Location-Aided Routing (LAR) in Mob

Location-Aided Routing (LAR) in Mobile Ad Hoc Network

Organization
• Introduction
• Related Work
• Location-Aided Routing (LAR) protocol
– Route Discovery using Flooding
– Location information
– Expected Zone and Request Zone
– LAR Scheme 1
– LAR Scheme 2
– Error in location estimate
• Simulation Model and Results
• Variations and Optimizations

Introduction
Mobile Ad hoc Network(MANET)
• Node mobility which is the cause of frequent and unpredictable topology changes leads to difficult task of route maintenance in MANET
• Many protocols have been proposed for MANET to achieve efficient routing
• This paper suggest an approach to decrease overhead of route discovery by utilizing location information (GPS or other method to obtain location information)
• Two LAR protocols for route discovery presented in this paper uses location information(may be out of date) to limit search space which results in fewer route discovery messages

Related Work
• Many protocols have been proposed for MANNET such as DSR, AODV, TORA, ZRP
• Existing MANET routing algorithm mentioned do not utilize physical location of a destination node
• Similar idea (utilizing location information) have been applied and developed called “selective paging for cellular PCS (personal communication service) networks
• In selective paging, the system pages a selected subset of cells close to the last known location of mobile host which decrease location tracking cost
• This paper propose and evaluate an analogous approach for routing in MANET

Route Discovery Using Flooding
• This paper discuss the basic flooding algorithm and location-aided route discovery based on limited “flooding”
Basic Flooding Algorithm
– A source node S needs to find a route to destination node D, node S broadcasts a route request to all its neighbors
– Intermediate node X receives a route request and compares the destination with its own identity
– If it does not match, then node X broadcast the request to its neighbors(sequence numbers used to detect duplicate and eliminate/avoid redundant transmissions)
– Node D responds by route reply messages to sender which traverse the path in reverse of the path received by D (route request packet contains path of all nodes traversed starting S)

Route Discovery Using Flooding
Basic Flooding Algorithm
– Timeout scheme is also used to re-initiate route request with new sequence number due to transmission error or node D is unreachable from S

Route Discovery Using Flooding
• In this paper, implementation assumes that node S can know that route is broken only if it attempts to use the route by sending data packet and receiving route error messages – it initiates route discovery for D
• Note that route request may reach every node in the network that is reachable from S (potentially all nodes in the MANET)
• This paper claims that by using location information reduces the number of nodes to whom route request is propagated (limit the scope of route request propagation)

Location Information
• Location information can be obtained by the use of Global Positioning System (GPS)
• With use of GPS, mobile host can know its physical location – note that GPS includes some degree of error compared to the real coordinates and GPS-calculated
– NAVSTAR GPS has positional accuracy of 50-100 meters
– Differential GPS has positional accuracy of few meters
• This paper assumes that each node knows its current location precisely – possibility of error in location are discussed separately in the performance evaluation
• Also assume that the mobile nodes are moving in a two-dimensional plane

Expected Zone
• The Expected Zone is the region where source node S thinks that the destination node D may contained at some time t – only an estimate made by S
– Assume that node S knows that the node D was at location L at time t0 and current time is t1
– From the viewpoint of S, expected zone of node D is the region that node S expects to contain node D at time t1 based on the knowledge that node D was at location L at time t0
• If S knows that D travels with average speed v, then S assumes that the expected zone is the circular region of radius v(t1- t0) centered at location L
• Note that if actual speed is faster than the average, then the destination may be outside the expected zone at t1

Expected Zone
• Without the previous knowledge of the location of D, S will assume that the entire region is the expected zone and implementation uses the basic flooding algorithm
• The size of expected zone can be reduced if node has more information about the mobility of a destination D

Request Zone
• Node S defines (implicitly or explicitly) a request zone for the route request
• Node forwards a route request only if it belongs to the request zone (it does not forward a route request to its neighbor if outside of the request zone)
• Two LAR scheme differ in determining the membership of request zone
• The request zone includes expected zone in addition to (possibly) other surrounding zone around the request zone
• If a route is not discovered within the timeout period, S initiates a new route discovery with expanded request zone – all paths from S to D include nodes that are outside the request zone
• Note that the probability of finding path can increase as size of request zone increases (route discovery overhead also increases with the size of the request zone

LAR Scheme 1
• The request zone is rectangular in shape
• Assume S knows that the node D was at location (Xd,Yd) at time t0
• Assume S knows the average speed v with which D can move
• From above two, S defines the expected zone at time t1 with radius R = v(t1- t0) centered at location (Xd,Yd)
• The request zone is the smallest rectangle that includes current location S and the expected zone such that the sides of the rectangle are parallel to the X and Y axes
• Node D sends route reply message with its current location and time (may include average speed but simulation assumes all nodes knows each other’s average speed)

LAR Scheme 1
• Size of the request Zone is proportional to
(i)average speed of movement v and
(ii)elapsed time since recorded last location of the destination
• Recall that R = v(t1- t0) is used to determine the size of request zone
• In general, a smaller request zone may be formed at speed that are neither too small nor too large
• For instance, at low speed, factor (i) is small but route discovery occur after long intervals making (ii) larger (t1- t0 is large)

LAR Scheme 2
• Node S includes two pieces of information with its route request
– Assume that S knows the location (Xd,Yd) of D at some time t0 which route discovery is initiated by S at t1 where t1 ³ to
– S calculates its distance from location (Xd,Yd) denoted DISTs and included with the route request
– The coordinate (Xd,Yd) are also included with the route request
• When node I receives the route request from S, node I calculates its distance from (Xd,Yd) denoted DISTi and:
– For some parameter d, if DISTs + d ³ DISTi, then I forwards request to its neighbors – this request includes (Xd,Yd) and DISTi replacing original DISTs and (Xd,Yd) from S
– Else DISTs + d < DISTi, node I discards the route request
• Each intermediate nodes repeat the process above

Error in Location Estimate
• Both LAR schemes assume that each node knows its own location accurately. However, just like GPS, there may be some error in the estimated location
• Let e (location error) denote maximum error in the coordinates estimated by a node
• If a node N believes that it is at location (Xn,Yn), then the actual location of node N may be anywhere in the circle of radius e centered at (Xn,Yn)
• If LAR Scheme 1 is modified to take e into account, then the expected zone is a circle of radius e + v (Xn,Yn) which makes request zone larger since it includes larger expected zone
• No modification is made to the LAR Scheme 2

Performance Evaluation
• The simulation is performed using modified version of MaRS (Maryland Routing Simulator)
• MaRS is discrete-event driven simulator providing a flexible platform for the evaluation and comparisons of network routing algorithm
• Simulations were performed on flooding, LAR scheme 1, and LAR scheme 2
• Simulations are conduct by varying the number of nodes, transmission range of each node, and moving speed

Simulation Model
• Number of nodes in the network was chosen to be 15, 30, and 50 for different simulation runs
• The size of ad hoc network is 1000 unit x 1000 unit square region
• Initial locations of the nodes are obtained using a uniform distribution
• Each node moves continuously without pausing at any location – move with average speed v in the range 1.5 to 32.5 units/sec
• The actual speed is uniformly distributed in the range v – a and v + a units/sec where a=1.5 when v < 10 and a = 2.5 when v ³ 10
• A node travels distance d where d is exponentially distributed with mean 20 units
• The direction of movement for a given move is chosen randomly
• All nodes have the same transmission range

Simulation Model
• Transmission range of 200, 300, 400, and 500 units were used with all wireless links having the same bandwidth 100 Kbytes per second
• Transmission errors are not considered
• The simulation time is inversely proportional to the average speed – as the average increased for given simulation, so does the number of moves simulated
• A sender and a destination are chosen randomly
• Any data packet that cannot be delivered to the destination due to a broken route is dropped
• The source generates 10 data packet per second on average with the time between two packets being exponentially distributed
• Assume each node knows its location accurately

Optimization
• Accuracy of a request zone can be improved by adapting the request zone determined by the source node S initially
• Idea is to

Kết quả (Việt) 1:

Vị trí-hỗ trợ định tuyến (LAR) trong điện thoại di động quảng cáo hocTổ chức• Giới thiệu• Liên quan đến công việcGiao thức định tuyến hỗ trợ vị trí (LAR) •-Tuyến đường khám phá bằng cách sử dụng Flooding-Vị trí thông tin-Dự kiến khu và yêu cầu khu vực-LAR đề án 1-LAR đề án 2-Lỗi ở vị trí ước tính• Mô phỏng mô hình và kết quả• Biến thể và tối ưu hóaGiới thiệuĐiện thoại di động quảng cáo hoc Network(MANET)• Nút di động mà là nguyên nhân gây ra thay đổi thường xuyên và không thể đoán trước cấu trúc liên kết dẫn đến các nhiệm vụ khó khăn của tuyến đường bảo trì trong MANET• Nhiều giao thức đã được đề xuất cho MANET để đạt được hiệu quả định tuyến• Giấy này đề nghị một phương pháp tiếp cận để giảm chi phí của tuyến đường khám phá bằng cách sử dụng thông tin vị trí (GPS hoặc phương pháp khác để có được thông tin vị trí)• Hai LAR giao thức khám phá lộ trình bày trong bài báo này sử dụng thông tin vị trí (có thể được hết hạn) để hạn chế không gian tìm kiếm mà kết quả trong ít hơn định tuyến phát hiện thưCông việc liên quan• Nhiều giao thức đã được đề xuất cho MANNET chẳng hạn như DSR, AODV, TORA, ZRP• Hiện có MANET thuật toán định tuyến đề cập không sử dụng các vị trí thực tế của một nút đích• Ý tưởng tương tự (sử dụng thông tin vị trí) đã được áp dụng và phát triển được gọi là "chọn lọc phân trang cho mạng máy tính (dịch vụ thông tin cá nhân) di động• Trong chọn lọc phân trang, các hệ thống trang một tập hợp con được chọn của các tế bào gần cuối địa điểm nổi tiếng của máy chủ lưu trữ di động đó làm giảm chi phí theo dõi vị trí• Giấy này đề xuất và đánh giá một cách tiếp cận tương tự cho việc định tuyến trong MANETTuyến đường khám phá bằng cách sử dụng lũ lụt• Bài viết này thảo luận về cơ bản các thuật toán lũ lụt và khám phá lộ địa điểm hỗ trợ dựa trên giới hạn "lũ lụt"Thuật toán cơ bản lũ lụt-Một nút nguồn S nhu cầu để tìm một tuyến đường đến đích nút D, nút S chương trình phát sóng yêu cầu đường nước láng giềng-Trung gian nút X nhận được một yêu cầu đường và so sánh điểm đến với bản sắc riêng của mình-Nếu nó không phù hợp, sau đó nút X phát sóng yêu cầu để nước láng giềng (số thứ tự được sử dụng để phát hiện trùng lặp và loại bỏ/tránh truyền dự phòng)-Nút D phản ứng bằng cách định tuyến trả lời thư gửi mà đi qua con đường ngược lại đường dẫn đã nhận được bởi D (tuyến đường yêu cầu gói chứa các đường dẫn của tất cả các nút ngang S bắt đầu)Tuyến đường khám phá bằng cách sử dụng lũ lụtThuật toán cơ bản lũ lụt-Thời gian chờ chương trình cũng được sử dụng để lại bắt đầu tuyến đường yêu cầu với số thứ tự mới do truyền lỗi hoặc nút D là không thể kết nối từ STuyến đường khám phá bằng cách sử dụng lũ lụt• Trong bài báo này, thực hiện giả định nút đó S có thể biết rằng con đường bị hỏng chỉ khi nó cố gắng sử dụng các tuyến đường bằng cách gửi dữ liệu gói và nhận được thông báo lỗi tuyến đường-bắt đầu khám phá ra con đường cho D• Lưu ý định tuyến yêu cầu có thể tiếp cận với mỗi nút trong mạng có thể truy cập từ S (có khả năng tất cả các nút trong MANET)• Giấy này tuyên bố rằng bằng cách sử dụng vị trí thông tin làm giảm số lượng các nút mà tuyến đường yêu cầu là tuyên truyền (giới hạn phạm vi của tuyến đường yêu cầu tuyên truyền)Thông tin vị trí• Thông tin vị trí có thể được thu được bằng cách sử dụng của Global Positioning System (GPS)• Với sử dụng GPS, điện thoại di động máy chủ có thể biết vị trí vật lý của nó-lưu ý rằng GPS bao gồm một số mức độ lỗi so với tọa độ thực sự và GPS tính toán-NAVSTAR GPS có độ chính xác vị trí của 50-100 mét-Vi phân GPS có độ chính xác vị trí của vài mét• Giấy này giả định rằng mỗi nút biết vị trí hiện tại của nó chính xác-khả năng xảy ra lỗi trong vị trí được thảo luận một cách riêng biệt trong việc đánh giá hiệu suất• Cũng giả định rằng các nút điện thoại di động đang di chuyển trong một mặt phẳng hai chiềuKhu vực dự kiến• Vùng kỳ vọng là khu vực nơi nguồn nút S nghĩ rằng nút đích D có thể chứa một số thời gian n-chỉ là một ước tính được thực hiện bởi S -Giả sử rằng nút S biết rằng nút D tại điểm L tại thời gian t0 và tất cả thời gian là t1-Từ quan điểm của S, mong đợi các khu vực của nút D là vùng nút đó S hy vọng để chứa các nút D tại thời gian t1 dựa trên kiến thức nút đó D tại điểm L tại thời gian t0• Nếu S biết rằng D đi với tốc độ trung bình v, sau đó S giả định rằng khu vực dự kiến là vùng tròn bán kính v (t1-t0) Trung tâm tại điểm L• Lưu ý rằng nếu thực tế tốc độ là nhanh hơn so với mức trung bình, sau đó các điểm đến có thể bên ngoài vùng mong đợi tại t1 Khu vực dự kiến• Mà không biết vị trí của D, S, trước đó sẽ cho rằng vùng toàn bộ là khu dự kiến và thực hiện sử dụng các thuật toán ngập cơ bản• Kích thước của khu vực dự kiến có thể được giảm bớt nếu nút có thêm thông tin về di động của một điểm đến DKhu vực yêu cầu• Nút S xác định (ngầm hoặc một cách rõ ràng) khu vực yêu cầu cho các tuyến đường yêu cầu• Nút chuyển tiếp một yêu cầu đường chỉ nếu nó thuộc về khu vực yêu cầu (nó không chuyển tiếp một yêu cầu đường để hàng xóm của mình nếu bên ngoài khu vực yêu cầu)• Hai LAR đề án khác nhau trong việc xác định các thành viên của khu vực yêu cầu• Vùng yêu cầu bao gồm các khu vực dự kiến ngoài (có thể) các khu vực xung quanh xung quanh khu vực yêu cầu• Nếu một tuyến đường không phát hiện ra trong thời hạn thời gian chờ, S bắt đầu một tuyến đường mới phát hiện ra với khu vực mở rộng yêu cầu-tất cả đường dẫn từ S đến D bao gồm nút đó đang ở bên ngoài khu vực yêu cầu• Lưu ý rằng xác suất của việc tìm kiếm con đường có thể tăng như kích thước của yêu cầu khu vực tăng (tuyến đường khám phá trên không cũng làm tăng kích thước của khu vực yêu cầu LAR đề án 1• Vùng yêu cầu là hình chữ nhật trong hình dạng• Giả sử S biết rằng nút D tại điểm (Xd, Yd) tại thời gian t0 • Giả sử S biết v tốc độ trung bình mà D có thể di chuyển• Từ phía trên S hai, xác định khu vực dự kiến tại thời gian t1 với bán kính R = v (t1-t0) Trung tâm tại điểm (Xd, Yd) • Vùng yêu cầu là hình chữ nhật nhỏ nhất, và bao gồm vị trí hiện tại S và vùng dự kiến như vậy mà các bên của hình chữ nhật là song song với các trục X và Y• Nút D sẽ gửi tin nhắn trả lời tuyến đường với vị trí hiện tại và thời gian của nó (có thể bao gồm tốc độ trung bình nhưng mô phỏng giả định tất cả các nút biết tốc độ trung bình mỗi khác)LAR đề án 1• Kích thước của các yêu cầu khu vực là tỷ lệ thuận với (i) trung bình tốc độ của chuyển động v và (ii) thời gian đã qua kể từ khi được ghi nhận qua vị trí của các điểm đến• Thu hồi đó R = v (t1-t0) được sử dụng để xác định kích thước của khu vực yêu cầu• Nói chung, một khu vực yêu cầu nhỏ hơn có thể được thành lập ở tốc độ là không quá nhỏ hoặc quá lớn• Ví dụ, ở tốc độ thấp, yếu tố (i) nhỏ nhưng phát hiện ra tuyến đường xảy ra sau khi khoảng thời gian dài làm cho (ii) lớn hơn (t1-t0 là lớn) LAR đề án 2• Nút S bao gồm hai mẩu thông tin với tuyến đường yêu cầu-Giả định rằng S biết vị trí (Xd, Yd) của D tại một số thời gian t0 khám phá con đường đó được khởi xướng bởi S tại t1 nơi t1 ³ để-S tính toán khoảng cách từ vị trí (Xd, Yd) được ký hiệu là DISTs và kèm với yêu cầu đường-Tọa độ (Xd, Yd) cũng được bao gồm trong yêu cầu đường• Khi nút, tôi nhận được yêu cầu đường từ S, nút tôi tính toán khoảng cách từ (Xd, Yd) được ký hiệu là DISTi và:-Đối với một số tham số d, nếu DISTs + d ³ DISTi, sau đó tôi chuyển tiếp yêu cầu đến hàng xóm của nó-yêu cầu này bao gồm (Xd, Yd) và DISTi thay thế ban đầu DISTs và (Xd, Yd) từ S-Khác DISTs + d < DISTi, nút tôi loại bỏ yêu cầu đường• Mỗi nút trung gian lặp lại quá trình trênLỗi trong vị trí ước tính• Chương trình LAR cả hai giả định rằng mỗi nút biết vị trí của riêng của nó một cách chính xác. Tuy nhiên, giống như GPS, có thể có một số lỗi trong vị trí ước tính• Hãy e (vị trí lỗi) biểu thị lỗi tối đa trong tọa độ theo ước tính của một nút• Nếu một nút N tin rằng đó là tại điểm (Xn, Yn), sau đó vị trí thực tế của nút N có thể bất cứ nơi nào trong vòng tròn bán kính e Trung tâm tại (Xn, Yn)• Nếu LAR đề án 1 sửa đổi để đưa e vào tài khoản, sau đó khu vực dự kiến sẽ là một vòng tròn bán kính e + v (Xn, Yn) mà làm cho yêu cầu khu vực lớn hơn vì nó bao gồm các khu vực lớn hơn dự kiến• Không có sửa đổi được thực hiện để LAR đề án 2 Hiệu suất đánh giá• Mô phỏng được thực hiện bằng cách sử dụng các phiên bản của sao Hỏa (Maryland định tuyến Simulator) cải• MaRS là rời rạc sự kiện lái xe giả lập cung cấp một nền tảng linh hoạt để đánh giá và so sánh của các thuật toán định tuyến mạng• Mô phỏng đã được thực hiện trên lũ lụt, đề án LAR 1 và LAR đề án 2• Mô phỏng là tiến hành bằng cách thay đổi số lượng các nút, hộp số phạm vi của mỗi nút, và di chuyển tốc độMô hình mô phỏng• Số lượng các nút trong mạng được chọn là 15, 30 và 50 cho khác nhau mô phỏng chạy• Kích thước của quảng cáo hoc là 1000 đơn vị x 1000 đơn vị vuông khu vực• Địa điểm ban đầu của các nút được thu được bằng cách sử dụng một phân phối thống nhất• Mỗi nút di chuyển liên tục mà không cần tạm dừng tại bất kỳ vị trí-di chuyển với tốc độ trung bình v trong khoảng 1,5 đến 32.5 đơn vị/sec• Tốc độ thực tế phân bố đồng đều trong phạm vi v-một và v + một đơn vị/sec nơi một = 1.5 khi v < 10 và một = 2.5 khi v ³ 10• Một nút đi khoảng cách d nơi d được phân phối theo cấp số nhân với có nghĩa là 20 đơn vị• Sự chỉ đạo của phong trào vì một động thái nhất định được chọn ngẫu nhiên• Tất cả các nút có phạm vi truyền tương tựMô hình mô phỏng• Truyền những 200, 300, 400 và 500 đơn vị đã được sử dụng với tất cả các kết nối không dây có cùng một băng thông 100 Kbytes / giây• Lỗi truyền không được coi là • Thời gian mô phỏng là tỷ lệ nghịch với tốc độ trung bình-như là tăng cho cho mô phỏng, do đó, hiện số lượng di chuyển mô phỏng• Một người gửi và một điểm đến được lựa chọn ngẫu nhiên• Bất kỳ gói dữ liệu không được gửi đến do một tuyến đường bị hỏng sẽ bị ngắt• Nguồn tạo ra 10 dữ liệu gói / giây, Trung bình với thời gian giữa hai gói dữ liệu được phân phối theo cấp số nhân• Cho mỗi nút biết vị trí chính xácTối ưu hóa• Tính chính xác của khu vực yêu cầu có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh các khu vực yêu cầu được xác định bởi nút nguồn S ban đầu• Ý tưởng là để