A Method for Reducing Path Recovery Overhead of Clustering-based, Cognitive Radio Ad Hoc Routing Protocol

클러스터링 기반 인지 무선 애드혹 라우팅 프로토콜의 경로 복구 오버헤드 감소 기법

Abstract

In the CR-enabled MANET, routing paths can be easily destroyed due to node mobility and channel unavailability (due to the emergence of the PU of a channel), resulting in significant overhead to maintain/recover the routing path. In this paper, network caching is actively used for route maintenance, taking into account the properties of the CR. In the proposed scheme, even if a node detects that a path becomes unavailable, it does not generate control messages to establish an alternative path. Instead, the node stores the packets in its local cache and 1) waits for a certain amount of time for the PU to disappear; 2) waits for a little longer while overhearing messages from other flow; 3) after that, the node applies local route recovery process or delay tolerant forwarding strategy. According to the simulation study using the OPNET simulator, it is shown that the proposed scheme successfully reduces the amount of control messages for path recovery and the service latency for the time-sensitive traffic by 13.8% and 45.4%, respectively, compared to the existing scheme. Nevertheless, the delivery ratio of the time-insensitive traffic is improved 14.5% in the proposed scheme.

인지 무선 기술을 활용하는 모바일 애드 혹 네트워크에서는 인지 무선 기술의 특성 (주 사용자의 등장으로 인한 채널 변경) 및 단말의 이동성으로 인한 빈번한 경로 단절이 발생하며, 이에 따라 경로 유지/복구 오버헤드가 크게 증가하고 컨트롤 메시지 혼잡에 따른 서비스 품질저하가 초래될 수 있다. 본 논문에서는 인지 무선 기술의 특성을 고려하여, 네트워크 캐싱을 활용한 경로 유지/복구 방법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 단말이 경로 단절을 인지하더라도, 즉시 경로 재설정을 위한 메시지들을 발생시키지 않고, 전달받은 패킷을 저장한 채, 1) 주사용자가 비활성화 되는 것을 기다리고 2) 다른 플로우의 메시지를 오버히어링하여 유효한 우회로를 파악함으로써, 불필요한 컨트롤 메시지 발생을 최소화한다. 이후에도 경로복구가 이루어지지 않을 경우, 지역적인 경로복구 및 지연 전달방법을 적용함으로써, 메시지 전달률을 확보하게 된다. OPNET 시뮬레이션을 통한 성능 검증에 따르면, 제안하는 방법은 혼잡한 네트워크에서 기존 연구 대비 네트워크에 경로 복구를 위해 발생하는 컨트롤 메시지를 13.8% 감소시키며, 이로 인해 실시간성 트래픽의 전달 지연시간을 45.4% 줄일 수 있음을 확인하였다. 그럼에도 비실시간성 트래픽의 전달률을 14.5% 증가시키는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 1. System architecture of the proposed scheme. 그림 1. 제안 기법 시스템 구조

Fig. 2. Cluster-based routing scenario. 그림 2. 클러스터 기반 라우팅 시나리오

Fig. 3. Simulation scenario topology. 그림 3. 시뮬레이션 시나리오 토폴로지

Fig. 4. A comparison of routing overhead. 그림 4. 라우팅 오버헤드 비교

Fig. 5. A comparison of delay for real-time traffic. 그림 5. 실시간 트래픽 전송 지연 시간 비교

Fig. 6. A comparison of throughput for non-real-time traffic. 그림 6. 비실시간 트래픽 전달률 비교

Table 1. Simulation environment. 표 1. 시뮬레이션 환경