Context Information-based Routing Scheme with Energy-based Message Prioritization for Delay Tolerant Networks :

레진 카바카스

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자료유형: 학위논문

저자정보: 레진 카바카스 (군산대학교, 군산대학교 대학원)

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

Context Information-based Routing Scheme with Energy-based Message Prioritization for Delay Tolerant Networks

레진 카바카스 전자정보공학부 2015.01 학위논문

2013

Weighted Context-based Metric Routing Protocol for Delay Tolerant Networks

레진 카바카스 , 나인호 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 2013.12 학술대회자료

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최근 초고속 실시간 정보통신망의 눈부신 발전에 따라 사진 및 파일 공유, 위치 트래킹, 실시간 메시지 전송과 같은 다양한 형태의 모바일 서비스가 활발히 이용되고 있다. 그러나 전력 손실 또는 자연재해와 같은 사고에 의해 정보통신망이 파괴되거나 손상되면 이러한 모바일 서비스를 지속적으로 수행할 수 없는 상황이 발생한다. 지연-허용 네트워크는 이와 같은 상황에서 발생하는 여러 가지 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서 모바일 디바이스의 이동성과 기회적 접촉가능성을 기반으로 모바일 응용 간의 연결과 서비스를 제공할 수 있도록 만들어진 현실적이며 대안적인 통신네트워크이라고 말할 수 있다. 본 논문에서는 지연-허용 네트워크에서 우선순위 규칙을 기반으로 에너지 소비를 최소화할 수 있는 메시지 라우팅 기법을 제안하였다. 제안된 기법에서는 각 노드(모바일 디바이스)의 접촉 이력(장소 및 시간), 이동속도, 이동방향 등과 같은 문맥정보를 이용하여 네트워크에 존재하는 노드들 중에서 메시지 전송에 가장 적합한 전달노드를 선택함으로써 전송지연과 전송 가능성을 최적화 할 수 있도록 하였으며, 각 노드의 잔여 에너지량을 측정함으로써 해당 노드가 성공적으로 전송할 수 있는 메시지 유형을 결정할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 기존에 제안된 Epidemic 및 Prophet 기법과의 성능 비교를 통해 제안된 기법의 성능을 검증하였으며, 성능 평가를 위해 Opportunistic Network Environment (ONE) 시뮬레이터를 확장하여 제안된 메시지 전송기법과 에너지 기반의 메시지 우선순위 규칙을 구현하였다. 특히, 객관적 성능 평가 및 분석을 위해 이동성이 큰 도심 속에서 네트워크 내의 전체 노드 수 및 각 노드의 초기 에너지 보유 레벨이 변화하는 평가 시나리오를 이용하여 실제와 유사한 상황에서 제안된 기법의 성능이 측정될 수 있도록 하였다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제안된 메시지 전송 기법은 전체 메시지 전송률, 오버헤드율, 메시지 유형별 전송률, 잔여 에너지 보유량 측면에서 Epidemic 및 Prophet 기법보다 성능이 우수함을 보였다.
성능평가 실험을 통하여 노드의 이동 속도가 증가 할수록 제안된 기법의 성능이 증가함을 보였고, 네트워크에 존재하는 전체 노드 개수는 성능에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 나타났다. 그 외에도 지연시간이 증가할 때 버퍼 점유율도 증가현상은 필연적인 것으로 관측되었다. 또한, 본 제안된 우선순위 기반 메시지 전송기법을 사용하면 네트워크 노드들이 낮은 에너지 레벨을 가질 때에도 자신의 에너지를 잘 보존하면서 높은 우선순위의 메시지를 효율적으로 전송할 수 있음을 보였다.

Communication infrastructure supports wide variety of mobile services such as photo and file sharing, location tracking, social network services and instant messaging.
However, instances like power-loss and natural disasters disrupt these communication infrastructures unable to render support to mobile services. Delay-tolerant networks (DTNs) offer a solution to these problems at hand. By utilizing mobility and opportunistic contacts among mobile devices, a plausible communication network can be established and enable support to mobile applications. This thesis presents an energy-efficient, reliable message delivery routing scheme with message prioritization rules for DTN. It uses the context information of nodes (mobile devices) such as the contact history (location and time of contact), speed/velocity, moving direction to determine the best forwarders among nodes in the network. The remaining energy of the nodes is also used to determine the message types a node can deliver successfully.
The performance of the proposed scheme was evaluated and compared with Epidemic and Prophet routing schemes. We extended the Opportunistic Network Environment (ONE) simulator to be able to implement the routing scheme and energy-based message prioritization. Three (3) simulation scenarios namely; mobile urban scenario, varying node density and varying energy levels were modelled to emulate a real world scenario where the proposed scheme can be implemented. The simulation results show that proposed approach outperforms Epidemic and Prophet routing schemes in terms of delivery ratio, overhead ratio, delivered messages per types and remaining energy.
From the results of the simulation, it observed that the proposed scheme performs well when node’s speed varies. However, the number of nodes in the network has small effect on its performance. It is also observed that certain trade-offs is inevitable like slightly increasing latency and buffer occupancy.
The simulation also verified the effectiveness of the energy-based message prioritization during low energy levels scenario. The message prioritization rule allow nodes to only send high priority messages which does not only increase the likelihood of these messages to be delivered but nodes also conserve a lot of energy.

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