Variable Route Expiration Time Based on a Fixed Probability of

IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 1, JAN. 2015
Variable Route Expiration Time Based on a
Fixed Probability of Failure for Ad-Hoc
Networks Routing Applications
M. Rios, Senior Member, IEEE
Abstract— In reactive routing algorithms on Ad-Hoc networks,
one of the most important challenges is to minimize the number
of route discovery processes, due to their high cost in bandwidth.
This is achieved through a careful selection of the expiration
time, i.e. the time each node keeps active the current route. Most
implementations use system-wide random or arbitrary values for
this parameter, even though the failure probability of a route
depends of its size. Thus the use of a fixed expiration time is not
necessarily efficient, and a variable allocation of expiration times
for routes, according to their size, is proposed by introducing the
VTOA (Variable Time Out Allocation) method. VTOA can be
applied to any Ad-Hoc routing algorithm. In particular, an
implementation of this method on the AODV algorithm is
presented. The results obtained by simulation show VTOA
improves the network’s performance, both in terms of the
routing overhead (8.5% lower) and average end-to-end delay
(21.3% lower), when compared to the original AODV, while
other indicators, as the packet delivery fraction, remain the same
or are slightly better.
Keywords— Ad-Hoc networks, Ad-Hoc On-Demand Distance
Vector, Ad-Hoc routing, Expiration Time Allocation.
U
I. INTRODUCCION
LTIMAMENTE, la demanda de las tecnologías
inalámbricas ha experimentado un aumento considerable.
La necesidad de una comunicación en cualquier momento y en
cualquier lugar ha impulsado el desarrollo de las redes
híbridas, que interconectan redes de diferentes topologías y
plataformas, siendo uno de los principales desafíos para las
redes 4G. Un tipo particular de redes inalámbricas son las
redes MANETs o Ad-Hoc. Estas son redes temporales, que se
conforman de una manera aleatoria y autónoma. Se componen
de un conjunto de nodos móviles y que no tienen una
topología fija [1], [2] y [3].
El enrutamiento en este tipo de redes plantea grandes
desafíos. A diferencia de otros tipos de redes inalámbricas,
estas redes se enfrentan a problemas importantes de
escalabilidad, en primer lugar debido a su naturaleza móvil y,
en segundo lugar, debido a la imposibilidad de implementar
una organización jerárquica compleja de la red, ya que tales
redes no tienen una topología fija. Además, a diferencia de
otras tecnologías inalámbricas (telefonía celular, WLAN, etc.),
en estas redes los nodos deben ser capaces de retransmitir
paquetes a través de rutas con varios saltos.
Los algoritmos de enrutamiento para redes Ad-Hoc fueron
desarrollados inicialmente sobre la base de los algoritmos
tradicionales que se utilizan en las redes de cable (como
M. Ríos, Pontificia Universidad Católica de Chile, and National Research
Center
for
Integrated
Natural
Disaster
Management
CONICYT/FONDAP/15110017, mrios@ing.puc.cl
Vector de Distancia y Estado del Enlace). Actualmente existen
dos familias principales de algoritmos: algoritmos proactivos o
determinados por tablas y algoritmos reactivos o de demanda.
Las ventajas y desventajas de estas dos familias han sido
intensamente investigadas [4]. Los algoritmos proactivos [5]
constantemente mantienen rutas hacia diferentes destinos en la
red. Con el fin de mantener la información actualizada de las
rutas, se envían periódicamente mensajes de control, lo que
puede resultar en un uso excesivo del ancho de banda, que es
un recurso muy limitado en el ambiente inalámbrico.
También, en redes de gran tamaño y con movilidad, es difícil
que estos algoritmos de enrutamiento converjan a rutas
factibles. Además, el funcionamiento ininterrumpido del
algoritmo genera transmisiones, retransmisiones, y
procesamiento de paquetes en forma continua, lo que utiliza
ineficientemente la energía limitada de los dispositivos de la
red [13]. Por otro lado, los algoritmos reactivos [4] usan la red
sólo cuando el tráfico de datos se requiere. Con el fin de
obtener información de la red, los nodos realizan los procesos
de descubrimiento de rutas, sólo cuando es necesario
transmitir datos y no se tienen rutas activas disponibles hacia
el destino. De esta manera, se evita el uso de ancho de banda y
energía, pero con un costo de mayores retardos, debido a los
procesos de descubrimiento de ruta.
El proceso de descubrimiento de ruta en los algoritmos
reactivos se realiza a través de un ciclo de petición/respuesta
de ruta, en el que el nodo de origen inunda la red con paquetes
de solicitud lo que es altamente ineficiente. El problema de la
inundación ha sido ampliamente definido y estudiado [14]. En
cada proceso de inundación, debido a la naturaleza
inalámbrica del sistema, una gran proporción del ancho de
banda utilizado se desperdicia. Esto ocurre debido al
intercambio de información repetida y la zona de la
disminución de la cobertura adicional de que cada nuevo
paquete retransmitido produce. Además, hay un uso
ineficiente de la energía en la retransmisión y el
procesamiento de paquetes repetidos. Por último, en las redes
de alta densidad, este proceso presenta conflictos en la capa de
enlace de datos, que se manifiestan a través de acceso al canal
y colisiones. Todos estos problemas han motivado esfuerzos
de investigación, con el fin de desarrollar métodos más
eficientes de descubrimiento de ruta [10], [11].
La optimización del proceso de descubrimiento de ruta ha
sido estudiada desde diferentes perspectivas. Se han propuesto
sistemas de inundación limitada. Otros procesos utilizan
distintos criterios para la decisión de retransmisión de
paquetes [16], [17]. Otros métodos se basan en una inundación
selectiva u orientada. Otras estrategias se basan en evitar
procesos innecesarios de búsqueda. Estas estrategias han
383
384
desarrollado extensiones de trayectoria múltiple de
enrutamiento y métodos para la reparación y mantenimiento
de ruta [4].
Debido a la naturaleza móvil de estas redes, el proceso de
descubrimiento de ruta asigna un tiempo de expiración
limitado para cada ruta posible, luego de lo cual la ruta se
desactiva. Una selección correcta de este parámetro es
fundamental para el uso eficiente de la información obtenida.
Si el tiempo de expiración es demasiado corto, el proceso
desactiva rutas que pueden ser probablemente todavía factibles
de utilizar. Por otro lado, si el tiempo de expiración es
demasiado largo, es probable que en el futuro cercano el
algoritmo de encaminamiento trate de usar rutas con enlaces
caídos, produciendo la pérdida de información debido a
paquetes que se descartan. En ambos casos, el tiempo de
expiración o el defecto de rutas, activa un nuevo proceso de
descubrimiento en el nodo. La selección de un tiempo de
expiración óptimo es un problema que no ha sido bien
explorado en la literatura. La mayoría de los investigadores
utilizan valores aleatorios para este parámetro.
Hay estudios que determinan, de forma experimental, el
comportamiento de las diferentes medidas de desempeño
relacionadas con el tiempo de expiración de ruta [7]. Los
resultados muestran diferencias de hasta un 50% en la fracción
de entrega de los paquetes (PDF), al utilizar diferentes valores
para el tiempo de expiración de ruta. También hay estudios
sobre las propiedades de este parámetro fijo en algoritmos de
enrutamiento reactivo [8], [9]. Sin embargo, el uso de este
parámetro con un valor fijo, para todas las rutas generadas, no
es necesariamente eficiente. Después de que el tiempo de
expiración ha pasado, la probabilidad de una falla de ruta
aumenta con su tamaño, ya que una ruta fallará cuando al
menos uno de sus enlaces (o nodos) falle.
La contribución de este trabajo es el método VTOA
(Tiempo de Espera de Asignación Variable), que asigna el
tiempo de caducidad de la ruta de acuerdo con el tamaño de la
misma, asegurando una probabilidad de falla que es
independiente del número de enlaces en la ruta. Como se
demostrará, esta probabilidad se puede elegir de tal manera de
optimizar el rendimiento de la red en términos de los
parámetros de desempeño deseados, incluyendo el caudal,
retardo, overhead, la fracción de entrega de paquetes, etc. Esta
metodología, en principio, es aplicable a cualquier algoritmo
de enrutamiento en redes con nodos móviles. A modo de
ejemplo, se desarrollará una implementación de VTOA como
una extensión del algoritmo reactivo AODV (Ad-Hoc Ondemand Distance Vector). A través de simulaciones, en
diferentes escenarios de funcionamiento del algoritmo, se
mostrará mejoras en el retardo y sobrecarga del orden del 21%
y 8,5%, respectivamente, en comparación con el algoritmo
AODV original. Al mismo tiempo, otras medidas de
desempeño, tales como la fracción de entrega de paquetes se
mantienen en valores razonables.
El resto del documento está organizado de la siguiente
manera: la sección II presenta la metodología VTOA utilizada
para la determinación del tiempo de expiración, que depende
del tamaño de las rutas, para una probabilidad de falla de ruta
IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 1, JAN. 2015
fija. En la sección III, se busca un valor adecuado de la
probabilidad de falla de la ruta Pr . En la sección IV se
describe la implementación del método VTOA como una
extensión del algoritmo AODV y también detalles de las
simulaciones por ordenador realizadas para medir su
rendimiento. En la sección V se discuten y analizan los
resultados obtenidos en las diferentes simulaciones.
Finalmente, en la sección VI se presentan las principales
conclusiones del trabajo.
II. LA METODOLOGÍA VTOA
En los algoritmos de enrutamiento reactivos, se utiliza un
valor fijo para el tiempo de expiración de la ruta. Sin embargo,
mientras más enlaces hay en una ruta, mayor es la
probabilidad de falla, puesto que una ruta fallará cuando al
menos uno de sus enlaces falle. Para una ruta dada, un valor
de Pr que sea demasiado pequeño dará como resultado
tiempos de expiración muy cortos para la ruta, con una pérdida
de información útil de enrutamiento (y una gran sobrecarga).
Por otro lado, un valor muy alto de Pr también tendrá un
efecto negativo en el proceso de comunicación, ya que es muy
probable que con frecuencia el sistema intentará utilizar rutas
con enlaces rotos, resultando en la pérdida de paquetes. Es
razonable pensar que el control de la probabilidad de falla
debiera dar lugar a un mejor rendimiento de la red. Puesto que
una red Ad-Hoc puede tener rutas activas de longitudes
diferentes, ya sea simultáneamente o en momentos diferentes
en el tiempo, las probabilidades de falla de estas rutas serán
muy diferentes y no será posible controlarlas a voluntad.
En la siguiente sección, se propone una metodología que
asigna los tiempos de expiración de rutas de acuerdo con el
tamaño de la ruta, y garantizando una probabilidad fijo de falla
del enlace.
2.1. Determinación de la probabilidad de falla de un enlace
En una red móvil, los nodos se mueven en direcciones
diferentes a velocidades aleatorias. Cada nodo tiene un radio
dado de cobertura R, que representa la máxima distancia de
transmisión por radio. Si se supone que los nodos A y B tienen
radios de cobertura igual a R, entonces existe un enlace entre
A y B, en el instante t, si la distancia entre ellos es a lo sumo R.
La Fig. 1 muestra un enlace entre los nodos A y B en el que,
en un instante t dado, A y B están a una distancia aleatoria
inicial d < R . Dentro del círculo de radio R, alrededor de A,
cada ubicación tiene la misma probabilidad de contener el
nodo B, por lo que la distancia d entre A y B tiene una
distribución uniforme en el interior del círculo. Aunque hay
diferentes modelos para el movimiento de los nodos de la red
ad-hoc, en este análisis, se usan velocidades VA y VB
constantes. Si el nodo A se considera como referencia de
posición y de velocidad, la velocidad relativa (VB – VA) es
Vm, un parámetro que es específico de la red. La dirección del
movimiento está dada por el ángulo θ.
Después de un tiempo Δt, los nodos A y B están lejos de
sus posiciones iniciales, a una distancia VmΔt. Si se supone que
R es igual y fijo para cada nodo en la red, la probabilidad de
RIOS : VARIABLE ROUTE EXPIRATION TIME BASED ON
385
falla Pe de un enlace dado después de un tiempo Δt (es decir,
la probabilidad de que la distancia d supere el radio R de la
cobertura del nodo), depende sólo de Vm y Δt, porque el resto
de los parámetros de la red son variables aleatorias uniformes.
Como Vm es un parámetro fijo para la red, Pe depende sólo de
Δt y no de la topología de la red.
La probabilidad de falla de un enlace ha sido discutida por
un número de investigadores ([19], [20] y [21]). Se reproduce
a continuación los resultados de [19]. Los parámetros d y θ
son variables aleatorias con las siguientes funciones de
densidad de probabilidad:
Figura 1. Escenario con el nodo A fijo y el nodo B móvil.
2d / R 2 , for 0 ≤ d ≤ R
f d (d ) = 
0, otherwise

1/ 2π , for 0 ≤ θ ≤ 2π
fθ (θ ) = 
0, otherwise

En este escenario Pe es [19]:
(1)
(2)
Pr = 1 − (1 − Pe ) h
 2 −1  Vm Δt  4
1
 V Δt  
tan  sin −1  m   +
−
 sin 

 2 R  3π
 2R 
2
π


1
2R
 V Δt  
(3)
Pe = 
sin  2sin −1  m   , for 0 ≤ Δt ≤
Vm
 2R 
 3π


8R
2R
 1−
, for Δt ≥
3π Vm Δt
Vm

La Fig. 2 muestra Pe versus el tiempo Δt para distintos
valores de Vm, calculados con la ecuación (3).
1.0
20 m/s
10 m/s
5 m/s
0.9
0.8
Probability Pe
0.7
0.6
(4)
La Fig. 3 muestra la curva de la probabilidad Pr versus la
cantidad de saltos h, utilizando la ecuación (4), con los valores
de Pe calculados mediante la ecuación (3). Estas curvas
muestran el comportamiento de la red con Vm = 10 m/s y con
Δt =10 seg, 20 seg y 30 seg.
2.3. Determinación del tiempo de expiración para un Pr dado
Usar tiempos fijos de expiración para las rutas conduce a
una probabilidad variable de falla Pr , que depende del tamaño
de la ruta. A la inversa, se utilizan tiempos variables de
expiración para las rutas adquiridas, por lo que Pr permanece
dentro de un pequeño rango de un valor objetivo fijo. Para
obtener el tiempo de expiración requerido para un valor fijo de
la probabilidad Pr , se tiene que encontrar Δt en la ecuación:
Pr = 1 − (1 − Pe (Δt ))h
(5)
en la que Pe Δ t está dada por la ecuación (3). La Fig. 4
muestra las curvas de tiempo de expiración versus el número
de saltos, obtenidos con la ecuación (5) para las redes con
Vm = 10 m/s , con diferentes probabilidades de falla.
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
2.2. Determinación de la probabilidad de falla Pr de una ruta
dada
Una ruta está compuesta por h enlaces, cada uno de ellos
entre un par de nodos. Se supondrá que el tiempo t inicial de
los diferentes enlaces de la ruta, es el instante en que la ruta
está totalmente conformada. Recordar que el algoritmo AODV
es un algoritmo de salto a salto, donde cada nodo sólo tiene
información sobre el siguiente salto hacia un destino
específico. En el proceso de descubrimiento de una ruta, los
nodos intermedios adquieren las rutas en orden, comenzando
por el nodo más cercano a la fuente y, por esta razón, el
tiempo de expiración de las rutas activas recién formadas son
diferentes para cada nodo. El tiempo de descubrimiento de
ruta es muy corto, comparado con el tiempo de expiración y
por esta razón esta pequeña diferencia entre los nodos se
considera despreciable con el fin de simplificar el modelo. En
consecuencia se pasa por alto el pequeño retardo como
consecuencia de los procesos de búsqueda y respuesta.
Se define Pr como la probabilidad de falla de una ruta. Una
ruta falla si al menos uno de sus h enlaces falla, luego la
probabilidad de falla aumenta con el número total de enlaces.
Si se supone que la probabilidad de falla de cada enlace es
independiente de las probabilidades correspondientes de los
enlaces restantes (un supuesto muy común en ausencia de
información adicional sobre la naturaleza de la red), la
probabilidad de falla Pr de la ruta, después de un tiempo Δt
es simplemente 1 menos la probabilidad que todos los enlaces
sigan activos, es decir,
0
5
10
15
20
25
Time (sec.)
Figura 2. Probabilidad de falla, de la ecuación (3).
30
35
40
III. ESTUDIO DE LA PROBABILIDAD OPTIMA
Como el valor del tiempo de expiración de ruta se puede
ajustar para obtener una probabilidad Pr fija de falla de una
ruta, subsiste la pregunta acerca de qué valor de Pr es el
mejor. Para determinar ese valor, se realizaron simulaciones
386
IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 1, JAN. 2015
utilizando el software ns-2, de una manera similar a [7]. Se
utilizó como base el algoritmo de AODV con la aplicación de
VTOA como una extensión. El ambiente de simulación se
definió de modo de obtener un rendimiento normal del
algoritmo AODV. Una definición detallada de los parámetros
de la simulación se presenta en la siguiente sección.
1.0
Vmax = 10 m/s
0.9
0.8
Probability Pr
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
30 sec
20 sec
0.2
0.1
0.0
10 sec
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Hops
Figura 3. Resultados de Pr , con
Vm
= 10 m/s.
35
Vmax = 10 m/s
Pr = 0.4
Pr = 0.3
Pr = 0.2
Pr = 0.1
Expiration time Δt (sec)
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Hops
Figura 4. Tiempo de expiración de ruta para Vm = 10 m/sec.
3.1. Simulaciones
Las simulaciones se realizaron utilizando un espacio de
1000 x 1000 metros, con una red de 100 nodos móviles y un
máximo de 40 conexiones CBR (tasa de bits constante). Se
corrieron 10 simulaciones para cada escenario, con los
patrones de tráfico y circulación generados al azar. Los
parámetros utilizados para evaluar el rendimiento de la red son
la sobrecarga (overhead), el retardo promedio y el caudal de la
red.
La Fig. 5 muestra el rendimiento de la red, en términos de
los 3 parámetros utilizados, de acuerdo con una probabilidad
de falla Pr dada. Para cada escenario, se realizó simulaciones a
velocidades máximas de 5 y 20 m/s. Los resultados de la
simulación muestran que el mejor rendimiento se obtiene, para
ambas velocidades, cuando Pr =0,1. Por debajo de este valor,
el retardo promedio aumenta significativamente, así como hay
un aumento menor del retardo promedio para valores de Pr =
0,15 a 0,25, y un aumento más significativo para valores de
Pr > 0,25. Se eligió entonces el valor Pr = 0,1 para evaluar el
rendimiento de la extensión VTOA. Téngase en cuenta que, en
el diseño de una red, simulaciones similares pueden ser
utilizadas para determinar el mejor valor o rango de valores de
la probabilidad de falla, para las condiciones específicas de la
red que está siendo diseñada.
IV. IMPLEMENTACIÓN Y SIMULACIÓN DE VTOA
La implementación de VTOA consiste básicamente en la
asignación de los tiempos de expiración de ruta en función del
tamaño de las rutas obtenidas, y usa los valores de tiempo
obtenido experimentalmente antes. La simulación para evaluar
el rendimiento de VTOA método se llevó a cabo con el
software ns-2. El objetivo fue evaluar y comparar los
resultados de AODV y de AODV con la extensión VTOA.
El tamaño del espacio de simulación se definió de modo
de garantizar una densidad media de nodos, adecuado para un
buen rendimiento del protocolo. La métrica que se usó para
medir la densidad de la red es el número de vecinos por nodo.
Los escenarios generados tuvieron un promedio de 16,5
vecinos por nodo. El radio de cobertura de cada nodo fue de
250 metros y la duración de la simulación de 100 segundos.
Para cada escenario, se realizaron 10 simulaciones y el
rendimiento de los valores mostrados corresponde a la media
de los valores resultantes de cada simulación.
Se generaron patrones de tráfico CBR, en la que cada
fuente transmite paquetes de 512 KB a una tasa de 2
paquetes/seg. Un máximo de 40 sesiones de tráfico se
generaron entre orígenes y destinos, seleccionados al azar.
Se utilizó el modelo de movimiento Random Waypoint [13].
Cada nodo elige aleatoriamente una coordenada de destino y
se mueve a una velocidad aleatoria Vm hasta que se alcanza el
destino. Al llegar, el nodo permanece inmóvil durante un
tiempo de reposo. Luego, se elige de nuevo una coordenada
aleatoria y la secuencia se repite. Para esta simulación, el
tiempo de pausa elegido fue de 0 segundos. Las simulaciones
se realizaron en escenarios de velocidad entre 0 (m/s) y 20
(m/s).
Se elegió los parámetros de algoritmos adecuados a los
escenarios. El diámetro de la red seleccionada representa una
aproximación del diámetro de la red y se utiliza para asignar el
valor del TTL de los paquetes RREQ/ RREP, utilizados en el
proceso de búsqueda. Este diámetro se fijó en un valor de 30
saltos. En las simulaciones, el algoritmo utiliza la extensión
ERS (Expanding Ring Search) [18]. Con el fin de observar los
resultados de ambos algoritmos cerca de su funcionamiento
óptimo, los valores utilizados para ERS están cerca de los
valores óptimos obtenidos experimentalmente en [15]. Estos
valores son: TTL_START = 2, TTL_INCREMENT = 2 y
UMBRAL = 4. El criterio de elección para el tiempo de
expiración de ambos algoritmos se escogió para lograr su
mejor rendimiento. Para AODV, un tiempo de expiración de 5
segundos se seleccionó, de acuerdo con los resultados
encontrados en [7]. Para AODV-VTOA, de acuerdo con los
resultados mostrados en la sección anterior, se eligió una
probabilidad de falla Pr = 0,1.
V. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
La Fig. 6 muestra el caudal (throughput) de la red en
términos de la velocidad. El caudal se calcula como la
proporción de bytes de datos recibidos con respecto al número
total de bytes transmitidos. Como se puede esperar, el caudal
RIOS : VARIABLE ROUTE EXPIRATION TIME BASED ON
disminuye cuando aumenta la velocidad media. Esto es porque
a una mayor velocidad, las rutas tienen una duración más
corta, lo que aumenta la pérdida de paquetes, debido a fallas
de rutas y un aumento en el número de procesos de
descubrimiento. Como AODV-VTOA tiene tiempos de
expiración variables y óptimos para cada tamaño de ruta, el
número de paquetes perdidos debido a fallas de rutas
disminuye. La Fig. 6 muestra cómo el rendimiento es en
promedio 1,5% mejor en AODV-VTOA con respecto a
AODV.
La sobrecarga de enrutamiento se calculó como la
proporción de mensajes de control transmitidos al total de
bytes transmitidos, incluyendo todos los paquetes de control
enviados y retransmitidos. En AODV los mensajes de control
podían ser RREQ, RREP y RRER.
Los mensajes RREQ provienen del proceso de inundación
de la red. Los mensajes RREP son las respuestas a los
paquetes RREQ y se envían como paquetes unicast. Los
paquetes RRER se envían antes de fallas de los enlaces que
pertenecen a las rutas activas o antes de la expiración de las
rutas activas. Estos últimos tipos de mensajes tienen un
tamaño variable que depende del número de destinos
inalcanzables, producidos por el enlace roto. Si el tiempo de
expiración es demasiado corto, el número de paquetes RRER
enviados aumentará. Sin embargo, en ambas simulaciones, se
eligieron valores óptimos de los tiempos de expiración. Por
esta razón, la mayoría de los mensajes de control proceden de
paquetes RREQ. Los estudios muestran, experimentalmente,
que los paquetes RREQ representan más del 90% del total de
mensajes de control [6]. La extensión VTOA asigna tiempos
variables de caducidad, en función de los diferentes tamaños
de las rutas, tratando de reducir el número de procesos de
búsqueda y, de este modo, disminuye la sobrecarga en los
mensajes de control. La Fig. 7 muestra la sobrecarga de
enrutamiento en términos de la velocidad. La extensión VTOA
presenta una disminución promedio de 8,5% en la sobrecarga,
en comparación con el AODV original.
El número de procesos de búsqueda también tiene un efecto
negativo sobre el retardo promedio. Esto sucede porque, si
cualquiera de los enlaces de la ruta tiene una falla, el nodo que
la ha detectado envía un mensaje de RRER a la fuente. Una
vez que la fuente recibe este mensaje, que guarda los paquetes
generados en un buffer y se inicia un proceso de búsqueda. En
la extensión LR (reparación local), la búsqueda se inicia por el
nodo que detecta el enlace fallado, si está más cerca del
destino que a la fuente. En ambos casos, estos procesos de
búsqueda adicionales interrumpen la comunicación y
aumentan el retardo promedio de la red.
Además, un aumento de la velocidad del nodo produce una
mayor tasa de falla en los enlaces, que causa un aumento en el
número de procesos de inundación. La Fig. 8 muestra el
retardo como una función de la velocidad para ambos
algoritmos. En promedio, en AODV-VTOA el retardo se
reduce un 21,3%, en comparación con AODV. Esto es porque
el número de procesos de búsqueda, tanto debido a la
expiración de ruta y la falla de ruta, disminuye. Nótese que
esta mejora se consigue sin aumentar la sobrecarga la cual, por
lo demás, disminuye.
Otro indicador, frecuentemente utilizado para medir el
rendimiento de los algoritmos de enrutamiento Ad-Hoc, es la
387
fracción de paquetes entregados (PDF). La PDF se calculó
como la razón de los paquetes de control y datos recibidos, y
el número total de paquetes transmitidos.
Figura 5. Retardo promedio versus Pr .
Figura 6. Throughput versus Vm .
Figura 7. Sobrecarga versus Vm .
Los paquetes perdidos tienen una influencia negativa en
este indicador. Los paquetes perdidos de control generalmente
son paquetes RREP, porque sólo estos paquetes se envían a
direcciones específicas (los paquetes RREQ se envían por
inundación a toda la red y los paquetes RRER se envían por
inundación con TTL = 1). El número de paquetes perdidos de
control depende de la movilidad y es el mismo en ambos
algoritmos. El número de paquetes de datos perdidos puede
variar en ambos algoritmos, dependiendo de la falla de enlaces
388
IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 1, JAN. 2015
en las rutas activas. La Fig. 15 muestra el valor de PDF en
términos de la velocidad. Los resultados indican un pequeño
incremento promedio de 0,7% en el PDF al usar AODVVTOA. Este aumento no es significativo, mientras que los
restantes indicadores mejoran.
Pr puede producir que la extensión VTOA tenga una
influencia negativa en el rendimiento de la red.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue financiado, en parte, por los proyectos
CEDEUS
Conicyt/Fondap/15110020
y
CIGIDEN
Conicyt/Fondap/15110017.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Figura 8. Retardo versus Vm .
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
Figura 9. PDF versus Vm .
VI. CONCLUSIONES
En este trabajo, se analizó el uso de los tiempos variables
de expiración de las rutas activas en los algoritmos de
enrutamiento Ad-Hoc, con el fin de disminuir el número de
procesos de descubrimiento, porque ellos reducen
considerablemente la eficiencia en el uso del ancho de banda.
Se propone el método de extensión VTOA para la
determinación variable de los tiempos de expiración de las
rutas, lo que permite garantizar una determinada probabilidad
de error Pr . Se estudió el cálculo y asignación de este tiempo
de expiración a las rutas en función de su tamaño. Para evaluar
el desempeño del método, se realizó un gran número de
simulaciones en entornos de nodos móvil a diferentes
velocidades. El rendimiento del algoritmo AODV con la
extensión VTOA muestra mejoras sobre el método AODV
original, incluyendo una disminución de 8,5% en la
sobrecarga y una caída de 21,3% en el retardo promedio.
También se concluye que una selección incorrecta del valor de
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
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RIOS : VARIABLE ROUTE EXPIRATION TIME BASED ON
Miguel Ríos was born in Santiago, Chile. He is Electrical
Engineer from the Universidad de Chile, Master of
Applied Science in Electrical Engineering and Doctor of
Philosophy in Electrical Engineering from the University
of Ottawa, Canada. Professor Ríos has been with the
Department of Electrical Engineering of the Pontificia
Universidad Católica de Chile since 1977. During this
period of time he has lectured, performed research and
consulting in Telecommunications. He has been Chairman of the Department
in five periods (1988-1990, 1990-1992, 2000-2002, 2002-2003 and 20122014). In 2003, he was Senior Visiting Research Scientist at the School of
Information Technology and Engineering (SITE) from the University of
Ottawa, Canada.
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