Abstract
Due to the dynamic nature of the Mobile Ad-hoc Network (MANET), routing in MANET becomes challenging especially when certain QoS requirements (like high data packet delivery ratio, low end to end delay, low routing overhead, and low energy consumption) are to be satisfied. Though a number of routing protocols have been proposed aiming to fulfill some of these QoS requirements but none of them can support all these requirements at the same time. In this paper, we propose an enhanced version of the well-known Dynamic Source Routing (DSR) scheme based on the Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, which can produce a high data packet delivery ratio in low end to end delay with low routing overhead and low energy consumption. In our scheme, when a node needs to send a packet to another node, like DSR, it first checks the cache for existing routes. When no routes are known, the sender node locally broadcasts the Route Request control packets (called the Req. Ant packets) to find out the routes. This is similar to the biological ants initially spreading out in all directions from their colony in search of food. Now, the ants, after finding the food source, come back to the colony and deposit pheromone on their way so that other ants get informed about the paths. Similarly, in our routing scheme, the Req. Ant packets propagate through the network according to our novel route discovery scheme and gathers information of the route (i.e. total length of the route, congestion along the route and end to end path reliability of the route), till it reaches the destination node. When the destination node receives a Req. Ant packet, it sends back Rep .Ant (Route Reply control packet) which consists the route information of the corresponding Req. Ant to the source node through the same route. On receiving such Rep. Ant packets from different routes, the source node comes to know about those routes. Under the ant colony framework, the best route is selected by the pheromone level of the route. Similarly, here we calculate the pheromone level of a route based on the number of hops in the route, the congestion along the route and end to end path reliability of the route. The route with the highest pheromone count will be selected for data packet delivery. We also propose a novel pheromone decay technique for route maintenance. The simulation results show that our ACO based Enhanced DSR (E-Ant-DSR) outperforms the original DSR and other ACO based routing algorithms
چکیده
به دلیل طبیعت پویای شبکه Ad-hoc موبایل (MANET)، مسیریابی در MANET مخصوصا هنگامی که نیازمندیهای Qos معین (مانند سرعت انتقال بسته داده بالا، تاخیر سر به سر پایین، مسیریابی کلی کم، و مصرف انرژی پایین) باید ارضا شود، به یک چالش تبدیل می شود. هر چند تعدادی از پروتکلهای مسیریابی با هدف اجرای برخی از این نیازمندیهای Qos پیشنهاد شده اند، اما هیچ یک از آنها نمی تواند همه این نیازمندیها را به صورت همزمان برآورده نماید. در این مقاله، ما یک نسخه بهبود یافته از طرح مسیریابی منبع پویا (DSR) معروف را برمبنای الگوریتم بهینه سازی کلنی مورچه (ACO) پیشنهاد می کنیم که می تواند سرعت انتقال بسته داده زیادی را در تاخیر سر به سر کم با مسیریابی کلی کم و مصرف انرژی پایین ایجاد کند. در این طرح، هنگامی که یک گره می خواهد یک بسته را به گرهی دیگر مانند DSR ارسال کند، ابتدا حافظه را برای مسیرهای موجود بررسی می کند. هنگامی که هیچ مسیری مشخص نبود، گره فرستنده به صورت محلی بسته های کنترلی درخواست مسیر (موسوم به بسته های Req.Ant ) را برای یافتن مسیرها منتشر می کند. این کار مشابه کار مورچه ها است که در ابتدا برای یافتن غذا از کلنی خود به همه جهتها حرکت می کنند.اکنون مورچه ها پس از یافتن منبع غذا به کلنی برمی گردند و فرمون را در مسیر خود باقی می گذارند تا مورچه های دیگر از مسیر مطلع شوند. به صورت مشابه در طرح مسیریابی ما، بسته های Req.Ant برطبق طرح اکتشاف مسیر جدید ما، در شبکه منتشر می شوند و اطلاعات مسیر ( یعنی طول کل مسیر، ازدحام مسیر و قابلیت اطمینان سر به سر مسیر) را جمع آوری می کنند تا به گره مقصد برسند. هنگامی که گره مقصد یک بسته Req.Ant دریافت می کند، Rep.Ant (بسته کنترلی پاسخ مسیر) را بازمی فرستد که شامل اطلاعات Req.Ant به گره منبع از طریق همان مسیر است. در دریافت چنین بسته های Rep.Ant از مسیرهای مختلف، گره منبع در مورد آن مسیرها آگاهی می یابد. تحت چهارچوب کلنی مورچه، بهترین مسیر توسط سطح فرمون مسیر انتخاب می شود. به صورت مشابه، در اینجا ما سطح فرمون مسیر را براساس تعداد hopها در مسیر، ازدحام در طول مسیر و قابلیت اطمینان سر به سر مسیر محاسبه می کنیم. مسیر با بالاترین مقدار فرمون برای انتقال بسته داده انتخاب می شود. همچنین ما یک روش تجزیه فرمون را برای حفظ مسیر پیشنهاد می کنیم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که DSR بهبودیافته (E-Ant-DSR) مبتنی بر ACO ما، از DSR اصلی و سایر الگوریتم های مسیریابی مبتنی بر ACO بهتر عمل می کند.
1-مقدمه
در روزهای اخیر، شبکه های Ad-hoc موبایل (MANETs) رشد چشمگیری را در میان جامعه تجربه نموده اند زیرا می توانند راه حل شبکه بندی بی سیم سریعی را در جایی که هیچ زیرساخت از قبل گسترش یافته ای موجود نیست، فراهم کنند. نیازمندی MANETs از وضعیتهایی به وجود می آید که گره هایی مانند تلفن های سلولی و لپ تاپها نیاز به دسته بندی با یکدیگر دارند و شبکه ای را ایجاد می کنند که می تواند از سرویسهایی مانند پیام رسانی، تقسیم منابع، و تقسیم فایل پشتیبانی کند. بنابراین هدف اولیه در یک مسیریابی MANET ایجاد سریع و موثر یک (unicast) یا چند (multicast) مسیر سر به سر قابل اطمینان بین گره ها است تا مخابره معتبر آنها راتسهیل کند. همچنین به دلیل ظرفیت باتری (انرژی) محدود گره های منحصر، طرح مسیریابی نباید مقدار انرژی زیادی را مصرف کند....