Mobile wireless ad-hoc network routing protocols comparison for real-time military application

Shams Al Ajraw,Bang Tran 대한공간정보학회 2024 Spatial Information Research Vol.32 No.1

Mobile wireless Ad-hoc has become more popular because it forms quickly, has an easy setup, and has easy extensibility. The mobile ad-hoc wireless networks can be further classified according to their applications as follows: Regular user ad-hoc networks are commercial communication that applies to vehicles to help avoid collisions and accidents and live connections to transfer data from car to car. Another application is disaster rescue ad-hoc networking, usually used when a normal infrastructure network is destroyed by storms, earthquakes, tsunamis, etc. Nowadays, a lot of applications, particularly those related to the military and emergency situations, rely on mobile ad hoc wireless networks, where security needs are more challenging to provide than in regular networks. We present the tactical network needs for the military. This platform attempts to assess the possible advantages of mobile ad hoc networks in tactical military applications. This work proposes route discovery using reactive (on-demand) routing protocols where nodes need to just transfer data. This eliminates the requirement for each node to store and maintain any routing tables. This study presents and contrasts the benefits and drawbacks of two fundamental mobile ad hoc routing systems (AODV and DSR). Both protocols are On-Demand routing techniques, and when data needs to be sent, the discovery phase begins. The results of the simulation, the AODV routing approach outperforms the DSV routing method under identical simulated conditions. Mobile wireless Ad-hoc has become more popular because it forms quickly, has an easy setup, and has easy extensibility. The mobile ad-hoc wireless networks can be further classified according to their applications as follows: Regular user ad-hoc networks are commercial communication that applies to vehicles to help avoid collisions and accidents and live connections to transfer data from car to car. Another application is disaster rescue ad-hoc networking, usually used when a normal infrastructure network is destroyed by storms, earthquakes, tsunamis, etc. Nowadays, a lot of applications, particularly those related to the military and emergency situations, rely on mobile ad hoc wireless networks, where security needs are more challenging to provide than in regular networks. We present the tactical network needs for the military. This platform attempts to assess the possible advantages of mobile ad hoc networks in tactical military applications. This work proposes route discovery using reactive (on-demand) routing protocols where nodes need to just transfer data. This eliminates the requirement for each node to store and maintain any routing tables. This study presents and contrasts the benefits and drawbacks of two fundamental mobile ad hoc routing systems (AODV and DSR). Both protocols are OnDemand routing techniques, and when data needs to be sent, the discovery phase begins. The results of the simulation, the AODV routing approach outperforms the DSV routing method under identical simulated conditions.

인지 무선 기반 애드 혹 네트워크에서의 클러스터 헤드 선정기법

이경선,김윤현,김진영 한국인터넷방송통신학회 2012 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.12 No.1

Ad-hoc 네트워크는 음영지역, 재난지역, 전쟁 시와 같은 통신 인프라가 구축되기 어려운 상황에서 유용하게 사용 될 수 있다. 그러나 음성 및 데이터 서비스 등과 같은 무선 서비스의 제공을 위해 많은 양의 네트워크 용량이 필요하게 되지만 기존의 제한된 주파수 자원에 따른 주파수 부족 상황 및 주파수 자원정책의 규제에 따라 원활한 주파수 사용이 어려운 상황이다. 이에 따라 높은 주파수 활용을 제공하는 인지 무선 시스템을 ad-hoc 네트워크에 적용하여 보다 다양하고 확장된 네트워크 서비스를 제공할 수 있다. 하지만 인지무선 기반 ad-hoc 네트워크에서 1차 사용자의 센싱 정보를 취합해서 1차 사용자의 존재 유무를 판단하는 클러스터 헤드의 선정에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 인지 무선 기반 ad-hoc 네트워크 시스템에서 각 ad-hoc 단말기내의 클러스터 헤드 선정 방법과 그에 따른 신호 검출 성능을 보여준다. Ad-hoc networks can be used various environment, which it is difficult to construct infrastructures, such as shadowing areas, disaster areas, war area, and so on. In order to support to considerable and various wireless services, more spectrum resources are needed. However, efficient utilization of the frequency resource is difficult because of spectrum scarcity and the conventional frequency regulation. Ad-hoc networks employing cognitive radio (CR) system that guarantee high spectrum utilization provide effective way to increase the network capacity. In CR based wireless ad-hoc networks, cluster-head decides the existence of primary user using sensing information of primary user from each ad-hoc device. However, it is still defective research to decide cluster head among the a lot of ad-hoc devices. So, in this paper, we show the decision method of cluster head in CR based wireless and detection probabilities of primary user based on decision method of cluster head.

무선 애드-혹 네트워크의 다중 경로를 이용한 신뢰적인 확장 기법

김문정(Moon Jeong Kim),엄영익(Young Ik Eom) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.3

현재 홈 네트워크, 센서 네트워크, 유비쿼터스 네트워크 등에 대한 활발한 연구가 진행되면서 무선 이동 애드-혹 네트워크에 대한 관심이 높아지고 있다. 무선 이동 애드-혹 네트워크란 기존의 유선하부구조의 도움 없이 이동 호스트들만으로 구성되는 임시적인 네트워크로, 언제 어디서나 컴퓨팅 환경을 이용할 수 있도록 하는 개념의 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 적합한 네트워크이다. 본 논문에서는 다중 경로의 수를 제한하는 소스 라우팅 프로토콜을 기반으로 무선 이동 애드-혹 네트워크의 확장 기법을 제안한다. 이 기법은 무선 이동 애드-혹 네트워크 내의 이동 호스트들 간 또는 무선 이동 애드-혹 네트워크 내의 이동 호스트와 유선 네트워크 서비스를 지원하는 기지국 간에 링크 및 중간 호스트의 중복을 허용하는 다중 경로를 유지함으로써 경로 재설정 및 재등록으로 인한 오버헤드를 줄이는 기법이다. 이와 같이 다중경로를 유지함으로써 출발지와 목적지간 데이타 패킷 전송 지연 및 패킷 손실을 줄일 수 있으며, 따라서 보다 신뢰적인 방법으로 무선 이동 애드-혹 네트워크를 유선 네트워크로 확장시킬 수 있다. 성능 평가를 통해, 본 논문에서 제안하는 기법이 단일 경로를 사용하는 일반적인 확장 기법들보다 이동 속도 증가에 따른 처리량 및 단대단 지연이 보다 안정적이며, 노드/링크가 전혀 중복되지 않는 다중 경로를 사용하는 기법에 비해 낮은 오버헤드를 가짐을 보인다. As the research on home network technologies, sensor network technologies, and ubiquitous network technologies makes rapid progresses, wireless ad-hoc network have attracted a lot of attention. A wireless mobile ad-hoc network is a temporary network formed by a collection of wireless mobile nodes without the aid of any existing network infrastructure or centralized administration, and it is suitable for ubiquitous computing environments. In this paper, we suggest an extension scheme of a wireless mobile ad-hoc network based on limited multiple paths source routing protocol. This scheme reduces the overhead of route re-establishment and re-registration by maintaining link/node non-disjoint multiple paths between mobile hosts in a wireless mobile ad-hoc network or a mobile host in a wireless mobile ad-hoc network and a base station supporting fixed network services. By maintaining multiple paths, our scheme provides short end-to-end delay and is reliable extension scheme of a wireless mobile ad-hoc network to a fixed network. In this paper, our simulations show that our scheme outperforms existing schemes with regards to throughput and end-to-end delay. Also we show that our scheme outperforms multi-paths approach using disjoint routes with regards to routing overhead.

Connectivity Analysis of Cognitive Radio Ad-hoc Networks with Shadow Fading

( Le The Dung ),( Beongku An ) 한국인터넷정보학회 2015 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.9 No.9

In this paper, we analyze the connectivity of cognitive radio ad-hoc networks in a log-normal shadow fading environment. Considering secondary user and primary user`s locations and primary user`s active state are randomly distributed according to a homogeneous Poisson process and taking into account the spectrum sensing efficiency of secondary user, we derive mathematical models to investigate the connectivity of cognitive radio ad-hoc networks in three aspects and compare with the connectivity of ad-hoc networks. First, from the viewpoint of a secondary user, we study the communication probability of that secondary user. Second, we examine the possibility that two secondary users can establish a direct communication link between them. Finally, we extend to the case of finding the probability that two arbitrary secondary users can communicate via multi-hop path. We verify the correctness of our analytical approach by comparing with simulations. The numerical results show that in cognitive radio ad-hoc networks, high fading variance helps to remarkably improve connectivity behavior in the same condition of secondary user`s density and primary user`s average active rate. Furthermore, the impact of shadowing on wireless connection probability dominates that of primary user`s average active rate. Finally, the spectrum sensing efficiency of secondary user significantly impacts the connectivity features. The analysis in this paper provides an efficient way for system designers to characterize and optimize the connectivity of cognitive radio ad-hoc networks in practical wireless environment.

Call Admission Control in Wireless Ad-hoc Networks with Multiple Channels and Radios

Ko, Sung-Won The Korean Institute of IIIuminating and Electrica 2007 조명·전기설비학회논문지 Vol.21 No.4

In this paper, an Ad-hoc Routing Protocol that works in wireless Ad-hoc communication networks with multiple radios and multiple channels and that controls call admission based on bandwidth measurement is proposed. Unlike the conventional Ad-hoc node with a single radio using a single channel, an Ad-hoc node of the protocol proposed, the MCQosR(Multiple Channel Quality of Service Routing), has multiple radios and uses multiple channels, which allows full duplex transmission between wireless Ad-hoc nodes, and reduces intra interference on the route. Also, a fixed channel only for reception at each node enables the estimation of the available bandwidth, which is used to control the call admission for QoS provision. The performance of the MCQosR was verified by simulation.

무선 LAN에서 Ad-Hoc과 Infrastructure 모드의 자동전환 기술 설계 및 구현

신택수,조성민,민상원,Shin Taek-Su,Jo Sung-Min,Min Sang-Won 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.9A

In this paper, we propose an automatic switching technology between the ad-hoc and the infrastructure modes without user intervention in the IEEE 802.11b wireless LAN. Also, we design our proposed technology and implemented on the Linux machine. For this operation, the area within an Access Point (AP) coverage is defined as a switching area, and a node without any transmission in this area is assumed to be able to relay frames between the AP and nodes in the shaded area that is outside the coverage and cannot reach the AP. By using the proposed technology, it is possible to provide the seamless Internet access service to nodes at the ad-hoc mode in the shaded area. In this paper, we explains the operation of the detection method of the switching area, presents the flowchart and implementation environment. To prove the operation of our technology, we obtain the results of captured packets transmitted between nodes and throughput results through ftp transmission experiment. Hence, we can see that our proposed scheme can be improve the wireless access service in wireless and mobile networks. 본 논문은 IEEE 802.11b-무선 LAM 환경에서 ad-hoc 방식과 infrastructure 방식 사이의 자동 모드 전환 기술을 제안하였다. 또한 관련된 기술을 Linux 환경에 맞추어 설계 및 구현을 하였다. 제안된 메커니즘은 AP (Access Point) 서비스 영역 외곽에 switching area를 정의하고 해당 영역에 머무르는 노드는 AP와 음영지역에 있는 ad-hoc 노드를 연결 가능하게 해준다. 본 기술을 활용하여 기존 IEEE 802.11b 환경에서는 서비스가 불가능한 음영지역에 있는 노드에게도 인터넷 서비스를 제공할 수 있게 한다. 성능 검증은 switching area 감지, 패킷 전달 상황 캡춰, FTP 전송을 통한 처리량 측정으로 이루어졌고 그 결과 제안된 메커니즘기 무선 LAN 서비스를 향상 시킨다는 것을 확인할 수 있었다.

무선 Ad-hoc 네트워크에서 시스템 활동시간 증가를 위한 Coordinator 선출 방법

박숙영 ( Sook-young Park ),김영남 ( Young-nam Kim ),이상규 ( Sang-kyu Lee ),이주영 ( Ju-young Lee ) 한국인터넷정보학회 2003 인터넷정보학회논문지 Vol.4 No.4

무선 Ad-hoc 네트워크에서는 기존의 유선 네트워크에서와는 달리 휴대용 기기들만으로 네트워크 망이 형성 되어있고 이때 휴대용 기기 들은 대부분 배터리를 에너지원으로 사용한다. 그러므로 무한의 에너지를 갖고 있다고 볼 수 있었던 종전의 유선 네트워크에서와는 달리 배터리를 에너지원으로 사용하는 무선 Ad-hoc 네트워크에서는 효율적인 에너지 자원 관리가 중요한 이슈가 된다. 이러한 특성을 고려한 연구 중 전체 휴대용 단말기에서 일부를 선출하고 이렇게 선출된 coordinator들만 데이터의 전송에 참여하게 하고 나머지 단말기들은 수면 모드로 전환시킴으로 인해 시스템의 전력소비를 줄이는 방법에 대한 연구들이 진행되고 있다. 선행 연구에서는 수면 모드의 노드를 최대화함으로써 전체 네트워크의 전력소비를 최소화하려는 노력을 하고 있으나, 선출되는 coordinator 수의 최소화가 항상 시스템 활동시간의 증가를 보장하지는 않는다. 본 논문에서는 각 단말기에서 데이터 전송에 필요한 에너지와 노드들의 연결성을 함께 고려해서 coordinator를 선출함으로써 네트워크의 시스템 활동시간을 기존의 방법 보다 더 증가시키는 알고리즘을 제안한다. Wireless ad-hoc networks are only composed with mobile devices. Unlike the traditional wired networks, those devices are mostly operated with battery power. Since the battery-operated power is limited, the efficient energy resource managements becomes an important issue in wireless ad-hoc networks and various studies that considered these characteristics are progressed. One of those studies is an energy efficient routing using coordinators. In this method, only devices elected as coordinator participate in data transmissions in ad-hoc networks, while other devices remain in sleep node. The overall energy consumption of a system can be reduced. In order to minimize energy consumption of a total network, previous results try to maximize the number of nodes in sleep mode. However, minimizing the number of coordinators does not ensure to increase the system lifetime. In this thesis, we propose an algorithm that can elect coordinators with considering the amount of necessary energy to transmit assigned data and a connectivity of nodes in the networks. The result of proposed coordinator election algorithm can increase the system lifetime of an Ad-hoc network from the results of existing coordinator election algorithms.

무선 ad-hoc 네트워크 환경에서 균형화된 에너지 소비를 위한 효율적인 라우팅 알고리즘

김현호,김정희,강용혁,엄영익,Kim, Hyun-Ho,Kim, Jung-Hee,Kang, Yong-Hyeog,Eom, Young-Ik 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.11A

무선 ad-hoc 네트워크 환경에서 이동 호스트의 배터리 수명을 최대화하는 것은 시스템의 수명과 성능을 향상시키므로 매우 중요하다. 이동 호스트들은 라우팅 역할을 수행하므로 네트워크의 구조와 이동 호스트들의 위치에 따라 이동 호스트들의 에너지 소비의 차이가 발생된다. 본 논문에서 각 이동 호스트는 에너지 트리를 유지하며, 메시지 트리 패킷을 이용하여 이웃 이동 호스트들의 에너지의 양을 주기적으로 파악한다. 이동 호스트는 패킷을 전송하기 위한 라우팅 경로를 설정할 때 에너지 트리와 너비우선 탐색을 이용하여 에너지 소비가 가장 적절한 경로를 선택한다. 제안기법은 무선 ad-hoc 네트워크 환경에서 각 이동 호스트의 에너지의 양이 균등하게 사용됨으로써 제한된 배터리 용량을 가진 이동 호스트들이 최대한 오랫동안 동작하므로 시스템의 수명과 성능을 향상시킨다. It is very important to maximize the battery durability of mobile host in wireless ad-hoc network environments, because it extends the durability and Performance of the system. Since mobile hosts play a routing role, the network structure and the location of mobile hosts create a difference of energy consumption of mobile hosts. In this paper, each mobile host maintains energy tree and evaluates the amount of the energy of the neighboring mobile hosts by using message tree packet by periods. When mobile host sets up a routing path to send a packet, it selects the most proper path in order to consume energy effectively by using energy tree and breadth first search. In this paper, we suggest that, in wireless ad-hoc network environments, if each mobile host consumes balanced energy, mobile hosts of which energy capacity is limited can work as long as it can. Therefore, the durability and performance of the system can be extended.

무선 애드 혹 네트워크에서 가상위치정보 기반 라우팅 기법

윤주상(JooSang Youn) 한국컴퓨터정보학회 2013 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.18 No.2

최근 무선 애드 혹 네트워크에서 경로 탐색을 위한 위치정보 기반 라우팅 프로토콜에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 위치정보 기반 라우팅 프로토콜은 모든 노드가 GPS 장치를 통해 자신의 위치정보를 습득하고 이를 이용해 제한적 영역으로만 플러딩을 수행한다. 따라서 기존 IP 기반 라우팅 프로토콜보다 라우팅 메시지 수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 이 프로토콜은 네트워크를 구성하는 모든 노드가 자신의 위치정보를 습득해야만 라우팅에 참여할 수 있도록 가정하고 있다. 하지만 최근 소형화 되고 있는 센서 노드의 경우 GPS 장치가 없는 경우가 있다. 따라서 자신의 위치정보가 없는 센서 노드의 경우 네트워크 구성 및 위치기반 라우팅에 참여가 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 GPS 기능을 가진 노드와 그렇지 않은 노드가 서로 공존하는 무선 애드 혹 네트워크에서 GPS 기능을 가지고 있지 않은 노드가 위치정보 기반 라우팅 프로토콜에 참여할 수 있는 가상 위치정보 기반 라우팅 프로토콜을 제안한다. 이 프로토콜은 위치정보를 획득할 수 없는 노드가 자신의 주위 노드의 위치 정보를 획득하여 자신의 위치정보로 활용할 수 있는 기법이다. 따라서 제안하는 프로토콜은 GPS 기능을 가지고 있지 않은 무선 노드가 애드 혹 네트워크 구성에 참여하여 위치정보 기반 라우팅에 참여 할 수 있는 장점을 가지고 있다. Recently, location information based routing protocol has been studied to estimate end-to-end path in wireless ad-hoc network. This protocol assumes all nodes can get heir location information via GPS devices and floods only limited area with routing message through acquired location information. Therefore, this protocol has advantage that can reduce the number of routing message than the existing IP-based routing protocols. In addition, all nodes enabling this protocol must acquire their own location information to participate in the location-based routing. However, recent because of the miniaturization of sensor node, sensor node without GPS function has been launched. Therefore in case of the sensor node that does not know location information, it is impossible to participate in the ad hoc network configuration and location information based routing. In this paper, a virtual location information based routing scheme is proposed for wireless nodes without GPS function to be able to participate in location information based routing within ad hoc network environments consisting of wireless nodes with GPS function and wireless nodes without GPS function. Therefore, the proposed protocol has the advantage that a wireless node without a GPS function is able to participate in ad hoc network configuration and the location information based routing.

무선 애드혹 통신망용 멀티 채널/라디오 기반 호접속 제어 메커니즘

고성원(Sungwon Ko),강민수(Minsu Kang),김영환(Younghan Kim) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.5

본 논문에서는 다수의 라디오와 채널을 사용하는 무선 애드혹 통신망에서 대역폭 측정을 기반으로 호 접속 제어와 연동되는 애드혹 라우팅 프로토콜을 제안한다. 단일 라디오에 단일 채널을 사용하는 기존 애드혹 노드와 달리 제안한 MCQosR(Multiple Channel Quality of Service Routing) 프로토콜에서는 각 노드가 다수의 채널과 라디오를 사용하여 노드사이에 전이중 통신을 가능하게 하고 경로의 내부 간섭을 감소시켰다. 또한 각 노드마다 수신전용의 고정된 채널을 갖도록 하였으며, 대역폭 측정을 기반으로 새로운 호에 대한 수락제어를 수행함으로써 QoS 제공을 가능하도록 하였다. 제안된 프로토콜은 시뮬레이션을 통하여 성능을 검증하였다. In this paper, an Ad-hoc Routing Protocol which works in wireless Ad-hoc communication networks with multiple radios and multiple channels, and controls call admission based on bandwidth measurement is proposed. Unlike the conventional Ad-hoc node with a single radio using a single channel, an Ad-hoc node of the protocol proposed , MCQosR(Multiple Channel Quality of Service Routing), has multiple radios and uses multiple channels, which makes full duplex transmission between wireless Ad-hoc nodes, and reduces the intra interference on a route. Also, a fixed channel only for reception at each node enables the measurement of the available bandwidth, which is used to control the call admission for QoS provision. The performance of MCQosR is verified by simulation.