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On-Demand Multicast Routing in Cognitive Radio Mesh Networks

On-Demand Multicast Routing in Cognitive Radio Mesh Networks. Hisham M. Almasaeid , Tasneem H. Jawadwala , and Ahmed E. Kamal Dept. of Electrical and Computer Eng., Iowa State University, Ames, IA 50011, USA E-mail: { hisham,tasneemj,kamal }@ iastate.edu. 指導教授 : 郭文興 學生 : 林祺富.

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On-Demand Multicast Routing in Cognitive Radio Mesh Networks

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Presentation Transcript

  1. On-Demand Multicast Routing in Cognitive Radio Mesh Networks Hisham M. Almasaeid, Tasneem H. Jawadwala, and Ahmed E. Kamal Dept. of Electrical and Computer Eng., Iowa State University, Ames, IA 50011, USA E-mail:{hisham,tasneemj,kamal}@iastate.edu 指導教授:郭文興 學生:林祺富

  2. Abstract • 本文是把感知無線電應用在多重路徑上和頻道分配 • 由於感知無線電的頻道不確定性所造成的頻道切換延遲和端對端延遲所造成的流量降低 • 所以我們提出了on-demand multicast routing和頻道分配的演算法來解決這些問題 • 演算法主要是以降低端對端延遲時間為主,透過動態調整的方法降低了減少的流量

  3. 目錄(1) • Abstract • INTRODUCTION • SYSTEM MODEL • MOTIVATION AND PROBLEM DEFINITION • OPTIMAL CHANNEL ASSIGNMENT ON A ROUTE • Dynamic programming approach for channel assignment • Distributed optimal allocation

  4. 目錄(2) • MULTICAST ROUTING: CHALLENGES AND SOLUTIONS • Finding the minimum hop distance (level) of MRs • Multicast Routing Algorithm • PERFORMANCE EVALUATION • RELATED WORK • CONCLUSIONS

  5. INTRODUCTION(1) • 在感知無線網路中多重路徑所遇到最大的問題是頻道的不確定性,尤其是在樹的支點 • 廣播的問題: • 如果鄰居之間沒有分享共同的頻道,會造成需要多次廣播產生端對端的延遲 • 切換的延遲: • 如果SUi收到SUj的資料要傳送給SUk,可是k和j並沒有共同的頻道,就會造成頻道切換產生了延遲時間 • 傳統的無線網路對每個節點都有相同的可用頻道集合可以使用,感知無線電網路則沒有 • 所以我們在使用感知無線網路的時候,需要新的解決辦法

  6. INTRODUCTION(2) • 選擇多個可用的頻道集合可以有效的解決頻道的不確定性問題,可是如何決定新的路徑和頻道分配的方式才是主要的問題 • 本文主要就是研究在感知無線網路中找出新的多重路徑和新的頻道分配 • 第2章我們規劃了系統模型和假設 • 第3章介紹了本文研究的動機和問題的公式化 • 第4章提出了一個最佳化的頻道分配方法 • 第5章提出了多重路徑和頻道分配的演算法(OMRA) • 第6章頻估了(OMRA)的效能

  7. SYSTEM MODEL • 我們假設感知網路中包含了一些mesh routers(MRs),被一些mesh clients(MCs)管理和一個 gateway • 每一個MR都可以直接或是透過幾個HOP連接到gateway,我們把gateway當作是來源節點 • 假設有一個頻譜感知和管理的實體(SU之間互相合作)可以分配一 個頻道的集合給MR或是MC • 最後我們假設存在一個共同的控制頻道(CCC)

  8. MOTIVATION AND PROBLEM DEFINITION(1) • 恩 • 恩 i節點使用n頻道傳到j節點,花費時間簡化為L • (b)延遲時間 • (c)延遲時間是

  9. MOTIVATION AND PROBLEM DEFINITION(2) • 是(b)和(c)的流量 • 和 • τc/τb 近似於38% • 端對端的延遲(b)2L + α(c)r1= 2L + 3α, r2=3L + 4α

  10. OPTIMAL CHANNEL ASSIGNMENT ON A ROUTE(1) • Dynamic programming approach for channel assignment: • 目標是分配頻道給每個節點並且把端對端的延遲最小化 • 是MRi可用的頻道集合 • 是i-1節點用頻道n傳到i節點用頻道m的花費 • (單一路徑的花費) • 使用頻道m從i節點到目的地節點(1)的延遲時間 • 從來源節點()到(1)的延遲時間(端對端的延遲)

  11. OPTIMAL CHANNEL ASSIGNMENT ON A ROUTE(2) • Distributed optimal allocation: • 我們使用兩個階段forward和backward • forward從(1)到()計算最佳化的端對端延遲時間 • backward是()到(1)依據延遲時間分配適合的頻道 • gateway會發送JOIN REQ封包給(1),收到JOIN REQ封包就開始找出最佳的路徑到達gateway

  12. MULTICAST ROUTING: CHALLENGES AND SOLUTIONS(1) • 我們採用樹狀的結構在無線MESH網路中 • 假設MRi要找出自己最小的端對端延遲路徑,有可能要搜尋整個網路,在感知無線網路中過於困難 • 我們使用前面動態規劃的方式設計一個on-demand的多重路徑和頻道分配的演算法

  13. MULTICAST ROUTING: CHALLENGES AND SOLUTIONS(2) • Finding the minimum hop distance (level) of MRs: • 每個MRi都要紀錄自己距離gateway的HOP數設為li • 除了gateway的HOP數初始化設為0,其他節點都設為 • Neighbors of j: • MRj傳輸範圍內所有的MRs的集合(包含沒有共同頻道的) • Parents of j: • MRj可以接觸到的MRs集合,HOP數設為lj-1 • Children of j: • 可以接觸到MRj的MRs集合,HOP數設為lj+1 • 我們從gateway傳送LEVEL UPDATE封包用來記錄每個節點的HOP數,“level”和“sender”初始化都設為0

  14. 計算hop數的演算法

  15. MULTICAST ROUTING: CHALLENGES AND SOLUTIONS(3) • Multicast Routing Algorithm: • gateway會透過CCC發送JOIN REQ封包給MRs • 一旦收到JOIN REQ封包MR就必須找出一個最小端對端延遲的路徑(盡可能避免切換頻道) • 是MRi所使用的頻道集合 • 最後一個頻道切換回來所花費的時間 • 切換的頻道距離越近延遲的時間就越小 • (OMRA)演算法是依照forward和backward兩個階段動態的規劃來完成的

  16. on-demand multicast routing and channelallocation (OMRA)演算法

  17. PERFORMANCE EVALUATION • 我們評估了4個方法: • (OMRA-all):調查所有可能的路徑選擇最佳的父節點 • (OMRA-one):隨機選擇父節點當作路徑 • SPF-CAC:選擇最短距離,用最接近的頻道來分配 • SPF-RAND:選擇最短距離,隨機分配頻道 • 範圍是A*A,有N個MR,傳輸範圍是 • N=49,A=500m, • 每個MR有k個可用頻道機率設為p • multicast session的大小從1到25 • Session的數量從2到10

  18. 變化session的size間格為4MHZ

  19. 變化SESSION的數量,間隔為4MHZ

  20. 變化SESSION的數量,間隔為10MHZ

  21. RELATED WORK • [7]裡面提出的multicast 路徑主要是在最佳化QOS和避免干擾PU • [8]提出一個multicast 的排程方法,包含控制功率和頻道分配 • [9]建立最小的multicast 能量樹 • [10]裡面按照分層的概念分配頻道和路徑 • 我們考慮的是頻道的不確定性和切換頻道的延遲,是之前沒被討論過的

  22. CONCLUSIONS • 本文我們研究了在感知網路中多重路徑和頻道分配的問題 • 目標是最小化端對端的延遲時間 • 我們提出了一個分散式的的路經規劃演算法和頻道分配的演算法 • 模擬結果顯示我們提出的方法效能比其他的演算法好

  23. REFERENCES(1) • [1] P. Kyasanur and N. H. Vaidya. Routing in multi-channel multi-interfacead hoc wireless networks. Technical report, University of Illinois atUrbana-Champaign, 2004. • [2] B. Mercier, V. Fodor, et al. Sensor networks for cognitive radio: Theoryand system design. ICT Mobile Summit, June 2008. • [3] T. Chen et al. Topology management in cogmesh: A cluster-basedcognitive radio mesh network. IEEE Int. Conf. on Comm. (ICC), 2007. • [4] Y. Kondareddy and P. Agrawal. Synchronized mac protocol for multihopcognitive radio networks. IEEE Int. Conf. on Comm. (ICC), 2008. • [5] H. Almasaeid and A. Kamal. Assisted-multicast scheduling in wirelesscognitive mesh networks. In IEEE Int. Conf. on Comm. (ICC), 2010.

  24. REFERENCES(2) • [6] TCI International. Tci 715 spectrum monitoring system data specification.http://www.tcibr.com/ufiles/File/715Webp.pdf, 2010. • [7] DonglinHu, Shiwen Mao, and Jeffrey H Reed. On video multicast incognitive radio networks. In IEEE INFOCOM, 2009. • [8] Jin Jin et al. Multicast scheduling with cooperation and network codingin cognitive radio networks. In IEEE INFOCOM, 2010. • [9] W. Ren et al. Minimum-energy multicast tree in cognitive radionetworks. IEEE Asilomar Conference, 2009. • [10] C. Xin et al. A novel layered graph model for topology formation androuting in dynamic spectrum access networks. In IEEE Int. Symp. OnNew Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN), 2005.

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