Avaliação de Classes de Nodos em Algoritmos de Roteamento para Redes Móveis Ad hoc

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1 Avaliação de Classes de Nodos em Algoritmos de Roteamento para Redes Móveis Ad hoc Max V. Machado, Gustavo G. Teixeira Instituto de Informática Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Antonio A.F. Loureiro, Raquel A. de F. Mini {loureiro, Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais Abstract This paper is based on the concept of classes of nodes in routing algorithms for mobile ad hoc networks. In this work, a node in the network is classified by its routing capacity. A node without this capacity is classified as a simple node and one with that capacity is called a propagator node. It s presented a performance study as a result of the introduction of classes of nodes in routing algorithms for mobile ad hoc networks. Key Words Mobile Ad hoc Networks, Routing Algorithms, Classes of Nodes, Mobile Computing. Resumo Este artigo é baseado no conceito de classes de nodos em algoritmos de roteamento para redes móveis ad hoc. Neste trabalho, um nodo da rede é classificado quanto a sua capacidade de rotear pacotes. Um nodo sem esta capacidade é classificado como nodo simples e um com essa capacidade é chamado nodo propagador. Neste trabalho é feito um estudo de desempenho decorrente da introdução de classes de nodos em algoritmos de roteamento para redes móveis ad hoc Palavras Chave Redes Móveis Ad hoc, Algoritmos de Roteamento, Classes de Nodos, Computação Móvel. I. INTRODUÇÃO Computação móvel é uma área de pesquisa dentro da Ciência da Computação que vem recebendo muita atenção nos últimos anos. O desenvolvimento de tal área foi acelerado com o surgimento, na década de 7, das redes sem fio que tiveram um grande aumento de popularidade na década de 9, quando foram adaptadas para permitir a mobilidade. Atualmente estas redes podem ser classificadas como infra-estruturadas ou ad hoc []. O primeiro tipo é aquele em que o nodo móvel está em contato direto com uma Estação de Suporte à Mobilidade (ESM) na parte fixa. Neste tipo de rede sem fio, toda a comunicação é feita via ESM, semelhante ao da telefonia celular, onde toda a comunicação deve necessariamente passar pela central, mesmo que os telefones estejam a uma distância em que poderiam, eventualmente comunicar-se diretamente. O segundo tipo é caracterizado pela capacidade dos nodos em trocarem informações em si, sem precisarem passar pela ESM. Redes ad hoc são indicadas principalmente para situações onde não se pode, ou não faz sentido instalar uma rede fixa. Em especial, estas redes podem ser usadas em situações como no auxílio de equipes de buscas trabalhando em desastres, soldados em operação, alunos e profissionais participando de atividades interativas, robôs e outros elementos computacionais trabalhando em ambientes inóspitos utilizando sensores que cooperam entre si (neste caso a rede é referenciada como rede de sensores sensor networks) [4] e também na interconexão de wearable computers entre outras. Os algoritmos de roteamento para redes ad hoc propostos na literatura não consideram a existência de nodos heterogêneos, ou seja, a existência de elementos com diferentes capacidades computacionais. Este é um problema importante, principalmente, em situações onde outros parâmetros relacionados com o funcionamento da rede, como energia, devem ser considerados. O objetivo deste trabalho é implementar e avaliar o conceito de classes de nodos em protocolos de roteamento para redes móveis ad hoc. Os protocolos apresentados são: DSR Dynamic Source Routing [7], LAR Location Aided Routing [] e Flooding []. Neste trabalho a diferença entre os nodos é expressa por distintas capacidades de baterias. O restante do artigo está organizado da seguinte maneira. Na seção II são mostrados alguns trabalhos relacionados com o roteamento em redes ad hoc. Na seção III é descrito o conceito de classes de nodos. Na seção IV é explicada a metodologia utilizada neste trabalho. Na seção V são mostrados os resultados obtidos. Finalmente, a seção VI apresenta as conclusões e propostas de trabalhos futuros.

2 II. TRABALHOS RELACIONADOS O projeto de algoritmos de roteamento é um problema bastante estudado em redes móveis ad hoc. Diversos algoritmos já foram propostos na literatura tais como DSR Dynamic Source Routing [7], LAR - Location Aided Routing [], AODV - Ad-hoc On- Demand Distance Vector Routing [], DREAM Distance Routing Effect Algorithm for Mobily [6] e outros. De acordo com o grupo MANET (Mobile Ad hoc NETworks) as principais qualidades que os algoritmos de roteamento para redes ad hoc devem apresentar são [5]: operar de forma distribuída; não apresentar loops de roteamento; operar de acordo com a demanda; modo de operação pró-ativo; segurança; operar de acordo com os períodos de sonolência (doze mode) do nodo; suporte a links unidirecionais. Em [7], foi proposto o DSR, um algoritmo do tipo source routing, ou seja, o nodo origem determina toda a seqüência de nodos por onde a informação passará até chegar ao destino. Cada nodo possui uma tabela, onde ficam armazenadas as últimas rotas aprendidas por ele. À medida que uma nova rota é descoberta, esta substitui outra mais antiga. Quando um nodo envia uma informação a outro, o nodo origem verifica se possui uma rota para o destino em sua tabela. Se existir, ele a utiliza para enviar a mensagem. Caso contrário, o nodo origem utiliza um protocolo de descobrimento de rotas para encontrar uma nova rota até o destino. Destaca-se que todos os nodos ao receber uma mensagem operam, muitas vezes, de maneira promíscua e lêem informações do pacote para atualizarem suas tabelas de rota com informações recentes. Uma das vantagens da utilização deste algoritmo consiste em minimizar o overhead. Em [], foi proposto o LAR, um algoritmo que utiliza informações obtidas através de GPS (Global Positioning System) [8] para limitar a procura por novas rotas a uma região geográfica menor - zona de requisição. Como resultado, tem-se uma diminuição no overhead gerado pelo processo de descobrimento de rotas. O LAR utiliza uma zona de requisição de formato retangular que pode conter o nodo destino. O tamanho desta área é proporcional à velocidade com que o destino se movimenta e ao tempo decorrido desde o registro da última localização do mesmo. Cada nodo ao receber um pacote verifica se é o destino. Caso seja, é enviada uma resposta a origem. A resposta segue o mesmo caminho percorrido pelo pacote de descobrimento, porém no sentido contrário. Não sendo o destino, o nodo verifica se está dentro da zona de requisição. Se estiver, envia novamente a mensagem para seus vizinhos, caso contrário, a ignora. Nenhum trabalho relacionado à economia de energia em algoritmos de roteamento para redes ad hoc, será apresentado porque este trabalho é inédito. Apesar da grande preocupação existente com o consumo de energia neste tipo da rede, nenhuma proposta havia sido apresentada ou implementada até o presente trabalho. III. CLASSES DE NODOS O objetivo deste trabalho é estudar o efeito da introdução do conceito de classes de nodos em três algoritmos de roteamento para redes ad hoc: DSR, LAR e Flooding. As classes de nodos apresentadas neste trabalho são: a classe estática e a classe dinâmica. A introdução deste conceito, que está relacionado à capacidade de um dado nodo propagar pacotes de terceiros, visa tornar mais reais os algoritmos de roteamento para redes ad hoc, buscando um comportamento adaptativo para os mesmos. Assim, os nodos são divididos em dois grupos conforme sua capacidade de propagar rotear pacotes vindos de outros nodos: os propagadores, que podem enviar, receber e propagar qualquer tipo de pacote; e os simples, que apenas enviam e recebem pacotes. Dessa forma os nodos simples economizam bateria, processador e largura de banda. Na classe de nodos estática, a distribuição dos nodos entre as classes é estática, ou seja, feita a priori. Isto significa que não existem chaveamentos entre as classes: um nodo propagador nunca será um nodo simples e viceversa. Já na classe de nodos dinâmica tal chaveamento pode ocorrer. Nesta classe, um nodo propagador pode assumir o papel de simples, e após um dado período de tempo retornar ao seu papel de propagador. Destaca-se que o chaveamento entre as classes depende exclusivamente do nodo e pode ocorrer por diversos fatores, como por exemplo, o estado da bateria. Com a introdução do conceito de classes de nodos os procedimentos para envio e recebimento de pacotes ficam, de forma resumida, como descrito a seguir. Quando um nodo deseja enviar uma mensagem, ele verifica se o destino é alcançável. Se for, ele a envia diretamente ao destino. Caso contrário, um pacote de descobrimento de rotas é enviado para seus vizinhos. Se um nodo não possuir um vizinho propagador, ele poderá comunicar-se apenas com seus vizinhos diretos. Ao receber um pacote, o nodo verifica se é o destino. Se for, a mensagem é processada. Se não, se ele for propagador, ele propaga a mensagem; sendo simples, ele apenas descarta a mensagem. Os procedimentos descritos anteriormente são representados através do pseudo-código: Para o envio de pacotes. Para o recebimento de pacotes.

3 IV. METODOLOGIA Para avaliar e estudar a introdução de classe de nodos nos algoritmos DSR, LAR e Flooding utilizou-se o simulador para redes móveis chamado GloMoSim (Global Mobile Information System Simulator) [9] em sua versão.. O modelo de simulação utilizado nasceu de uma fusão entre o modelo do próprio GloMoSim e o proposto em []. Foram simuladas diversas situações com variações de três parâmetros específicos: número total de nodos, velocidade média dos nodos e a porcentagem de nodos que podem desempenhar a função de propagador. O número de nodos variou entre 5 e 9, porém para as simulações que este valor deveria ser constante, foi o padrão. Os elementos moviam-se com uma velocidade média de v metros por segundo, sendo que esta variou entre,5 m/s e m/s, e o padrão foi 4,5 m/s. Já a velocidade momentânea de cada um era variável dentro do intervalo [v α, v + α], onde α assumiu o valor,5 quando v foi menor que m/s e α assumiu quando v foi maior ou igual a m/s. A porcentagem de nodos propagadores foi definida como estática em algumas simulações e dinâmica em outras. Quando a mesma era estática, ela foi variada entre % (os nodos estabeleciam conexões apenas com seus vizinhos diretos) e % (situação em que os algoritmos apresentam seus comportamentos originais). Em outras simulações, quando se trabalhava com classe estática, utilizou-se o valor padrão de 5% de propagadores. Durante as simulações, os nodos foram confinados em uma região de. m x. m. A posição inicial de cada elemento foi gerada aleatoriamente, assim como a direção dos movimentos. Durante um movimento, caso algum nodo atingisse um dos limite geográfico da região de simulação, seu movimento seria refletido, ou seja, ele continuaria a se mover na mesma direção, porém, no sentido inverso. O alcance da transmissão de rádio dos nodos foi de metros e a bandwidth dos links wireless foi de Kbytes por segundo. A cada.5 segundos foi gerado um novo pacote de dado, sendo que a origem e o destino deles eram escolhidos de forma randômica. O tempo total para cada simulação foi de segundos. Para a obtenção de cada resultado, utilizou-se uma amostra composta por simulações sem a alteração de parâmetros, exceto a semente para a geração de números aleatórios. Trabalhou-se também com um intervalo de confiança de 95% para garantir mais confiabilidade aos resultados obtidos. Na verdade, o resultado de cada simulação foi produzido através da média dos valores para a população da referida amostra. O modelo de bateria utilizado para as simulações com classe dinâmica baseou-se na descarga linear da bateria dos nodos, conforme a operação efetuada por eles: envio, recebimento ou propagação de pacotes. A relação recebimento por envio de pacotes foi aproximadamente,7. Periodicamente, os elementos sofriam uma pequena descarga, representando o gasto por estarem ligadas. Determinou-se um limite mínimo de energia que ao ser atingido, indicava que um nodo propagador não poderia mais propagar pacotes, ou seja, o elemento tornava-se simples. Quando seu nível de energia era restabelecido, ele voltava instantaneamente para a classe dos propagadores. Destaca-se que para execução de cada operação foi necessária uma quantidade mínima de energia, caso o elemento não a possuísse, a operação não era realizada. Neste trabalho, a unidade de medida de energia foi expressa como ub unidade de bateria. V. RESULTADOS OBTIDOS No trabalho foram adotados oito termos: (i) RDP (received data packets), numero de pacotes de dados recebidos pelos destinos; (ii) TDP (transmitted data packets), numero de pacotes de dados transmitidos pelas origens; (iii) RP (routing packets), numero de pacotes de roteamento recebidos por algum elemento da rede; (iv) RRP (received routing packets), numero de pacotes de roteamento recebidos pelos destinos; (v) TRP (transmitted routing packets), numero de pacotes de roteamento transmitidos pela origem; (vi) PRP (propagated routing packets), numero de pacotes de roteamento propagados por algum nodo intermediário da rota; (vii) DPSN (discarded packets by simple node), numero de pacotes descartados por nodos simples; (viii) Rotas Simples são aquelas que não apresentam nodos intermediários. Com relação aos dois primeiros, é importante salientar que RDP sempre será menor ou igual ao TDP, uma vez que alguns pacotes de dados podem ser perdidos ou descartados no caminho. Já sobre os pacotes de roteamento, RRP será quase sempre maior ou igual ao TRP porque broadcasts são freqüentes no processo de descobrimento de rotas. TRP será maior que RRP quando o destino não estiver sendo alcançável. Existem ainda duas outras considerações a respeito dos pacotes de roteamento: RP é igual à soma entre RRP e os pacotes descartados (por exemplo, descartados porque o nodo em questão era simples); PRP refere-se aos pacotes gerados durante os broadcasts citados acima. Sobre os DPSN, aqueles descartados porque o nodo em questão não pertencia à classe dos propagadores, destaca-se que os mesmos não são compostos apenas pelos pacotes de roteamento descartados por nodos simples, como também, pelos pacotes de dados descartados pelos nodos simples. Esta situação, em que um nodo simples descarta um pacote de dado, ocorre na classe dinâmica quando um nodo intermediário, anteriormente propagador, torna-se simples. Já as rotas simples, constituídas apenas pela origem e pelo destino, são mais estáveis e mais tolerantes a falhas por apresentarem uma única aresta, logo, a possibilidade de serem quebras é menor. Cada um dos algoritmos simulados foi implementado de três formas: original, utilizando classe de nodos dinâmica e utilizando classe de nodos estática. Os

4 resultados obtidos foram divididos em nove grupos da seguinte maneira. Nos dois primeiros, analisa-se o overhead quando se altera respectivamente o número e a velocidade média dos nodos. Já nos quatro grupos seguintes, estuda-se o desempenho dos algoritmos de forma que: no terceiro, avalia-se o número de pacotes de roteamento enviados (transmitidos e propagados) em relação à porcentagem estática de propagadores; no quarto, observa-se a evolução do número de alguns pacotes à medida que a porcentagem estática de propagadores é alterada. Já nos grupos cinco e seis, observa-se o comportamento de TDP/RDP quando são variados respectivamente o número e a velocidade média dos nodos. Nos grupos sete e oito, analisa-se o consumo de energia por nodo versus a porcentagem estática de propagadores respectivamente para os algoritmos originais e para os algoritmos com as formas de classe de nodos. No ultimo grupo são apresentados o número de hops e a porcentagem de rota simples. RP/RDP RP/RDP (a) DSR (b) LAR RP / RDP (c) Flooding Grupo () Para velocidade média dos nodos de 4,5 m/s e para a classe estática com 5% de propagadores: RP/RDP versus número de nodos. No Grupo () nota-se que RP/RDP tende a crescer com o aumento do número de nodos, ou seja, temse um aumento do overhead. Isto ocorre porque a elevação da quantidade de elementos implica no crescimento do número absoluto de propagadores, gerando assim, um aumento do número de broadcasts efetuados. Observa-se em (a) e (b) que o overhead dos algoritmos dinâmicos foi o maior enquanto o dos estáticos foi o menor. Este fato ocorreu porque nos dinâmicos a quebra de rotas devido ao chaveamento entre classes foi elevada, já o maior overhead apresentado pelos originais sobre os estáticos é explicado devido ao número superior de propagadores existente naqueles. Em (c), observa-se que o Flooding apresenta taxas de RP/RDP superiores às demais durante a variação do número de nodos. Isso é explicado devido ao elevado número de propagadores no Flooding estar influenciando o overhead de maneira mais significativa que as quebras de rotas existentes no Flooding que por sua vez influenciam overhead de maneira mais significativa que o baixo número de propagadores encontrados no Flooding. O LAR comparado ao Flooding mostra que a elevação do número de nodos fez com que o primeiro trabalhe praticamente em Flooding dinâmico. Tal fato poderia ser explicado porque o destino encontrava-se quase sempre fora da zona de requisição []; porém o que ocorreu foi que o excessivo número de quebras de rotas, característico dos algoritmos dinâmicos, obrigou o LAR trabalhar quase sempre em flooding. Caso este fato não ocorresse, observar-se-ia um comportamento, em termos de overhead, melhor para o LAR em relação ao Flooding : ver demais curvas do LAR comparas as do Flooding. Observa-se a partir deste primeiro grupo que para o modelo de simulação adotado, o DSR apresentou em todos os casos um overhead bem inferior ao LAR, mesmo o modelo de simulação desenvolvido neste trabalho tendo sido baseado no proposto em [] para a apresentação do

5 LAR. Tal superioridade pode ser explicada através das tabelas de rotas presentes no primeiro terem minimizado de maneira mais significativa o overhead que as zonas de requisição do segundo algoritmo. Contudo, foram confirmados os resultados obtidos por Ko e Vaidya que demonstravam um menor overhead do LAR em relação ao Flooding. RP/ RDP RP/RDP RP/RDP (a) DSR (b) LAR (c) Flooding Grupo () Para nodos e para a classe estática com 5% de propagadores: RP/RDP versus velocidade média dos nodos. No grupo () a relação RP/RDP tende a crescer com o aumento da velocidade porque desta forma mais rotas são quebradas, e conseqüentemente, tem-se um aumento do número de pacotes de requisição na rede. Observa-se em (a) que o DSR inicia com RP/RDP, diminuindo para 8 quando a velocidade média dos nodos é de 4,5 m/s, e depois apresenta um crescimento contínuo até m/s em que são registrados RP/RDP. Tal comportamento pode ser explicado, porque, inicialmente poucas rotas foram criadas devido à distância existente entre os elementos, ou seja, apenas 74 rotas foram criadas, das quais 59 eram simples. Quando uma taxa maior de mobilidade foi inserida mais rotas foram criadas, e desta forma, o número de rotas criadas aumentou para 8, das quais 88 eram simples. Já o aumento do overhead após 4,5 m/s é explicado devido à quebra excessiva de rotas. Nota-se ainda um fato inesperado no gráfico (a) em que o overhead do DSR é o maior, isso porque o grande número de nodos simples neste caso ocasionou uma propagação desnecessária de pacotes de roteamento. Isso significa que, muitas vezes, os propagadores propagaram alguns pacotes que foram recebidos exclusivamente por nodos simples. Sabendo-se que raramente um desses era o destino, observa-se um esforço desnecessário. O DSR com velocidade média dos nodos de m/s apresentou o seguinte resultado para pacotes de roteamento: 5 enviados, 6 propagados, 49 recebidos e 4 descartados por nodos simples. Para o DSR estes valores foram respectivamente: 5, 4, 56 e. Destaca-se que o overhead do DSR foi maior que o do DSR por causa dos já mencionados chaveamentos entre as classes. Nos gráficos (b) e (c) observa-se inicialmente que devido ao chaveamento entre as classes, os algoritmos dinâmicos apresentaram um overhead mais significativo que o dos demais, enquanto o dos originais foi maior que o dos estáticos devido ao maior número de propagadores daqueles. Com o aumento da velocidade, observa-se uma alteração no posicionamento entre as curvas em que as originais tornam-se as maiores e as dinâmicas as menores. Isso ocorreu porque a elevação da velocidade fez com que os nodos não conseguissem estabelecer rotas durante intervalos de tempos maiores e, conseqüentemente, ocorreram mais quebras de rotas. Essas quebras foram mais significantes que as decorrentes do chaveamento entre as classes características dos algoritmos dinâmicos. Para o LAR e para o Flooding com velocidade média dos nodos de 4,5 m/s os valores de PRP registrados foram respectivamente 477 e 7, enquanto para a velocidade de m/s os mesmos foram: 76 e 86. Já para o LAR e para o Flooding tais valores foram respectivamente:, 75, 896 e 59. Assim como explicado para o primeiro grupo, observa-se para o segundo grupo que o LAR apresentou um comportamento similar ao Flooding ; e também que o overhead do DSR foi o menor e o do Flooding o maior. Destaca-se que a última observação

6 comprova os resultados obtidos em [] em que RP/RDP obtida pelo LAR foi menor que a mesma obtida pelo Flooding durante a alteração da velocidade. RPEnviados 7 5 DSR - TRP LAR - TRP Flooding - TRP DSR - PRP LAR - PRP Flooding - PRP Pacotes RP DPSN RDP TDP 5 %Propagador 5 %Propagador Grupo () Para nodos com velocidade média de 4,5 m/s: o número de pacotes de roteamento enviados versus a porcentagem de propagadores. Verifica-se em () que inicialmente nenhum pacote é propagado porque todos os nodos são simples. Observa-se também, que o número de pacotes transmitidos para qualquer um dos algoritmos é constante, isso porque, neste caso, o resultado independe do algoritmo utilizado. Tal independência ocorre porque as rotas formadas dependem unicamente da origem e do destino encontrarem-se dentro da área de alcance de rádio um do outro. Destaca-se que neste caso a diferença entre os algoritmos pode ser refletida de outras formas como, por exemplo, em (7) observa-se que para a porcentagem nula de propagadores o consumo de energia do DSR foi superior aos demais algoritmos. A partir de % de propagadores verifica-se que o LAR e o Flooding transmitem menos pacotes de roteamento que o DSR, ou seja, este apresenta um desempenho inferior ao daqueles. No entanto, tal performance tem como efeito colateral um custo superior com overhead. Fato que se torna bem visível observando o valor de PRP após % de propagadores. Destaca-se que o desempenho medido neste grupo está relacionado aos TRP, enquanto o overhead relaciona-se aos PRP. No DSR, observa-se entre % e 5% de propagadores uma superioridade de PRP sobre TRP que é invertida após % de propagadores. Isso pode ser explicado porque inicialmente existiam mais nodos simples e, conseqüentemente, muitos pacotes de roteamento propagados foram descartados quando atingiam um daqueles. Outro fator que pode explicar o resultado obtido é a existência de mais nodos propagadores proporcionando uma gama maior de rotas alternativas entre duas unidades móveis. Logo, quando um nodo intermediário detectava a quebra de uma rota que passe por ele, se o mesmo conhecesse uma outra opção, ele re-estabelecia a comunicação entre origem e destino sem a necessidade de uma nova route request. Pacotes Pacotes RP DPSN RDP TDP (a) DSR 5 %Propagador RP DPSN RDP TDP (b) LAR 5 %Propagador (c) Flooding Grupo (4) Para nodos com velocidade média de 4,5 m/s: o número de pacotes versus a porcentagem de propagadores. Observa-se no gráfico (4a) um aumento inicial de DPSN quando a porcentagem de propagadores aumenta de % para %, aquele passa de 69 para 76 pacotes. Após esta porcentagem, verifica-se uma queda até a ultima porcentagem, valor em que DPSN é nulo. O aumento inicial ocorreu devido ao número de propagadores inseridos no modelo ser tal que esses efetuaram vários broadcasts desnecessários, ou seja, pacotes propagados por eles, foram recebidos e descartados por nodos simples. Desta forma, estes propagadores elevaram o consumo de energia (ver

7 grupo (7)) e o overhead sem nenhum ganho. Já a queda do DPSN na segunda parte da curva é o reflexo da diminuição de nodos simples. Inicialmente, esperava-se que as curvas de DPSN nos gráficos (4b) e (4c) apresentassem um comportamento similar ao do DSR (4a), porém o aumento inicial de DPSN não foi verificado. Isso ocorreu porque o intervalo utilizado no grupo foi grande demais para que este aumento inicial fosse detectado. Contudo, destaca-se que em experimentos não registrados no grupo (4) detectou-se um pico para o LAR e para o Flooding na porcentagem de % de nodos propagadores, tais valores foram respectivamente: 4 e 58. Com relação à evolução de RP em (4a), observa-se inicialmente o registro de 77 pacotes. Ao se atingir os % de propagadores, este número sobe para 9 e depois apresenta uma queda contínua até % de propagadores em que são registrados 4 pacotes. No último trecho da curva observa-se uma elevação para 75 pacotes quando todos os nodos são propagadores. A elevação inicial foi conseqüência dos broadcasts desnecessários e já comentados para o gráfico (4a). Com relação ao segundo trecho da curva, a diminuição de RP foi conseqüência do aumento de propagadores que, neste caso, contribuiu de forma positiva ao minimizar os broadcasts desnecessários. Já a elevação na parte final do gráfico é conseqüência do excesso de pacotes de roteamento gerado pelos propagadores. Observa-se em (4b) e (4c) um aumento continuo de RP que é explicado pela existência de mais propagadores gerando pacotes de roteamento. Destaca-se que o overhead do Flooding (4c) é maior que o do LAR (4b) e esse é superior ao do DSR (4a). Nota-se ainda em (4) que TDP é praticamente constante, exceto no primeiro ponto do gráfico em que este valor é inferior. Esta constância é causa da aplicação utilizada e descrita na seção anterior, segundo a qual durante a simulação são enviados aproximadamente pacotes de dados. O valor inicial inferior foi detectado devido à inexistência de propagadores que impossibilitou o estabelecimento das rotas e, conseqüentemente, menos pacotes de dados foram enviados e permaneceram no buffer da origem. Destaca-se que RDP é praticamente igual a TDP porque a maioria as rotas entre origem e destino foram simples, logo, os pacotes de dados enviados são praticamente todos recebidos. As poucas perdas registradas ocorreram no intervalo de tempo existente entre o envio da route reply e o recebimento do pacote de dados quando o destino saiu da faixa de rádio da origem. Durante as simulações sem propagadores, o LAR e o Flooding apresentaram iguais valores de TDP e de RDP, respectivamente 45 e 4; para o DSR os mesmos foram e 9. Como mostrado anteriormente, observa-se em (4) que os valores de TDP/RDP do Flooding foram os maiores e os do DSR os menores. Uma observação de extrema relevância referese à existência do número ideal de propagadores para cada conjunto de parâmetros de configuração. Esse seria aquele em que RP/RDP, PRP/RDP, TRP, PRP e RRP fossem nulos, TDP e RDP fossem o máximo possível e TDP/RDP fosse igual a um. Como tal consideração é impossível em quase todas as situações, o número ideal é definido neste trabalho como aquele em que a combinação dos parâmetros apresentasse o melhor desempenho em conjunto. Analisandos os valores obtidos nos grupos () e (4), encontrou-se para as configurações utilizadas no trabalho que a porcentagem ideal de propagadores para o DSR seria de %, e para o Flooding e o LAR seria de %. TDP/RDP TDP / RDP TDP/RDP,5,5,5,5,5, (a) DSR (b) LAR (c) Flooding Grupo (5) Para velocidade média dos nodos de 4,5 m/s e para a classe estática com 5% de propagadores: TDP/RDP versus número de nodos.

8 Em (5) observa-se uma constância de TDP/RDP para os algoritmos originais e estáticos e uma diminuição os algoritmos dinâmicos. O comportamento constante ocorreu apesar da elevação do overhead advindo da inserção de nodos (ver grupo ()) porque o número de pacotes de dados enviados e os recebidos mantiveram-se praticamente constantes. A diminuição é uma conseqüência do aumento de RDP observado nos algoritmos dinâmicos. Isso porque, mais nodos implicam em novas opções para a re-construção de rotas quando os freqüentes chaveamentos entre as classes acontecem. RDP/TDP TDP/RDP TDP/RDP 4,5 4,5,5 4,5 4,5,5 4,5 4,5,5 (a) DSR (b) LAR (c) Flooding Grupo (6) Para nodos e para a classe estática com 5% de propagadores: TDP/RDP versus velocidade média dos nodos. Em (6) observa-se um aumento de TDP/RDP para os algoritmos originais e estáticos e uma diminuição os algoritmos dinâmicos. O aumento nos dois primeiros ocorre porque a elevação da velocidade faz com que mais rotas sejam quebradas e, conseqüentemente, menos pacotes de dados sejam recebidos. Para o LAR com velocidade de,5 m/s foram registrados 96 RDP, enquanto para a velocidade de m/s foram registrados 69 pacotes. A diminuição de TDP/RDP para os algoritmos dinâmicos mostra-se inicialmente como um resultado inesperado, porém este fato ocorreu devido à elevação de RDP. Este valor aumentou em decorrência do aumento do número de rotas estabelecidas; inicialmente, os nodos apresentavam uma baixa taxa de mobilidade e seu alcance de transmissão de rádio não era alto, logo, poucas rotas eram estabelecidas. À medida que a velocidade aumentou, os nodos conseguiram estabelecer muitas rotas simples, que foram formadas durante o intervalo de tempo que a origem e o destino encontravam-se um na faixa de rádio do outro. Logo, mais pacotes de dados foram recebidos pelos destinos. Para o LAR com velocidade de,5 m/s foram registrados 79 RDP, enquanto para a velocidade de m/s este número foi de 75 pacotes. No gráfico (6a) observa-se para o DSR na velocidade de 8,5 m/s uma queda de desempenho, aumento de TDP/RDP. Tal pico pode ser explicado porque naquele ponto, o número de rotas quebras estava sendo maior que o de rotas descobertas, e conseqüentemente, menos pacotes de dados foram recebidos pelos destinos. Os valores de RDP registrados para o DSR nas velocidades de 4,5 m/s, 8,5 m/s e m/s foram respectivamente: 8, 99 e 6. Consumo de bateria (ub) DSR LAR Flooding 5 % Propagador (%) Grupo (7) Para nodos com velocidade média de 4,5 m/s: o consumo de bateria por nodo (ub). No grupo (7) observa-se que quando o número de propagadores é nulo o consumo do DSR é superior aos do LAR e do Flooding, e esses apresentam o mesmo valor. Este último resultado já era previsto a partir do grupo () em que os algoritmos apresentavam o mesmo número de pacotes transmitidos e um número nulo de pacotes propagados. No entanto, o consumo superior do DSR é explicado porque quando um nodo executando este algoritmo recebe um pacote, o mesmo atua de maneira

9 promíscua verificando as informações contidas no pacote para atualizar sua tabela de rotas. Tal ação dos nodos ao executarem o DSR faz com que este algoritmo apresente um consumo de energia extra. Conforme explicado no parágrafo anterior, observa-se um resultado inesperado no grupo (7) em que o algoritmo promíscuo DSR apresenta um consumo inferior aos não promíscuos LAR e Flooding a partir de % de propagadores. Este fato ocorreu porque para o modelo de simulação adotado neste trabalho, o overhead do DSR mostrou-se em quase todos os casos muito inferior aos demais algoritmos. Logo, por enviar menos pacotes, o consumo do DSR foi menor que o dos demais na maioria das situações. Em outras situações, como por exemplo, com % de propagadores, o consumo do DSR é maior uma vez que neste ponto o overhead gerado pelos três algoritmos é praticamente o mesmo (ver grupos () e (4)). Observa-se também em (7) que o Flooding consome mais energia que o LAR. Tal resultado já era previsto, uma vez que o primeiro envia mais pacotes de roteamento que o segundo. Outra consideração importante encontra-se na curva representativa do DSR entre % e % de propagadores, em que se observa a diminuição do consumo. Isso pode ser explicado através de uma analise de () e de (4a) em que o overhead foi minimizado no mesmo intervalo, e conseqüentemente, o consumo foi reduzido. Destaca-se que a elevação do consumo no ultimo trecho da curva representativa do DSR é uma conseqüência do overhead exibido no mesmo trecho pelos gráficos () e (4a), além do número de pacotes transmitidos ter sido o maior da curva, conforme visto em (). Tabela (a) Grupo (8) Para nodos com velocidade média de 4,5 m/s e sendo para a classe estática 5% de propagadores, o consumo de bateria por nodo (ub) Observa-se no grupo (8) que os resultados obtidos pelo LAR e pelo Flooding confirmam o que se esperava, ou seja, que os algoritmos originais apresentassem o maior consumo e os dinâmicos o menor. Isso porque nos originais, a existência de mais propagadores fez com que o consumo de energia fosse o maior, enquanto os dinâmicos economizam uma boa quantidade de energia devido aos chaveamentos entre as classes. Observa-se ainda no oitavo grupo um resultado inesperado para o DSR em que o DSR apresentou um consumo inferior ao DSR. Isso ocorreu, conforme o explicado em (4a), porque as configurações utilizadas neste trabalho fizeram com que o DSR descartasse vários pacotes de roteamento desnecessariamente e, conseqüentemente, tiveram um desgaste extra de energia. Destaca-se que estes descartes desnecessários também ocorreram no LAR e no Flooding, porém nestes casos tal gasto foi compensado integralmente pela economia de energia advinda da utilização de nodos simples. Tabela (a) Tabela (b) Grupo (9) Para nodos com velocidade média de 4,5 m/s e sendo para a classe estática 5% de propagadores: número de médio de hops por rota e a porcentagem de rotas simples. Observa-se na tabela (9a) um resultado inesperado para o número de hops/rota. Neste caso esperava-se que os algoritmos originais apresentassem o menor valor, enquanto os algoritmos dinâmicos, o maior. Isso porque existiriam mais elementos com condição de assumir o papel de nodo intermediário e, conseqüentemente, a disposição dos mesmos na rota tornarse-ia mais próxima a de uma reta. Outro resultado eventualmente esperado seria que os algoritmos estáticos apresentassem o maior valor. Isso ocorreria quando os algoritmos dinâmicos apresentassem poucos chaveamentos entre classes e, conseqüentemente, os resultados obtidos pelos algoritmos originais e dinâmicos seriam próximos. No entanto, observa-se em (9a) que os algoritmos dinâmicos apresentaram o menor número de hops/rotas, e os estáticos o maior. Tal resultado é explicado a partir da tabela (9b) em que a porcentagem de rotas simples determina os resultados obtidos, exceto o fato do LAR e do Flooding originais apresentarem menos hops/rota que seus estáticos correspondentes. Esta exceção ocorreu devido à proximidade entre as porcentagens de rotas simples dos algoritmos ora citados que, conseqüentemente, fez com que o resultado obtido fosse sutilmente determinado pelo número de propagadores. VI. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS Este trabalho apresentou um estudo de avaliação de desempenho com a introdução do conceito de classes de nodos em algoritmos de roteamento para redes móveis ad hoc. Os algoritmos estudados foram o DSR, LAR e

10 Flooding. Buscou-se com este estudo fazer com que tais algoritmos apresentassem comportamentos mais próximos dos exigidos em situações reais. As principais conclusões relacionam se ao desempenho e a economia de energia resultantes da inserção de classes de nodos em protocolos de roteamento para redes ad hoc. A utilização de classe de nodos nos algoritmos não diminuiu drasticamente o desempenho dos protocolos estudados, como também, em alguns casos, melhorou o desempenho dos mesmos. Neste ponto, é importante recordar que para os parâmetros utilizados, os algoritmos estáticos apresentaram na maior parte das simulações o melhor desempenho e o menor overhead. Com relação à economia de energia proporcionada pela utilização de classe de nodos, os resultados obtidos foram satisfatórios, principalmente, para os algoritmos dinâmicos que se mostraram em todas as simulações como os mais econômicos. Outra conclusão que merece destaque é a existência de um número ideal de propagadores, esse deve levar em conta os parâmetros de configuração da rede, o número de pacotes de dados recebidos e o tempo de recebimento dos mesmos. Outro ponto importante do trabalho foi que para os parâmetros de configuração utilizados, o DSR apresentou o menor overhead e o pior desempenho entre os algoritmos simulados, enquanto o Flooding apresentou o maior overhead e o melhor desempenho. Trabalhos futuros devem alterar o modelo de comportamento de baterias, que no trabalho foi representado por uma função linear (é sabido que está não é a realidade), estudar o efeito da introdução de classes de nodos em outros algoritmos e avaliar outros parâmetros como, por exemplo, o alcance de transmissão de rádio quando se utilizar classes de nodos. Também devem ser considerados outros fatores que limitam a capacidade do nodo em propagar pacotes. Outras possibilidades seriam, a definição de um número ideal de nodos propagadores para certas configurações de rede e a utilização de novas classes de nodos para algoritmos de roteamento para redes móveis ad hoc. [] PERKINS, C. e ROYER, E.; Ad hoc on denmand distance vector (AODV) routing. Internet Draft, August 998 [4] HAAS, Z. e PEARLMAN, M.; The Zone Routing Protocol (ZRP) for ad hoc networks. Internet Draft, August 998. [5] CORSON, S. e MACKER, J.; Mobile ad hoc networking (manet): Routing protocol performance issues and evaluation considerations. IETF RFC 5, January 999. [6] S. BASAGNI, S., CHLAMTAC, I., SYROTIUK, V. e WOODWARD, B.; A Distance Routing Effect Algorithm form Mobility (DREAM). In Mobicom 98 [7] JOHNSON, D. e MALTZ, D.; Dynamic Source Routing in Ad hoc Wireless Networks, In Mobili Computing, 996. [8] GPS Global Positioning System. (5//). [9] About Glomosim (Site oficial). (5//). [] ROYER., E. e TOH, C.; A review of current routing protocols for ad hoc mobile wireless networks IEEE Personal Communications, April 999. [] BROCH, J., MALTZ, D., JOHNSON, D., HU, Y. e JETCHEVA, J.; A performance comparison of multi-ho wireless ad hoc network routing protocols. In Mobicom 98, Dallas Texas, October 998. [] LARSSON, T e HEDMAN, N.; Routing protocols in wireless adhoc networks a simulation study. Master s thesis, Lulea University of Technology, 998. [] PARK, V. e CORSON, M. A performance comparison of the temporally-ordered routing alrotithm and ideal link-state routing. IEEE Symposium on Computers and Communication, Athens Greece, June 998. [4] HILL, J., SZEWCZYK, R, WOO, A., HOLLAR, S, CULLER, D e PISTER., K System architecture directions for network sensors. ASPLOS. VII. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer ao PROBIC (Programa de Bolsas de Iniciação Cientifica) e ao Instituto de Informática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais e ao Departamento de Ciência da Computação da Universidade Federal de Minas Gerais pelo financiamento da pesquisa. Em especial os autores agradecem ao prof. Carlos Augusto Paiva Martins e ao prof. Theldo Fraqueira Cruz pelos bons conselhos. VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [] CAMARA, D. e LOUREIRO, A.; Roteamento em Redes Móveis Ad hoc. I Workshop de Comunicação Sem Fio, Julho 999. [] KO, Y. e VAIDYA, N.; Location-aided routing (LAR) in mobile ad hoc networks. In Fourth Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking; Dallas, Texas, USA, October 5-, 998