In industrial distributed control systems, sensors collect data from the physical environment periodically and transmit them to the actuators, which process the control operations based on the received data. For the effective operation of the control systems, the data transmitted by the sensors has to be delivered to the actuators reliably within the deadline, and if the message reception rate of the actuators becomes lower than a threshold, then the performance of the control systems drops greatly. This paper suggests a message routing protocol to transmit periodic messages reliably in a distributed control system based on wireless sensor networks. For reliable message transmission, the proposed protocol selects a routing path whose end-to-end message reception rate is the highest before transmitting data messages. The proposed protocol has the capability of maintaining a target message reception rate for each flow. To maintain the required target reception rate, each destination monitors the actual message reception rate periodically and transmits a feedback message to the source if it drops below the target reception rate. On receiving the feedback message, the source tries to find a new path which can satisfy the target rate. The performance of the proposed protocol has been evaluated using simulation and compared with other protocols in terms of the message reception rate, the message delay and delay jitter, and so on. The simulation results show that the proposed protocol has a higher message reception rate and comparable message delay and delay jitter to other protocols. The simulation results also show that the proposed protocol has an ability to adapt well to the dynamic network traffic change.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권2호
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pp.271-287
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2013
We propose a new multipath-based reliable routing protocol on MANETs, Multipath-based Reliable routing protocol with Fast-Recovery of failures (MRFR). For reliable message transmission, MRFR tries to find the most reliable path between a source and a destination considering the end-to-end packet reception reliability of the routes. The established path consists of a primary path that is used to transmit messages, and the secondary paths that are used to recover the path when detecting failures on the primary path. After establishing the path, the source transmits messages through the primary path. If a node detects a link failure during message transmission, it can recover the path locally by switching from the primary to the secondary path. By allowing the intermediate nodes to locally recover the route failure, the proposed protocol can handle the dynamic topological change of the MANETs efficiently. The simulation result using the QualNet simulator shows that the MRFR protocol performs better than other protocols in terms of the end-to-end message delivery ratio and fault-tolerance capability.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권12호
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pp.3081-3099
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2012
We propose a new multipath-based reliable routing protocol on MANETs, Multipath-based Reliable routing protocol with Fast-Recovery of failures (MRFR). For reliable message transmission, MRFR tries to find the most reliable path between a source and a destination considering the end-to-end packet reception reliability of the routes. The established path consists of a primary path that is used to transmit messages, and the secondary paths that are used to recover the path when detecting failures on the primary path. After establishing the path, the source transmits messages through the primary path. If a node detects a link failure during message transmission, it can recover the path locally by switching from the primary to the secondary path. By allowing the intermediate nodes to locally recover the route failure, the proposed protocol can handle the dynamic topological change of the MANETs efficiently. The simulation result using the QualNet simulator shows that the MRFR protocol performs better than other protocols in terms of the end-to-end message delivery ratio and fault-tolerance capability.
Multihop data delivery in vehicular ad hoc networks (VANETs) suffers from the fact that vehicles are highly mobile and inter-vehicle links are frequently disconnected. In such networks, for efficient multihop routing of road safety information (e.g. road accident and emergency message) to the area of interest, reliable communication and fast delivery with minimum delay are mandatory. In this paper, we propose a multihop vehicle-to-infrastructure routing protocol named Vertex-Based Predictive Greedy Routing (VPGR), which predicts a sequence of valid vertices (or junctions) from a source vehicle to fixed infrastructure (or a roadside unit) in the area of interest and, then, forwards data to the fixed infrastructure through the sequence of vertices in urban environments. The well known predictive directional greedy routing mechanism is used for data forwarding phase in VPGR. The proposed VPGR leverages the geographic position, velocity, direction and acceleration of vehicles for both the calculation of a sequence of valid vertices and the predictive directional greedy routing. Simulation results show significant performance improvement compared to conventional routing protocols in terms of packet delivery ratio, end-to-end delay and routing overhead.
본 논문에서는 ALICE(Architecture for Location Independent CORBA Environment) 구조에 기반한 Mobile CORBA 환경에서 이동 게이트웨이(MG)간의 핸드오프에 따른 문제점을 해결하기 위한 경로 최적화 핸드오프를 제안한다. 이동 호스트가 빠르게 움직이고, 처리시간이 긴 작업의 경우에 핸드오프로 인한 MG간의 긴 터널링 체인이 발생할 수 있고, 이로 인해 메시지들이 불필요한 몇 단계의 라우팅과 재전송 과정을 거치게 된다. 이렇게 비효율적인 경로를 통해서 메시지 전송이 이루어지는 것은 여러가지 제약조건을 가지는 무선망의 환경에서는 커다란 장애요소가 될 수 있다. 본 논문에서 제안한 새로운 핸드오프 알고리즘은 핸드오프시 관련된 MG들이 이동성에 관한 정보를 메시지(binding update message) 형태로 받아서 캐쉬로 관리하도록 한다. 그 결과 핸드오프 이후의 관련 MG는 캐쉬를 이용하여 이동 호스트와 최적의 경로로 통신이 가능하다.
Mobile ad hoc networks represent self-configuring networks of mobile devices that communicate without relying on a fixed infrastructure. However, traditional routing protocols in such networks encounter challenges in selecting efficient and reliable routes due to dynamic nature of these networks caused by unpredictable mobility of nodes. This often results in a failure to meet the low-delay and low-energy consumption requirements crucial for such networks. In order to overcome such challenges, our paper introduces a novel multi-objective and adaptive routing scheme based on the Q-learning reinforcement learning algorithm. The proposed routing scheme dynamically adjusts itself based on measured network states, such as traffic congestion and mobility. The proposed approach utilizes Q-learning to select routes in a decentralized manner, considering factors like energy consumption, load balancing, and the selection of stable links. We present a formulation of the multi-objective optimization problem and discuss adaptive adjustments of the Q-learning parameters to handle the dynamic nature of the network. To speed up the learning process, our scheme incorporates informative shaped rewards, providing additional guidance to the learning agents for better solutions. Implemented on the widely-used AODV routing protocol, our proposed approaches demonstrate better performance in terms of energy efficiency and improved message delivery delay, even in highly dynamic network environments, when compared to the traditional AODV. These findings show the potential of leveraging reinforcement learning for efficient routing in ad hoc networks, making the way for future advancements in the field of mobile ad hoc networking.
본 논문에서는 MANET에서 링크고장 발생시 빠른 경로복구 기능을 갖는 다중경로기반 라우팅 프로토콜을 제안한다. 제안한 프로토콜은 데이터 전송이 필요할 경우 종단간 가장 신뢰성이 높은 주경로와 주경로상에 고장이 발생할 경우 전송경로를 복구하기 위한 보조경로를 설정하고, 주경로를 통해 데이터를 전송하게 된다. 데이터 전송도중 주경로상의 링크에 고장이 발생하면 보조경로를 이용하여 빠르게 복구함으로써 데이터의 손실을 줄이고 새로운 경로설정을 위한 제어패킷 트래픽을 줄이게 된다. 제안한 프로토콜의 성능을 QualNet 시뮬레이터를 이용하여 기존 프로토콜들과 비교분석하였고, 성능분석결과 본 논문에서 제안한 프로토콜이 기존 프로토콜들에 비해 종단간 패킷전송률이 약 10-20% 정도 높고, 링크고장시 경로복구시간은 3배 정도 빠름을 알 수 있었다.
V2V(Vehicle-to-Vehicle)는 VANET(Vehicle Ad-hoc Network)의 한 형태로 차량 간 통신을 제공하며 차량 안전사고를 줄일 수 있는 해결책으로 알려져 있다. 이러한 V2V는 도로의 특성 및 차량 구성 장치의 특성으로 인하여 GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)과 같은 지리 기반 라우팅 프로토콜이 매우 적합하지만, GPSR의 탐욕모드의 정책에 의해서 stale 노드가 local maximum에 직면하는 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 GPSR에서의 복구모드 정책에 의하여 해결될 수 있지만 복구모드 시 전송되는 데이터의 손실이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 V2V 환경에서의 이러한 GPSR 문제를 해결하기위해 보다 나은 데이터 신뢰성을 제공하는 GPRR(Greedy Perimeter Reliable Routing) 프로토콜을 제안한다. ns-2를 이용한 성능분석 결과 제안된 GPRR이 탐욕모드 시 local maximum에 직면할 가능성을 현저히 줄임으로써 GPSR 보다 우수함을 입증하였다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제9권2호
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pp.244-250
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2011
Gossip is a well-known protocol which was proposed to implement broadcast service with a high reliability in an arbitrarily connected network of sensor nodes. The probabilistic techniques employed in gossip have been used to address many challenges which are caused by flooding in wireless sensor networks (WSNs). However, very little work has yet been done on real-time wireless sensor networks which require not only highly reliable packets reception but also strict time constraint of each packet. Moreover, the unique energy constraining feature of sensor makes existing solutions unsuitable. Combined with unreliable links, redundant messages overhead in real-time wireless sensor networks is a new challenging issue. In this paper, we introduce a Reliable Gossip Zone, a novel fine-tailored mechanism for real-time wireless sensor networks with unreliable wireless links and low packet redundancy. The key idea is the proposed forwarding probability algorithm, which makes forwarding decisions after the realtime flooding zone is set. Evaluation shows that as an oracle broadcast service design, our mechanism achieves significantly less message overhead than traditional flooding and gossip protocols.
애드혹 네트워크에서의 종단 응용프로그램간의 신뢰성 있는 데이터 전송과 인터넷과의 자연스러운 접속을 가능하기 위해서는 기존외 유선 인터넷에서 사용되고 있는 TCP의 수용이 바람직하다. 따라서 최근의 연구에서 애드혹 네트워크에 가장 적합한 TCP의 변이종을 찾기 위해 다양한 경로설정 프로토콜 상에서 TCP의 성능평가가 이루어져왔다. 하지만 OLSR상에서의 TCP의 성능평가는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 IETF에서 표준화가 된 AODV와 OLSR상에서 현재 유선망에 가장 널리 사용되고 있는 TCP-Reno와 과거의 연구에서 TCP-Reno 보다 우수한 성능을 보인 TCP-Vegas의 성능을 NS-2 시뮬레이터를 사용하여 비교 분석하였다. 실험결과 어떠한 경로설정 프로토콜을 선택하느냐에 따라 TCP의 성능이 큰 차이를 보였다. 그리고 측정된 RTT를 기반으로 하여 전송률을 조절하는 TCP-Vegas를 경로가 빈번하게 변경되는 애드혹 네트워크에 적용할 경우 부정확한 Base RTT로 인해 TCP-Vegas의 성능감소를 초래한다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 경로가 변경되었을 시 새로이 Base RTT를 측정하는 방법을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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