بهینه‌سازی مسیریابی مقاوم به تاخیر با استفاده از الگوریتم اکتشافی شبیه‌سازی تبرید در شبکه‌های اقتضایی متحرک گسسته

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

سمیه پیرزادی ¹ (دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر- واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
محمدعلی پورمینا ² (دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر- واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
سید مصطفی صفوی همامی ³ (دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1400/10/29 تاریخ پذیرش : 1401/04/31 تاریخ انتشار : 1402/12/01

کلید واژه: مسیریابی ترکیبی, الگوریتم شبیه‌سازی تبرید, شبکه‌های مبتنی بر جعبه پرتاب, تاخیر تحویل, شبکه اقتضایی متحرک, شبکه تحمل‌پذیر اختلال یا تاخیر,

چکیده مقاله :

با توجه به اینکه کاهش تاخیر در دریافت اطلاعات در شبکه‌های بی‌سیم گسسته در شرایط بحرانی حائز اهمیت است، جهت سرعت بخشیدن به انتقال پیام‌ها در شبکه‌های اقتضایی گسسته، پروتکل‌ مسیریابی ترکیبی با رویکرد ذخیره و حمل به جلو در معماری شبکه‌ مبتنی بر جعبه پرتاب با توجه به جنبه‌هایی مانند پیش‌بینی رله مناسب و مدیریت موثر بافر در این مقاله ارائه شده است. به‌منظور حفظ حداکثر نرخ انتقال موفق و کاهش زمان انتقال اطلاعات در معیارهای انتخاب گره رله علاوه بر در نظر گرفتن سوابق گره‌ها، تاثیر سه عامل مختلف تاخیر مبدا به مقصد، فضای بافر در دسترس گره‌ها و همچنین اطلاعاتی مانند متوسط سرعت و جهت حرکت گره‌ها در نظر گرفته شده است. همچنین با به‌کار بردن الگوریتم شبیه‌سازی تبرید از هوش مصنوعی در انجام مسیریابی بهینه استفاده می‌شود. جهت مطالعه عملکرد مدل ارائه شده معیارهای عملکرد مشترک مهمی مانند متوسط تاخیر، نسبت تحویل، تعداد پیام‌های از دست رفته و سربار شبکه مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که روش مسیریابی پیشنهادی نسبت به سایر روش‌های مسیریابی علاوه بر حفظ حداکثر انتقال از تاخیر دریافت کمتری برخوردار است.

چکیده انگلیسی:

Given the importance of reducing data latency in discrete wireless networks in critical situations, we present the combined routing protocol with a storage and forwarding approach in Throw-Box-based network topology concerning aspects such as proper relay prediction and effective buffer management. To reduce the data transfer time in the relay node selection criteria, we consider the effect of different factors: node records, end-to-end latency, the nodes' available buffer space, and information such as average speed and node movement direction. We also use artificial intelligence to perform optimal routing using the Simulated Annealing algorithm. Important common performance criteria such as average latency, delivery ratio, number of lost messages, and network overhead were used to evaluate the performance of the proposed model. The results showed that our proposed routing method has less reception delay than other routing methods and maintains maximum transmission.

منابع و مأخذ:

[1] M.W. Kang,Y.W. Chung, "An improved hybrid routing protocol combining MANET and DTN", Electronics,  vol. 9, no. 3, pp.439, March 2020 (doi: 10.3390/electronics9030439).

[2] J. Whitbeck, V. Conan, "HYMAD: Hybrid DTN-MANET routing for dense and highly dynamic wireless networks", Computer Communications, vol. 33, no. 13, pp. 1483–1492, Aug. 2010 (doi: 10.1016/j.comcom.2­010­.03.005).

[3] L.F. Xie, P.H.J. Chong, Y.L. Guan, "Routing strategy in disconnected mobile ad hoc networks with group mobility", EURASIP Journal of Wireless Communications and Networking, vol. 105, pp. 1-12, April 2013 (doi: 10.1186/1687-1499-2013-105).

[4] M. Thomas, S. Phand, A. Gupta, "Using group structures for efficient routing in delay tolerant networks", Journal of Ad Hoc Networks, vol. 7, no. 2, pp. 344–362, March 2009 (doi: 10.1016/j.adhoc.2008.04.001).

[5] S. Krug, M. Aumüller, J. Seitz, "Hybrid scheme to enable DTN routing protocols to efficiently exploit stable MANET contacts", EURASIP Journal of Wireless Communication Network, vol. 237, pp. 1-13, Oct. 2018. (doi: 10.1186/s13638-018-1248-5).

[6] P. Gopalakrishnan, S. Gupta, R. Krishnan, D. Patel, J.P. Dhivvya, "Routing protocol analysis for heteroge­neo­us nodes in a dynamic and sparse environment", Proceeding of the IEEE/ICCNT, pp. 1-7,   Kharagpur, India, July 2020 (doi: 10.1109/icccnt49239.2020.9225354).

[7] S. Jain, S. Gopinath, D. Raychaudhuri, "STAR: Storage aware routing protocol for generalized delay tolerant networks", Proceedings of IEEE/WoWMoM, pp. 1–4, Lucca, Italy , June 2011 (doi: 10.1109/WoWMo­M.2011.5­986209).

[8] J. Papaj, L. Dobos, "Hybrid MANET–DTN and a new algorithm for relay nodes selection", Mobile Information Systems. vol. 5, pp. 1-18, Sept. 2016 (doi: 10.1007/s11277-016-3733-7).

[9] M. Musolesi, C. Mascolo, "CAR: Context-aware adaptive routing for delay-tolerant mobile networks", IEEE Trans. on Mobile Computing, vol. 8, pp. 246–260, Aug. 2009 (doi: 10.1109/TMC.2008.107).

[10] S.R. Azzuhri, H. Ahmad, M. Portmann, I. Ahmedy, R. Pathak, "An efficient hybrid MANET-DTN routing scheme for OLSR", Wireless Personal Communications, vol. 89, no. 4, pp. 1335–1354, April 2016 (doi: 10.1007/s11277-016-3323-8).

[11] C. Aung, I.W.H. Ho, P.H.J. Chon, "Store-carry-cooperative forward routing with information epidemics control for data delivery in opportunistic networks", IEEE Access. vol. 5, pp. 6608-6625, April 2017 (doi: 10.1109/ACCESS.2017.2690341).

[12] C. Raffelsberger, H. Hellwagner, "A hybrid MANET-DTN routing scheme for emergency response scenarios", Proceeding of the IEEE/PERCom, San Diego, CA, USA, March 2013 (doi: 10.1109/PerCo­mW.­20­13.6529549). 

[13] A. Verma, Savita, S. Kumar, "Routing protocols in delay tolerant networks: comparative and empirical analy­sis", Wireless Personal Communication, vol. 118, pp. 551–574, Jan. 2021 (doi: 10.1007/s11277-020-08032-4).

[14] A. Vahdat, D. Becker, "Epidemic routing for partially connected ad hoc networks", Technical Report CS-200006, Duke University, April 2000.

[15] S. Pyropoulos, T.K. Psounis, C.S. Raghavendra, "Spray and wait: An efficient routing scheme for intermittently connected mobile networks", Proceeding of the WDTN, pp. 252-259, Philadelphia Penn­sylvania USA, Aug. 2005 (doi: 10.1145/1080139.1080143).

[16] J. Burgess, B. Gallaghar, D. Jensen, B. N. Levine, "MaxProp: routing for vehicle-based disruption-tolerant networks", Proceedings of the IEEE/INFOCOM, pp. 398-408, Barcelona, Spain, April 2006 (doi: 10.1109/­INF­OCOM.2006.228).

[17] M.Y.S. Uddin, H. Ahmadi, T. Abdelzaher, "Intercontact routing for energy constrained disaster response ne­tw­­orks", IEEE Trans. on Mobile Computing, vol. 12, no.10, pp. 1986–1998, Oct. 2013 (doi: 10.1109/T­MC.20­12.172).

[18] A.K. Gupta, I. Bhattacharya, P.S. Banerjee, J.K. Mandal, A.M. Mukherjee, "Dir Move: direction of movement-based routing in DTN architecture for post-disaster scenario", Wireless Networks, vol 22, no 3, pp. 723–740, April 2016 (doi: 10.1007/s11276-015-0994-0).

[19] I.G.A.S. Negara, LV. Yovita, T. Wibowo, "Performance analysis of social-aware content-based opportunistic routing protocol on MANET based on DTN", Proceeding of the IEEE/ICCEREC, pp. 47-53, Bandung, Indonesia, Sept. 2016 (doi: 10.1109/ICCEREC.2016.7814962).

[20] M.R. Penurkar, U.A. Deshpande, "Social characteristics-based routing algorithm for a mobile social network", Computing, vol. 103, pp. 133–153. Oct. 2021 (doi: 10.1007/s00607-020-00843-4).

[21] A. Avokh, G. Mirjalily, J. Abouei, S. Valaee, "On the Relationship between multicast/broadcast throughput and resource utilization in wireless mesh networks", The Scientific World Journal, vol. 2013, pp. 1-9, Nov. 2013 (doi: 10.1155/2013/794549).

[22] B. Aruna, L. B. Neil, V. Arun, "DTN Routing as a Resource Allocation Problem", Proceeding of the SIGCOMM, pp. 373-384, Kyoto, Japan, Aug. 2007 (doi: 10.1145/1282380.1282422).

[23] D. Niyato, P. Wang, "Optimization of the mobile router and traffic sources in vehicular delay-tolerant network", IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 58, no. 9, pp. 5095-5104, Nov. 2009 (doi: 10.1109/tvt­.20­09.2025379).

[24] B. Mazloumi-Fard, A. Hatamlou, "A road-aware routing protocol for inter-vehicle ad-hoc networks", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 11, no. 43, pp. 1-12, Oct. 2020 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1399.11.43.5.8).

[25] H. Peyravi, R. Sehgal, "Link modeling and delay analysis in networks with disruptive links", ACM Trans. on Sensor Networks, vol. 13, no. 4, Article Number: 31, Sept. 2017 (doi: 10.1145/3133322).

[26] Y. Jahir, M. Atiquzzaman, H. Refai, A. Paranjothi, P. LoPresti, "Routing protocols and architecture for disaster area network: A survey", Ad Hoc Networks, vol. 82, no.4, pp. 1-14, Jan. 2018 (doi: 10.1016/j.a­dhoc.20­18.08.005).

[27] S.R. Nabavi, N. Osati-Eraghi, J. Akbari-Torkestani, "Wireless sensor networks routing using clustering based on multi-objective particle swarm optimization algorithm", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 47, pp. 29-47, Dec. 2021  (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1400.12.3.3.3).

[28]  B. Bista, D. B. Rawat, "EA-Epidemic: An energy-aware epidemic-based routing protocol for delay tolerant networks", Journal of Communications, vol. 12, no. 6, pp. 304-311, June 2017 (doi: 10.12720/jcm.12.6.304-311).