Τεχνικές ροµολόγησης Μηνυµάτων σε περιβάλλον Μη οµηµένων ικτύων

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ Τεχνικές ροµολόγησης Μηνυµάτων σε περιβάλλον Μη οµηµένων ικτύων Γεώργιος Β. Κολτσίδας ιπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Α.Π.Θ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008

2

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ Τεχνικές ροµολόγησης Μηνυµάτων σε περιβάλλον Μη οµηµένων ικτύων Γεώργιος Β. Κολτσίδας ιπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Α.Π.Θ. Εξεταστική Επιτροπή Καθηγήτρια Φ.-Ν. Παυλίδου, Επιβλέπουσα Καθηγητής Λ. Γεωργιάδης, Μέλος Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής Αναπληρωτής Καθηγητής. Μητράκος, Μέλος Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής, Θ. Ξένος, Μέλος Επταµελούς Εξεταστικής Επιτροπής Καθηγητής, Μ. Ρουµελιώτης, Μέλος Επταµελούς Εξεταστικής Επιτροπής Αναπληρωτής Καθηγητής, Γ. Παπαδηµητρίου, Μέλος Επταµελούς Εξεταστικής Επιτροπής Επίκουρος Καθηγητής, Γ. Καραγιαννίδης, Μέλος Επταµελούς Εξεταστικής Επιτροπής

4 c Γεώργιος Β. Κολτσίδας c Α.Π.Θ. Τίτλος ιδακτορικής ιατριβής : Τεχνικές ροµολόγησης Μηνυµάτων σε περιβάλλον Μη οµηµένων ικτύων «Η έγκριση της παρούσης ιδακτορικής ιατριβής από το Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωµών του συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2) Η παρούσα διατριβή χρηµατοδοτήθηκε µερικώς από το Πρόγραµµα Ενίσχυσης Νέων Ερευνητών και ιδακτόρων (ΠΕΝΕ 2003) της Γενικής Γραµµατείας Ερευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) στο πλαίσιο του Μέτρου 8.3 του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα - Γ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης, που συγχρηµατοδοτείται κατά 75% από το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταµείο (European Social Fund) και κατά 25% από το Υπουργείο Ανάπτυξης - Γενική Γραµµατεία Ερευνας και Τεχνολογίας. Η παρούσα διατριβή στοιχειοθετήθηκε µε LaTEX2e και χρησιµοποιεί τη γραµµατοσειρά kerkis του Πανεπιστηµίου Αιγαίου - Τµήµα Μαθηµατικών.

5 Στους γονείς µου, και στην αγαπηµένη µου αδελφή.

6

7 Περίληψη Το αντικείµενο της παρούσης διδακτορικής διατριβής συνίσταται στη µελέτη τεχνικών δροµολόγησης σε ασύρµατα τοπικά δίκτυα πολλαπλών αλµάτων, και συγκεκριµένα σε ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα πολλαπλών αλµάτων (wireless multihop ad hoc networks) καθώς επίσης και σε ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων (wireless sensor networks). Το πρόβληµα της δροµολόγησης των µηνυµάτων σε µεταβαλλόµενης τοπολογίας δίκτυα πολλαπλών αλµάτων κρίνεται υψίστης σηµασίας καθώς οι τεχνικές αυτές εξασφαλίζουν τις απαραίτητες διαδροµές που πρέπει να ακολουθήσουν τα πακέτα δεδοµένων από τον κόµβο-πηγή στον κόµβο-προορισµό, και για το λόγο αυτό αποτελεί ένα από τα σηµεία υψηλού ενδιαφέροντος παγκοσµίως. Στην παρούσα διατριβή προτείνονται αρχικά δύο αλγόριθµοι δροµολόγησης για µη δοµηµένα δίκτυα. Ο πρώτος (AFHSLS) ανήκει στην κατηγορία των τεχνικών προληπτικής δροµολόγησης, ϐασίζεται στο πρωτόκολλο HSLS και επιτυγχάνει µείωση του επίφορτου δροµολόγησης και της καθυστέρησης των πακέτων δεδοµένων. Ο δεύτερος αλγόριθµος δηµιουργεί τις απαιτούµενες διαδροµές µόνον όταν αυτές χρειαστούν (κατ αίτηση δροµολόγηση) και χρησιµοποιεί πολλαπλές διαδροµές, εξασφαλίζοντας µειωµένη καθυστέρηση και µικρό επίφορτο δροµολόγησης, ϐασίζεται δε στον αλγόριθµο DYMO. Ο τελευταίος δε αλγόριθµος εξετάζεται σε πραγµατικό ασύρµατο µη δοµηµένο δίκτυο, ενώ παρέχεται και µία ϑεωρητική συγκριτική µελέτη των αλγορίθµων µίας και πολλαπλών διαδροµών αναφορικά µε το ϱυθµό του επίφορτου δροµολόγησης. Στη συνέχεια, εξετάζεται η περίπτωση των ασύρµατων δικτύων αισθητήρων υπερδιευρυµένου ϕάσµατος, στα οποία ο πρωταρχικός στόχος είναι η κατά το δυνατόν µικρότερη κατανάλωση ενέργειας αλλά και η κατά το δυνατόν µικρότερη δυνατή παρεµ- ϐολή σε γειτονικά συστήµατα. Ετσι, προτείνονται τρεις αλγόριθµοι συσταδοποίησης, που είναι µία ϐασική τεχνική δροµολόγησης για περιπτώσεις δικτύων µε πολύ µεγάλο αριθµό κόµβων. Τέλος, παρατίθεται µία ϑεωρητική µελέτη της συσταδοποίησης επικεντρωµένη σε ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων, ϐασισµένη στη µη-συνεργατική Θεωρία Παιγνίων. Αφού οριστεί και αναλυθεί το παίγνιο συσταδοποίησης για εγωιστικά συµπεριφερόµενους αισθητήρες, στη συνέχεια παρατίθεται ένας αλγόριθµος συσταδοποίησης ϐασισµένος ακριβώς στη µελέτη αυτή, ο αλγόριθµος CROSS. Ο αλγόριθµος αυτός συγκρίνεται µε έναν από τους πιο γνωστούς αλγορίθµους συσταδοποίησης σε δίκτυα αισθητήρων, αποδεικνύοντας έτσι ότι έχει την ίδια ή καλύτερη απόδοση από αυτόν. i

8

9 Abstract The main subject of this thesis is the routing problem in wireless local area networks, and in particular in wireless multihop ad hoc networks (or MANETs) and wireless sensor networks. The issue of routing in multihop ad hoc networks is crucial, as the routing techniques ensure the uncorrupted flow of data traffic towards their destination nodes, and therefore it is an attractive topic in the global research community. In the current thesis we initially propose two routing algorithms for such networks. The first one (AFHSLS) is a proactive routing algorithm based on the HSLS protocol that achieves less routing overhead and mean delay values. The second algorithm is based on the recently proposed DYMO algorithm, but uses multiple paths towards the destination and it is proven to achieve low delay and reduced routing overhead. What is more, the latter algorithm s performance is investigated in a real ad-hoc networks, while a theoretical comparison of routing overhead rates between single-hop and multihop algorithms is also provided. Next, the problem of clustering in wireless UWB sensor networks is investigated and three novel clustering algorithms are proposed towards the maximization of network lifetime and the minimization of the induced interference. Finally, we investigate the clustering problem in wireless sensor networks of selfish sensors using non-cooperative game theory. We define and analyze the clustering game and then we propose a clustering algorithm, named CROSS, that performs at least as good as the popular LEACH algorithm. iii

10

11 Πρόλογος Η παρούσα διδακτορική διατριβή συνοψίζει τα ερευνητικά µου αποτελέσµατα ως υποψήφιου διδάκτορα του Τοµέα Τηλεπικοινωνιών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης. Αντικείµενο µελέτης της διατριβής είναι οι τεχνικές δροµολόγησης µηνυµάτων σε ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα και δίκτυα αισθητήρων. Σκοπός της είναι η ανάπτυξη και η µελέτη της απόδοσης νέων αλγορίθµων που επιτυγχάνουν αποδοτικότερη διαχείριση των πόρων του συστήµατος σε σύγκριση µε τους υπάρχοντες στη ϐιβλιογραφία αλγορίθµους. Στο σηµείο αυτό δεν ϑα µπορούσα να παραλείψω να ευχαριστήσω τους ανθρώπους που µε στήριξαν µε τον ένα ή άλλο τρόπο στην πορεία αυτή. Και πρώτα απ όλους να ευχαριστήσω τους γονείς µου, που δεν έπαψαν να µε ενθαρρύνουν και να µου συµπαρίστανται σε όλη τη διαδροµή και υπέµειναν µε περισσή αγάπη τους προβληµατισµούς και τις ανησυχίες µου. Και δίπλα σε αυτούς, ευχαριστώ την αγαπηµένη µου αδελφή για την ανεκτίµητης αξίας προσφορά της και την συγκατοίκηση µαζί της όλα αυτά τα χρόνια. Αναφερόµενος στην επιβλέπουσά µου, την καθηγήτρια κ. Νιόβη Παυλίδου, ϑα ήθελα να την ευχαριστήσω εκ ϐάθους πρώτα για την ευκαιρία που µου έδωσε να εκπονήσω δίπλα της τη διατριβή αυτή, την εµπιστοσύνη που µου έδειξε όλα αυτά τα χρόνια, και τέλος την ενθάρρυνση και την καθοδήγησή της κατά τη διάρκεια αυτής της πορείας. Σε όλα αυτά τα χρόνια είχα την ευκαιρία να γνωρίσω ένα πλήθος ανθρώπων µε τους οποίους διασταυρώθηκαν για κάποια χρονική περίοδο οι δρόµοι µας. Και πρώτα-πρώτα το ρ. Γεράσιµο ηµητριάδη, ο οποίος είχε αναλάβει την παρακολούθηση της πορείας µου κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωµατικής µου εργασίας. Τον ευχαριστώ ϐαθύτατα γιατί ήταν αυτός που µε εισήγαγε στον κόσµο της έρευνας πάνω στα ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα και ήτανε πάντοτε πρόθυµος να ακούσει και να συζητήσει µαζί µου τους επιστηµονικούς και µη προβληµατισµούς µου. Στον ίδιο χώρο εργασίας συνάντησα επίσης το Λέκτορα του Πανεπιστηµίου Ιωαννίνων Βαγγέλη Παπαπέτρου, τον ρ. Γιώργο Παπαδόπουλο, τον ρ. Κώστα Ασηµακόπουλο, τον ρ. Ορέστη Τσίγκα και τους υποψήφιους διδάκτορες Πέτρο Κατσή, Άννα Παπαϊωάννου, Γιώργο Θεοδωρίδη, Ειρήνη Καραπιστόλη και Νικολέτα Ανδρεάδου, τους οποίους και ευχαριστώ για τις στιγµές που περάσαµε µαζί και τις επιστηµονικού περιεχοµένου και µη συζητήσεις. Οµως, δεν ϑα µ- πορούσα να παραλείψω δύο πολύ καλούς µου ϕίλους, τον ρ. Στέλιο Καραπανταζή και τον υποψήφιο διδάκτορα Χρήστο Λιόντα για τις ατέρµονες συζητήσεις και τις αµέτρητες στιγµές που µοιραστήκαµε µαζί. Τέλος, ϑα ήθελα να ευχαριστήσω ϑερµά την Εθνική Γραµµατεία Ερευνας και Τεχνολογίας για την υλική στήριξή της τα τρία τελευτία χρόνια της διατριβής µου µέσω του «Προγράµµατος Ενίσχυσης του Επιστηµονικού υναµικού - ΠΕΝΕ 2003», και συγκεκριµένα µέσω του έργου v

12 «Βέλτιστη Ενεργειακή Σχεδίαση Ασύρµατων ικτύων Αισθητηρίων». Με την ευκαιρία αυτή ϑα ήθελα να εκφράσω την προσωπική µου άποψη, µετά από όλα αυτά τα χρόνια εµπειρίας και τριβής µε την έρευνα στα πλαίσια µίας διδακτορικής διατριβής, αναφέροντας ότι τέτοιας µορ- ϕής προγράµµατα αποτελούν ένα σηµαντικό ϐοήθηµα για τον υποψήφιο διδάκτορα - ερευνητή, καθώς του εξασφαλίζουν ένα ελάχιστο µηνιαίο εισόδηµα ώστε αυτός να καθίσταται ικανός να αφοσιωθεί απερίσπαστος στην έρευνά του. Η υποτροφία, λοιπόν, στα πλαίσια του προγράµµατος ΠΕΝΕ 2003 αποτέλεσε για µένα προσωπικά ένα εξαιρετικής σηµασίας οικονοµικό στήριγµα. Θεσσαλονίκη, Αύγουστος 2008 Γιώργος Κολτσίδας

13 Περιεχόµενα Περίληψη Absract Περίληψη στα Αγγλικά Πρόλογος Περιεχόµενα Κατάλογος Σχηµάτων Κατάλογος Πινάκων i iii iv vii xi xiii 1 Εισαγωγή Ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα Το πρόβληµα της δροµολόγησης Κατηγοριοποίηση των τεχνικών δροµολόγησης Ασύρµατα ίκτυα Αισθητήρων Το πρόβληµα της δροµολόγησης και της συσταδοποίησης ιάρθρωση και συµβολή της διατριβής Τεχνικές προληπτικής δροµολόγησης σε µη δοµηµένα δίκτυα Εισαγωγή Βιβλιογραφική αναδροµή Ο Αλγόριθµος HSLS Ο Αλγόριθµος AFHSLS Αξιολόγηση του αλγόριθµου AFHSLS Συµπεράσµατα Τεχνικές κατ αίτηση δροµολόγησης σε µη δοµηµένα δίκτυα Εισαγωγή Βιβλιογραφική αναδροµή Ο αλγόριθµος DYMO Ο προτεινόµενος αλγόριθµος DYMOM vii

14 viii Περιεχόµενα 3.5 Αξιολόγηση του αλγορίθµου DYMOM Σενάριο προσοµοίωσης Αποτελέσµατα Πειραµατική ιερεύνηση Συγκριτική ανάλυση του επίφορτου δροµολόγησης για τις περιπτώσεις µίας και πολλαπλών διαδροµών Εισαγωγή Ρυθµοί µετάδοσης του επίφορτου δροµολόγησης Μοναδική διαδροµή Πολλαπλές διαδροµές Σύγκριση των ϱυθµών επίφορτου δροµολόγησης Συζήτηση Συµπεράσµατα Τεχνικές συσταδοποίησης σε ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων υπερευρυζωνικής (UWB) τεχνολογίας Εισαγωγή Βιβλιογραφική αναδροµή Ο αλγόριθµος αυτο-οργανούµενης συσταδοποίησης (SOC) Αυτο-οργανούµενη συσταδοποίηση τοπικής πληροφορίας (SOC-LI) Λεπτοµερής Περιγραφή η Φάση : Αρχικοποίηση και ανεύρεση γειτόνων η Φάση : Επιλογή των Επικεφαλής Συστάδων η Φάση : Ανταλλαγή δεδοµένων Συζήτηση Ενεργειακή συσταδοποίηση Ενεργειακή αυτο-οργανούµενη συσταδοποίηση (EASOC) η Φάση : Αρχικοποίηση και ανεύρεση γειτόνων η Φάση : Κατασκευή πίνακα η ϕάση : Επιλογή των Επικεφαλής Συστάδων η ϕάση : Ανταλλαγή δεδοµένων Ενεργειακή αυτο-οργανούµενη συσταδοποίηση τοπικής πληροφορίας (EASOC-LI) Αξιολόγηση αλγορίθµων και συµπεράσµατα Μοντέλο Προσοµοίωσης Αποτελέσµατα και συζήτηση Συµπεράσµατα

15 Περιεχόµενα ix 5 Μοντελοποίηση της συσταδοποίησης µε τη χρήση Θεωρίας Παιγνίων - Εφαρµογή στα ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων Εισαγωγή Βιβλιογραφική Αναδροµή Μοντελοποίηση µε τη χρήση µη συνεργατικής ϑεωρίας παιγνίων Γενική ανάλυση και σηµεία ισορροπίας Κόστη και Κέρδη Ασυµπτωτική Ανάλυση Ο αλγόριθµος συσταδοποίησης CROSS Αξιολόγηση του αλγορίθµου CROSS Σενάριο προσοµοίωσης Αποτελέσµατα Σύνοψη Συµπεράσµατα Ανακεφαλαίωση Καινοτοµίες Μελλοντικές προεκτάσεις Βιβλιογραφία 101 Γλωσσάρι 111

16 x Περιεχόµενα

17 Κατάλογος Σχηµάτων 1.1 Ενα µη δοµηµένο δίκτυο Ενα παράδειγµα ασύρµατου δικτύου αισθητήρων Παράµετρος TTL των πακέτων LSU για τον αλγόριθµο FSLS Παράµετρος TTL των πακέτων LSU για τον αλγόριθµο HSLS Ενα παράδειγµα συνοριακών κόµβων k-αλµάτων Παράδειγµα διαδικασίας αποστολής πακέτων LSU από τους συνοριακούς κόµβους k-αλµάτων για τον αλγόριθµο HSLS Παράδειγµα διαδικασίας αποστολής πακέτων LSU από τους συνοριακούς κόµβους k-αλµάτων για τον αλγόριθµο AFHSLS Επίφορτος δροµολόγησης των αλγορίθµων HSLS και AFHSLS για διάφορες τιµές του χρόνου παύσης Ποσοστό κέρδους στον επίφορτο δροµολόγησης των αλγορίθµων HSLS και AFHSLS για διάφορες τιµές του χρόνου παύσης Μέση διατερµατική καθυστέρηση των αλγορίθµων HSLS και AFHSLS για διάφορες τιµές του χρόνου παύσης Ποσοστό επιτυχούς παράδοσης πακέτων των αλγορίθµων HSLS και AFHSLS για διάφορες τιµές του χρόνου παύσης Μέσος αριθµός αλµάτων των αλγορίθµων HSLS και AFHSLS για διάφορες τιµές του χρόνου παύσης Μέση διατερµατική καθυστέρηση των πακέτων δεδοµένων των αλγορίθµων DYMO, DYMOM και AOMDV για διάφορες τιµές της ταχύτητας των κόµβων Επίφορτος δροµολόγησης των αλγορίθµων DYMO, DYMOM και AOMDV για διάφορες ταχύτητες κόµβων Συνολικός αριθµός διαδικασιών δροµολόγησης που έλαβαν χώρα κατά τους αλγο- ϱίθµους DYMO, DYMOM και AOMDV Αριθµός πακέτων RREQ που εκπέµφθηκαν από τους αλγορίθµους DYMO, DYMOM και AOMDV xi

18 xii Κατάλογος Σχηµάτων 3.5 Αριθµός πακέτων RREP και RERR που εκπέµφθηκαν από τους αλγορίθµους DYMO, DYMOM και AOMDV Ποσοστό επιτυχούς παράδοσης πακέτων των αλγορίθµων DYMO, DYMOM και AOMDV για διάφορες ταχύτητες κόµβων Κανονικοποιηµένος επίφορτος δροµολόγησης των αλγορίθµων DYMO, DYMOM και AOMDV για διάφορες ταχύτητες κόµβων Μέσος αριθµός αλµάτων των αλγορίθµων DYMO, DYMOM και AOMDV για διάφορες ταχύτητες κόµβων Η τοπολογία δικτύου που χρησιµοποιήθηκε στις πειραµατικές µετρήσεις Αποτελέσµατα µετρήσεων ϱυθµαπόδοσης για κίνηση UDP 400 Kbps Αποτελέσµατα µετρήσεων ϱυθµαπόδοσης για κίνηση UDP 500 Kbps Αποτελέσµατα µετρήσεων ϱυθµαπόδοσης για µέγιστη UDP κίνηση Τιµές της παραµέτρου α 0 για τις περιπτώσεις 1 και 2 ως προς το µήκος της ελάχιστης διαδροµής και για διάφορες τιµές του συνολικού αριθµού των κόµβων ιάγραµµα ϱοής του αλγορίθµου SOC-LI ιάγραµµα ϱοής του αλγορίθµου EASOC Μέσος αριθµός συστάδων που σχηµατίστηκαν για όλα τα µεγέθη δικτύων και για ακτίνα R = 3m Μέσος αριθµός συστάδων που σχηµατίστηκαν για όλα τα µεγέθη δικτύων και για ακτίνα R = 5m Χρόνος Ϲωής που επιτεύχθηκε από κάθε αλγόριθµο και µέγιστος χρόνος Ϲωής του τελευταίου ΕΣ υπό τον SOC και τον SOC-LI για ακτίνα R = 3m Χρόνος Ϲωής που επιτεύχθηκε από κάθε αλγόριθµο και µέγιστος χρόνος Ϲωής του τελευταίου ΕΣ υπό τον SOC και τον SOC-LI για ακτίνα R = 5m Μέση εκπεµπόµενη ενέργεια ως προς τον αριθµό των κόµβων για ακτίνα R = 3m Μέση εκπεµπόµενη ενέργεια ως προς τον αριθµό των κόµβων για ακτίνα R = 5m Αριθµός εκπεµπόµενων πακέτων ελέγχου για τους αλγόριθµους SOC-LI και EASOC- LI Πιθανότητα p ένας κόµβος να αυτοανακηρυχθεί ΕΣ ως προς το συνολικό αριθµό των παικτών (κόµβων) Πιθανότητα P A τουλάχιστον ένας κόµβος να αυτοανακηρυχθεί ΕΣ ως προς το συνολικό αριθµό των παικτών (κόµβων) Χρόνος Ϲωής του δικτύου για διάφορες τιµές του λόγου ω Αριθµός ενεργών κόµβων για τιµές ω = 0.1 και ω = 0.9 σε συνάρτηση του αριθµού των γύρων Μέγιστος χρόνος Ϲωής για διάφορες τιµές του λόγου ω Μέσος αριθµός ΕΣ για διάφορες τιµές του λόγου ω

19 Κατάλογος Πινάκων 2.1 Παράµετροι Προσοµοίωσης Τα κέρδη των παικτών στην περίπτωση ενός Παιγνίου Συσταδοποίησης δύο παικτών Τυπικές τιµές των διαφόρων παραµέτρων κατανάλωσης ενέργειας xiii

20 xiv Κατάλογος Πινάκων

21 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια γινόµαστε όλοι µάρτυρες µίας αλµατώδους ανάπτυξης των τηλεπικοινωνιακών δικτύων. Κάνοντας µία αναδροµή στο παρελθόν, ϑα διαπιστώσουµε ότι οι επικοινωνιακές ανάγκες των ανθρώπων τους οδηγούσαν στην ανεύρεση νέων τρόπων επικοινωνίας, ανάλογα µε την ταχύτητα και το είδος των πληροφοριών που ήθελαν να µεταδώσουν. Ετσι, για πολύ απλές πληροφορίες χρησιµοποιούσαν τις αποµακρυσµένες χειρονοµίες ή ακόµη ακόµη τα σήµατα καπνού (ϕρυκτωρίες), ενώ έφτασαν µέχρι τη χρήση αγγελιοφόρων και ταχυδροµικών περιστεριών στην περίπτωση πολυπλοκότερων και συνθετότερων πληροφοριών. Οι νέες εξελίξεις της µικροηλεκτρονικής επέτρεψαν την κατασκευή µικρών ποµποδεκτών που να καθιστούν διάφορες συσκευές ικανές να ανταλλάσσουν πληροφορίες σε ψηφιακή µορφή. Από την άλλη, οι ολοένα και αυξανόµενες ανάγκες για ανταλλαγή πληροφοριών ακόµη και εν-κινήσει, οδήγησε στην κατασκευή κινητών τηλεπικοινωνιακών συσκευών. Η ανταλλαγή αυτή λαµβάνει την πιο ολοκληρωµένη µορφή της όταν οι συσκευές συνενώνονται όλες µαζί ώστε να αποτελέσουν ένα ενιαίο δίκτυο. Ετσι, τα ασύρµατα δίκτυα σήµερα, και κυρίως αυτά που επιτρέπουν την κίνηση των χρηστών (δηλ. τα κινητά ασύρµατα δίκτυα), απορροφούν ένα µεγάλο µέρος της ερευνητικής δραστηριότητας παγκοσµίως, καθώς η αίρεση του περιορισµού της κινητικότητας που υπάρχει στα κλασσικά ενσύρµατα δίκτυα αποτελεί έναν πολύ κρίσιµο παράγοντα εµπορικής επιτυχίας των ασύρµατων δικτύων. Η τάση αυτή ενισχύεται και από το γεγονός πως τα αποτελέσµατα της έρευνας σύντοµα εµφανίζονται και στην πράξη, λόγω του µεγάλου ενδιαφέροντος των επιχειρήσεων που αναπτύσσουν σχετικά προϊόντα, αλλά και της µεγάλης αποδοχής που χαίρουν τα προϊόντα αυτά από τους χρήστες. Στα πλαίσια αυτά, η ανάπτυξη αλγορίθµων που επιτρέπουν την αποδοτικότερη χρήση των διαθέσιµων πόρων και τη ϐελτίωση των παρεχόµενων υπηρεσιών ϐρίσκονται στο επίκεντρο της ερευνητικής προσπάθειας. Ενα από τα ερευνητικά πεδία είναι και αυτό της δροµολόγησης των µηνυµάτων, που είναι από τα ϐασικότερα προβλήµατα στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα. Αυτό οφείλεται στον πολύ ϐασικό ϱόλο της δροµολόγησης : την εξασφάλιση αξιόπιστων διαδροµών από την πηγή δεδοµένων προς τον προορισµό τους. 1

22 2 Κεφάλαιο Ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα Μέσα στα πλαίσια της εξέλιξης των τηλεπικοινωνιακών δικτύων εµφανίστηκε µία ιδιαίτερη κατηγορία. Αναφερόµαστε στα δίκτυα που είναι παγκοσµίως γνωστά µε τον όρο µη δοµηµένα δίκτυα (Ad Hoc Networks) δίκτυα ή πιο επίσηµα κινητά µη δοµηµένα δίκτυα (Mobile Ad Hoc Networks MANET). Ο λατινικός όρος ad hoc µεταφράζεται συνήθως ως «επί τούτω» ή «για το σκοπό αυτό». Αν και η µετάφραση αυτή εκφράζει πράγµατι το λόγο για τον οποίο αναπτύσσονται τα δίκτυα αυτά, που είναι η κάλυψη συγκεκριµένων ξαφνικών αναγκών, από τη σκοπιά του τηλεπικοινωνιακού µηχανικού κρύβει επιµελώς την τοπολογία και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους. Ετσι, έχει επικρατήσει να αναφερόµαστε στα δίκτυα αυτά ως µη δοµηµένα δίκτυα (ή αλλιώς αδόµητα δίκτυα ή δίκτυα µεταβαλλόµενης τοπολογίας). Στη διατριβή αυτή ϑα χρησιµοποιούµε τους προαναφερθέντες όρους εναλλακτικά, ως αντίστοιχο του αγγλικού όρου MANET. Τα µη δοµηµένα δίκτυα αποτελούν µία από τις δύο διαρρυθµίσεις (η άλλη είναι η διαρρύ- ϑµιση υποδοµής ή infrastructure mode) των ασύρµατων τοπικών δικτύων (Wireless Local Area Networks - WLANs) και έχουν ως ϐασικό χαρακτηριστικό τους την έλλειψη προϋπάρχουσας υποδοµής. Είναι δηλαδή δίκτυα τα οποία αναπτύσσονται εκ του µηδενός, χωρίς να απαιτούν δηλαδή την ύπαρξη κάποιου άλλου είδους τηλεπικοινωνιακής υποδοµής, για να εξυπηρετήσουν ένα συγκεκριµένο σκοπό που συνήθως αναδύεται ξαφνικά, απότοµα. Το µόνο που απαιτείται είναι οι χρήστες, που αποτελούν και τους κόµβους του δικτύου, να διαθέτουν ποµποδέκτες ικανούς για ασύρµατη επικοινωνία, ενώ στη γενική περίπτωση ϑεωρούνται ισοδύναµοι µεταξύ τους. Χρησι- µοποιώντας τις συσκευές αυτές, οι χρήστες δηµιουργούν µεταξύ τους ασύρµατες Ϲεύξεις, και έτσι δηµιουργείται ένα ασύρµατο δίκτυο µεταξύ τους, όπως αυτό του σχήµατος 1.1. Καθώς, όµως, οι χρήστες επικοινωνούν µεταξύ τους ασύρµατα, δεν υπάρχει κανένας περιορισµός στην κίνησή τους, τουλάχιστον από την πλευρά της τηλεπικοινωνιακής υποδοµής. Είναι, λοιπόν, ελεύθεροι να κινηθούν στο χώρο, δηµιουργώντας έτσι ένα κινητό ασύρµατο δίκτυο. Η συνεχής κίνηση των χρηστών είναι, λοιπόν, ένα δεύτερο ϐασικό χαρακτηριστικό των δικτύων αυτών. Αποτέλεσµα της συχνής κίνησης των κόµβων είναι η συχνή µεταβολή της τοπολογίας του δικτύου, ενώ το γεγονός ότι χρησιµοποιούνται ασύρµατες Ϲεύξεις παραπέµπει αµέσως σε έ- να δίκτυο που κάθε Ϲεύξη του είναι σχετικά αναξιόπιστη, λαµβανοµένης υπόψη και της υψηλής κινητικότητας των χρηστών σε συνδυασµό µε τη µικρή ακτίνα επικοινωνίας. Επιπλέον, το γεγονός ότι οι χρήστες είναι κινούµενοι συνεπάγεται συνήθως την ύπαρξη ϕορητών συσκευών, εύκολα µετακινούµενων, που όµως διαθέτουν περιορισµένους πόρους, κυρίως όσον αφορά στην ενέργεια και την επεξεργαστική τους ισχύ. Οι ϕορητές συσκευές τρο- ϕοδοτούνται αναγκαστικά από µπαταρίες, των οποίων η διάρκεια είναι πεπερασµένη. Επιπλέον, οι δυνατότητες επεξεργασίας πληροφοριών των ϕορητών συσκευών είναι σχετικά περιορισµένες, παρόλη την αλµατώδη ανάπτυξη των µικροεπεξεργαστών, καθώς οι συσκευές ενσωµατώνουν ολοένα και περισσότερες δυνατότητες, και εποµένως ϑα πρέπει η ίδια συσκευή να αναλάβει την υποστήριξη της συνδεσιµότητας του δικτύου και ταυτόχρονα να εξυπηρετήσει τον ίδιο το χρήστη

23 1.1. Ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα 3 Σχήµα 1.1: Ενα µη δοµηµένο δίκτυο στην εργασία του. Συνεπώς, οι περιορισµένοι πόροι για την υλοποίηση του δικτύου είναι ένα ϑεµελιώδες χαρακτηριστικό των δικτύων αυτών. Ας ϑυµηθούµε όµως ότι στα µη δοµηµένα δίκτυα οι χρήστες διαθέτουν ασύρµατους ποµποδέκτες, οι οποίοι ϐέβαια δεν έχουν απεριόριστη εµβέλεια, δεδοµένων και των περιορισµών ισχύος λόγω της ϕορητότητας των συσκευών. Ετσι, η εµβέλεια στην οποία µπορεί ένας κόµβος να επικοινωνήσει µε έναν άλλο είναι πεπερασµένη. Συνεπώς, συµβαίνει συχνά δύο χρήστες που ϑέλουν να επικοινωνήσουν µεταξύ τους, να ϐρίσκονται σε µεγαλύτερη απόσταση από την εµ- ϐέλεια των ποµποδεκτών τους. Εποµένως, για να ανταλλάξουν αυτοί οι δύο κόµβοι πληροφορίες πρέπει να χρησιµοποιήσουν τους ενδιάµεσους σε αυτούς κόµβους, οι οποίοι και ϑα αναµεταδώσουν τα πακέτα πληροφοριών µέχρι αυτά να ϕτάσουν στον τελικό αποδέκτη τους. Για το λόγο αυτό, τα ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα ϑεωρούνται σχεδόν πάντα ότι είναι και δίκτυα πολλών (ή πολλαπλών) αλµάτων (multihop networks). Από τις συχνότερα αναφερόµενες εφαρµογές τέτοιων δικτύων είναι οι καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και ϕυσικών καταστροφών. εδοµένης της ανυπαρξίας προϋπάρχουσας τηλεπικοινωνιακής υποδοµής, είτε διότι αυτή καταστράφηκε είτε διότι δεν υπήρξε ποτέ ανάλογος σχεδιασ- µός, οι ξαφνικές ανάγκες τόσο των συνεργείων διάσωσης όσο και των πολιτών µπορούν εύκολα να καλυφθούν από ένα µη δοµηµένο δίκτυο που στήνεται σε πολύ λίγο χρόνο και υποστηρίζει ευρύ ϕάσµα επιλογών. Ακόµη, ένα µη δοµηµένο δίκτυο µπορεί να χρησιµοποιηθεί από ενδιαφερόµενους χρήστες ακόµη και σε αστικό περιβάλλον όταν η υπάρχουσα υποδοµή δεν είναι ικανοποιητική είτε ή όταν η εγκατάστασή της είναι οικονοµικά ασύµφορη Το πρόβληµα της δροµολόγησης Ενα από τα σηµαντικότερα Ϲητήµατα που επιτακτικά επιζητεί την επίλυσή του είναι το πρόβλη- µα της δροµολόγησης (Routing). Σε ένα µη δοµηµένο δίκτυο, τα δεδοµένα ανταλλάσσονται µε τη µορφή IP πακέτων. Οπως, όµως, προαναφέρθηκε, τα µη δοµηµένα δίκτυα είναι συνήθως

24 4 Κεφάλαιο 1 δίκτυα πολλαπλών αλµάτων. Εποµένως, όταν ένας κόµβος του δικτύου επιθυµεί να επικοινωνήσει µε έναν άλλο κόµβο στο ίδιο δίκτυο, ϑα πρέπει να ϐρει ένα σύνολο από ενδιάµεσους κόµβους οι οποίοι και ϑα αναµεταδώσουν τα πακέτα µέχρι αυτά να ϕτάσουν στον τελικό προο- ϱισµό. Ετσι, λοιπόν, ανακύπτει το Ϲήτηµα της εύρεσης µία διαδροµής µεταξύ του κόµβου-πηγή και του κόµβου-προορισµού. Και µάλιστα, όχι µίας οποιαδήποτε διαδροµής, αλλά της ϐέλτιστης δυνατής. Η έννοια της ϐέλτιστης διαδροµής, ϐέβαια, δεν είναι µονοσήµαντη. Ανάλογα µε την εφαρµογή και τις ανάγκες των χρηστών, αλλά και των περιορισµών τους ταυτόχρονα, η ϐέλτιστη διαδροµή µπορεί να αναφέρεται σε ϐελτιστοποίηση διάφορων παραµέτρων. Τέτοιες παράµετροι µπορεί να είναι ο χρόνος µεταφοράς των µηνυµάτων, η ενέργεια που ξοδεύεται κατά τη µετάδοσή τους ή το διαθέσιµο εύρος Ϲώνης των Ϲεύξεων που ϑα χρησιµοποιηθούν. Παρ όλες τις διαθέσιµες παραµέτρους ϐελτιστοποίησης, η συνηθέστερη και πιο συχνά χρησιµοποιούµενη είναι αυτή του αριθµού των αλµάτων. ηλαδή, ϐέλτιστη ϑεωρείται µία διαδροµή όταν χρησιµοποιεί το µικρότερο αριθµό αλµάτων (ή αλλιώς ενδιάµεσων κόµβων) µεταξύ πηγής και προορισµού. Η επιλογή αυτής της παραµέτρου δεν είναι τυχαία. Μάλιστα αναφερόµαστε και σε αυτή και ως «συντοµότερη διαδροµή», υπό την έννοια της απόστασης µετρηµένης σε άλµατα. Μεγάλου µήκους διαδροµές ϑα οδηγούσαν σε µεγάλες καθυστερήσεις παράδοσης των πακέτων στον προορισµό τους, ενώ παράλληλα ϑα σπαταλούσαν το διαθέσιµο εύρος Ϲώνης, καθώς απαιτείται µεγαλύτερος αριθµός εκποµπών, από ότι αν χρησιµοποιούσαµε τη συντοµότερη σε άλµατα διαδροµή. Ετσι, η χρήση του αριθµού των αλµάτων ϑεωρείται ως µία εύχρηστη παράµετρος ϐελτιστοποίησης, που ενσωµατώνει όλες τις άλλες παραµέτρους υπό ένα καθεστώς συµβιβασµού. Αν ϑεωρούσαµε ένα στατικό δίκτυο, όπου οι κόµβοι παραµένουν ακίνητοι και έχουν άπειρα αποθέµατα ενέργειας, ϑα αρκούσε να ϐρούµε τη ϐέλτιστη διαδροµή µεταξύ δύο κόµβων µία και µόνο ϕορά. Οµως, κάτι τέτοιο δεν συµβαίνει. Οι κόµβοι δεν είναι ακίνητοι, που σηµαίνει ότι νέες Ϲεύξεις µεταξύ κόµβων δηµιουργούνται, ενώ υπάρχουσες Ϲεύξεις καταρρέουν, καθώς οι κόµβοι συνεχώς πλησιάζουν και αποµακρύνονται µεταξύ τους. Επιπλέον, κάποιοι κόµβοι ενδέχεται να δαπανήσουν τα αποθέµατα ενέργειάς τους, µε αποτέλεσµα την αδυναµία τους να αποτελέσουν πλέον µέρος του δικτύου, ώστε να αναµεταδίδουν πακέτα προς όφελος άλλων κόµβων. Ετσι, οι ϐέλτιστες διαδροµές δεν παραµένουν αµετάβλητες, αλλά αλλάζουν και αυτές µε το χρόνο. Συνεπώς, ένας αλγόριθµος δροµολόγησης ϑα πρέπει να λαµβάνει υπόψη τις µεταβολές αυτές, ώστε να επιτυγχάνει στο µέγιστο δυνατό ϐαθµό να παρέχει σε έναν κόµβο τη ϐέλτιστη διαδροµή προς έναν άλλο κόµβο, στον οποίο ο πρώτος ϑέλει να µεταδώσει δεδοµένα. Θα πρέπει, µε λίγα λόγια, να µεγιστοποιήσει τις σωστές αποφάσεις που ϑα λάβει για την προώθηση των πακέτων δεδοµένων. Να επισηµάνουµε, στο σηµείο αυτό, ότι αν και συνήθως ένας κόµβος αναζητά ολόκληρη τη ϐέλτιστη διαδροµή προς έναν προορισµό, αυτό που στην πραγµατικότητα συνήθως απαιτείται να πράξει είναι να κάνει την καλύτερη δυνατή επιλογή του επόµενου κόµβου στον οποίο ϑα στέλνει τα πακέτα δεδοµένων, ώστε καθώς αυτή η απόφαση ϑα λαµβάνεται από όλους τους ενδιάµεσους

25 1.1. Ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα 5 κόµβους (µε ένα κατανεµηµένο τρόπο), τελικά η προκύπτουσα διαδροµή να είναι η καλύτερη δυνατή. Καθώς η τοπολογία του δικτύου αλλάζει συνεχώς, ένα πολύ σηµαντικό χαρακτηριστικό που ϑα πρέπει να διαθέτει ένας αλγόριθµος δροµολόγησης είναι να συγκλίνει γρήγορα προς της ϐέλτιστη διαδροµή. Βέβαια, για να συµβεί αυτό στον καλύτερο δυνατό ϐαθµό ϑα απαιτούνταν σηµαντικές ποσότητες πακέτων δροµολόγησης, που ϑα χρησιµοποιούσαν πολύ µεγάλο µέρος των διαθέσιµων πόρων. Για να αποφευχθεί αυτό, οι αλγόριθµοι δροµολόγησης κάνουν συνήθως ένα συµβιβασµό, και κατά συνέπεια προτιµώνται αλγόριθµοι οι οποίοι µε συγκριτικά µικρότερη σηµατοδοσία συγκλίνουν γρήγορα προς τις ϐέλτιστες διαδροµές. Ενα Ϲήτηµα που πρέπει επίσης να λαµβάνεται σοβαρά υπόψη είναι αυτό της πολυπλοκότητας ενός αλγορίθµου. Πολύπλοκοι αλγόριθµοι απαιτούν επεξεργαστική ισχύ αλλά είναι και επιρ- ϱεπείς σε λάθη κατά τη ϕάση της υλοποίησής τους. Συνεπώς είναι προτιµητέοι αλγόριθµοι που είναι σχετικά απλοί αλλά αποδοτικοί. Τέλος, το Ϲήτηµα αυτό συνδιάζεται και µε την κλιµακο- ϑετησιµότητα (scalability) ενός αλγορίθµου, δηλαδή την ικανότητά του να µπορεί να λειτουργεί αποδοτικά όταν το δίκτυο µεγαλώνει, για παράδειγµα µε την προσθήκη επιπλέον κόµβων Κατηγοριοποίηση των τεχνικών δροµολόγησης Ακριβώς λόγω των προαναφερθέντων προβληµάτων, αναπτύχθηκαν διάφορες τεχνικές δροµολόγησης, ώστε να επιλύσουν µε τον καλύτερο δυνατό τρόπο το πρόβληµα της δροµολόγησης. Στη συνέχεια ϑα αναφερθούµε στις γενικές κατηγορίες των πρωτοκόλλων δροµολόγησης, µε σκοπό να γίνουν γνωστά τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα της κάθε µίας. Στην παρούσα διατριβή οι όροι «αλγόριθµος» και «πρωτόκολλο» ϑα χρησιµοποιούνται εναλλακτικά ως ταυτόσηµοι, καθώς αυτό συνηθίζεται στην διεθνή ϐιβλιογραφία. Ο συνηθέστερος διαχωρισµός των πρωτοκόλλων δροµολόγησης είναι σε τεχνικές προληπτικής δροµολόγησης (Proactive Routing) και σε τεχνικές κατ αίτηση δροµολόγησης (Reactive Routing ή on-demand). Η διαφορά των δύο κατηγοριών αναφέρεται στο χρόνο συλλογής της πληροφορίας δροµολόγησης. Οι αλγόριθµοι της πρώτης κατηγορίας προσπαθούν να εξασφαλίσουν τις διαδροµές πριν ακόµη αυτές χρειαστούν ή γίνουν απαιτητές. Ετσι, λειτουργούν µε έναν προληπτικό τρόπο, αφού οι διαδροµές είναι γνωστές στους κόµβους ακόµη και αν αυτοί δεν τις χρειάζονται. Η λογική µε την οποία γίνεται κάτι τέτοιο είναι ότι, όταν ένας κόµβος χρειαστεί µία διαδροµή, δεν ϑα απαιτείται να την αναζητήσει, καθώς ϑα είναι ήδη στη διάθεσή του, κερδίζοντας έτσι πολύτιµο χρόνο. Το µειονέκτηµα, όµως, είναι ότι καταναλώνονται πόροι του δικτύου πολλές ϕορές χωρίς λόγο, αφού ενδέχεται ένας κόµβος να µη χρειαστεί ποτέ τις διαδροµές αυτές, ή να χρησιµοποιήσει µόνον ένα πολύ µικρό ποσοστό τους. Από τα πιο γνωστά πρωτόκολλα της κατηγορίας αυτής είναι τα DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) [PB94], GSR (Global State Routing) [CG98], FSR (Fisheye State Routing) [Iwa99] [PGC00], OLSR (Optimal Link State Routing) [JMC + 01] και HSLS (Hazy Sight Link State) [SR01].

26 6 Κεφάλαιο 1 Από την άλλη, οι τεχνικές δροµολόγησης κατ αίτηση ϐασίζονται στη λογική ότι οι διαδροµές ϑα πρέπει να αναζητούνται µόνον όταν χρειάζονται. Στην περίπτωση αυτή, όταν ένας κόµβος ϑέλει να στείλει δεδοµένα σε έναν άλλο, εκκινεί µία διαδικασία εύρεσης διαδροµής, η οποία όµως απαιτεί κάποιον χρόνο. Ετσι, αν και οι πόροι του δικτύου καταναλώνονται µόνο όσο χρειάζεται, τα πακέτα καθυστερούν να παραδοθούν στον προορισµό τους γιατί πρέπει να αναζητηθούν πρώτα οι διαδροµές προς τους προορισµούς αυτούς. Επιπλέον, η αναζήτηση των διαδροµών συνιστά µία απότοµη αύξηση (αιχµή) στην τηλεπικοινωνιακή κίνηση που πρέπει να διεκπεραιωθεί από το δίκτυο, διαταράσσοντας τις υπάρχουσες ανταλλαγές µηνυµάτων. Στους πιο γνωστούς αλγορίθµους της κατηγορίας αυτής περιλαµβάνονται οι AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) [PR99], DSR (Dynamic Source Routing) [JM96], TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm) [PC97] kai to ABR (Associativity Based Routing) [Toh97]. εδοµένων των πλεονεκτηµάτων και µειονεκτηµάτων που µόλις αναφέραµε, µία ενδιαφέρουσα κατηγορία αλγορίθµων προσπαθεί να συνδυάσει τις προηγούµενες τεχνικές, χρησιµοποιώντας προληπτική δροµολόγηση για µία µικρή περιοχή γύρω από τους κόµβους και κατ αίτηση δροµολόγηση, στην περίπτωση που ο προορισµός των πακέτων δεν ανήκει στην περιοχή αυτή. Οι αλγόριθµοι αυτοί ονοµάζονται υβριδικοί (hybrid), και ο πιο αντιπροσωπευτικός αλγόριθµος είναι ο ZRP [Ηαα97], κατά τον οποίο γίνεται η υπόθεση ότι ένας κινητός σταθµός είναι πιθανότερο να χρειαστεί να επικοινωνήσει µε έναν κοντινό του σταθµό παρά µε έναν αποµακρυσµένο. Ετσι διατηρούνται διαδροµές µε τη χρήση προληπτικής δροµολόγησης για προορισµούς που απέχουν ένα µέγιστο αριθµό αλµάτων από το σταθµό, ενώ για τους υπόλοιπους αναζητούνται διαδροµές µόνο όταν κάτι τέτοιο γίνει απαραίτητο. Ενας δεύτερος τρόπος κατάταξης των αλγορίθµων είναι µε ϐάση το είδος των πληροφοριών που αποθηκεύουν τοπικά οι κόµβοι. Σύµφωνα µε την κατηγοριοποίηση αυτή, τα πρωτόκολλα δροµολόγησης κατατάσσονται σε αυτά που αποθηκεύουν πληροφορία σχετικά µε την τοπολογία (topology-based) και σε αυτά που αποθηκεύουν πληροφορία σχετικά µε τους προορισµούς (destination-based). Στην πρώτη κατηγορία κάθε σταθµός διαθέτει εκτενείς πληροφορίες σχετικά µε την κατάσταση της τοπολογίας του δικτύου. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τόσο τα πρωτόκολλα που ϐασίζονται στην πληροφορία της κατάστασης των Ϲεύξεων (link state) (π.χ. οι GSR, FSR, HSLS), όσο και τα πρωτόκολλα που ϐασίζονται στη δροµολόγηση πηγής (source routing) (λ.χ. ο DSR). Το πλεονέκτηµα των µεθόδων που ϐασίζονται στην κατάσταση των Ϲεύξεων είναι ότι η λεπτοµερής πληροφόρηση για την κατάσταση του δικτύου επιτρέπει σε κάθε σταθµό να λάβει καταλληλότερες αποφάσεις ώστε να ικανοποιήσει και άλλους περιορισµούς ή στόχους, ό- πως ποιότητα υπηρεσιών ή εξισορρόπηση ϕορτίου. Από την άλλη, στη δροµολόγησης πηγής κάθε κόµβος ενηµερώνεται µόνο για τις διαδροµές που τον ενδιαφέρουν και όχι για ολόκληρο το δίκτυο. Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν τα πρωτόκολλα που ϐασίζονται στην απόσταση κάθε σταθµού από τον εκάστοτε προορισµό (distance vector). Η πληροφορία δροµολόγησης έχει µία µορφή που να µπορεί να χρησιµοποιηθεί αυτούσια από κάθε κόµβο, χωρίς αυτός να ενηµερώνεται λεπτοµερώς για την κατάσταση του δικτύου, µειώνοντας έτσι τις απαιτήσεις για το εύρος Ϲώνης που απαιτείται

27 1.2. Ασύρµατα ίκτυα Αισθητήρων 7 για το σκοπό της δροµολόγησης. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι αλγόριθµοι που ϐασίζονται στο διάνυσµα απόστασης (distance-vector), όπου κάθε σταθµός διατηρεί για κάθε προορισµό την απόστασή του από αυτόν, σύµφωνα µε µία προκαθορισµένη συνάρτηση κόστους, και τον επόµενο σταθµό που ϐρίσκεται πάνω στη συντοµότερη διαδροµή προς τον προορισµό αυτόν. Αν και απαιτούν, όπως είπαµε, λιγότερο εύρος Ϲώνης, οι αλγόριθµοι αυτοί έχουν το µειονέκτηµα της εµφάνισης ϐρόγχων δροµολόγησης και αργής σύγκλησης. Τα πρωτόκολλα DSDV, AODV, TORA και ABR είναι από τα πιο γνωστά στην κατηγορία αυτή. 1.2 Ασύρµατα ίκτυα Αισθητήρων Η ϱαγδαία ανάπτυξη της µικροηλεκτρονικής επέτρεψε την κατασκευή πολύ µικρών συσκευών, ικανών όµως να επεξεργάζονται σήµατα που λαµβάνουν από διάφορους αισθητήρες που διαθέτουν και ταυτόχρονα να είναι εξοπλισµένοι µε διεπαφές ασύρµατης επικοινωνίας. Η δικτύωση των παραπάνω συσκευών οδήγησε σε µία ειδική κατηγορία ασύρµατων µη δοµηµένων δικτύων, τα Ασύρµατα ίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks WSN). Παρ όλες τις οµοιότητες που παρουσιάζουν µε τα κλασσικά ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα, τα ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων έχουν κάποια πολύ ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, που πηγάζουν τόσο από το είδος των κόµβων που αποτελούν το δίκτυο, όσο και από τις εφαρµογές για τις οποίες αναπτύσσονται. Στο σχήµα 1.2 ϕαίνεται ένα τυπικό ασύρµατο δίκτυο αισθητήρων. Το πρώτο και κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η αυστηρά περιορισµένοι ενεργειακοί πόροι, καθώς οι ασύρµατοι αισθητήρες τροφοδοτούνται από µπαταρίες οι οποίες µάλιστα συνήθως είναι αδύνατον να αντικατασταθούν. Συνεπώς, η ενέργεια ϑα πρέπει να χρησιµοποιείται όσο το δυνατόν πιο αποδοτικά. Επιπλέον, οι επεξεργαστικές δυνατότητές τους είναι πεπερασµένες, τόσο λόγω των λιγοστών αποθεµάτων ενέργειας, όσο και λόγω του περιορισµένου µεγέθους και κόστους των αισθητήρων. Ενα άλλο πολύ ϐασικό χαρακτηριστικό των ασύρµατων δικτύων αισθητήρων είναι το µεγάλο πλήθος των κόµβων που το αποτελούν. Λόγω του γεγονότος ότι τα δίκτυα αυτά αναλαµβάνουν συνήθως την επιτήρηση µεγάλων εκτάσεων για τη συλλογή περιβαλλοντικών δεδοµένων, απαιτείται ένας µεγάλος ή πολύ µεγάλος αριθµός κόµβων, για να καλύψει τις περιοχές αυτές, λαµβανοµένου υπόψη και του γεγονότος ότι δεν είναι εύκολη η αντικατάσταση των αισθητήρων. Συνεπώς, οι αλγόριθµοι που αναπτύσσονται για τέτοια δίκτυα ϑα πρέπει να διαθέτουν το χαρακτηριστικό της κλιµακοθετησιµότητας (Scalability). Την καταγραφή των δεδοµένων από τους αισθητήρες αναλαµβάνει συνήθως ένας ιδιαίτερος κόµβος µε πολύ µεγαλύτερα ενεργειακά αποθέµατα και επεξεργαστική ισχύ από τους ίδιους τους αισθητήρες. Ο κόµβος αυτός του δικτύου ονοµάζεται συνήθως κόµβος-συλλέκτης ή απλά συλλέκτης (Sink node ή sink). Στον κόµβο αυτόν γίνεται η συλλογή των δεδοµένων, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις ο κόµβος-συλλέκτης επιφορτίζεται και µε οργανωτικές λειτουργίες του δικτύου. Υπάρχει σήµερα πληθώρα περιπτώσεων όπου εφαρµόζονται τα ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων,

28 8 Κεφάλαιο 1 - Σχήµα 1.2: Ενα παράδειγµα ασύρµατου δικτύου αισθητήρων µε τις πιο κοινές εφαρµογές να περιλαµβάνουν την επιτήρηση ϕυσικού περιβάλλοντος και της άγριας Ϲωής, την παρακολούθηση εργασιακών και ϐιοµηχανικών χώρων, τη χρήση τους σε «έξυπνα» κτήρια, την παρακολούθηση ιατρικού περιβάλλοντος σε πραγµατικό χρόνο, στις αγροτικές καλλιέργειες, σε συστήµατα τυποποίησης και διακίνησης προϊόντων (logistics) και πολλές άλλες. Μάλιστα, όσο οι αισθητήρες γίνονται µικρότεροι, πιο αποδοτικοί ενεργειακά και πιο ικανοί επεξεργαστικά, νέες εφαρµογές ϑα αρχίσουν να αναπτύσσονται, διευρύνοντας έτσι τους ορίζοντες χρήσης τους, αλλά και καθιστώντας επιτακτική την έρευνα στην περιοχή αυτή, ώστε να αναπτυχθούν ευφυείς και αποδοτικοί αλγόριθµοι Το πρόβληµα της δροµολόγησης και της συσταδοποίησης Ενα από τα πολύ σοβαρά προβλήµατα στο χώρο της δικτύωσης των ασύρµατων αισθητήρων είναι και αυτό της δροµολόγησης και της συσταδοποίησης (Clustering). Η συσταδοποίηση αποτελεί µία µεθοδολογία που χρησιµοποιείται για να δοθεί σε ένα δίκτυο µία ιεραρχική δοµή, η οποία έχει το πλεονέκτηµα ότι καθιστά πιο εύκολη τη διαχείριση των πινάκων δροµολόγησης, αποτελεί µία αποδοτική λύση στην περίπτωση των πολύ µεγάλων δικτύων, όπως είναι τα δίκτυα αισθητήρων, ενώ παράλληλα αποτελεί και µία ϕυσική λύση για τα δίκτυα αυτά, καθώς τα δεδοµένα έχουν ισχυρή τοπολογική εξάρτηση και η συσταδοποίηση επιτρέπει την αποδοτική συµπίεσή τους. Η συσταδοποίηση συνίσταται κατά ϐάση στην επιλογή ενός υποσυνόλου από το σύνολο των κόµβων, το οποίο και ϑα αποτελέσει τα κέντρα γύρω από τα οποία ϑα γίνει η οµαδοποίηση. Κάθε τέτοια οµάδα καλείται Συστάδα (Cluster) ενώ κάθε κόµβος από το υποσύνολο που επιλέχθηκε ονοµάζεται Επικεφαλής Συστάδας (Clusterhead). Τα µέλη µίας συστάδας (cluster members) δεν προωθούν τα δεδοµένα τους σε έναν οποιοδήποτε κόµβο, παρά µόνον στον Επικεφαλής Συστάδας (ΕΣ), ο οποίος και αναλαµβάνει την οργάνωση της συστάδας και της ανταλλαγής των µηνυµάτων µέσα σε αυτήν. Ο Επικεφαλής Συστάδας συλλέγει τα δεδοµένα από τα µέλη της συστάδας και στη συνέχεια τα συµπιέζει µε µία µέθοδο συµπίεσης. Επειτα, µέσω της κατάλληλης κάθε ϕορά

29 1.3. ιάρθρωση και συµβολή της διατριβής 9 διαδροµής, τα προωθεί στον κόµβο-συλλέκτη. Οι ΕΣ επικοινωνούν µεταξύ τους είτε µέσω κάποιων µελών τους, που εξασφαλίζουν τη µεταξύ τους διασύνδεση, είτε ενός κοινού µέλους. Λόγω του γεγονότος ότι ο ΕΣ καταναλώνει πολύ περισσότερη ενέργεια από ένα οποιοδήποτε µέλος συστάδας, η ενέργεια των ΕΣ καταναλώνεται πολύ γρήγορα. Αποσκοπώντας στην κατά το δυνατόν µεγαλύτερη διάρκεια Ϲωής του δικτύου (που είναι συνήθως η κυριότερη επιδίωξη κάθε αλγορίθµου δροµολόγησης ή συσταδοποίησης), έχει προταθεί η εναλλαγή του ϱόλου του επικεφαλής συστάδας µεταξύ των αισθητήρων, ώστε να υπάρχει µία πιο οµοιόµορφη κατανοµή της κατανάλωσης ενέργειας και κατά συνέπεια να παραταθεί η διάρκεια Ϲωής του δικτύου. Η τεχνική αυτή έχει αποδειχθεί ότι πράγµατι λειτουργεί υπέρ της διάρκειας Ϲωής του δικτύου, και χρησιµοποιείται συχνά στους αλγορίθµους συσταδοποίησης. Ο τρόπος µε τον οποίο αποφασίζεται ποιοι κόµβοι ϑα οργανωθούν γύρω από κάθε επικεφαλής συστάδας έχει ισχυρή επίδραση στη συµπεριφορά του δικτύου. Αν και η απόσταση είναι ένα δηµοφιλές κριτήριο, η εναποµένουσα ενέργεια κάθε κόµβου, ο αριθµός των µελών µίας συστάδας ή η πυκνότητα των κόµβων αποτελούν επίσης κρίσιµα κριτήρια, που µπορούν να δώσουν στο δίκτυο πολλές χρήσιµες ιδιότητες. Επίσης, αν και έχουν προταθεί αλγόριθµοι που απαιτούν πλήρη γνώση του δικτύου και είναι συγκεντρωτικοί, λόγω του µεγάλου αριθµού των κόµβων, είναι πολύ χρήσιµο οι αλγόριθµοι συσταδοποίησης να είναι και κατανεµηµένοι (όπως και στα ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα) αλλά επίσης και να χρησιµοποιούν µόνο τοπική πληροφορία. 1.3 ιάρθρωση και συµβολή της διατριβής Το αντικείµενο της παρούσας διατριβής είναι η µελέτη των προβληµάτων δροµολόγησης σε κινητά µη δοµηµένα δίκτυα, ενώ ερευνήθηκε και η συσταδοποίηση ως µέθοδος δροµολόγησης σε ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων. Σκοπός της διατριβής είναι η ανάπτυξη νέων, αποδοτικότερων τεχνικών και αλγορίθµων που ϑα ϐελτιώνουν την απόδοση του δικτύου και κατά συνέπεια ϑα προσφέρουν υψηλότερα επίπεδα ποιότητας υπηρεσίας στους χρήστες. Αναλυτικότερα, η διάρθρωση της διατριβής έχει ως ακολούθως. Στο Κεφάλαιο 2 ασχολούµαστε µε τη µελέτη των προληπτικών αλγορίθµων δροµολόγησης, εστιάζοντας στο χαρακτηριστικό της κλιµακοθετησιµότητας. Προτείνεται ένας νέος αλγόριθµος προληπτικής δροµολόγησης που ϐασίζεται στον αλγόριθµο HSLS (Hazy Sighted Link State), που αποτελεί έναν από τους καλύτερους αλγορίθµους στην κατηγορία αυτή, αλλά επιτυγχάνει καλύτερη κλιµακοθετησιµότητα από αυτόν. Με τη χρήση προσοµοιώσεων αποδεικνύουµε ότι ο προτεινόµενος αλγόριθµος επιτυγχάνει µικρότερες καθυστερήσεις και σηµαντικά µειωµένο επί- ϕορτο δροµολόγησης από τον HSLS, καθιστώντας τον µία πολύ καλή λύση για εφαρµογές όπου η κλιµακοθετησιµότητα ενέχει εξέχοντα ϱόλο. Το Κεφάλαιο 3 πραγµατεύεται το πρόβληµα της κατ αίτηση δροµολόγησης µε τη χρήση πολλαπλών διαδροµών. Συµβάλλοντας στον τοµέα αυτό, προτείνουµε ένα νέο αλγόριθµο κατ αίτηση δροµολόγησης που µπορεί να συντηρεί πολλαπλές διαδροµές από την πηγή προς τον προορισµό.

30 10 Κεφάλαιο 1 Με τη χρήση προσοµοιώσεων αποδεικνύουµε ότι ο προτεινόµενος αλγόριθµος επιτυγχάνει µειωµένες καθυστερήσεις παράδοσης των πακέτων δεδοµένων, ακόµη και σε σύγκριση µε άλλους αλγορίθµους πολλαπλών διαδροµών, ενώ ταυτόχρονα απαιτεί µειωµένο επίφορτο δροµολόγησης. Η συµπεριφορά του προτεινόµενου αλγορίθµου µελετάται και σε πραγµατικό δίκτυο, ενώ το κε- ϕάλαιο ολοκληρώνεται µε µία συγκριτική µελέτη, σε ϑεωρητικό επίπεδο, του ϱυθµού επίφορτου δροµολόγησης για κατ αίτηση αλγορίθµους µίας και πολλαπλών διαδροµών. Στο Κεφάλαιο 4 εξετάζεται το πρόβληµα της συσταδοποίησης (clustering) σε ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα και δίκτυα αισθητήρων. Επικεντρώνοντας στην υπερευρυζωνική (Ultra Wideband - UWB) τεχνολογία, προτείνουµε έναν αλγόριθµο συσταδοποίησης για ασύρµατα µη δοµη- µένα δίκτυα που απαιτεί τη χρήση µόνον τοπικής πληροφορίας, ϐελτιώνοντας έτσι τη συµπερι- ϕορά υπαρχόντων αλγορίθµων. Στη συνέχεια, προτείνουµε, για πρώτη ϕορά στη ϐιβλιογραφία, δύο αλγορίθµους συσταδοποίησης για ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων υπερευρυζωνικής τεχνολογίας, υιοθετώντας τεχνικές που έχουν ευρεία χρήση στα δίκτυα αισθητήρων και προσαρµόζοντάς τες ειδικά στην τεχνολογία UWB. Τα αποτελέσµατα των προσοµοιώσεων δείχνουν ότι µε τη χρήση των αλγορίθµων τοπικής πληροφορίας έχουµε σχεδόν την ίδια συµπεριφορά µε αυτούς που χρησι- µοποιούν πλήρη γνώση της τοπολογίας του δικτύου, ενώ οι ενεργειακοί αλγόριθµοι αποδεικνύεται ότι αυξάνουν σηµαντικά το χρόνο Ϲωής του δικτύου. Το Κεφάλαιο 5 συνιστά µία προσπάθεια µοντελοποίησης του προβλήµατος της συσταδοποίησης µε τη χρήση της Θεωρίας Παιγνίων. Ετσι, για πρώτη ϕορά στη ϐιβλιογραφία, γίνεται χρήση της µη-συνεργατικής Θεωρίας Παιγνίων ώστε να µοντελοποιηθούν αισθητήρες που συ- µπεριφέρονται εγωιστικά. Αφού γίνει η παρουσίαση και διερεύνηση του µοντέλου, στη συνέχεια αξιοποιούνται τα συµπεράσµατα της µοντελοποίησης για να αναπτυχθεί ένας αλγόριθµος συσταδοποίησης για δίκτυα αισθητήρων, που όµως δεν απαιτεί τη συνεργασία µεταξύ των αισθητήρων, όπως συµβαίνει µε όλους τους µέχρι στιγµής προταθέντες αλγορίθµους. Ο αλγόριθµος αυτός αποδεικνύεται ότι αποδίδει τουλάχιστον όσο καλά και ένας δηµοφιλής αλγόριθµος της κατηγορίας αυτής, ενώ στην πλειονότητα των περιπτώσεων αποδίδει καλύτερα από αυτόν, καταδεικνύοντας ότι η χρήση ϑεωρίας παιγνίων µπορεί να αποδειχθεί χρήσιµη στο σχεδιασµό αλγορίθµων συσταδοποίησης για δίκτυα αισθητήρων. Η διατριβή ολοκληρώνεται µε το Κεφάλαιο 6, όπου παρουσιάζεται µία ανακεφαλαίωση της, συνοψίζονται τα συµπεράσµατα και οι καινοτοµίες, και διατυπώνονται προτάσεις για µελλοντική έρευνα στην ίδια ϑεµατική περιοχή.

31 Κεφάλαιο 2 Τεχνικές προληπτικής δροµολόγησης σε µη δοµηµένα δίκτυα 2.1 Εισαγωγή Η ποικιλία αλγορίθµων δροµολόγησης για ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα πολλαπλών αλµάτων έχει την πηγή της στην πολύπλοκη τοπολογία τους και κυρίως στην ευρύτητα του συνόλου των δυνατών καταστάσεων τις οποίες µπορεί να λάβει αυτή, καθώς εξελίσσεται δυναµικά στο χρόνο. Οπως αναφέραµε, µία µεγάλη κατηγορία τεχνικών δροµολόγησης είναι αυτή της προληπτικής δροµολόγησης. Το κύριο µέληµα των αλγορίθµων αυτής της κατηγορίας είναι η εξασφάλιση σε κάθε ένα κόµβο έγκυρων διαδροµών προς τους υπόλοιπους κόµβους, ώστε όταν αυτές ϑα α- παιτηθούν, να είναι άµεσα διαθέσιµες. Κατά συνέπεια, τα πακέτα δεδοµένων δεν χρειάζεται να περιµένουν να ϐρεθεί η διαδροµή. Για να επιτευχθεί, όµως, αυτό απαιτούνται έξυπνες τεχνικές που ϑα εξασφαλίζουν µεν τις διαδροµές προς τους κόµβους, δεν ϑα προκαλούν όµως µεγάλο επίφορτο δροµολόγησης, καθώς κάτι τέτοιο ϑα αναιρούσε το κέρδος που προαναφέραµε στην καθυστέρηση των µηνυµάτων. Στη ϐιβλιογραφία έχουν προταθεί πολλοί αλγόριθµοι οι οποίοι επιτυγχάνουν έως κάποιο ϐαθ- µό το σκοπό τους. Παρόλα αυτά, ένας αλγόριθµος δροµολόγησης ϑα πρέπει να είναι αποτελεσµατικός σε δίκτυα όλων των κλιµάκων, από µερικούς κόµβους, µέχρι µερικές εκατοντάδες κόµβους. Η ικανότητα ενός αλγορίθµου δροµολόγησης να λειτουργεί αποτελεσµατικά καθώς αυξάνεται ο αριθµός των κόµβων και η έκταση του δικτύου καλείται κλιµακοθετησιµότητα (Scalability) και συνιστά ένα πολύ χρήσιµο χαρακτηριστικό, καθώς επιτρέπει σε έναν αλγόριθµο δροµολόγησης να χρησιµοποιείται σε πολλά είδη δικτύων, και κυρίως να εφαρµόζεται σε δίκτυα το µέγεθος των οποίων µπορεί να µεταβάλλεται µε το χρόνο. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφουµε έναν αλγόριθµο δροµολόγησης για ασύρµατα µη δοµηµένα δίκτυα πολλαπλών αλµάτων που επιτυγχάνει καλύτερη κλιµακοθετησιµότητα από τον καλύτερο αλγόριθµο στην κατηγορία του, ενώ παράλληλα εξασφαλίζει µικρότερες καθυστερήσεις παρά- 11

32 12 Κεφάλαιο 2 δοσης των µηνυµάτων και µειωµένο επίφορτο δροµολόγησης. Η δοµή του παρόντος κεφαλαίου έχει ως ακολούθως : Στην ενότητα 2.2 παρατίθεται µία ανακεφαλαίωση της υπάρχουσας ϐιβλιογραφίας σχετικά µε την προληπτική δροµολόγηση. Στην επόµενη ενότητα, περιγράφεται ο αλγόριθµος Hazy-Sighted Link State - HSLS, µέλος της οικογένειας των αλγορίθµων Fuzzy-Sighted Link State - FSLS, ο οποίος αποτελεί και τη ϐάση του προτεινόµενου στο παρόν κεφάλαιο αλγορίθµου AFHSLS. Στη συνέχεια, η ενότητα 2.4 περιλαµβάνει την περιγραφή του αλγορίθµου AFHSLS, του οποίου η αξιολόγηση λαµβάνει χώρα στην ενότητα 2.5. Τα συµπεράσµατα του κεφαλαίου συνοψίζονται στην τελευταία ενότητα. 2.2 Βιβλιογραφική αναδροµή Οπως αρµόζει σε ένα τόσο σηµαντικό ϑέµα, οι τεχνικές δροµολόγησης πακέτων αποτέλεσαν ϑέµα εκτεταµένης έρευνας. Ενας από τους πρώτους αλγορίθµους προληπτικής δροµολόγησης υπήρξε ο αλγόριθµος Destination Sequenced Distance Vector (DSDV) που πρωτοπαρουσιάστηκε στην εργασία [PB94] από τους Perkins και Bhagwat. Ο DSDV είναι ένας αλγόριθµος προληπτικής δροµολόγησης τύπου table driven, ο οποίος ϐασίζεται στην διανεµηµένη εκδοχή του αλγορίθµου Bellman-Ford, γνωστή ως Distributed Bellman-Ford - DBF, αλλά περιέχει µηχανισµούς ώστε να αποφεύγονται τα γνωστά προβλήµατα της δηµιουργίας ϐρόγχων δροµολόγησης. Κάθε κόµ- ϐος διατηρεί έναν πίνακα δροµολόγησης για κάθε άλλο κόµβο (προορισµό) στο δίκτυο, όπου αποθηκεύονται στοιχεία όπως η απόσταση του προορισµού από τον κόµβο, ο πιο πρόσφατος αριθµός ακολουθίας (sequence number) του προορισµού και ο επόµενος κόµβος στη συντοµότερη διαδροµή προς τον προορισµό αυτό. Κάθε πακέτο δροµολόγησης περιλαµβάνει και τον αριθ- µό σειράς του κόµβου που το παρήγαγε, και κάθε ϕορά που παράγεται ένα πακέτο ο αριθµός σειράς αυξάνεται. Με τον τρόπο αυτό οι κόµβοι µπορούν να γνωρίζουν πόσο πρόσφατη είναι η πληροφορία που περιέχει ένα πακέτο δροµολόγησης, ώστε να κρατούν κάθε ϕορά τη νεότερη, καθώς είναι και η πιο έγκυρη, αποφεύγοντας το πρόβληµα του σχηµατισµού ϐρόγχων. Υπάρχουν δύο ειδών ενηµερώσεις δροµολόγησης (routing updates): οι πλήρεις και οι µερικές. Οι πλήρεις ενηµερώσεις αποστέλλονται περιοδικά στους γειτονικούς κόµβους. Επειδή, όµως, απαιτούν την εκποµπή µεγάλων ή πολλών πακέτων, γίνονται όσο το δυνατόν πιο σπάνια. Για την ενηµέρωση των γειτόνων σχετικά µε σηµαντικές αλλαγές της τοπολογίας (όπως είναι η κατάρρευση Ϲεύξεων), χρησιµοποιούνται πακέτα ενηµέρωσης που παράγονται µετά από ερέθισµα και περιλαµβάνουν µόνο τις αλλαγές στον πίνακα δροµολόγησης και όχι ολόκληρο τον πίνακα. Οταν ο αριθµός τους ξεπεράσει ένα όριο, τότε εκπέµπεται µία πλήρης ενηµέρωση. Επιπλέον, εισάγεται και ένας µηχανισµός για την αποφυγή καταιγισµού πακέτων ενηµέρωσης, τέτοιου ώστε όταν ένας κόµβος πρόκειται να αποστείλει πακέτο ενηµέρωσης όπου ϑα δηλώνεται µεγαλύτερη απόσταση προς έναν κόµβο, περιµένει ένα συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα ώστε να προλάβουν οι υπόλοιποι κόµβοι να γνωρίσουν διαδροµές µε πιθανά µικρότερες αποστάσεις. Ενας άλλος αλγόριθµος της ίδιας κατηγορίας είναι ο Wireless Routing Protocol (WRP) [MGLA96],