζουμε σε

αυτό το μονοπάτι αλλά γυρνάμε πίσω για την ΠΙΘΑΝΗ εύρεση ενός κοντύτερου «κλαδιού»


yes localized single-path Hop count yes yes yes no

Nearly stateless Routing with Guaranteed Delivery

Nearly stateless Routing with Guaranteed Delivery

Χρησιμοποιείται για σχήματα όπου οι κόμβοι έχουν μόνο μερική, τοπική πληροφορία για να κάνουν το routing.

Face algorithm

Κατασκευάζει έναν επίπεδο συνδεδεμένο γράφο του unit graph (ονομάζεται Gabriel sub graph).

Εφαρμόζουμε routing στις έδρες του υπογράψου που τέμνουν την γραμμή αποστολέα-παραλήπτη.

Χρησιμοποιεί τον κανόνα του δεξιού χεριού για το routing αυτό.


yes localized single-path Hop count no yes yes no

GFG

Για λόγους απόδοσης χρησιμοποιείται ο face σε συνδυασμό με τον greedy. Το routing είναι κυρίως greedy αλλά αν κολλήσουμε

σε έναν κόμβο, χρησιμοποιούμε τον face routing αλγόριθμο.


yes localized single-path Hop count no yes yes no

Robust GFG

Τα nearly stateless schemes είναι πιθανώς να αποτύχουν αν υπάρχει αστάθεια στην ακτίνα εκπομπής των hosts. ΠΧ η ακτίνα εκπομπής δεν είναι ακριβώς ένας

κυκλικός δίσκος γύρω από τον κόμβο.

Οι Barriere Fraigniaud και Narayanan Opatrny πρότειναν αυτό το μοντέλο για γενίκευση του Unit graph.


yes localized single-path Hop count no yes yes yes

Power and cost aware routing

Power and cost metric

Power metric Η ακτίνα επικοινωνίας αυξάνει το κόστος. Άρα ψάχνουμε

διαδρομές με μικρές ακτίνες. Προϋποθέτει ότι οι κόμβοι μπορούν να ρυθμίζουν την ενέργεια

εκπομπής.

Cost metric Στόχος η μεγιστοποίηση των routing λειτουργιών που μπορεί να

επιτελέσει το δίκτυο. Εύρεση path από κόμβους που έχουν αρκετή ενέργεια (ακόμα

και αν το path είναι μεγαλύτερο)

Power and cost aware routing

Αν οι κόμβοι μπορούν να τροποποιήσουν την ισχύ εκπομπής, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αντί για το hop-count το power-metric

Η ισχύς που καταναλώνεται κατά την διάρκεια μιας μετάδοσης εξαρτάται από την απόσταση των δύο κόμβων.

Υποθέτουμε ότι u(d) = ada+c d = απόσταση α σταθερά C σταθερά που αναπαριστά την ενέργεια που χρειάζεται για να εγκαταστήσουμε

την επικοινωνία.

To c δεν είναι αμελητέα ποσότητα. Παρόλα αυτά πολλές δημοσιεύσεις υποθέτουν c = 0.

Localized power aware routing algorithm Αν η απόσταση δύο κόμβων είναι D τότε

Η ενέργεια για απευθείας μετάδοση είναι u(d) = ada+c Είναι optimal αν

Αλλιώς πρέπει να επιλεχθούν n-1 ενδιάμεσοι κόμβοι για επαναμεταδώσεις.


yes localized single-path Power/cost no no yes no

1

(1 2)

a

a

cd

a

1

( 1) aa an d

c

1 1

( 1) ( 1)( )

a

a aa a a av d dc da

c c

Localized power aware routing algorithm Επιλογή γείτονα

Όσο το δυνατό πιο κοντά στον προορισμό Όσο το δυνατό πιο κοντά στην βέλτιστη απόσταση

Έστω Β ο κόμβος που είμαστε τώρα, Α ο υποψήφιος γείτονας και D ο προορισμός |BA|=r, |AD|=s. Ο Β θα επιλέξει έναν γείτονα Α αν ελαχιστοποιείται το p(B,A) = u(r)+v(s)

Ο αλγόριθμος προχωρά μέχρι να βρεθεί ο τελικός κόμβος ή μέχρι κάποιον κόμβο που δεν έχει γείτονα πιο κοντά στον προορισμό.



Pure power consumption metric

Κάποιοι κόμβοι χρησιμοποιούνται στο routing πιο συχνά από άλλους.

Η αυξημένη αυτή κατανάλωση έχει σαν αποτέλεσμα να αποτυγχάνουν μετά από κάποιο χρονικό διάστημα

Ένα μακρύτερο μονοπάτι που περνάει από κόμβους που έχουν μεγάλα αποθέματα ενέργειας μπορεί να είναι πιο επιθυμητός αν στόχος είναι η μεγιστοποίηση του αριθμού των routing tasks του δικτύου

συνολικά

Ορίζουν την ποσότητα f(a) = απροθυμία ενός κόμβου να συμμετάσχει στο routing F(a) = 1/g(a) ( g(a)=lifetime ανήκει στο [0,1] ) Η απροθυμία αυξάνει απότομα όταν το lifetime πλησιάζει στο 0.



Localized cost efficiency

Αν ο παραλήπτης είναι γείτονας στέλνει αμέσως το πακέτο.

Αλλιώς Στέλνουμε το πακέτο στον γείτονα A που

ελαχιστοποιεί το C(A) = f(A)/(1+s/R) s = απόσταση προορισμού, R = ακτίνα


yes localized single-path cost no no yes no

Distributed non-local Bellman Ford shortest weighted path algorithm Συνδυάζει Power και Cost

Μulti-path αλγόριθμος

Το πακέτο στέλνεται σε οποιοδήποτε ενδιάμεσο κόμβου που Που ελαχιστοποιεί το κόστος Ελαχιστοποιεί την ενέργεια

Χρησιμοποιείται ο αλγόριθμος BF για την εύρεση του shortest weighted path

Παρόλα αυτά το να στέλνει κάποιος ένα μήνυμα από πολλά paths αυξάνει συνολικά την σπατάλη ενέργειας κάτι που είναι αντίθετο στους στόχους σχεδιασμού του αλγορίθμου.


yes global Multipath cost no no no no

Online power-aware routing

Στόχος η μεγιστοποίηση της ζωής του δικτύου

Καλεί επανειλημμένα τον αλγόριθμο του Dijkstra Μόνο που αφαιρεί τις ακμές σε κόμβους που έχουν

κατεβεί κάτω από ένα κατώφλι ενέργειας. Αυτό γίνεται μέχρι να μην υπάρχει σύνδεση μεταξύ

αποστολέα - παραλήπτη


yes global Single cost no yes no no

Hierarchical routing

Peer to peer zone based two level link state routing Το δίκτυο χωρίζεται σε ζώνες

Κόμβοι που ανήκουν σε μία ζώνη ανανεώνουν τις θέσεις τους συχνά και εφαρμόζουν τα shortest path routes.

Κάθε κόμβος επίσης γνωρίζει την γενική θέση της κάθε άλλης ζώνης Σαν έναν κόμβο με θέση το κέντρο της ζώνης

Αν το μήνυμα υπάρχει στην ίδια ζώνη παραδίδεται με κάποιον αλγόριθμο routing

Αν το μήνυμα δεν υπάρχει τότε στέλνεται ένα μήνυμα προς κάθε ζώνη. Ο πρώτος κόμβος που συναντάν τα μηνύματα σε κάθε ζώνη απαντάει αν στη ζώνη του

υπάρχει ο προορισμός. Στέλνει πίσω και την ακριβή θέση του παραλήπτη.


yes Zonal Single/flood Hop-count no yes no no

Zone based power aware routing

Παραλλαγή του power aware routing με ζώνες

Οι κόμβοι σε μία ζώνη κάνουν αυτόνομα routing και εκτιμούν το επίπεδο ενέργειας της ζώνης.

Κάθε μήνυμα προωθείται μεταξύ των ζωνών ανάλογα με την εκτίμηση της ενέργειας των ζωνών.


yes Zonal Single Power no yes no no

Dominating set method

Φτιάχνεται το dominating set Κάθε κόμβος είναι η στο dominating set ή γείτονας με κόμβο του set. Ένας κόμβος που δεν έχει δύο ασύνδετους γείτονες δεν ανήκει στο dominating

set (γιατί θέλουμε οι κόμβοι στο dominating set να γεφυρώνουν κόμβους) Αν στο μονοπάτι EAF το Α μπορεί να αντικατασταθεί από τον κόμβο B με

μεγαλύτερο ID τότε το Α αφαιρείται από το set Αντί για ID χρησιμοποιούμε την δυάδα (degree,ID) Έτσι κόμβοι με πολλούς

γείτονες προτιμούνται στο SET.

Κάθε κόμβος κοιτάει τους γείτονες και αποφασίζει τοπικά αν ανήκει στο dominating set.

Με γνώση 2-hop αποφασίζει και αν οι γείτονές του είναι dominating sets.

Οι κόμβοι που ανήκουν στα dominating sets ονομάζονται και gateways.

Dominating set based routing

Αν ο αποστολέας δεν ανήκει στο set το προωθεί στον καλύτερο γείτονα που είναι μέρος του set.

Το μήνυμα από εκεί και πέρα ταξιδεύει μόνο πάνω σε κόμβους του dominating σετ.

Στόχος η μείωση των routing tables


yes localized Single cost yes yes yes no

Gateway DFS

Χρησιμοποίηση DFS μόνο πάνω στο dominating set.

Η χρήση των dominating sets μείωση κατά πολύ το κόστος του routing (σε μνήμη) και το κόστος της εύρεσης μιας route.

Τα μήκη των QoS μονοπατιών που κατασκευάζει ο αλγόριθμος DFS είναι τώρα κοντά στο βέλτιστο μήκος που υπολογίζει ο shortest path algorithm.



GFG routing algorithm with dominating set Παρόλο που το dominating set

δεν βοήθησε στην απόδοση του greedy αλγορίθμου, βοήθησε στην απόδοση του face αλγορίθμου.

Με την μείωση του χώρου αναζήτησης

Μια άλλη βελτιστοποίηση που προτάθηκε είναι η shortcut procedure. Χρησιμοποιεί πληροφορίες 2 hop Στο face mode αντί να στέλνεται το μήνυμα από τον κόμβο Α στον γείτονα Β,

υπολογίζεται αν υπάρχει γείτονας C στον οποίο θα στείλει μετά το μήνυμα ο Β. Έτι αντί να στείλει το μήνυμα A->B->C το στέλνει κατευθείαν στο C.

Τα παραπάνω βοήθησαν στο να μειωθεί το hop count σχεδόν στο μισό για οποιαδήποτε πυκνότητα κόμβων.



Power aware dominating set definition. Αφού όλα τα μηνύματα προωθούνται από το dominating

set είναι φυσικό η ενέργεια αυτών των κόμβων να μειώνεται πολύ γρηγορότερα.

Προτάθηκε το key(power level, degree, ID) Έτσι το πρωτεύων κριτήριο είναι το power level. Αν το power

level είναι περίπου το ίδιο χρησιμοποιείται το degree και στο τέλος το ID.

Προτάθηκε επίσης key = a*power_level +b*degree όπου το a και b είναι μεταβλητές που καθορίζονται πειραματικά.



Grid routing Μία ακόμα εφαρμογή του domination routing

Η γεωγραφική περιοχή χωρίζεται σε έναν αριθμό απο τετράγωνα που καλούνται grids.

Σε κάθε grid εκλέγεται ένας αρχηγός.

Το routing γίνεται από grid σε grid μέσω των αρχηγών.

Το μέγεθος d του κάθε grid καθορίζεται από την ακτίνα εκπομπής R. Πολλές μέθοδοι έχουν προταθεί με επικρατούσα ο αρχηγός να μπορεί να επικοινωνήσει με τους γειτονικούς

αρχηγούς απ’ευθείας.

Έτσι οι grid leaders είναι ένα dominating set.

Τα routing tables έχουν πλέον grid ids και όχι Host ids. Οι συγγραφείς χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο LAR για το routing αν και υπάρχουν πολύ καλύτερες μέθοδοι όπως είδαμε.

Οι συγγραφείς δεν μας λένε τι γίνεται αν όλοι οι κόμβοι μέσα σε ένα grid φύγουν (πώς ενημερώνονται οι γείτονες για αυτό ώστε να αλλάξει το routing.


yes localized Single Hop-count yes no no no

Relevant issues in routing

Πρόβλημα μοντέλου εξομοιώσεων

Υπήρχε μια τάση στα paper να συγκρίνονται με τον flooding αλγόριθμο και όχι με παράδειγμα με τον shortest path.

Επιπλέον η ακτίνα εκπομπής ήταν ανεξάρτητη μεταβλητή με αποτέλεσμα να κρύβει την πυκνότητα του δικτύου.

Καλά αποτελέσματα εξήχθησαν με το να αλλάζουν την ακτίνα με στόχο να πάρουν αραιά ή πυκνά γραφήματα (ότι βολεύει)

Λύση: Προτάθηκε η μέθοδος του average degree για την δημιουργία random graphs Κάθε κόμβος επιλέγει την θέση του τυχαία παράγοντας δύο τυχαίους

αριθμούς x,y μέσα στο διάστημα [0,m). Με στόχο να πετύχουμε μέσο degree = K

Όλες οι πιθανές n(n-1)/2 ακμές ταξινομούνται με βάση το μήκος τους Η ακτίνα εκπομπής ρυθμίζεται να είναι ίση με το μήκος της nk/2

ταξινομημένης ακμής.

Network organization problem

Το Bluetooth είναι ένα ανερχόμενο standard

Όταν δυο συσκευές ανακαλύπτουν μία άλλη η μία γίνεται master και η άλλη slave.

Ένας master με έως 7 slaves είναι ένα piconet. Μια συλλογή από piconets είναι ένα scatternet.

Πρόσφατα μελετήθηκε το πώς μπορεί να οργανωθεί ένα ad-hoc δίκτυο από scatternets.

Throughput

Τα ad-hoc δίκτυα βασίζονται στο ότι οι κόμβοι συνεργάζονται στο να προωθούν ο ένας τα πακέτα του άλλου.

Είναι φανερό ότι το throughput κάθε κόμβου δεν περιορίζεται μόνο από την χωρητικότητα της γραμμής αλλά και από τον φόρτο του forwarding

Το φαινόμενο αυτό μπορεί να μειώσει πολύ την χρησιμότητα του ad-hoc routing

Αν η πυκνότητα είναι συνεχής Το μέσο μήκος του route είναι Ο(sqrt(N)) Το τελικό throughput κάθε κόμβου είναι O(1/sqrt(N))

Είναι φανερό ότι καθώς οι κόμβοι αυξάνονται τείνει στο 0. Παρόλα αυτά αν το hop count παραμένει σταθερό, τότε και το throughput μένει σταθερό.

Power concerns

Το IEEE 802.11 ορίζει 2 καταστάσεις για ένα network interface Idle state Sleep state (δεν μπορεί να ξυπνήσει από γείτονες)

Αποδείχθηκε ότι στο idle state ο κόμβος ξοδεύει σχεδόν το ίδιο ποσό ενέργειας με το να στέλνει. Οι κόμβοι σπαταλούν 20% περισσότερη ενέργεια όταν λαμβάνουν 60% περισσότερο όταν στέλνουν.

Ένας κόμβος σε sleep mode ξοδεύει 15-20 φορές λιγότερη ενέργεια από το idle mode.

Μας συμφέρει λοιπόν να έχουμε όσο το δυνατόν περισσότερους κόμβους που κοιμούνται Οι υπόλοιποι κόμβοι θα πρέπει να παραμένουν συνδεδεμένοι Θα πρέπει να παρέχουν το βασικό routing

Προτάθηκε ένας αλγόριθμος παρόμοιος με τον grid. Το δίκτυο έχει n/M περισσότερη ενέργεια.

Conclusions Η επιτυχής δημιουργία τοπικών, single path, loop-free αλγορίθμων με εγγυημένη παράδοση θα

πρέπει να αποτελέσουν την αρχή για μελλοντική έρευνα.

Επειδή η αποδοτικότητα των μπαταριών δεν αναμένεται να αλλάξει στο άμεσο μέλλον, τα πρωτοκολλά routing εξοικονόμησης ενέργειας χρειάζονται παραπάνω έρευνα.

Σε εφαρμογές QoS, η αποθήκευση πληροφοριών, δεν φαίνεται να απαιτεί σημαντικές resources και έτσι είναι αποδεκτή. Παρόλα αυτά η έρευνα για QoS routing δεν είναι σημαντική και θα αποκτήσει προσοχή στο μέλλον.

Παραπάνω έρευνα για αλγορίθμους που βασίζονται στο GPS και λαμβάνουν περισσότερα πράγματα υπόψη

3D χώρο Εμπόδια Διαφορετικές ακτίνες εκπομπής Δίκτυα με κατευθυντικές κεραίες.

Πρέπει να μελετηθούν αλγόριθμοι που λαμβάνουν υπόψη την συμφόρηση του δικτύου Αντικατάσταση του hop-count από το delay.

Τέλος τα loops που δημιουργεί ένας κόμβος που μετακινούνται πρέπει να ερευνηθούν και να προταθούν αλγόριθμοι που τα επιλύουν.

position based routing algorithms for ad-hoc networks: a taxonomy

Documents