Αρχιτεκτονική αύξησης βιωσιμότητας MANET με βάση ενεργειακούς περιορισμούς

Abstract

Advances in telecommunication systems led to the evolution of novel network architectures, that fullfils the promises of ubiquitous computing. Autonomous systems like Mobile Ad hoc NETworks provide many applications contributing to the improvement of people’s everyday life. From sensor networks to vehicular ad hoc networks and that is the reason why these types of networks are included in the most evolved small scale data networks in highly mobile environments. MANETs’ don’t require network infrastructure, and that’s the reason why they are enabled for emergency situations. Nodes that compose a MANET are simple devices, like mobile phones, smart phones, PDAs, laptops etc. Problems arising from this type of devices are associated with energy consumption and mobility, leading to frequent changes in the network topology. The present doctoral thesis describes and analyzes a multilayered architecture for the optimization of the energy resources’ management. Through the proposed architecture widely used routing algorithms, as well as service discovery and delivery mechanisms, are extended in order to take into account the nodes’ power savings. Extensions of AODV (Ad hoc On Demand distance Vector) lead to the design and implementation of an energy aware routing protocol. Enabling this algorithm the most energy powerful path is selected maximizing the life of the mobile link. Concerning the service discovery and delivery, SLPv2 (Service Location Protocol) is extended in order to select the most powerful server as far as its remaining energy is concerned. In this way the TCP connection between the user and the server will be available for more time. The proposed architecture will lead in the maximization of the network lifetime through the maximization of each node’s lifetime.

Οι εξελίξεις στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα επέβαλλαν την αναγκαιότητα συνδεσιμότητας του χρήστη από οποιαδήποτε θέση σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή με χρήση διαφορετικών συσκευών. Η συγκεκριμένη ιδέα οδήγησε στη δημιουργία αυτόνομων συστημάτων, των Mobile Ad hoc NETworks (MANETs) που παρέχουν ένα πλήθος εφαρμογών, συμβάλλοντας στην βελτίωση της καθημερινότητας του χρήστη. Από τα δίκτυα αισθητήρων μέχρι και τα vehicular networks τα ad hoc δίκτυα κατατάσσονται στα πιο εξελιγμένα κινητά δίκτυα δεδομένων χαμηλής κλιμάκωσης και υψηλής κινητικότητας. Τα συγκεκριμένα δίκτυα δεν απαιτούν την ύπαρξη δικτυακής υποδομή, δίνοντας τη δυνατότητα αξιοποίησής τους σε περιπτώσεις έκτακτων αναγκών. Οι κόμβοι που συνθέτουν ένα τέτοιο δίκτυο είναι απλές συσκευές καθημερινής χρήσης, όπως κινητό τηλέφωνο, laptop, smart phone, PDAs κ.τ.λ. Τα προβλήματα που ανακύπτουν από τη χρήση τέτοιων δικτύων σχετίζονται με την ενεργειακή κατανάλωση των συσκευών, καθώς και με την κινητικότητα των κόμβων που οδηγεί σε συχνές τοπολογικές μεταβολές. Στην παρούσα διατριβή μελετάται, παρουσιάζεται και αναλύεται μια αρχιτεκτονική πολλών επιπέδων για την καλύτερη διαχείριση των ενεργειακών αποθεμάτων του δικτύου. Βελτιώνεται η συμπεριφορά επιτυχημένων αλγορίθμων σε επίπεδο δρομολόγησης, αλλά και παράδοσης υπηρεσίας λαμβάνοντας υπόψη την υπολειπόμενη ενέργεια των κόμβων. Επεκτείνοντας τις υπάρχουσες υλοποιήσεις του πρωτοκόλλου AODV (Ad hoc On Demand distance Vector) σε πρώτο στάδιο σχεδιάζεται και υλοποιείται ένα ενεργειακό πρωτόκολλο σε επίπεδο δρομολόγησης. Επιλέγεται πάντα το κυρίαρχο ενεργειακά μονοπάτι, και με αυτόν τον τρόπο αυξάνονται οι διαθέσιμες διαδρομές και το χρονικό διάστημα επιβίωσης των ασύρματων ζεύξεων. Επιπλέον σε επίπεδο επιλογής και παράδοσης υπηρεσίας επεκτείνεται το πρωτόκολλο SLPv2 (Service Location Protocol) προκειμένου να επιλέγεται ο πιο δυνατός ενεργειακά εξυπηρετητής. Έτσι εξασφαλίζεται ότι η TCP σύνδεση μεταξύ του πελάτη και του παρόχου της υπηρεσίας, θα είναι διαθέσιμη και ενεργή για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Ο συνδυασμός των βελτιστοποιήσεων στα δύο επίπεδα, οδηγούν σε αύξηση της βιωσιμότητας του δικτύου, αυξάνοντας ταυτόχρονα τη διάρκεια ζωής των διαθέσιμων κόμβων.