ad-hoc ii (arm, merit)

2002-05-07 1 SNU INC LabSNU INC Lab

Ad-hoc II(ARM, MERIT)

2002 년 5 월 7 일길홍렬


Outline Introduction Ad Hoc Routing DSDV ARM

• Update-period Control• Update-content Control

MERIT• Basic definition• Shortest Mobile Path

Reference


Introduction Ad Hoc Network

• Network infrastructure 없이 mobile node 만으로 구성된 wireless network

Ad Hoc Network 의 응용 분야• 전쟁 , 재난 발생시와 같이 cellular infrastructure 가 없거나

reliable 하지 못한 상황• Infrastructure 가 없는 지역에서 임시적인 conferencing 이

필요한 상황


Ad Hoc Routing Wireless network interface 의 transmission range

한계로 mobile node 들끼리 직접 통신할 수 없는 상황이 존재

각각의 mobile node 는 host 뿐만 아니라 packet 을 forwarding 해주는 router 의 역할도 수행해야 한다

기존의 Routing 알고리즘을 사용할 수 없는 이유• Wired network 에서는 network resource 가 충분하고 , topol

ogy 가 거의 변하지 않으나 , Ad Hoc 에서는 network resource 가 부족하고 topology 도 host 들의 mobility 에 의해 자주 변한다


Ad Hoc Routing Classification Proactive

• 주기적으로 routing message 교환• 장점 : routing delay 없이 data packet 을 바로 전송• 단점 : Control overhead 가 bandwidth waste 야기• DSDV

Reactive (on-demand)• Route demand 가 있을 때 routing message 교환• 장점 : Control overhead 가 적다• 단점 : 첫 번째 packet 을 전송하기 전에 delay 가 있다• DSR, AODV


DSDV Destination-Sequenced Distance-Vector RIP protocol 를 개선한 protocol Routing table 에 sequence number field 추가

• loop freedom

Periodic and triggered update 사용


DSDV Algorithm Update period 마다 Destination 이 자기 자신인

entry 의 sequence number 를 2 씩 증가 시킨다 . Link break 를 발견한 node 는 해당 entry 의

sequence number 를 1 증가 시키고 metric 을 infinity 로 설정한다 .

Update message 를 받은 node 는 sequence number 가 높은 것을 우선적으로 택하고 sequence number 가 같을 경우에는 metric 이 작은 것을 택한다 .


Example(1)

A 1

2

4

B

C D

3

Node A

Destination

NextHop Metric

SeqNum

A A 0 20

B B 1 12

C C 1 22

D B 2 16

Node C

Destination

NextHop Metric

SeqNum

A A 1 20

B A 2 12

C C 0 22

D D 1 16


Example(2)Node A

Destination

NextHop Metric

SeqNum

A A 0 22

B B inf 13

C C 1 22

D B Inf 17

Node C

Destination

NextHop Metric

SeqNum

A A 1 20

B A 2 12

C C 0 24

D D 1 16

Node B

Destination

NextHop Metric

SeqNum

A A Inf 21

B B 0 14

C D 2 22

D D 1 16

Node D

Destination

NextHop Metric

SeqNum

A C 2 20

B B 1 12

C C 0 22

D D 1 18


ARM

Adapting to Route-demand and Mobility in Ad hoc Network

Routing


ARM Adapting to Route-demand and Mobility node mobility 와 route demand change 에 적응하기

위한 control mechanism 제공

Motivation• 대부분의 proactive protocol 은 고정적인 update period 와

많은 control packet 으로 인한 bandwidth 낭비가 심하다 .


ARM Mechanism Update-period control

• high mobility 상황 – update period 를 짧게 한다• low mobility 상황 – update period 를 길게 한다

Update-content control• 다른 node 에 의해 오랫동안 사용되지 않은 routing 정보는 매

routing update 마다 모두 보낼 필요 없이 선택적으로 보낸다


Update-period Control Node 마다 다음과 같은 2 가지 table 을 유지하는 데

, {neighbor_id, t_expiration, mobility_metric} 의 속성을 갖는다 .

• current_neighbor_table : 지난 주기 동안 받은 update 정보로 구한 table 이다 . 지난 주기에 자신의 range 안에 있던 neighbor node 들로 이루어진다

• new_neighbor_table : 이번 주기 동안 받은 update 정보로 구한 table 이다 . 이번 주기에 자신의 range 안에 있는 neighbor node 들로 이루어진다


Update-period Control Algo.(1) Step 1 (Mobility Metric 계산 )

• new_neighbor_table 에서 expired 된 entry 제거• current_neighbor_table 과 new_neighbor_table 을 비교하여

neighbor node 의 변화 개수 측정 ( = nbd_change )

• inst_mobility_metric = nbd_change / current_update_period• 시간 TW_SMOOTH 동안의 weighted time averaging 을

통해 smooth 한 mobility_metric 을 구한다 .

( simulation 에서는 TW_SMOOTH 값으로 5 sec 사용 )


Update-period Control Algo.(2) Step 2 (Update period 계산 )

• 자신과 neighbor 들의 mobility_metric 의 평균을 구한다( = aggregate_mobility_metric )

• new update_period = UPC_Func(aggregate_mobility_metric)

Step 3 (Neighbor table Update)• current_neighbor_table 에서 expired 된 entry 제거• new_neighbor_table 을 바탕으로 current_neighbor_table

갱신• new_neighbor_table 초기화


Update-period Control function update_period control function 의 간단한 예

Simulation 에서 사용한 control function

Linear ConcaveAggregate

Mobility metric

New

Update

period

New

Update

period

x x

yy

otherwise

if

0.1

(0,20]in is ricag_mob_met 5.0ricag_mob_met02.0


Example

neighbor_id t_expiration mobility_metric

A 0.2 15

B 0.1 20

neighbor_id t_expiration mobility_metric

A 0.3 10

C 0.3 10

current_neighbor_table

new_neighbor_table

B

C

A

a) number of moved = 2

b) 2 / 0.2(period) = 40

c) 25 (TW_SMOOTH average)

I


Update-content Control Node 마다 routing table 에 t_forwarded_last 라는

추가적인 field 를 유지한다 . • t_forwarded_last field 는 route-demand metric 을 나타낸다 .

Routing update message 전송시에 routing 정보를 선택적으로 보낸다 .


Update-content Control Algo. Data packet forwarding 하는 시점

• packet 의 destination 이 routing table 에 있다면 해당 entry의 t_last_forwarded 를 현재 clock 값으로 갱신한다

Routing update message 를 생성하는 시점• entry 마다 t_last_forwarded 값을 현재 시각과 비교하여 ag

e 를 구한다 .• 해당 age 가 TW_RECENT 값보다 작으면 update messag

e 에 포함된다 .

( simulation 에서는 TW_RECENT 값으로 5 sec 사용 )• 나머지 entry 중에서도 filter function 을 통과한 entry 는 up

date message 에 포함된다 .


Filter function aggressive 한 filter function 을 사용할 경우

• routing traffic 을 크게 감소시킬 수 있다• 하지만 , 새로운 destination 으로 connection 을 이루려 할

경우 delay 가 커진다 .

Simulation 에서 사용한 filter function• skips one in every two advertisement opportunities


ExampleDestination Next_hop Metric t_last_forward

A E 4 7

B F 5 3

C G 2 10

이해를 쉽게

하기 위해

age 로 나타냄 .

TW_RECENT= 5

Destination Next_hop Metric

A E 4

B F 5

Destination Next_hop Metric

B F 5

C G 2

T1 주기

routing update message

T2 주기

routing update message


First Simulation(1) Mobility pattern 1


First Simulation(2)


Second Simulation(1) Mobility

pattern 2


Second Simulation(2)


ARM Review Proactive routing protocol 에게 routing update

에서 period 와 content 를 dynamic 하게 조절하는 방안을 제시

문제점• parameter 설정 문제• control function, filter function 의 구현 문제• on-demand routing protocol 과 성능 비교


MERIT

A Unified Framework for Routing Protocol Assessment

in Mobile Ad Hoc Networks


MERIT MEan Real vs Ideal cosT Ad Hoc routing protocol 을 평가하기 위한

시스템적이고 일반적인 framework

Motivation• Ad Hoc 에서 제안된 많은 routing protocol 들은 서로 다른

환경에서 테스트되었기 때문에 성능 비교가 어렵다


MERIT Basic Definitions(1) 네트워크를 그래프 G=(V, E) 로 나타낸다 .

• V : mobile node• E : 어떤 mobile node 끼리 transmission 이 가능할 때 존재

Mobile graph

• 시간 1 에서 T 사이에 network topology 변화에 따른 graph 의 sequence 로 표현

Mobile path

• Pi 는 Gi 에서 shortest path 를 나타낸다

TGGG ...21

TPPP ...21


MERIT Basic Definitions(2) Mobile path ρ 의 weight (cost)

는 sequence 에 해당하는 path 의 weight 를 나타낸다

Transition cost function 은 다음과 같이 정의한다

),()()( 1

1

11

ii

T

i

i

T

i

PPCtransPww i

)( ii Pw

1

11

0),(

i

iii

PPifCupdate

PPifPPCtrans

i

i


MERIT Basic Definitions(3) Shortest Mobile Path

• Mobile graph 와 source-destination 쌍 (s,t) 가 주어졌을 때 weight 가 가장 작은 mobile path

MERIT ratio 는 다음과 같다 .

)(w

)(

)(

ideal

real

w

wE

TGGG ...21

TPPP ...21


Shortest Mobile Path(1) Step 1 Initialization

• 모든 1 ≤ i ≤ j ≤ T 에 대해 그래프 G(ij) = Gi∩…∩Gj 에서 weight 가 가장 작은 shortest path P(ij) 를 계산한다 . 여기서 edge (u,v) 의 weight 는 wi(u,v)+…+wj(u,v) 가 된다 .

• path[i,j] = P(ij)…P(ij) ( 개수는 j-i+1)• cost[i,j] = w(P(ij) )

• Set r := 1


Shortest Mobile Path(2) Step 2 Sequence Split

• 모든 1 ≤ i ≤ j ≤ T 에 대해 r = j – i 인 경우에서 다음과 같은 update 를 수행한다 .

• newcost :=

• if newcost < cost[i,j] then

path[i,j] := path[i,k]path[k+1,j]

cost[i,j] := newcost

],1[],,[(

],1[cost],[costmin

jkfirstkilastCtrans

jkki

jki


Shortest Mobile Path(3) Step 3 Lengthen Sequence

• if r < T – 1 then

set r := r + 1

goto Step 2

else

stop

shortest mobile path 는 path[1,T], cost 는 cost[1,T]


Example(1)

4321 GGGGsource-destination

pair (1,5)

Ctrans(P1,P2) = 0Ctrans(P2,P3) = Cupdate

Ctrans(P3,P4) = 0

Cupdate 는 2 로 가정


Example(2)

Graphs formed in Step 1


Example(3) by Step 2

• P1|P2

cost = cost[1,1] + cost[2,2] + Ctrans(P1,P2)

= 3 + 3 + 0 = 6

• P2|P3


= 3 + 2 + 2 = 7

• P3|P4


= 2 + 2 + 0 = 4

1 2 3 4

Initialize

1 3 6 9 ∞

2 3 6 ∞

3 2 4

4 2

r = 1

1 3 6 9 ∞

2 3 6 ∞

3 2 4

4 2



• P1|P2P3


= 3 + 6 + 0 = 9

• P1P2|P3


= 6 + 2 + 2 = 10

• P2|P3P4


= 3 + 4 + 2 = 9

• P2P3|P4


= 6 + 2 +2 = 10

1 2 3 4

r = 2

1 3 6 9 ∞

2 3 6 9

3 2 4

4 2



• P1|P2P3P4


= 3 + 9 + 0 = 12

• P1P2|P3P4


= 6 + 4 + 2 = 12

• P1P2P3|P4


= 9 + 2 + 2 = 13

1 2 3 4

r = 3

1 3 6 9 12

2 3 6 9

3 2 4

4 2


MERIT Review 여러 Ad Hoc routing protocol 들을 서로 비교해

볼 수 있는 평가 모델을 제공• SMP 를 통한 theoretical optimum 값과 실제 routing

protocol 과 비교 .

문제점• SMP problem 을 지나치게 단순화• transition cost function 의 구현 문제


References Sungjoon Ahn, A. Udaya Shankar, “Adapting to Route-demand and M

obility in Ad hoc Network Routing”, IEEE ICNP, 2001 Charles E. Perkins, “Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance

-Vector Routing for Mobile Compuiters”, ACM SIGCOMM, August 1994

Andras Farago, Violet R. Syrotiuk, “MERIT: A Unified Framework for Routing Protocol Assessment in Mobile Ad Hoc Networks”, MOBICOM, 2001

Josh Broch, David A. Maltz, David B. Johnson, Yih-Chun Hu, Jorjeta Jetcheva, “A Perfomance Comparison of Multi-Hop Wireless Ad Hoc Network Routing Protocols”, MOBICOM, October 1998

ad-hoc ii (arm, merit)

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