Investigating multicriteria approaches for the routing problem in ad-hoc wireless networks using QoS-aware metrics
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Investigando abordagens multicritério para o problema de roteamento em redes sem fio Ad-hoc usando métricas de QoS-awares
Primeiro orientador
Membros da banca
Eduardo Gontijo Carrano
Flávio Vinícius Cruzeiro Martins
Flávio Vinícius Cruzeiro Martins
Resumo
Ad-hoc Wireless Networks have aroused much interest of the scientific and business community in the last two decades. Sensor, vehicular, and mobile networks have evolved from this “ad-hoc” paradigm. Among the various emerging challenges of this research field, the provision of Quality of Service (QoS) is one of the most prominent, since these networks are prone to suffer from instabilities and interference in the wireless medium and frequent topology changes when mobility exists. Depending on application or scenario, the protocol needs to consider two or more QoS criteria when solving the routing problem. In this context, this work proposes to investigate if the use of multiple QoSaware metrics can generate promising compromise solutions considering several network quality indicators in static and mobile Ad-hoc Wireless Networks. For that, a framework that supports several optimization objectives is developed to house the methods. Two new models are proposed - one based on weighted sum method with path size control and another based on compromise method ( -constraint) with pruning mechanism and path size control - and compared with the standard weighted sum method. In order to map a single final solution, a utility function is proposed to choose the parameters (weights and constraints) of each method. In a network simulator, experiments are designed varying mobility, type of application, and packet generation rate. The following network quality indicators are measured: Packet Loss Ratio (PLR), Throughput, Endto-End Delay (E2ED), Network Lifetime (NLT), Normalized Routing Load (NRL), and Packet Error Rate (PER). The results show the proposed methods were more efficient in generating better trade-off solutions and promoting significant improvements in the quality indicators in most scenarios investigated, indicating that these approaches are promising and deserve to be further studied in future works.
Abstract
As redes sem fio ad-hoc têm despertado muito interesse nas comunidades científicas e empresariais nas últimas duas décadas. Redes de sensores, redes veiculares e redes móveis
têm evoluído a partir deste paradigma "ad-hoc". Dentre os vários desafios deste campo
de pesquisa, o fornecimento de Qualidade de Serviço (QoS) é um dos mais proeminentes,
uma vez que essas redes são propensas a sofrer com instabilidades e interferências no
meio sem fio e frequentes mudanças de topologia quando existe mobilidade. Dependendo da aplicação ou do cenário, o protocolo precisa considerar dois ou mais critérios
de QoS ao resolver o problema de roteamento. Neste contexto, este trabalho propõe
investigar se o uso de múltiplas métricas conscientes de QoS pode gerar soluções de
compromisso promissoras considerando vários indicadores de qualidade em redes sem
fio ad-hoc estáticas e móveis. Para isso, um framework que suporta vários objetivos
de otimização é desenvolvido para abrigar os métodos propostos. Dois novos modelos
são propostos - um baseado no método de soma ponderada com controle do tamanho do
caminho e outro baseado no método de compromisso ( -restrito) com mecanismo de poda
e controle do tamanho do caminho - e comparados com o método de soma ponderada
tradicional. Para mapear uma única solução final, uma função de utilidade é proposta
para escolher os parâmetros (pesos e restrições) de cada método. Em um simulador de
rede, projetou-se experimentos em cenários de rede que variam em termos de mobilidade,
tipo de aplicação e taxa de geração de pacotes. Os seguintes indicadores de qualidade
de rede são medidos: taxa de perda de pacotes, vazão, atraso fim a fim, tempo de vida
da rede, carga de roteamento normalizado e taxa de erro de pacotes. Os resultados
mostram que os métodos propostos foram mais eficientes em gerar melhores soluções de
compromisso e promover melhorias significativas nos indicadores de qualidade na maioria dos cenários investigados, indicando que essas abordagens são promissoras e merecem
ser mais estudadas em trabalhos futuros.
Assunto
Engenharia elétrica, Otimização multicritério, Roteamento (Administração de redes de computadores), Sistemas de comunicação sem fio, Redes de sensores sem fio
Palavras-chave
Otimização multi-critério, Otimização multi-objetivo, Problema de roteamento, QoS-aware metrics, Qualidade de serviço, Redes sem fio ad-hoc