Epidemic-based reliable and adaptive multicast for mobile ad hoc networks

Abstract

Devingen plansız ağların (mobile ad hoc networks) kendine özgü karakteristiği güvenilir(reliable) grup iletişimini gerçeklemede yeni yaklaşımlar gerektirmektedir. Mevcutyaklaşımlar genelde kablolu ağlara özgü tekniklerle çözüm yoluna gittiklerinden plansızağların devingen ortamına uyum sağlayamamaktadırlar. Diğer yandan, yaygın-tabanlı(epidemic-based) yaklaşımların durumsuz (stateless) yapısı plansız ağların kararsız ortamınaoldukça uyum sağlamaktadır.Bu tez çalışması, EraMobile (Epidemic-based Reliable and Adaptive Multicast for Mobilead hoc networks) adında, devingen plansız ağlar için yeni bir çoğa gönderim (multicast)protokolü sunmaktadır. EraMobile'ın hedefi yüksek düzeyde güvenilirlik gerektiren grupuygulamalarında güvenilir çoğa gönderimi en düşük seviyede ağ ek yükü (overhead) ileelverişsiz ağ şartlarında dahi gerçekleştirmektir. EraMobile, devingenliğin neden olduğudinamik ve kestirilemez ağ düzeni değişimleri ile başa çıkabilmek için yaygın-tabanlı birteknik kullanmaktadır. Önceki çalışmaların aksine bu teknik hem çoğa gönderim dağıtımınıhem de kayıp verilerin telafisini gossip adı verilen özel mesajlarla alt katmanda herhangi biryol atama (routing) protokoluna gerek duymadan yapabilmektedir. Gossip mesajlar periyodikolarak telsiz kapsama alanı içindeki diğer katılımcılara telsiz ortamın doğal yayın özelliğindenyararlanılarak yayınlanır (broadcast). Ardından çoğa gönderim veri dağıtımı eşler arası (peer-to-peer) iletişimlerle gerçekleştirilir. Kullandığımız yaygın-tabanlı teknik çoğa gönderim içinherhangi bir ağaç benzeri yapı kullanmamaktadır. Ayrıca, yöntemimiz ağın genel veya özelbilgisi, telsiz kapsama alanında olan diğer katılımcıların bilgisi ve çoğa dağıtım grupüyelerinin bilgisine gereksinim duymamaktadır. Buna ek olarak, kullanmış olduğumuz teknikfazladan veri iletimini engelleyerek ağın üzerindeki ek yükü önemli ölçüde azaltmaktadır.EraMobile'ın önemli diğer özelliği de değişken katılımcı yoğunluğuna uyarlanarak hem ağulaşılabilirliğinin zayıf olduğu seyrek ortamlarda hem de sıkışıklığa açık yoğun ortamlardagüvenilir çoğa gönderim dağıtımını gerçekleştirebilmesidir. Ns-2 ağ benzeticisi ilegerçekleştirilen geniş kapsamlı benzetim çalışmalarının sonucunda, EraMobile diğer çoğagönderim dağıtım protokollerinden daha iyi paket dağıtımı, güvenilirlik ve ek yük verimliliğisağlayarak denenen çoğu senaryo için tam güvenilir çoğa gönderim dağıtımını başarmıştır.

The characteristic of mobile ad hoc networks demands new set of network strategies inorder to provide reliable group communication. The techniques used by majority of theexisting solutions are inherited from wired networks and can not adapt well to the dynamicenvironment of mobile ad hoc networks. On the other hand, the stateless character ofepidemic-based approaches is well suited to the non-deterministic nature of such networks.This thesis presents a novel protocol, namely EraMobile, offering Epidemic-based Reliableand Adaptive Multicast for Mobile ad hoc networks. EraMobile?s target is group applicationsrequiring high-level of reliability, and the protocol aims to provide fully reliable multicastdata delivery with minimal network overhead even in the adverse network conditions.EraMobile utilizes an epidemic-based method in multicast operation to cope with dynamicand unpredictable topology changes arising from the mobility. In contrast to prior studies, thismethod carries out both multicast delivery and recovery of missing data by use of gossipmessages without needing any underlying routing protocol. The gossip messages areperiodically disseminated by exploiting the broadcast nature of wireless medium. Themulticast data delivery is then performed through peer-to-peer communications succeedingthe gossip broadcasts. Our epidemic mechanism does not require the maintenance of any tree-or mesh-like structure for multicasting. It also needs neither having global or partial view ofthe network nor having information of neighboring nodes and group members. Besides, itsubstantially minimizes the overhead incurred by eliminating redundant data transmissions.Another distinguishing feature of EraMobile is its capability of adapting to varying nodedensities in order to provide reliable data delivery in both sparse networks, where the networkconnectivity is prone to interruptions, and dense networks, where congestion is likely tooccur. EraMobile is shown to achieve fully reliable multicast data delivery for most of thescenarios studied through extensive simulations on ns-2 network simulator by outperformingthe other protocols compared, especially in terms of both packet delivery ratio and overheadefficiency.