그룹이동 환경에서의 무선 애드혹라우팅 프로토콜에 대한 성능분석 연구 = Research on Performance Analysis of Mobile Ad-hoc Routing Protocols under Group Mobility Environment

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, as the applications for mobile ad-hoc networks (MANET) get various, performance analysis of MANET has become one of the main research areas. However, most prior performance analysis results for ad-hoc routing protocols have been based upon the model which each node in the network moves independently without restriction. In most real environments, however, it is very common for a group or multiple groups to move under the direction of group leader or group leaders instead of each node's independent movement. This study presents the performance analysis of routing protocols for mobile ad-hoc network under group mobility environment. The comparative simulations have been made between a table-driven protocol, DSDV, and two on-demand protocols, AODV and DSR, under a group mobility model, RPGM, which is suitable for the practical applications such as military tactical operation. Multiple group movements are also included. The results show that the protocol performances for single group movement are very similar to node independent movement case. However some differences have been observed by varying pause time and connectivity. Most researches done so far also are based upon very simple radio propagation model such as the free space or two-ray ground model. Since the simple model cannot cover complicated but practical outdoor environments which usually have radio propagation obstacles such as buildings or trees, it is easily expected that there will a big gap between the analysis using this model and the real situation. In order to find the appropriate model for common outdoor environments we need comparative performance data using various radio propagation models, however, for which few study has been made. Therefore this thesis presents the simulation results of the impacts of the various propagation models to MANET performance analysis. Simulations have been made using the group mobility which usually models very common ad-hoc situations such as military force movements or disaster recovery activities under the supervision of a leader. For typical on-demand routing protocol, AODV, performance analysis has been done in terms of node-to-node distance, number of nodes in a group, and group movement speed. Our results show that most popular the free space and the two-ray ground models are too optimistic, which informs us that there can be a big difference between conventional performance analysis and the real ad-hoc situation.

국문 초록 (Abstract)

최근 MANET에 대한 응용이 다양화되면서 관련한 ad hoc 라우팅 알고리즘의 성능 분석 연구가 주요 연구 분야의 하나로 대두되고 있는 실정이다. 기존의 ad hoc 라우팅 프로토콜 성능분석에 대한 연구는 ad hoc을 구성하는 모든 노드들이 독립 이동하는 모델을 중심으로 주로 수행되었다. 그러나 실제 상황에서는 노드가 임의로 독립 이동을 하기보다는 단일 그룹 또는 다수의 그룹을 구성하여 이동하며 각 그룹에 리더 노드가 존재하는 경우가 빈번하게 발생한다. 또한 현재 수행되어지고 있는 대부분의 연구들은 무선 채널을 Free space 전파 모델 또는 지상 반사만을 고려한 Two-ray Ground 전파 모델의 단순한 전파 모델 중심으로 성능분석을 수행하고 있다. 이는 장애물이 많은 옥외 환경의 무선 채널 환경을 고려하지 않은 것이기 때문에 실제 상황과는 성능 분석 결과에서 상당한 차이가 예상된다.
따라서 본 연구에서는 그룹의 리더 노드가 존재하는 그룹 이동 환경에서의 ad hoc 라우팅 프로토콜의 성능분석을 수행하여 새로운 결과를 제시하였으며, 다양한 무선 전파 모델들을 적용하여 ad hoc 라우팅 알고리즘의 성능에 미치는 영향을 실험적으로 비교 분석하였다.
군 전술 이동 망 등에 적합한 그룹 이동 모델인 RPGM 환경에서의 테이블 기반 모델인 DSDV 프로토콜과 요구 기반 모델, AODV와 DSR 프로토콜의 성능을 비교 분석 하였다. 또한 단일 그룹 외에 다수 그룹의 이동도 함께 연구 제시하여 그룹 이동에 따른 특성 분석을 보다 포괄적으로 수행 하였다. 단일 그룹 환경에서의 일반적인 성능특성은 노드의 그룹 이동 환경에서도 노드의 독립 이동과 거의 유사함을 보였다. 그러나 독립이동의 경우 pause time이 증가함에 따라 높은 전송률을 보인 반면, 그룹이동 환경에서는 거의 변함이 없었다. 또한 연결의 비율을 증가시키는 경우 기존 독립 이동시에는 전송지연시간이 일정하게 유지되었으나, 다수 그룹 이동의 경우 요구 기반 프로토콜 사용 시, 감소하였다.
무선 전파 모델을 적용하여 ad hoc 라우팅 알고리즘의 성능에 미치는 영향을 비교 분석한 실험도 역시 군 전술이동 즉, 리더 감독 하에 재해 복구 활동 등과 같은 실제 ad hoc 상황에 부합되는 그룹 이동을 중심으로 수행하였다. 성능분석은 노드간 거리, 그룹의 노드 수, 그룹 이동 속도를 중심으로 AODV 프로토콜에 대하여 수행하였다. 이를 통하여 대부분의 연구에서 채택하는 Free space 모델과 Two-ray Ground 모델이 Fading을 고려한 Ricean 및 Rayleigh 모델과 비교 시 매우 낙관적인 (too optimistic) 결과를 보임을 확인하였다. 이는 기존 대다수의 연구 결과가 실제 상황에 비해 상당한 오차가 유발될 수 있음을 보인다.본 연구는 크게 두 부분으로 구성되어있는데, 먼저 제시된 그룹 이동 환경에서의 ad hoc 라우팅 프로토콜의 성능분석 결과는 동일한 Two-ray ground모델에서의 기존 독립이동 모델과의 성능 비교 분석에 중점을 두었던 부분이고, 이 연구에서 무선 전파 모델이 성능에 또 다른 영향을 미칠 것으로 확인하여 차 후 수행한 내용이 무선 전파 모델이 알고리즘의 성능에 미치는 영향을 분석한 결과이다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제2장 이론적 고찰 3
• 제1절 ad hoc 프로토콜 3
• 1. 테이블 기반 방식의 라우팅 프로토콜 3
• 2. 요구 기반 방식의 라우팅 프로토콜 5
• 제2절 기존 연구 14
• 제3절 그룹이동 모델 16
• 제4절 무선전파 모델 17
• 1. Free space Model 17
• 2. Two-ray ground Model 18
• 3. Shadowing Model 19
• 4. Ricean and Rayleigh Fading Models 20
• 제3장 시뮬레이션 및 성능분석 방법 23
• 제1절 네트워크 시뮬레이터 23
• 1. Network Simulator (ns-2) 23
• 2. ns-2의 기본 구조 23
• 제2절 ad hoc 네트워크 모델 소스코드 26
• 1. 일반적인 ad hoc 네트워크 모델 소스코드 26
• 2. 그룹이동의 ad hoc 네트워크 모델 소스코드 30
• 제3절 노드 이동 발생기 36
• 제4절 성능분석 방법 38
• 1. trace파일 분석 38
• 2. awk 스크립트의 trace파일 처리 40
• 제4장 시뮬레이션의 성능 분석 및 평가 45
• 제1절 단일 그룹 이동의 프로토콜 성능 분석 45
• 1. 환경 설정 및 시나리오 45
• 2. 시뮬레이션 결과 47
• 제2절 다수 그룹 이동의 프로토콜 성능 분석 51
• 1. 환경 설정 및 시나리오 51
• 2. 시뮬레이션 결과 52
• 제3절 거리에 따른 무선 전파 모델의 영향 54
• 1. 환경 설정 및 시나리오 54
• 2. 시뮬레이션 결과 55
• 제4절 그룹 노드 수와 이동 속도에 따른 무선 전파 모델의 영향 58
• 1. 환경 설정 및 시나리오 58
• 2. 시뮬레이션 결과 59
• 제5장 결론 63
• 참고문헌 65
• Abstract 69