Position based routing algorithms for ad-hoc networks: A taxonomy Silvia Giordano, Ivan Stojmenovic Ljubica 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 R adius  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 Routing Protocol 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 κριτήριο  Loop free  Localized  Single 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-freeDistributedPath strateMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness YeslocalizedSingle pathHop countNo Yesno

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-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness YeslocalizedSingle pathHop countNo Yesno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness YeslocalizedSingle pathHop countNo Yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness YeslocalizedSingle pathHop countNo Yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness Yes2-localizedSingle pathHop countNo Yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness YeslocalizedSingle pathHop countyesNoYesno

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) Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness nolocalizedSingle pathHop countNo Yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness nolocalizedfloodingHop countyesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness nolocalizedfloodingHop countyesno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedfloodingHop countyesno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSingle/floodHop countyes Y(sparse)/Nno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSingle-multiHop countyes 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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedMulti-pathHop countyesnoyesno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedMulti-pathHop countnoyes

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathHop countyes 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» Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathHop countyes no

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathHop countnoyes 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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathHop countnoyes 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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathHop countnoyes

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) = ad a +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) = ad a +c  Είναι optimal αν  Αλλιώς πρέπει να επιλεχθούν n-1 ενδιάμεσοι κόμβοι για επαναμεταδώσεις.  Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathPower/costno yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathPower/costno yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathPower/costno yesno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedsingle-pathcostno yesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yesglobalMultipathcostno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yesglobalSinglecostnoyesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yesZonalSingle/floodHop-countnoyesno

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yesZonalSinglePowernoyesno

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 Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSinglecostyes 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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSinglecostyes no

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSinglecostyes no

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSinglecostyes no

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. Loop-freeDistributedPath stratMetricsMemoryGuar. deliv.ScalabilityRobustness yeslocalizedSingleHop-countyesno

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 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 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.