بهبود مسیریابی آگاه به کدگذاری شبکه در شبکه‌های توری بی‌سیم با به‌کارگیری منطق فازی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق - دانشگاه یزد

2 دانشکده فناوری اطلاعات و مهندسی کامپیوتر - دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

چکیده

کدگذاری شبکه، رویکردی مؤثر جهت بهبود عملکرد شبکه‌های بی‌سیم است. ازاین‌رو، نسل جدیدی از پروتکل‌های مسیریابی، تحت عنوان پروتکل‌های مسیریابی آگاه به کدگذاری شبکه، در فرآیند کشف مسیر خود، موقعیت‌های کدگذاری موجود را شناسایی نموده و سعی در استقرار مسیرهایی با موقعیت‌های کدگذاری مناسب می­نمایند. بسیاری از پژوهش‌های انجام‌شده در این نوع مسیریابی، تنها سعی بر حداکثر نمودن تعداد موقعیت‌های کدگذاری در مسیر ارسال داده دارند. این در حالی است که افزایش موقعیت‌های کدگذاری به تنهایی، ممکن است بهینگی و گذردهی مسیرهای شبکه را کاهش دهد زیرا گاهی اوقات با در نظر گرفتن عامل موقعیت‌های کدگذاری به تنهایی و عدم توجه به کیفیت پیوندهای مسیر، کیفیت مسیرهای کشف‌شده کمتر می‌شود. در این مقاله، به‌منظور برطرف نمودن نقاط ضعف پژوهش‌های مرتبط انجام‌شده، یک پروتکل جدید مسیریابی آگاه به کدگذاری بر اساس منطق فازی  ارائه شده است. به‌نحوی‌که تأخیر پیوندهای هر مسیر در کنار وضعیت گره‌های هر مسیر، با به­کارگیری منطق فازی ارزیابی می­شوند و ارزش کلی مسیرهای مختلف، مشخص می­شود. درنهایت مسیرهایی که از نظر کیفیت پیوندها و گره‌های مسیر، دارای وضعیت بهتری هستند برای ارسال داده­ها انتخاب می­شوند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که پروتکل پیشنهادی، نسبت به روش­های پیشین، عملکرد بهتری از نظر گذردهی، نسبت تحویل بسته و تأخیر انتها به انتها دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Improving Network Coding-aware Routing in Wireless Mesh Networks Using Fuzzy Logic

نویسندگان [English]

  • P. Rafiee 1
  • Gh. Mirjalily 1
  • M. Heydarian 2
1 Department of Electrical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Department of Information Technology and Computer Engineering, Azarbijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Network coding is an effective approach for improving the performance of wireless networks, such that a new generation of routing protocols, known as network coding-aware protocols, recognize coding opportunities during their route discovery process, and try to establish routes containing appropriate coding opportunities. Most of the research works being done around this type of routing, only try to maximize the number of coding opportunities along data transmission route. However, merely considering coding opportunities, may decrease the optimality and the throughput of routes, since sometimes, by considering only the number of coding opportunities without paying attention to the quality of links along routes, the quality of detected routes will be decreased. In this paper, in order to resolve the deficiencies of previously related works, a new network coding-aware routing protocol based on fuzzy logic is proposed, such that the delay of links besides the satus of all nodes along different paths are evaluated through utilizing fuzzy logic, and the overall value of all paths are determined. Finally, paths wirh better status in terms of the quality of links and nodes, are selected for data transmission. Simulation results demonstrate that the proposed protocol has better performance than previous approaches, in terms of throughput, packet delivery ratio, and delay.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Network Coding
  • Coding-aware Routing
  • Fuzzy logic
  • Wireless Mesh Network
[1]      A. Ramamoorthy, J. Shi, and R. D. Wesel, "On the capacity of network coding for random networks," IEEE transactions on information theory, vol. 51, pp. 2878-2885, 2005.
[2]      P. A. Chou, Y. Wu, and K. Jain, "Practical network coding," in Proceedings of the annual Allerton conference on communication control and computing, pp. 40-49, 2003.
[3]      N. d. S. Ribeiro Júnior, R. C. Tavares, M. A. M. Vieira, L. F. M. Vieira, and O. Gnawali, "CodeDrip: Improving data dissemination for wireless sensor networks with network coding," Ad Hoc Networks, vol. 54, pp. 42-52, 2017.
[4]      J. Le, J. C. Lui, and D.-M. Chiu, "How many packets can we encode?-an analysis of practical wireless network coding," in INFOCOM 2008. The 27th conference on computer communications. IEEE, pp. 371-375, 2008.
[5]      C. Fragouli, J. Widmer, and J.-Y. Le Boudec, "Efficient broadcasting using network coding," IEEE/ACM transactions on Networking, vol. 16, pp. 450-463, 2008.
[6]      S. Katti, H. Rahul, W. Hu, D. Katabi, M. Médard, and J. Crowcroft, "XORs in the air: Practical wireless network coding," in ACM SIGCOMM computer communication review, pp. 243-254 , 2006.
[7]      J. Wang, J. Wang, K. Lu, Y. Qian, B. Xiao, and N. Gu, "Optimal design of linear network coding for information theoretically secure unicast," in INFOCOM, , pp. 757-765, 2011.
[8]      J. Zhang, P. Fan, and K. B. Letaief, "Network Coding for Efficient Multicast Routing in Wireless Ad-hoc Networks," IEEE Transactions on Communications, vol. 56, pp. 598-607, 2008.
[9]      I. F. Akyildiz and X. Wang, "A survey on wireless mesh networks," IEEE Communications magazine, vol. 43, pp. 23-30, 2005.
[10]      M. A. Iqbal, B. Dai, B. Huang, A. Hassan, and S. Yu, "Survey of network coding-aware routing protocols in wireless networks," Journal of Network and Computer Applications, vol. 34, pp. 1956-1970,  2011.
[11]      D. S. De Couto, D. Aguayo, J. Bicket, and R. Morris, "A high-throughput path metric for multi-hop wireless routing," Wireless networks, vol. 11, pp. 419-434, 2005.
[12]      K. Jain, J. Padhye, V. N. Padmanabhan, and L. Qiu, "Impact of interference on multi-hop wireless network performance," Wireless networks, vol. 11, pp. 471-487, 2005.
[13]      معصومه واعظی و محمدعلی جبرئیل جمالی, "پروتکل مسیریابی جدید مبتنی بر کیفیت خدمات در شبکه های حسگر بیسیم با تحلیل سلسله مراتبی," مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز, جلد 46، شماره 2، صفحه 355، تابستان 1395.
[14]      محمود پرنده و سیدهادی اقدسی علمداری, "ارائه پروتکل ارسال داده انرژی کارا مبتنی بر موقعیت برای شبکه های حسگر بصری " مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز, جلد 47، شماره 1، صفحه 29، بهار 1396.
[15]      R. Ahlswede, N. Cai, S.-Y. Li, and R. W. Yeung, "Network information flow," IEEE Transactions on information theory, vol. 46, pp. 1204-1216, 2000.
[16]      Y.-P. Hsu, N. Abedini, N. Gautam, A. Sprintson, and S. Shakkottai, "Opportunities for network coding: To wait or not to wait," IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 23, pp. 1876-1889, 2015.
[17]      M. H. Amerimehr and F. Ashtiani, "Delay and throughput analysis of a two-way opportunistic network coding-based relay network," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 13, pp. 2863-2873, 2014.
[18]      K.-H. Lee, S. Cho, and J.-H. Kim, "Performance evaluation of network coding in IEEE 802.11 wireless ad hoc networks," Ad Hoc Networks, vol. 16, pp. 131-141,  2014.
[19]      S. Yang, J. Wu, and M. Cardei, "Efficient broadcast in MANETs using network coding and directional antennas," in INFOCOM 2008. The 27th Conference on Computer Communications. IEEE, pp. 1499-1507, 2008.
[20]      J. Chen, K. He, R. Du, M. Zheng, Y. Xiang, and Q. Yuan, "Dominating set and network coding-based routing in wireless mesh networks," IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 26, pp. 423-433, 2015.
[21]      J. Le, J. C. Lui, and D.-M. Chiu, "DCAR: Distributed coding-aware routing in wireless networks," IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 9, pp. 596-608, 2010.
[22]      B. Guo, H. Li, C. Zhou, and Y. Cheng, "Analysis of general network coding conditions and design of a free-ride-oriented routing metric," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 60, pp. 1714-1727, 2011.
[23]      G.-X. Kok, C.-O. Chow, and H. Ishii, "Improving network coding in wireless ad hoc networks," Ad Hoc Networks, vol. 33, pp. 16-34, 2015.
[24]      L. F. Xie, P. H. J. Chong, I. W.-H. Ho, and H. C. B. Chan, "Virtual overhearing: An effective way to increase network coding opportunities in wireless ad-hoc networks," Computer Networks, vol. 105, pp. 111-123,  2016.
[25]      Z. Mei and Z. Yang, "Active intersession network coding-aware routing," Wireless Networks, vol. 23, pp. 1161-1168, 2017.
[26]      L. Hai, J. Wang, P. Wang, H. Wang, and T. Yang, "High-Throughput Network Coding Aware Routing in Time-Varying Multihop Networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, pp. 6299-6309, 2017.
[27]      D. B. Johnson, D. A. Maltz, and J. Broch, "DSR: the dynamic source routing protocol for multi-hop wireless ad hoc networks," Ad hoc networking, p. 139-172, 2006.
[28]      D. T. Pham and M. Castellani, "Action aggregation and defuzzification in Mamdani-type fuzzy systems," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 216, pp. 747-759, 2002.