[013] Baumann, R. and Heimlicher S. and Lenders, V. and May, M. - HEAT Scalable Routing in Wireless...

8/3/2019 [013] Baumann, R. and Heimlicher S. and Lenders, V. and May, M. - HEAT Scalable Routing in Wireless Mesh Netw

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HEAT: S c a l a b l e R o u t i n g i n W i r e l e s s MeshN e t w o r k s U s i n g T e m p e r a t u r e F i e l d sR a i n e r B a u m a n n * , Simon H e i m l i c h e r * , V i n c e n t L e n d e r s t , M a r t i n M a y ** C o m p u t e r E n g i n e e r i n g a n d N e t w o r k s L a b o r a t o r yE T H Z u r i c h , S w i t z e r l a n dt D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g

P r i n c e t o n U n i v e r s i t y , N J , US AA b s t r a c t - E x i s t i n g u n i c a s t r o u t i n g p r o t o c o l s a r e n o t s u i t e d w e l l a c c e s s p o i n t ( c a l l e d I n t e r n e t g a t e w a y i n t h e r e m a i n d e r o ff o r w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s a s i n s u c h n e t w o r k s , m o s t t r a f f i c f l o w s t h i s p a p e r ) a n d r e s p o n s e t r a f f i c b a c k t o t h e m o b i l e n o d e s .b e t w e e n a l a r g e n u m b e r o f m o b i l e n o d e s a n d a f e w a c c e s s p o i n t s T h i s r o u t i n g p r o b l e m i s d i f f e r e n t f r o m w h a t MANET r o u t i n gw i t h I n t e r n e t c o n n e c t i v i t y . I n t h i s p a p e r , we p r o p o s e H E A T , a n t o I l i k OLSR [ 1 ] DS R [ 2 ] DSDV [ 3 ] AODV [ 4 ]a n y c a s t r o u t i n g p r o t o c o l f o r t h i s t y p e o f c o m m u n i c a t i o n t h a t i s ' P r t c l l e r o ' l S [ 1 ] , g D S R [ 2 ] , DSDV [ 3 ] , o A O D V [ , r ed e s i g n e d t o s c a l e t o t h e n e t w o r k s i z e a n d t o b e r o b u s t t o n o d e ZRP [ 5 ] w e r e o r i g i n a l l y d e s i g n e d f o r . T h e s e p r o t o c o l s w e r em o b i l i t y . H E A T r e l i e s o n a t e m p e r a t u r e f i e l d t o r o u t e d a t a p a c k e t s d e s i g n e d t o p r o v i d e e n d - t o - e n d p a t h s b e t w e e n t w o commu-t o w a r d s t h e I n t e r n e t g a t e w a y s , a s f o l l o w s . E v e r y n o d e i s a s s i g n e d n i c a t i o n h o s t s ( u n i c a s t - t y p e o f c o m m u n i c a t i o n ) . H o w e v e r , i na t e m p e r a t u r e v a l u e , a n d p a c k e t s a r e r o u t e d a l o n g i n c r e a s i n g o u r w o r k , r o u t i n g i s f r o m a n y m o b i l e n o d e i n t h e n e t w o r k t ot e m p e r a t u r e v a l u e s u n t i l t h e y r e a c h a n y o f t h e I n t e r n e t g a t e w a y s , aw h i c h ~ ~ ~ ~ ~ a rodle ashaore. Ou.ao a n y I n t e r n e t g a t e w a y ( a n y c a s t ) . I n p r i n c i p l e , u n i c a s t r o u t i n gh i c h ar e m o d e l e d as h e a t s ources. Our m a j o r c o n t r i b u t i o n I S prtcl ca eapid oee,te cl oryi ema d i s t r i b u t e d p r o t o c o l t o e s t a b l i s h s u c h t e m p e r a t u r e f i e l d s . T h e p r o t o c o l s c a n b e a p p l i e d , h o w e v e r , t h e y s c a l e p o o r l y i n t e r m sd i s t i n g u i s h i n g f e a t u r e o f o u r p r o t o c o l i s t h a t i t d o e s n o t r e q u i r e o f c o m m u n i c a t i o n o v e r h e a d s i n c e t h e y e s t a b l i s h a n i n d i v i d u a lf l o o d i n g o f c o n t r o l m e s s a g e s . R a t h e r , e v e r y n o d e i n t h e n e t w o r k p a t h p e r n o d e - g a t e w a y p a i r .d e t e r m i n e s i t s t e m p e r a t u r e c o n s i d e r i n g o n l y t h e t e m p e r a t u r e o f O u r p r i m a r y c o n t r i b u t i o n i s H E A T , a n a n y c a s t r o u t i n gi t s d i r e c t n e i g h b o r s , w h i c h r e n d e r s o u r p r o t o c o l p a r t i c u l a r l y . 's c a l a b l e t o t h e n e t w o r k s i z e . We a n a l y z e our a p p r o a c h a n d p r o T f o r w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s . A s i t s n a m e s u g g e s t s ,c o m p a r e i t s p e r f o r m a n c e w i t h OLSR t h r o u g h s i m u l a t i o n s w i t h H E A T i s i n s p i r e d b y t h e h e a t c o n d u c t i o n i n p h y s i c s . T h a tG l o m o s i m . We u s e r e a l i s t i c m o b i l i t y p a t t e r n s e x t r a c t e d f r o m i s , we m o d e l t h e g a t e w a y s a s h e a t s o u r c e s w h i c h c r e a t e ag e o g r a p h i c a l d a t a o f l a r g e S w i s s c i t i e s . Our r e s u l t s c l e a r l y s h o w t e m p e r a t u r e f i e l d i n t h e n e t w o r k . T h e h i g h e r t h e t e m p e r a t u r et h e b e n e f i t o f H E A T v e r s u s OLSR i n t e r m s o f s c a l a b i l i t y t o t h e o f a n o d e , t h e c l o s e r i t i s t o a n a c c e s s p o i n t . U s i n g t h e s e f i e l d s ,number o f n o d e s a n d r o b u s t n e s s t o n o d e m o b i l i t y . T h e p a c k e t 'fd e l i e r y a t i o w i t H E A i s o r e t h a n t w o i m e h i g e r tan a c k e t f o r w a r d i n g i s f a i r l y s i m p l e : p a c k e t s a r e f o r w a r d e d a l o n gd e l i v e r y r a t i o w i t h H E A T i s more t h a n t w o t i m e s h i g h e r t h a n th noe ihtehgettmeaueutlteevnullOLSR i n l a r g e m o b i l e s c e n a r i o s a n d we c o n c l u d e t h a t H E A T i s t h e n o d e s w i t h t h e h i g h e s t t e m p e r a t u r e u n t i l t h e y e v e n t u a l l y

a s u i t a b l e r o u t i n g p r o t o c o l f o r c i t y - w i d e w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s . r e a c h a n y h e a t s o u r c e ( a n I n t e r n e t g a t e w a y ) . O u r p r o t o c o l t oe s t a b l i s h t e m p e r a t u r e f i e l d s i n t h e n e t w o r k i s p u r e l y b a s e d o nI . INTRODUCTION l o c a l i n f o r m a t i o n . I t m e a n s t h a t e v e r y n o d e c a l c u l a t e s i t s ownT h e p e n e t r a t i o n o f IEEE 8 0 2 . 1 1 (WLAN) i n h o m e s a n d t e m p e r a t u r e b y o n l y e v a l u a t i n g t h e t e m p e r at u r e o f i t s d i r e c to f f i c e s a r o u n d t h e w o r l d h a s b e e n t r e m e n d o u s . Many home n e i g h b o r s . T h i s m a k e s o u r p r o t o c o l p a r t i c u l a r l y s c a l a b l e s i n c e

u s e r s d e p l o y WLAN a c c e s s p o i n t s i n t h e i r h o m e s a n d c o n n e c t n o f l o o d i n g o f m e s s a g e s i s r e q u i r e d .t o t h e I n t e r n e t o v e r b r o a d b a n d c a b l e modems o r DS L l i n e s . We c o m p a r e u s i n g s i m u l a t i o n s w i t h G l o m o s i m t h e p e r f o r -B e c a u s e t h e s e WLAN n e t w o r k s a r e o f t e n i d l e , t h e y c o u l d m a n c e o f H E A T w i t h OLSR. OLSR i s a p o p u l a r p r o a c t i v ep o t e n t i a l l y b e u s e d t o o f f e r I n t e r n e t a c c e s s t o m o b i l e u s e r s p r o t o c o l . O u r s i m u l a t i o n s a r e b a s e d o n a d e t a i l e d m o b i l i t yi n d e n s e l y p o p u l a t e d a r e a s o r l a r g e c i t i e s . O u r e n v i s i o n e d p a t t e r n e x t r a c t e d f r o m g e o g r a p h i c a l d a t a o f l a r g e S w i s s c i t i e s .s c e n a r i o i s a c i t y - w i d e w i r e l e s s m e s h n e t w o r k c o n s i s t i n g o f O u r s i m u l a t i o n s s h o w t h a t H E A T s c a l e s b e t t e r t h e n OLSR t of i x e d a c c e s s p o i n t s w i t h I n t e r n e t c o n n e c t i v i t y a n d m o b i l e t h e n e t w o r k s i z e , t h e n o d e d e n s i t y , t h e n u m b e r o f g a t e w a y s ,n o d e s t h a t a r e t y p i c a l l y p e d e s t r i a n s o r p e o p l e m o v i n g i n a a n d t h e n o d e m o b i l i t y . F o r e x a m p l e i n l a r g e o r / a n d d e n s ev e h i c l e a n d c a r r y i n g a m o b i l e d e v i c e . T h e m o b i l e n o d e s i n n e t w o r k s H E A T o u t p e r f o r m s OLSR b y more t h e n a f a c t o rt h i s m e s h n e t w o r k s e r v e a s r e l a y s , f o r w a r d i n g t r a f f i c f o r o t h e r o f t w o i n t e r m s o f s u c c e s s f u l p a c k e t d e l i v e r y . F u r t h e r m o r e ,m o b i l e n o d e s a n d t h u s m a i n t a i n i n g n e t w o r k - w i d e I n t e r n e t t h e p a c k e t d e l i v e r y r a t i o o f H E A T r e m a i n s a b o v e 95% e v e nc o n n e c t i v i t y . T h i s a p p r o a c h h a s t h e a d v a n t a g e t h a t o n l y a s m a l l f o r l a r g e a n d d e n s e n e t w o r k s w i t h n o d e s m o v i n g a t t y p i c a ls e t o f I n t e r n e t g a t e w a y s a r e n e c e s s a r y t o p r o v i d e a " c i t y - w i d e " p e d e s t r i a n s p e e d s .I n t e r n e t c o v e r a g e when t h e d e n s i t y o f t h e m o b i l e u s e r s i s l a r g e T h e r e s t o f t h i s p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s . I n t h ee n o u g h . n e x t S e c t i o n , we h i g h l i g h t r e l a t e d w o r k . I n S e c t i o n I I I , we

T h e p a r t i c u l a r p r o b l e m we a d d r e s s i n t h i s p a p e r i s how t o e x p l a i n t h e c o n c e p t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f H E A T . We p r e s e n tr o u t e d a t a p a c k e t s f r o m t h e m e s h n e t w o r k t o t h e I n t e r n e t . o u r e v a l u a t i o n m e t h o d o l o g y i n S e c t i o n I V t h a t we u s e i nT h e r o ut i n g i n c l u d e s t r a f f i c f r o m t h e m o b i l e n o d e s t o a n y S e c t i o n V . F i n a l l y , we c o n c l u d e t h e p a p e r i n S e c t i o n V I .

1 - 4 2 4 4 - 0 9 9 2 - 6 / 0 7 / $ 2 5 . O O 2 0 0 7 I E E E


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I I . RELATED WORK C . F i e l d - b a s e d R o u t i n gR o u t i n g i n w i r e l e s s n e t w o r k s h a s u n d e r g o n e e x t e n s i v e s t u d y . F i e l d - b a s e d o r g r a d i e n t - b a s e d r o u t i n g h a s b e e n p r o p o s e d

I n t h i s S e c t i o n , we d i s c u s s r e l a t e d w o r k t h a t h a s i n f l ue n c e d i n t h e p a s t f o r v a r i o u s t y p e o f a p p l i c a t i o n s i n c l ud i n g r o u ti n gt h e d e s i g n o f H E A T a n d we p o i n t o u t w h a t we h a v e d o n e i n M A N E T s [ 2 4 ] , [ 2 5 ] , l o a d b a l a n c i n g i n t h e I n t e r n e t [ 2 6 ] ,d i f f e r e n t l y . d a t a c o l l e c t i o n i n s e n s o r n e t w o r k s [ 2 7 ] , [ 2 8 ] , s e n s o r n o d eA . M A N E T a n d M e s h R o u t i n g P r o t o c o l s p l a c e m e n t [ 2 9 ] , g u i d e d n a v i g a t i o n [ 3 0 ] , o r s e r v i c e d i s c o v e r yA m u l t i t u d e o f u n i c a s t r o u t i n g p r o t o c o l s f o r M A N E T s h a v e i n M A N E T s [ 3 1 ] . T h e b a s i c f o r w a r d i n g p r i n c i p l e o f H E A Tw h i c h c o n s i s t s o f f o r w a r d i n g a l o n g t h e s t e e p e s t g r a d i e n t i sb e e n p r o p o s e d ( e . g . [ 1 ] - [ 5 ] t o name j u s t a f e w ) . T h e s e p r o - s i m i l a r t o t h e s e w o r k s . H o w e v e r , o u r m e t h o d t o e s t a b l i s h a n dt o c o l s h a v e b e e n e x t e n d e d w i t h g a t e w a y d i s c o v e r y f u n c t i o n - m a i n t a i n p o t e n t i a l f i e l d s a f t e r l i n k b r e a k s i s u n i q u e a n d u s e sa l i t y [ 6 ] - [ 1 2 ] t o a l l o w t h e i r u s e f o r w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s . o n l y l o c a l i n f o r m a t i o n f r o m t h e d i r e c t n e i g h b o r s b y m i m i c k in gS i n c e t h e s e p r o t o c o l s p r o v i d e u n i c a s t r o u t e s , i n d i v i d u a l r o u t e sm u s t b e m a i n t a i n e d b e t w e e n e v e r y m o b i l e n o d e a n d o n e o ft h e g a t e w a y s . T h e r e f o r e , t h e s e p r o t o c o l s s c a l e p o o r l y t o t h e I I I . CONCEPT A ND IMPLEMENTATION O F THE H E A Tn u m b e r o f n o d e s i n t h e m e s h n e t w o r k . PROTOCOLI n [ 1 3 ] , s c a l a b i l i t y t o t h e n u m b e r o f m e s h n o d e s i s i m p r o v e dwith u s o f l o a t o inomto;hwve,ti . i d o We p r o p o s e t o a p p l y a n yc a s t t o p r o v i d e s c a l a b l e r o u t i n g i ni th th e u s e . l o a i n i f r w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s . I n t h i s S e c t i o n , we f i r s t p r e s e n t o u ri n f o r m a t i o n i s t y p i c a l l y n o t a v a i l a b l e i n o u r t a r g e t s c e n a r i o .a* g e n e r a l a n y c a s t r o u t i n g c o n c e p t b a s e d o n t e m p e r a t u r e f i e l d s .w h e r e t h e m o b i l e n o d e s i n t h e m e s h n e t w o r k are c o m m o d i t y T h e n , w e d e s c r i b e o u r p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n .l a p t o p s o r h a n d - h e l d d e v i c e s .A p r o b l e m t h a t i s co m m o n t o m o s t MANET a n d m e s h A . C o n c e p t o f R o u t i n g u s i n g T e m p e r a t u r e F i e l d s

r o u t i n g p r o t o c o l s i s t h a t g a t e w a y a n n o u n c e m e n t s o r g a t e w a y O v e r t h e p a s t f e w y e a r s , r o u t i n g u s i n g p o t e n t i a l f i e l d s h a sr e q u e s t s a r e p r o n e t o v a n i s h d u e t o r o u t e b r e a k s , a n d t h e b e e n p r o p o s e d i n v a r i o u s c o n t e x t s [ 2 4 ] , [ 2 6 ] , [ 3 2 ] . T h e s er e c o v e r y p r o c e d u r e i s o f t e n a s e x p e n s i v e a s e s t a b l i s h i n g a new . . ' 'r o u t e . I n c o n t r a s t , [ 1 4 ] p r o p o s e s a n e f f i c i e n t m e c h a n i s m t o f i x s c al l s a t h e s e d e s i g n i d a c o n s r u c t i o n o fb r o k e n r o u t e s l o c a l l y . We a l s o g o i n t o t h i s d i r e c t i o n . W i t h a s a r f i e o n t h e n e t w o r k w h i c h a s s i g n s a s c a l a r v a l u e t oH E A T , a l l c o n t r o l m e s s a g e s a r e l o c a l a n d r o u t e s c a n e a s i l y er n o e i n t h e n e t T h e d e s t a t o a r e r e p r e e db e r e p a i r e d l o c a l l y . M o r e o v e r , s i n c e r o u t i n g i s b a s e d o n s c a l a r a s mxu s c a l a r a l u e s a n d s a r e a l w a y s W a r d ep o t e n t i a l f i e l d s a n d n o t o n r o u t e e n t r i e s , a l t e r n a t i v e r o u t e s c a n a l o n g t h ee tr e n t o w a r d s b t h e d e s t i n a t i o n i l em o s t ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ft h . i e bemndwthu diinloeha b e i n g f a i r l y s i m p l e , t h e c o n c e p t o f f i e l d - b a s e d r o u t i n g p r o v i d e so st o f t h e t i m e b e d e t e r m i n e d w i t h o u t a d d i t i o n a l o v e r h e a d a veyvraiewyo eemnn otn eiin. Fov e r y v e r s a t i l e w a y o f d e t e r m i n i n g r o u t i n g d e c i s i o n s . F o rw h e n t h e p r i m a r y r o u t e f a i l s . i n s t a n c e , m o d e l i n g s h o r t e s t - p a t h r o u t i n g w i t h a f i e l d - b a s e dMosk o e t a l . [ 1 5 ] , p r o p o s e t o e s t a b l i s h m u l t i p l e n o n - d i s j o i n t s c h e m e i s s t r a i g h t f o r w a r d a n d h a s b e e n d e m o n s t r a t e d i n [ 2 4 ] .p a t h s f o r b e t t e r p e r f o r m a n c e , b u t a g a i n t h e e s t a b l i s h e d r o u t e s Owina ru nc s a n t h i prtoo i s n o sclal tthnubr o f n g t o t h e f u n d a m e n t a l p r o p e r t i e s o f f i e l d s , l o o p f r e e d o mm e s u n o d e s . and t h i s p r o t o c o l is not scalable t o the number o f o f r o u t e s i s e n s u r e d , a n d i t i s g u a r a n t e e d t h a t p a c k e t s arem e s h n o d e s . f o r w a r d e d t o w a r d s t h e d e s t i n a t i o n a s l o n g a s t h e y a r e n oT h e r e m i clet c o n e t d i r c l y - t o t ges. C o i n l o c a l maxima i n t h e f i e l d . T h e m a j o r a d v a n t a g e s o f f i e l d - b a s e dp a e r e t m o u a b i l e u s e r g a l e l a y s p C k e r o u t i n g are t h e r o b u s t n e s s a n d s i m p l i c i t y . B y d e s i g n , a f i e l dp a r e d h a l o f r n e i g h , t h i s u i r s a l m c h i g h e m e s c o m p r i s e s m u l t i p l e r o u t e s t o a d e s t i n a t i o n , t h u s i f t h e l i n k t oo n o d e n s i t yf o t h r a . c o r a l w i r e l i e s c a m g e t h e n e i g h b o r w i t h t h e h i g h e s t f i e l d i n t e n s i t y b r e a k s a successorn o d e d e n s i t y f o r a c o m p a r a b l e w i r e l e s s c o v e r a g e . cneslbedtrid.a n e a s i l y b e d e t e r m i n e d .B . A n y c a s t R o u t i n g I n t h i s w o r k , we p r o p o s e HEAT, a n o v e l m e t h o d t o e s t a b l i s hA n y c a s t r o u t i n g w a s f i r s t p r o p o s e d f o r I P n e t w o r k s i n t h e s c a l a r f i e l d f o r f i e l d - b a s e d r o u t i n g . H E A T h a s two d i s t i n -[ 1 7 ] . D i f f e r e n t p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n s f o l l o w e d f o r w i r e l e s s g u i s h i n g f e a t u r e s . F i r s t l y , i t c o n s i d e r s b o t h t h e l e n g t h a n d t h ea d h o c n e t w o r k s [ 1 8 ] - [ 2 0 ] . H o w e v e r , t h e s e a n y c a s t r o u t i n g r o b u s t n e s s o f p a t h s i n t h e r o u t i n g d e c i s i o n . S e c o n d l y , t h e f i e l dp r o t o c o l s a r e a l l b a s e d o n u n i c a s t r o u t i n g t e c h n i q u e s s u c h a s c o n s t r u c t i o n a n d m a i n t e n a n c e m e c h a n i s m o f H E A T s c a l e s t ol i n k s t a t e o r d i s t a n c e v e c t o r r o u t i n g , a n d a s a c o n s e q u e n c e t h e y t h e n u m b e r o f n o d e s a n d t h e n u m b e r o f g a t e w a y s s i n c e i t o n l ya l l i n h e r i t t h e s a m e s c a l a b i l i t y p r o b l e m s o f t h e s e p r o t o c o l s . r e q u i r e s c o m m u n i c a t i o n a m o n g n e i g h b o r i n g n o d e s .

A n y c a s t i n g e n e r a l s c a l e s p o o r l y t o t h e n u m b e r o f g r o u p s s i n c e T h e H E A T a l g o r i t h m i s a f u l l y d i s t r i b u t e d , p r o a c t i v e a n y -I P a n y c a s t a d d r e s s e s c a n n o t b e a g g r e g a t e d i n t o s u b n e t s . T o c a s t r o u t i n g a l g o r i t h m . I t i s i n s p i r e d b y t h e p r o p e r t i e s o ft h i s e n d , d i f f e r e n t a p p r o a c h e s w e r e p r o p o s e d [ 2 1 ] - [ 2 3 ] t o p r o - t e m p e r a t u r e f i e l d s , a s d i s c u s s e d i n t h e n e x t s u b s e c t i o n . I nv i d e s c a l a b l e a n y c a s t r o u t i n g i n t h e I n t e r n e t . I n m e s h n e t w o r k s b r i e f , o u r a l g o r i t h m a s s i g n s a t e m p e r a t u r e v a l u e t o e v e r y n o d eh o w e v e r , o n e a n y c a s t g r o u p r e p r e s e n t i n g t h e g a t e w a y s t o t h e i n t h e m e s h n e t w o r k . N e w n o d e s a r e a s s i g n e d a v a l u e o fI n t e r n e t i s t y p i c a l l y s u f f i c i e n t a n d s c a l a b i l i t y t o t h e n u m b e r o f z e r o ; g a t e w a y n o d e s a r e a s s i g n e d t h e maximum v a l u e . I ng r o u p s i s n o t a m a j o r c o n c e r n , c o n t r a s t t o s t r i c t s h o r t e s t - p a t h r o u t i n g , H E A T d e t e r m i n e s t h eWe p r o p o s e d a m o d e l f o r a n y c a s t r o u t i n g b a s e d o n p o t e n t i a l t e m p e r a t u r e v a l u e o f a n o d e b a s e d o n ( i ) i t s d i s t a n c e s t of i e l d s i n [ 2 4 ] . T h i s p a p e r g o e s a s t e p f u r t h e r a n d i n t r o d u c e s a a v a i l a b l e g a t e w a y s b u t a l s o b a s e d o n ( i i ) t h e r o b u s t n e s s o fs c a l a b l e p r o t o c o l t o e s t a b l i s h p o t e n t i a l f i e l d s u s i n g o n l y l o c a l t h e p a t h s t o w a r d s t h e s e g a t e w a y s . T h a t i s , a p a t h p r o v i d i n gi n f o r m a t i o n . m u l t i p l e a l t e r n a t i v e d e l i v e r y o p p o r t u n i t i e s a l o n g i t s w a y i s


3/9

C H E A T P r o t o c o l1 . 0 0 0 0 . 2 5 0 0 . 0 6 2 0 . 0 5 1 0 0 0 We d e s c r i b e i n t h i s s u b s e c t i o n o u r p r o t o c o l f o r r o u t i n g u s i n g> , 1 . o o o 0 . 0 8 2 0 . 1 4 4 0 . 2 5 0 t e m p e r a t u r e f i e l d s . A c c o r d i n g t o t h e c o n c e p t d e s c r i b e d b e f o r e ,t h e g a t e w a y s s u p p l y a t e m p e r a t u r e f i e l d t h a t e n a b l e s r o u t i n g

1 0 0 M e s h ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ f r o mh e m e s h n o d e s t o t h e I n t e r n e t g a t e w a y s . T h e t e m p e r -- 0 . 1 0 0 - ; M e s h N o d e a t u r e v a l u e s o f n e i g h b o r s , w h i c h a r e r e q u i r e d b y H E A T f o r. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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t N S t e p I S t e p 2 S t e p 3 S t e p 4 S t e p 5 ( i ) A p a t h t o a m e s h n o d e i s o n l y a v a i l a b l e a f t e r t h i s n o d e- N a d e 2 1 N B R n l N B R F l N B R F l N B R Fl ;B R F h a s s e n t a p a c k e t t o a g a t e w a y . S i n c e t h e v a s t m a j o r i t y o f2 080 0 . 8 0 0 2 0 . 8 0 0 2 0 . 8 0 0 2 0 . 8 0 0N o d e 4 9 2 1 0 . 6 0 0 2 1 0.601 0 . 6 0 0 2 1 0 . 6 0 0 c o m m u n i c a t i o n i s i n i t i a t e d b y m e s h n o d e s , t h i s s h o u l d n o t b e a_ _ 4 9 0 . 5 0 0 49 0 . 5 0 0 4 9 0. 0 9.00 4 9 0 . 5 0 07 7 3 0 9 7 7 0 . 3 0 0 7030 7 7 0 . 3 0 0 c r i t i c a l l i m i t a t i o n i n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s . S h o u l d a m e s h n o d e| N o d e 5 3 1 1 : . n n n n 4 n 1 0 : . 0 n 4 0 n 1 7 n . 2 17 0040i 0 . 3 5 0 a c t a s a s e r v e r , a d e d i c a t e d a d d r e s s i n g m e c h a n i s m ( e . g . [ 3 3 ] -Node 2 t 1 = ( 0 . 8 0 0 - 0 ) / 4 + 0 t = ( 0 . 5 0 0 - 0 . 3 0 0 ) / 4 + 0 . 3 0 0 [ 3 5 ] ) i s n e c e s s a r y t o e n a b l e r e a c h a b i l i t y f r o m t h e I n t e r n e t .t 2 = ( 0 . 6 0 0 - 0 . 2 0 0 ) / 4 + 0 . 2 0 0 . - 0 . 3 0 0 A n y m e c h a n i s m p r o v i d i n g t h i s r e a c h a b i l i t y r e q u i r e s p e r i o d i cN o d e t 1 7 N o d e 7 7 r e g i s t r a t i o n m e s s a g e s f r o m t h e m e s h n o d e , w h i c h a l l o w s t o

k e e p t h e p a t h u p - t o - d a t e .F i g . 2 . E x a m p l e o f t h e t e m p e r a t u r e f i e l d c a l c u l a t i o n w i t h a c o n d u c t i v i t y ( i i ) T h e p a t h t o a m e s h node i s o n l y u p d a t e d wheneverv a l u e o f , = 1 / 4 f o r n o d e 5 3 : s t e p 1 , s o r t n e i g h b o r s ( n b r ) b y t e m p e r a t u r ev a l u e ; s t e p 2 - 5 i t e r a t e d o w n t h e t a b l e u n t i l t h e g i v e n t e m p e r a t u r e v a l u e o f t h e p a c k e t s a r e s e n t t o g a t e w a y s . S i n c e m o s t a p p l i c a t i o n s g e n e r a t en o d e i s h i g h e r o r e q u a l t o t h e n e x t n e i g h b o r ; n o d e 7 1 a n d 1 7 d o n o t c o n t r i b u t e b i d i r e c t i o n a l t r a f f i c , i t s h o u l d n o t b e a s h ow s t o p p e r i n p r a c t i c e .t o t h e t e m p e r a t u r e v a l u e o f n o d e 5 3 : t h e y w i l l i n c r e a s e t h e i r v a l u e s a f t e r t h e Even most s t r e a m i n g a p p l i c a t i o n s r e q u i r e p e r i o d i c k e e p - a l i v en e x t H E A T b e a c o n m e s s a g e o f n o d e 5 3 ( no d e 7 7 : 0 . 3 1 3 a n d n o d e 1 7 : 0 . 1 1 8 ) m e s s a g e s f r o m t h e r e c e i v e r . I n t h e r a r e c a s e w h e r e a m e s h

n o d e o n l y r e c e i v e s d a t a , p r o v i s i o n s n e e d t o b e t a k e n a tv a l u e t j + l i s c a l c u l a t e d a s f o l l o w s ( l i n e 5 ) : T h e d i f f e r e n c e t h e a p p l i c a t i o n l e v e l t o e n s u r e p e r i o d i c u p d a t e s o f t h e p a t hb e t w e e n t h e t e m p e r a t u r e o f t h e c u r r e n t l y c o n s i d e r e d n e i g h b o r , i n f o r m a t i o n .d e n o t e d b y a [ j ] , a n d t h e t e m p e r a t u r e a c c u m u l a t e d s o f a r ,t j , i s c a l c u l a t e d . T h e n , t h i s d i f f e r e n c e i s m u l t i p l i e d b y t h e D . I m p r o v e m e n t s f o r B e t t e r C o n v e r g e n c ec o n d u c t i v i t y p a r a m e t e r i , a n d t h e r e s u l t i s a d d e d t o t h et e m p e r a t u r e a c c u m u l a t e d s o f a r , d e n o t e d b y t j . N e w n o d e a r r i v a l s a r e e a s y t o h a n d l e i n o u r a p p r o a c h a n d

d o n o t r e q u i r e a l o n g t i m e u n t i l t h e t e m p e r a t u r e f i e l d h a sA l g o r i t h m 1 T e m p e r a t u r e F i e l d C a l c u l a t i o n F u n c t i o n c o n v e r g e d t o i t s s t e a d y s t a t e : A n o d e j o i n i n g t h e n e t w o r k s e t s1 : a s O r t a s c e d i n g i t s t e m p e r a t u r e v a l u e t o 0 a n d l e a r n s a r o u t e t o t h e I n t e r n e t2 : j ( 0 w i t h t h e f i r s t a r r i v i n g H E A T b e a c o n . A s m o r e b e a c o n s a r r i v e ,3 : t j = 0 t h e t e m p e r a t u r e i s a d j u s t e d u n t i l i t c o n v e r g e s t o i t s f i n a l v a l u e .4 : w h i l e t < a [ j ] d o On t h e o t h e r h a n d , d i s ap p e ar i n g n o d e s ( e . g . , d u e t o m o b i l i t y )5 : t = + (]- t j ) / c m ay cause i n d i v i d u a l g a t e w a y s t o b e c o m e u n r e a c h a b l e or p a r tt6it. ( a [ l t ~ ) o f t h e n e t w o r k p a r t i t i o n e d . T h e s e t y p e o f e v e n t s m i g h t t a k e7 : e n d w h i l e l o n g e r u n t i l t h e t e m p e r a t u r e f i e l d s h a s c o n v e r g e d a n d i n t h e7tndh i l e w o r s t c a s e , some m e s h n o d e m i g h t n o t b e a b l e t o r e a c h a n y8 : t f i n a l = g a t e w a y s d u r i n g s u c h p e r i o d . F o r t h i s p u r p o s e , we p r o p o s e t w o

a d d i t i o n a l m e c h a n i s m s t h a t a i m a t r e d u c i n g t h e c o n v e r g e n c eA s a r e s u l t , n o d e s w h i c h h a v e many n e i g h b o r s t o w a r d s t i m e o f t h e t e m p e r a t u r e f i e l d .

t h e g a t e w a y s o b t a i n h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h a n l i n k s w i t h o n l y T h e f i r s t m e c h a n i s m c o n s i s t s o f a n e a r l y H E A T b e a c o na s m a l l n u m b e r o f n e i g h b o r s t o w a r d s g a t e w a y s . T h i s e f f e c t t h a t i s u s e d w h e n n o d e s d e t e c t t h a t a n e i g h b o r i s n o l o n g e ri s m o r e p r o n o u n c e d t h e s m a l l e r t h e p a r a m e t e r , i s c h o s e n . r e a c h a b l e a n d t h a t t h i s n e i g h b o r d e p a r t u r e h a s a s i g n i f i c a n tF i g u r e 1 i l l u s t r a t e s a n e x a m p l e t e m p e r a t u r e f i e l d w i t h i = 1 / 4 . i n f l u e n c e o n t h e t e m p e r a t u r e o f t h a t n o d e .A s , i s s e t t o a r a t h e r s m a l l v a l u e , o n e r e c o g n i z e s t h a t t h e T o a v o i d e x t e n s i v e o v e r h e a d c a u s e d b y s u c h e a r l y H E A Th i g h l i n k r e d u n d a n c y i n t h e r i g h t h a l f o f t h e n e t w o r k i s t a k e n b e a c o n s , e a c h n o d e i s a l l o w e d t o d e l a y t h e f o r w a r d i n g o f s u c hi n t o a c c o u n t . A s t e p - b y - s t e p e x a m p l e o f t h e f i e l d c a l c u l a t i o n e a r l y H E A T b e a c o n s f o r a s h o r t p e r i o d ( e . g . , a f e w b r o a d c a s tf u n c t i o n i s g i v e n i n F i g . 2 f o r i = 1 / 4 . i n t e r v a l s ) t o e n s u r e t h a t m u l t i p l e e a r l y H E A T b e a c o n t r i g g e r e d2 ) R o u t i n g P a c k e t s From G a t e w a y s t o M e s h N o d e s : A n b y t h e same e v e n t a r e a g g r e g a t e d a t t h e r e l a y i n g n o d e s .o p e n i s s u e t h a t h a s n o t b e e n d i s c u s s e d y e t i s h ow t o r o u t e I f a n o d e l e a v e s u n e x p e c t e d l y , t h e n o d e d e p a r t u r e i s d e t e c t e dp a c k e t s f r o m t h e I n t e r n e t g a t e w a y s b a c k t o t h e m e s h n o d e s . b y o n e o f t h e n e i g h b o r i n g n o d e s b y i t s m a i n t e n a n c e p r o c e d u r eS i n c e f o l l o w i n g t h e s t e e p e s t d e s c e n t o f t h e t e m p e r a t u r e f i e l d o f i t s n e i g h b o r t a b l e . I f i t s o wn t e m p e r a t u r e v a l u e i s a f f e c t e d ,d o e s n o t n e c e s s a r i l y l e a d t o t h e m e s h n o d e t h a t s e n t p a c k e t s , t h e n o d e i n f o r m s i t s n e i g h b o r i n g n o d e s a g a i n u s i n g e a r l ya n a l t e r n a t i v e way i s r e q u i r e d . H E A T b e a c o n .

E v e n t h o u g h t h e r e a r e a m u l t i t u d e o f o p t i o n s , m o s t o f t h e m T h e s e c o n d m e c h a n i s m i s t o a v o i d a p o s s i b l e e f f e c t we c a l la r e n o t u s e f u l b e c a u s e t h e y d e g r a d e t h e s c a l a b i l i t y p r o p e r t i e s " s w i n g d o w n " o f t e m p e r a t u r e s . T h i s e f f e c t o c c u r s f o r i n s t a n c eo f t h e t e m p e r a t u r e f i e l d a p p r o a c h . S t r i v i n g t o p r e s e r v e t h e i n t h e f o l l o w i n g s c e n a r i o . We l o o k a t t h r e e m e s h n o d e s . T wos c a l a b i l i t y p r o p e r t i e s t h a t we g a i n f r o m u s i n g a n y c a s t r o u t i n g , o f t h e m , n o d e a a n d n o d e c , a r e n e i g h b o r s o f t h e t h i r d n o d e ,we p r o p o s e t o r e c o r d t h e p a t h s o f p a c k e t s b e i n g f o r w a r d e d n o d e b . A s s u m e t h a t n o d e a i s c l o s e t o a g a t e w a y a n d t h et o w a r d s t h e g a t e w a y s a n d u s e t h e r e v e r s e p a t h t o r o u t e p a c k e t s t e m p e r a t u r e v a l u e o f m o d e b i s h e a v i l y i n f l u e n c e d b y m o d e a a n db a c k . T h i s a p p r o a c h c a n b e v i e w e d a s s o m e s o r t o f s o u r c e t h e v a l u e o f m o d e c i s i n f l u e n c e d b y m o d e b . I n t h i s s c e n a r i o , ar o u t i n g a n d h a s t h e a d v a n t a g e t h a t t h e r e i s n o n e e d f o r f a i l u r e o f t h e l i n k b e t w e e n m o d e a a n d m o d e b s h o u l d l e a d t o aa d d i t i o n a l c o n t r o l m e s s a g e s . On t h e o t h e r h a n d , t w o i s s u e s s u b s t a n t i a l d e c r e a s e o f t h e t e m p e r a t u r e o f m o d e b a n d a n e v e np e r t a i n i n g t o s o u r c e r o u t i n g a r i s e : h e f t i e r c h a n g e a t m o d e c .


5/9

H o w e v e r , t h e f o l l o w i n g p r o b l e m a r i s e s . S i n c e o n l y n o d e bn o t i c e s t h e l i n k f a i l u r e , i t r e - c a l c u l a t e s i t s t e m p e r a t u r e v a l u ef i r s t a n d i n c o r p o r a t e s t h e h i g h t e m p e r a t u r e o f i t s n e i g h b o rn o d e c . I n t h e n e x t s t e p , n o d e c d e c r e a s e s i t s t e m p e r a t u r e v a l u ea l s o , a n d t h i s g a m e g o e s on a n on u n t i l b o t h n o d e s h a v e t h e i r .c o r r e c t t e m p e r a t u r e v a l u e s . I n o r d e r t o a v o i d s u c h e x p e n s i v e . Qb a c k a n d f o r t h a d a p t a t i o n , we u s e t h e f o l l o w i n g t e c h n i q u e t h a ti s s i m i l a r t o p o i s o n r e v e r s e [ 3 6 ] . We a d d t h e i d e n t i f i e r s o ft h e c o n t r i b u t i n g n e i g h b o r s t o t h e t e m p e r a t u r e v a l u e i n e a c hH E A T b e a c o n . U s i n g t h e s e i d e n t i f i e r s , t h e H E A T a l g o r i t h ma t a p a r t i c u l a r n o d e t h e n i g n o r e s a l l t e m p e r a t u r e v a l u e s f r o m F i g . 3 . V e c t o r i z e d s t r e e t m a p o f t h e c i t y ( 5 k m b y 7 k m ) o f Z u r i c h .n e i g h b o r s t h a t d e r i v e d t h e i r t e m p e r a t u r e f r o m t h i s n o d e . map o f t h e c i t y c e n t e r o f Z u r i c h f o r w h i c h we p r e s e n t o u rr e s u l t s i n t h i s p a p e r , i s s h o w n i n F i g . 3 .T o e v a l u a t e t h e p e r f o r m a n c e a n d s c a l a b i l i t y o f o u r a p p r o a c h , T h e a c t u a l n o d e m o v e m e n t i s m o d e l e d a c c o r d i n g t o t h ewe p e r f o r m e d s i m u l a t i o n s w i t h G l o m o s i m [ 3 7 ] , a n e t w o r k s t e a d y - s t a t e r a n d o m t r i p m o b i l i t y m o d e l [ 4 1 ] o n t h e v e c t o r i z e ds i m u l a t o r f o r w i r e l e s s n e t w o r k s . We i m p l e m e n t e d t h e c o m p l e t e m a p s . T h a t i s , a n o d e c h o o s e s a r a n d o m d e s t i n a t i o n i n t h e c i t yH E A T p r o t o c o l i n G l o m o s i m . T h e r e l e v a n t p a r a m e t e r s o f a n d m o v e s t o t h i s p o s i t i o n w i t h a c o n s t a n t s p e e d a l o n g t h eo u r p r o t o c o l a r e d e s c r i b e d i n A p p e n d i x I . T h e s e i n c l u d e t h e s h o r t e s t w a y . We d o n o t i n t r o d u c e a n y p a u s i n g o f t h e n o d e s ,HELLO b e a c o n i n t e r v a l , t h e HELLO b e a c o n t i m e o u t , t h e d e l a y a n d a n o d e t h e r e f o r e b e g i n s t o m o v e t o a n e w d e s t i n a t i o n a so f e a r l y H ELLO b e a c o n s , a n d t h e c o n d u c t i v i t y v a l u e i . A s s o o n a s i t a r r i v e s a t t h e t a r g e t p o s i t i o n . O u r m o d e l i s a p p l i e da r e f e r e n c e f o r t h e p e r f o r m a n c e o f o u r i m p l e m e n t a t i o n , we f o r p e d e s t r i a n s a s w e l l a s c a r s s i n c e t h e m o v e m e n t s o f b o t hu s e OLSR. T h e s e t t i n g s a n d a s s u m p t i o n s we u s e d f o r o u r a r e c o n s t r a i n e d b y t h e s t r e e t s i n t h e c i t y .s i m u l a t i o n s a r e d e s c r i b e d n e x t .A . OLSR D. T r a f f i c P a t t e r nWe e x p e c t w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s t o b e u s e d f o r I n t e r n e t -A s f r e n c e f o r H E t , we u s e t h e OLSR l e m e n - t y p e o f a p p l i c a t i o n s l i k e w e b b r o w s i n g , m e s s a g i n g , c h a t t i n g ,t a t i o n s f r o m u t e u n i v e r s i o f N i a [ 3 9 ] . O a o w O e t c . T h e r e f o r e , we r e l y on a n I n t e r n e t t r a f f i c m o d e l a s u s e dr e d i s t r i b u t e r o u t i n g i n f o r m a t i o n f r o m s o - c a l l e d " N o n OLSR i n [ 4 ] [ 4 ] c n i t n . fahl-afmxo temn nI n t e r f a c e s " a s t h e g a t e w a y u p l i n k i n t e r f a c e t o t h e I n t e r n e t . I n i k e t r a f i s t i n g t r a f f h a s a b i d i r e a l c n s t a n to u r e x p e r i m e n t s , we h a v e f o u n d t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f OLSR b i t e o f 6 4 k / a n d t r a t i o o f s t r e a m a r e s e x p od r o p s q u i c k l y w i t h i n c r e a s i n g m o b i l i t y . We a s s u m e t h a t t h i s n e t i a l l y o d i s t r i b u t e d t h a v r a g e o f s e c n s . e b -i s i n p a r t d u e t o t h e l o n g h e l l o i n t e r v a l o f 2 s e c o n d s . I n o r d e r l e n t r a f f i c i s t s o f a d 1 v B r e q u e s t s 0 a c c o r d i n t o b at o a c h i e v e a f a i r c o m p a r i s o n w i t h H E A T , w h i c h h a s a b e a c o ni n t e r v a l o f 1 s e c o n d , we t r i e d t o a d j u s t t h e h e l l o i n t e r v a l o f e x p o n e n t i a l l y d i s t r i b u t e d i n t e r - r e q u e s t t i m e w it h a n a v e r a g e o fOLSR als tI ec nd .W iht isadj st entt eprfrmac e 1 0 s e c o n d s , f o l l o w e d b y r e s p o n s e m e s s a g e s w i t h a m e s s a g eOLSR a l s o t o 1 s e c o n d . W i t h t h i s a d j u s t m e n t , t h e p e r f o r m a n c e sietaisProII[4dsrbud(vrge1kBmnml' ~ ~ ~ ~ s i z e t h a t i s P a r e t o I I [ 4 4 ] d i s t r i b u t e d ( a v e r a g e 1 2 k B , m i n i m a lo f OLSR i m p r o v e s b y r o u g h l y 10% a n d we u s e t h i s s e t t i n g 0 . 1 k B , maximum 1 0 0 0 k B ) .f o r a l l e x p e r i m e n t s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r . A l l t r a f f i c i n o u r s i m u l a t i o n s a r e f r o m n o d e s w i t h i n t h eB . R a d i o S e t t i n g s w i r e l e s s m e s h n e t w o r k t o h o s t s i n t h e I n t e r n e t a n d v i c ev e r s a ( t h e r e i s n o c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e w i r e l e s s n o d e sO u r s i m u l a t i o n s a r e b a s e d o n a W i F i n e t w o r k . A l l n o d e s t h e m s e l v e s ) . N o t e h o w e v e r , t h a t we d o n o t e x p l i c i t l y s i m u l a t ea r e e q u i p p e d w i t h a n 8 0 2 . 1 l b r a d i o w i t h a b a n d w i d t h o f t h e m c o n n e c t i b e w e e n t h e I e r n e t e siate1 1 Mbps a n d a n o m i n a l r a n g e o f 2 5 0 m e t e r s . A s MAC l a y e r t h e I n t e r n e t w b e c a u s e w e a s e t g a t e w a y n o d e s t oprooclee t h e 8 0 . 1 DWMC-DF/RS/TSan h o s t s i n t h e I n t e r n e t b e c a u s e w e assume t h e g a t e w a y n o d e s t ob e c o n n e c t e d t o t h e I n t e r n e t o v e r b r o a d b a n d c o n n e c t i o n s w i t ha s p r o p a g a t i o n m o d e l t h e t w o - r a y g r o u n d . Due t o t h e l a r g e h i g h b a n d w i d t h , l o w d e l a y s , a n d l o w p a c k e t l o s s e s c o m p a r e dn e t w o r k s i z e s we u s e , we w e r e u n a b l e t o m o d e l t h e e f f e c t t o t h e w i r e l e s s m e s h n e t w o r k . T h i s m e a n s t h a t a l l r e s u l t s weo f i n t e r m e d i a t e b u i l d i n g s i n o u r c i t y s c e n a r i o s . H o w e v e r , wee x p e c t t h a t t h e t r e n d s o f o u r r e s u l t s a l s o h o l d w h e n s u c h prsnaefopcktisdehewelsmshewr.A l l s i m u l a t i o n s h a v e a d u r a t i o n o f a t l e a s t 1 0 0 0 0 s e c o n d so b s t a c l e s a r e p r e s e n t . a n d a r e a l w a y s a n a v e r a g e o v e r a t l e a s t 2 0 r u n s w i t h d i f f e r e n tC . C i t y M o b i l i t y M o d e l r a n d o m s e e d s .

I n s t e a d o f r e l y i n g o n s i m p l e m o b i l i t y m o d e l s l i k e t h e V . SIMULATION RESULTSr a n d o m w a y p o i n t o r t h e r a n d o m w a l k m o b i l i t y m o d e l s , wed e v e l o p e d a m o r e r e a l i s t i c m o b i l i t y m o d e l t h a t a c c o u n t s f o r We p r e s e n t t h e f o l l o w i n g m e t r i c s t o c o m p a r e t h e p e r f o r -t h e a c t u a l r o a d n e t w o r k o f r e a l S w i s s c i t i e s . T h e r o a d m a p s O f m a n c e a n d s c a l a b i l i t y o f H E A T w i t h O L S R .t h e s e c i t i e s a r e e x t r a c t e d f r o m t h e S w i s s g e o g r a p h i c i n f o r m a - . P a c k e t d e l i v e r y r a t i o - T h e n u m b e r o f p a c k e t s t h a t a r et i o n s y s t e m ( G I S ) [ 4 0 ] w h i c h i n c l u d e s v e c t o r i z e d b u i l d i n g a n d s u c c e s s f u l l y r e c e i v e d t o t h e t o t a l n u m b e r o f p a c k e t s s e n t .s t r e e t m a p s t o g e t h e r w i t h s p e e d i n f o r m a t i o n . T h e v e c t o r i z e d T h i s m e t r i c i n c l u d e s a l l d a t a p a c k e t s f r o m t h e m e s h n o d e s


6/9

-- -OLSR UHEAT -OLSR HEAT1 0 0 1 0 09 0 9 0 -

g 8 0 - 8 0. 2 7 0 . 2 70-D 6 0 6 0

5 0 - 5 0-D 4 0 4 0 -. 3 0 - 30-X2 0 - 2 0 -

1 0 10 -0- 0-

2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 1. 0 2 . 5 4 . 9 9. 8Nu mber o f Nodes w i t h C o n s t a n t D e n s i t y Nodes p e r C o m m u n i c a t i o n Range w i t h C o n s t a n t A r e a

( a ) P a c k e t d e l i v e r y r a t i o v s . n u m b e r o f n o d e s . ( b ) P a c k e t d e l i v e r y r a t i o v s . n o d e d e n s i t y .-- -OLSR HEAT

6 - _0

4

0

A0 3 -_-0. x 1

2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0Num b er o f Nodes w i t h C o n s t a n t D e n s i t y

( c ) R o u t i n g o v e r h e a d i n p a c k e t s / s e c . v s . n u m b e r o f n o d e s .F i g . 4 . S c a l a b i l i t y e v a l u a t i o n i n s t a t i c s c e n a r i o .t o t h e g a t e w a y s a s w e l l a s p a c k e t s f r o m t h e g a t e w a y s b a c k o b t a i n d i f f e r e n t n o d e d e n s i t i e s b y v a r y i n g t h e t o t a l n u m b e rt o t h e m e s h n o d e s . o f n o d e s w h i l e k e e p i n g t h e s i m u l a t i o n a r e a c o n s t a n t . T h eR o u t i n g o v e r h e a d - T h e n u m b e r o f r o u t i n g c o n t r o l m e s - p a c k e t d e l i v e r y r a t i o f o r a s t a t i c s c e n a r i o w i t h r a n d o m l y p l a c e ds a g e s t h a t e v e r y n o d e s e n d s o n a v e r a g e p e r s e c o n d . n o d e o n a n a r e a o f 5 k m b y 5 k m , 1 0 0 a c t i v e n o d e s , a n d at o t a l n u m b e r o f n o d e s r a n g i n g f r o m 2 0 0 t o 2 0 0 0 i s s h o w nA . S c a l a b i l i t y w i t h t h e N e t w o r k S i z e i n F i g . 4 ( b ) . F o r n o d e d e g r e e s s m a l l e r t h an a r o u n d 2 . 5 , t h e

I n a f i r s t e x p e r i m e n t , we l o o k a t how t h e p e r f o r m a n c e i s n e t w o r k i s n o t a l w a y s i n a c o n n e c t e d s t a t e ( s o m e d a t a s o u r c e sa f f e c t e d w h e n i n c r e a s i n g t h e n e t w o r k s i z e w h i l e k e e p i n g t h e a r e p a r t i t i o n e d f r o m t h e g r o u p o f I n t e r n e t g a t e w a y s ) a n d t h ea v e r a g e n o d e d e g r e e c o n s t a n t . T h e n o d e d e g r e e i s k e p t c o n s t a n t d e l i v e r y r a t i o i s t h u s l e s s t h a n 1 f o r a l l p r o t o c o l s . A n a v e r a g eb y i n c r e a s i n g t h e s i m u l a t i o n a r e a ( t h e s e c t i o n o f t h e m a p s ) n o d e d e g r e e o f a p p r o x i m a t e l y 2 . 5 s u f f i c e s t o h a v e a c o n n e c t e da s we i n c r e a s e t h e n u m b e r o f n o d e s . T h e r e s u l t s f o r a s t a t i c n e t w o r k a n d H E A T a s w e l l a s OLSR m a n a g e t o d e l i v e r a l m o s ts c e n a r i o w i t h r a n d o m l y p l a c e d n o d e s , 1 0 0 a c t i v e n o d e s ( h a l f a l l p a c k e t s . H o w e v e r , a s t h e n o d e d e g r e e b e c o m e s l a r g e r t h a nc o n s t a n t - b i t r a t e a n d h a l f w e b - l i k e t r a f f i c a s d e s c r i b e d i n t h e 2 . 5 , t h e p e r f o r m a n c e o f H E A T a n d OLSR r e m a i n s m a i n l yp r e v i o u s s e c t i o n ) , 5 I n t e r n e t g a t e w a y s , a n d a n a p p r o x i m a t e u n a f f e c t e d . N o t e t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f H E A T a n d OLSRa v e r a g e n o d e d e g r e e o f 3 a r e s h o w n i n F i g 4 . I n F i g . 4 ( a ) , we s l i g h t l y d e g r a d e s s i n c e a h i g h e r n o d e d e g r e e i n c r e a s e s t h es e e t h e p a c k e t d e l i v e r y r a t i o . A s t h e n e t w o r k s i z e i n c r e a s e s , p r o b a b i l i t y o f H E A T b e a c o n , r e s p e c t i v e l y h e l l o , m e s s a g e s t ot h i s r a t i o f o r H E A T r e m a i n s c o n s t a n t a t a l m o s t 1 0 0 % a n d f o r i n t e r f e r e .OLSR d e c r e a s e s o n l y m a r g i n a l l y . H E A T h a s c o n s t a n t o v e r h e a dp e r n o d e i n d e p e n d e n t o f t h e n e t w o r k s i z e ( s e e F i g . 4 ( c ) ) . C . S c a l a b i l i t y w i t h t h e N e t w o r k D y n a m i c sT h e o v e r h e a d f o r OLSR i s a l s o c l o s e t o c o n s t a n t b u t s t i l l i n - I n a n e x t e x p e r i m e n t , we i n v e s t i g a t e how n o d e m o b i l i t yc r e a s e s s l i g h t l y b e c a u s e t h e l i n k s t a t e r o u t i n g p r o t o c o l r e q u i r e s a f f e c t s t h e r o u t i n g p e r f o r m a n c e . We c o n s i d e r t w o s c e n a r i o s : ( i )f u l l k n o w l e d g e a b o u t t h e w h o l e t o p o l o g y . T h e h i e r a r c h i c a l a s c e n a r i o w i t h m o b i l e n o d e s m o v i n g a t p e d e s t r i a n s p e e d s ( i . e . ,f l o o d i n g m e c h a n i s m u s e d b y OLSR m i t i g a t e s t h e s c a l a b i l i t y n o d e s p e e d s t h a t a r e u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d b e t w e e n 0 . 5 m / sp r o b l e m b u t i s n o t a b l e t o e l i m i n a t e i t c o m p l e t e l y . a n d 3 m I s ) , a n d ( i i ) a s c e n a r i o i n c l u d i n g n o d e s m o v i n g a t c a r

s p e e d s i n a c i t y ( i . e . , n o d e s p e e d s t h a t a r e u n i f o r m l y b e t w e e nB . S c a l a b i l i t y w i t h t h e N o d e D e n s i t y 1 0 m I s a n d 2 0 m I s ) .I n a s e c o n d e x p e r i m e n t , we v a r y t h e a v e r a g e n o d e d e g r e e T h e r e s u l t s f o r t h e p e d e s t r i a n s c e n a r i o w i t h a s i m u l a t i o n a r e at o s e e how t h e p r o t o c o l s s c a l e w i t h t h e n o d e d e n s i t y . We o f 5 k m b y 5 k i n , 5 g a t e w a y s p l a c e d a s t r a t e g i c p o s i t i o n s , a n d


7/9

| OLSR H E A T -OLSR HEAT1 0 0 _ 1 0 090-908 0 8 0

. 2 7 0 .- 7 06 0 6 0

> 5 0 5 0 -a 4 0 a 4 0. 30 30o 2 0 X 2 0

1 0 1 00 0

2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0Nu mber o f Nodes w i t h C o n s t a n t D e n s i t y Nu mber o f Nodes w i t h C o n s t a n t D e n s i t y( a ) P a c k e t d e l i v e r y r a t i o . ( a ) P a c k e t d e l i v e r y r a t i o .

OLSR H E A T OLSR HEAT6 6

03 0320 2 0 2

2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 5 0 0 1 0 0 0 2000Num b er o f Nodes w i t h C o n s t a n t D e n s i t y Num b er o f Nodes w i t h C o n s t a n t D e n s i t y

( b ) R o u t i n g o v e r h e a d i n p a c k e t s / s e c . ( b ) R o u t i n g o v e r h e a d i n p a c k e t s / s e c .F i g . 5 . M o b i l e s c e n a r i o a t p e d e s t r i a n s p e e d s . F i g . 6 . M o b i l e s c e n a r i o a t c a r s p e e d s .1 0 0 a c t i v e n o d e s a r e g i v e n i n F i g . 5 . A t t h i s n o d e s p e e d , t h e O b v i o u s l y , t h e p a c k e t d e l i v e r y r a t i o i n c r e a s e s a s t h e n u m b e rp a c k e t d e l i v e r y r a t i o o f H E A T i s a l m o s t a s g o o d a s i n t h e o f g a t e w a y s i n c r e a s e s . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e t h e a v e r a g es t a t i c s c e n a r i o ( a s p r e v i o u s l y s h o w n i n F i g . 4 ) w i t h a s l i g h t l y d i s t a n c e b e t w e e n m e s h n o d e s a n d g a t e w a y s d e c r e a s e s a s t h eh i g h e r r o u t i n g o v e r h e a d . T h i s a d d i t i o n a l o v e r h e a d o r i g i n a t e s n u m b e r o f g a t e w a y s i n c r e a s e s i n t h e s a m e a r e a . T h e r e f o r e , t h ef r o m t h e p r o t o c o l e n h a n c e m e n t s t o i m p r o v e t h e c o n v e r g e n c e a v e r a g e p a t h s a r e s m a l l e r a n d t h e p e r f o r m a n c e i s l e s s p r o n e t ot i m e a s p r o p o s e d i n S e c t i o n I I I - D , s i n c e t h e c o r e p r o t o c o l l i n k f a i l u r e s d u e t o m o b i l i t y . F u r t h e r m o r e , when t h e n u m b e r o fh a s a n o v e r h e a d w h i c h i s i n d e p e n d e n t o f t h e n o d e s p e e d . g a t e w a y s i s t o o s m a l l ( e . g . , o n l y o n e g a t e w a y ) , t h e c a p a c i t y o fL o o k i n g a t t h e r e s u l t s o f OLSR r e v e a l s t h a t i t s p a c k e t d e l i v e r y t h e r a d i o i n t e r f a c e a t t h e g a t e w a y ( s ) b e c o m e s a l i m i t i n g f a c t o r .r a t i o a l r e a d y d e c r e a s e s s l i g h t l y f o r n o d e s m o v i n g a t p e d e s t r i a n I n o t h e r w o r d s , t h e a v a i l a b l e c a p a c i t y o f t h e g a t e w a y ( s ) i s n o ts p e e d , p a r t i c u l a r l y i n l a r g e r n e t w o r k s w i t h l o n g e r r o u t e s . s u f f i c i e n t t o s u p p o r t a l l t h e t r a f f i c g e n e r a t e d b y t h e m e s h n o d e s .F i g u r e 6 s h o w s t h e p e r f o r m a n c e a t c a r s p e e d s u s i n g t h e I f we c o n s i d e r t h e n u m b e r o f g a t e w a y s t h a t a r e n e c e s s a r ys a m e s e t t i n g s . A t t h e s e n o d e s p e e d s , t h e p e r f o r m a n c e o f H E A T i n t h e m e s h n e t w o r k t o p r o v i d e a n a v e r a g e p a c k e t d e l i v e r ya n d OLSR i s w o r s e t h a n a t p e d e s t r i a n s p e e d s . H o w e v e r , t h e r a t i o t h a t i s g r e a t e r t h a n f o r e x a m p l e 0 . 9 9 , we c o n c l u d e t h a tp a c k e t d e l i v e r y r a t i o o f H E A T r e m a i n s a b o v e 7 0 p e r c e n t w i t h HEAT, 5 g a t e w a y s a r e s u f f i c i e n t . W i t h 5 g a t e w a y s , OLSRw h e r e a s t h e r a t i o o f OLSR d r o p s b e l o w 4 0 p e r c e n t f o r a c h i e v e s a p a c k e t d e l i v e r y r a t i o o f a b o u t 0 . 9 . W i t h a n i n c r e a s -n e t w o r k s o f 2 0 0 0 n o d e s . A t c a r s p e e d , OLSR i s n o l o n g e r i n g n u m b e r o f g a t e w ay s , t h i s r a t i o r i s e s o n l y s l i g h t l y b e c a u s ec a p a b l e t o m a i n t a i n u p - t o - d a t e r o u t e s w h i l e H E A T s t i l l d o e s . t h e l i m i t i n g f a c t o r o f OLSR i n m o b i l e s c e n a r i o s i s t h a t r o u t e sT h e s e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r o u t i n g p e r f o r m a n c e o f H E A T b e c o m e i n v a l i d q u i c k l y . We c o n c l u d e f r o m t h i s e x p e r i m e n ts c a l e s b e t t e r b y t h e n o d e s p e e d i n t h e w i r e l e s s m e s h n e t w o r k t h a t i n m o b i l e s c e n a r i o s , OLSR r e q u i r e s m o r e g a t e w a y s t h a nt h a n OLSR. H E A T t o a c h i e v e a c o m p a r a b l e d e l i v e r y r a t i o . A l a r g e n u m b e r

o f g a t e w a y s c a n b e s a v e d w i t h o u r p r o t o c o l , w h i c h m a k e s i tp a r t i c u l a r l y s u i t a b l e f o r m e s h n e t w o r k d e p l o y m e n t s w h e r e t h eF i n a l l y , we i n v e s t i g a t e t h e s c a l a b i l i t y w i t h r e s p e c t t o t h e c o s t o f t h e g a t e w a y s i s a n i m p o r t a n t a s p e c t .n u m b e r o f a v a i l a b l e g a t e w a y s i n t h e m e s h n e t w o r k . I n F i g . 7 ,t h e p a c k e t d e l i v e r y r a t i o a n d t h e r o u t i n g o v e r h e a d a r e p r e - V I . CONCLUSIONs e n t e d f o r t h e p e d e s t r i a n s c e n a r i o w i t h 1 0 0 0 n o d e s m o v i n g o n We h a v e i n v e s t i g a t e d t h e p r o b l e m o f r o u t i n g b e t w e e n m o b i l ea n a r e a o f 5 k m b y 5 k m w i t h r a n d o m l y p l a c e d g a t e w a y s o f a u s e r n o d e s a n d I n t e r n e t g a t e w a y s i n w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s .t o t a l n u m b e r r a n g i n g f r o m 1 t o 3 0 a s w e l l a s 1 0 0 a c t i v e n o d e s We h a v e p r o p o s e d a n e w a n y c a s t r o u t i n g p r o t o c o l t h a t i s b a s e dg e n e r a t i n g t r a f f i c . o n t e m p e r a t u r e f i e l d s . O u r p r o t o c o l m a k e s u s e o f l o c a l b e a c o n


8/9

| -OLSR HE AT [ 6 ] J . - C . C h e n a n d S . L i a n d S . - H . C h a n a n d J . - Y H e , " W I A N I : W i r e l e s s1 0 0 I n f r a s t r u c t u r e a n d Ad-Hoc N e t w o r k I n t e g r a t i o n , " i n P r o c e e d i n g s o f IEEE9 0 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n C o m m u n i c a t i o n s ( I C C ) , 2 0 0 5 .Z 7 8 0 [ 7 ] R e n - H u n g H w a n g a n d C h i u n g - Y i n g W a n g a n d C h e n g - Y i n g L i a n d Y u h -. 2 7 0 '/ S h y a n C h e n , " M o b i l e I P v 6 - b a s e d A d Hoc N e t w o r k s : I t s D e v e l o p m e n ts r 6 0 , a n d A p p l i c a t i o n , " IEEE J o u r n a l on S e l e c t e d A r e a s i n C o m m u n i c a t i o n s ,v o l . 2 3 , n o . 1 1 , p p . 2 1 6 1 - 2 1 7 1 , Nov 2 0 0 5 .. 5 0 [ 8 ] C . A h l u n d a n d A . Z a s l a v s k y , " E x t e n d i n g G l ob a l I P C o n n e c t i v i t y f o rD 4 0 A d Hoc N e t w o r k s , " K l u w e r . T e l e c o m m u n i c a t i o n S y s t e m s , M o d e l i n g ,3 0 A n a l y s i s , D e s i g n a n d M a n a g e m e n t , v o l . 2 4 , n o . 2 - 4 , 2 0 0 3 .

X . 2 0 [ 9 ] P . R a t a n c h a n d a n i a n d R . K r a v e t s , " A h y b r i d a p p r o a c h t o i n t e r n e t1 0 c o n n e c t i v i t y f o r m o b i l e a d h o c n e t w o r k s , " i n P r o c e e d i n g s o f IEEEWCNC, 2 0 0 3 .0 [ 1 0 ] Y S u n , E . B e l d i n g - R o y e r , a n d C . P e r k i n s , " I n t e r n e t c o n n e c t i v i t y f o r1 u m 5 e r 1 0 f 2 0 t e w 3 0 s a d h o c m o b i l e n e t w o r k s , " i n i n I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f W i r e l e s sN u m b e r o f G a t e w a y s I n f o r m a t i o n N e t w o r k s , s p e c i a l i s s u e o n M o b i l e A d h o c N e t w o r k s , 2 0 0 2 .( a ) P a c k e t d e l i v e r y r a t i o . [ 1 1 ] M. M i c h a l a k a n d T . B r a u n , "C o m m o n g a t e w a y a r c h i t e c t u r e f o r m o b i l ea d - h o c n e t w o r k s , " i n WONS ' 0 5 : P r o c e e d i n g s o f t h e S e c o n d A n n u a l

- O L S R H E A T C o n f e r e n c e on W i r e l e s s O n - d e m a n d N e t w o r k S y s t e m s a n d S e r v i c e s6 ( W O N S ' 0 5 ) . W a s h i n g t o n , D C , USA: IEEE C o m p u t e r S o c i e t y , 2 0 0 5 ,p p . 7 0 - 7 5 .

0 5 [ 1 2 ] R . B a u m a n n , "VANET: V e h i c u l a r A d Hoc N e t w o r k s , " M a s t e r ' s t h e s i s ,E T H Z u r i c h , 2 0 0 4 .a m [ 1 3 ] B . - N . C h e n g , M . Y u k s e l , a n d S . K a l y a n a r a m a n , " O r t h o g o n a l r e n d e z v o u sr o u t i n g p r o t o c o l f o r w i r e l e s s m e s h n e t w o r k s , " i n P r o c . o f I C N P . S a n t ao 3 B a r b a r a , C a l i f o r n i a : I E E E , N o v . 2 0 0 6 .[ 1 4 ] M. Mosko a n d J . J . G a r c i a - L u n a - A c e v e s , "A d h o c r o u t i n g w i t h d i s -g r s 2 t r i b u t e d o r d e r e d s e q u e n c e s , " i n IEEE I NFOCO M 2 0 0 6 , B a r c e l o n a ,

S p a i n , A pr i l 2 0 0 6 .[ 1 5 ] M. Mosko a n d J . G a r c i a - L u n a - A c e v e s , " M u l t i p a t h r o u t i n g i n w i r e l e s sm e s h n e t w o r k s , " i n P r o c . IEEE W o r k s h o p o n W i r e l e s s M e s h N e t w o r k sO ( W i M e s h ) , S a n t a C l a r a , U S A , s e p 2 0 0 5 .1 5 1 0 2 0 3 0 [ 1 6 ] H . J u a n d I . R u b i n , " B a c k b o n e t o p o l o g y s y n t h e s i s f o r m e s h e d w i r e l e s sN u m b e r o f G a t e w a y s L A N s , " i n IEEE I NFOCO M 2 0 0 6 , B ar c e l on a , S p a i n , A p r i l 2 0 0 6 .[ 1 7 ] C . P a r t r i d g e , T . M e n d e z , a n d W . M i l l i k e n , " H o s t A n yc a s t in g S e r v i c e , "( b ) R o u ti n g o v e r h e a d i n p a c k e t s / s e c . RF C 1 5 4 6 ( I n f o r m a t i o n a l ) , N o v . 1 9 9 3 .F i g . 7 . T h e e f f e c t o f t h e n u m b e r o f g a t e w a y s ( m o b i l e s c e n a r i o a t p e d e s t r i a n [ 1 8 ] V . P a r k a n d J . M a c k e r , " A n yc a s t R o u t i n g f o r M o b i l e S e r v i c e s , " i ns p e e d s ) . C o n f e r e n c e o n I n f o r m a t i o n S c i e n c e s a n d S y s t e m s ( C I S S ) , B a l t i m o r e ,M D, USA, M a r c h 1 9 9 9 .

e x c h a n g e s t o e s t a b l i s h r o u t i n g s t a t e a n d i s t h u s p a r t i c u l a r l y [ 1 9 ] J i a n x i n W a n g a n d Y u a n Z h e n g a n d W e i j i a J i a , " A n A O D V - b a s e d A n y c a s tP r o t o c o l i n M o b i l e A d Hoc N e t w o r k , " i n P r o c . o f t h e IEEE I n t e r n a t i o n a ls c a l a b l e f o r l a r g e a n d d e n s e n e t w o r k s . F u r t h e r m o r e , t e m p e r - S y m p o s i u m o n P e r s o n a l , I n d o o r a n d M o b i l e R a d i o C o m m u n i c a t i o n ,a t u r e f i e l d s a c c o u n t f o r t h e l i n k d i v e r s i t y a n d r e d u n d a n c y B e i j i n g , C h i n a , S e p t e m b e r 2 0 0 3 .t o w a r d s t h e g a t e w a y s w h i c h m a k e s o u r p r o t o c o l p a r t i c u l a r l y [ 2 0 ] J . W a n g , Y Z h e n g , a n d W . J i a , " A - D S R : A D S R - b a s e d A n y c a s t P r o t o c o lf o r I P v 6 F l o w I n M o b i l e A d Hoc N e t w o r k s , " i n P r o c . o f t h e I E E Er o b u s t t o n o d e m o b i l i t y . V e h i c u l a r T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e , O r l a n d o , F l o r i d a , U S A , O c t o b e r 2 0 0 3 .We h a v e e v a l u a t e d a n d c o m p a r e d t h e p e r f o r m a n c e o f o u r [ 2 1 ] D . K a t a b i a n d J . W r o c l a w s k i , " A F r a m e w o r k f o r S c a l a b l e G l o b a l I P -p r o t o c o l w i t h t h e p e r f o r m a n c e o f OLSR t h r o u g h e x t e n s i v e A n y c a s t ( G I A ) , " i n P r o c . o f A CM S I G C O M M , S t o c k h o l m , S w e d e n ,

s i m u l t i o n w i t m o b l i t y attens etraced frm gegrapical A u g u s t 2 0 0 0 .s i m u l a t i o n s w i t h m o b i l i t y p a t t e r n s e x t r a c t e d f r o m g e o g r a p h i c a l [ 2 2 ] H . B a l l a n i a n d P . F r a n c i s , " T o w a r d s a G l o b a l I P A n y c a s t S e r v i c e , " i nd a t a o f S w i s s c i t i e s . O u r r e s u l t s s h o w t h a t H E A T a n d OLSR P r o c . o f A C M S I G C O M M , P h i l a d e l p h i a , U S A , A u g u s t 2 0 0 5 .a c h i e v e p a c k e t d e l i v e r y r a t i o s i n s t a t i c d e n s e a n d l a r g e mesh [ 2 3 ] I . S t o i c a , D . A d k i n s , S . Z h u a n g , S . S h e n k e r , a n d S . S u r a n a , " I n t e r n e tI n d i r e c t i o n I n f r a s t r u c t u r e , " i n P r o c e e d i n g s o f ACM S I G C O M M C o n f e r -n e t w o r k s w h i c h a r e a b o v e 0 . 9 5 . I n m o b i l e s c e n a r i o s w i t h c a r e n c e , P i t t s b u r g h , P A , U S A , A u g u s t 2 0 0 2 .m o b i l i t y , H E A T o u t p e r f o r m s OLSR i n t e r m s o f t h e p a c k e t [ 2 4 ] V . L e n d e r s , M . M a y , a n d B . P l a t t n e r , " D e n s i t y - b a s e d v s . P r o x i m i t y - b a s e dd e l i v e r y r a t i o b y m o r e t h e n a f a c t o r o f t w o . F i n a l l y , we h a v e A n y c a s t R o u t i n g f o r M o b i l e N e t w o r k s , " i n I E E E I N F O C O M , B a r c e l o n a ,

s h o w n tat H E A i s a b l to prvide apacket e l i v e r ratio S p a i n , A p r i l 2 0 0 6 .s h o w n t h a t H E A T i s a b l e t o p r o v i d e a p a c k e t d e l i v e r y r a t i o [ 2 5 ] V . P a r k a n d S . C o r s o n , T e m p o r a l l y - O r d e r e d R o u t i n g A l g o r i t h m ( T O R A ) ,t h a t i s h i g h e r t h a n 0 . 9 9 w i t h 5 g a t e w a y s w h i l e t h e r a t i o f o r I E T F I n t e r n e t D r a f t , J u l y 2 0 0 1 .OLSR i s 0 . 9 . [ 2 6 ] A . B a s u , A . L i n , a n d S . R a m a n a t h a n , " R o u t i n g U s i n g P o t e n t i a l s : AD y n a m i c T r a f f i c - A w a r e R o u t i n g A l g o r i t h m , " i n P r o c e e d i n g s o f t h e ACMR E F E R E N C E S a n n u a l c o n f e r e n c e o f t h e S p e c i a l I n t e r e s t G r o u p o n D a t a C o m m u n i c a t i o n( S I G C O M M ' 0 3 ) , K a r l s r u h e , G e r m a n y , A u g us t 2 0 0 3 .[ 1 ] T . C l a u s e n a n d P . J a c q u e t , " O p t i m i z e d L i n k S t a t e R o u t i n g P r o t o c o l , " [ 2 7 ] C . I n t a n a g o n w i w a t , R . G o v i n d a n , a n d D . E s t r i n , " D i r e c t e d D i f f u s i o n : AI E T F I n t e r n e t D r a f t , d r a f t - i e t f - m a n e t - o l s r - 1 I . t x t , J u l y 2 0 0 3 . S c a l a b l e a n d R o b u s t C o m m u n i c a t i o n P a r a d i g m f o r S e n s o r N e t w o r k s , "[ 2 ] D . B . J o h n s o n a n d D . A . M a l t z , " D y n a m i c s o u r c e r o u t i n g i n a d h o c i n P r o c e e d i n g s o f t h e ACM/IEEE I n t e r n a t i o n C o n f e r e n c e o n M o b i l ew i r e l e s s n e t w o r k s , " i n M o b i l e C o m p u t i n g , I m i e l i n s k i a n d K o r t h , E d s . C o m p u t i n g a n d N e t w o r k i n g ( M o b i c o m ' 0 0 ) , B o s t o n , U S A , 2 0 0 0 .K l u w e r A c a d e m i c P u b l i s h e r s , 1 9 9 6 , v o l . 3 5 3 . [ 2 8 ] J . F a r u q u e a n d A . H e l m y , "RUGGED: R o U t i n g o n f i n G e r p r i n t G r a d i e n t s[ 3 ] C . P e r k i n s a n d P . B h a g w a t , " H i g h l y d y n a m i c d e s t i n a t i o n - s e q u e n c e d i n s E n s o r N e t w o r k s , " i n P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r -d i s t a n c e - v e c t o r r o u t i n g ( D S D V ) f o r m o b i l e c o m p u t e r s , " i n ACM S I G - e n c e o n P e r v a si v e S e r v i c e s ( I C P S ) , N o v i S a d , S e r b i a a n d M o n t e n e g r o ,CO M M'94 C o n f e r e n c e o n C o m m u n i c a t i o n s A r c h i t e c t u r e s , P r o t o c o l s a n d J u l y 2 0 0 4 .A p p l i c a t i o n s , 1 9 9 4 , p p . 2 3 4 - 2 4 4 . [ 2 9 ] 5 . T o u m p i s a n d L . T a s s i u l a s , " P a c k e t o s t a t i c s : D e p l o y e m e n t o f M a s s i v e l y[ 4 ] C . P e r k i n s , " A d - h o c o n - d e m a n d d i s t a n c e v e c t o r r o u t i n g , " i n M IL CO M D e n s e S e n s o r N e t w o r k s a s a n E l e c t r o s t a t i c P r o b l e m , " i n IEEE I N F O -' 9 7 p a n e l o n A d Ho c N e t w o r k s , 1 9 9 7 . COM, M i a m i , USA, M a r c h 2 0 0 5 .[ 5 ] Z . J . H a a s a n d M . R . P e a r l m a n , " T h e p e r f o r m a n c e o f q u e r y c o n t r o l [ 3 0 ] Q . L i , M . D . R o s a , a n d D . R u s , " D i s t r i b u t e d A l g o r i t h m s f o r G u i d i n gs c h e m e s f o r t h e z o n e r o u t i n g p r o t o c o l , " i n SIGCOMM, 1 9 9 8 , p p . 1 6 7 - N a v i g a t i o n a c r o s s a S e n s o r N e t w o r k , " i n P r o c e e d i n g s o f ACM M o b i C o m ,1 7 7 . S a n D i e g o , C a l i f o r n i a , S e p t e m b e r 2 0 0 3 .


9/9

8 0[ 3 1 ] V i n c e n t L e n de r s a n d M a r t i n M ay a n d B e r n h a r d P l a t t n e r , " S e r v i c e 7 0D i s c o v e r y i n M o b i l e A d H oc N e t w o r k s : A F i e l d T h e o r e t i c A p p r o a c h , "i n P r o c e e d i n g s o f t h e IEEE I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n a W o r l d o f 6 0W i r e l e s s , M o b i l e a n d M u l t i m e d i a N e t wo r k s (WoWMoM), T a o r m i n a , Q 5 0EI t a l y , J u n e 2 0 0 5 . P 4 0[ 3 2 ] C . I n t a n a g o n w i w a t , R . G o v i n d a n , a n d D . E s t r i n , " D i r e c t e d d i f f u s i o n : a 3 0s c a l a b l e a n d r o b u s t c o m m u n i c a t i o n p a r a d i g m f o r s e n s o r n e t wo r k s , " i n m 2M o b i l e C o m p u t i n g a n d N e t wo r k in g , 2 0 0 0 , p p . 5 6 - 6 7 . > C[ 3 3 ] R . M o s k o w i t z , P . N i k a n d e r , P . J o k e l a , a n d T . H e n d e r s o n , " H o s t I d e n t i t y 1 0P r o t o c o l ( H I P ) , " I E T F d r a f t - i e t f - h i p - b a s e - 0 0 , O c t o b e r 2 0 0 3 . 0[ 3 4 ] C . P e r k i n s , " I P M o b i l i t y S u p p o r t , " RF C 2 0 0 2 ( P r o p o s e d S t a n d a r d ) , O c t . 0 1 2 3 4 51996. H E A T Beacon I n t e r v a l [ s e c o n d s ][ 3 5 ] R a i n e r B a u m a n n a n d O l g a B o n d a r e v a a n d S i m o n H e i m l i c h e r a n d F i g . 8 . P a r a m e t e r s e l e c t i o n : C o n v e r g e n c e t i m e v e r s u s H E A T b e a c o n i n t e r v a l .V i n c e n t L e n d e r s a n d M a r t i n M a y , "A M a c r o M o b i l i t y N o t i f i c a t i o nP r o t o c o l f o r H y b r i d W i r e l e s s Mesh N e t w o r k s , " i n P r o c e e d i n g s o f 1 4 t h 2 . 5 %I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e on N e t w o r k P r o t o c o l s ( I C N P ) , 2 0 0 6 . 4[ 3 6 ] G . M al k i n , " R I P V e r s i o n 2 , " RF C 2 4 5 3 ( S t a n d a r d ) , N o v . 1 9 9 8 . [ O n l i n e ] . , 2 . 0 %A v a i l a b l e : h t t p : / / w w w . i e t f . o r g / r f c / r f c 2 4 5 3 . t x t W \[ 3 7 ] X . Z e n g , R . B a g r o d i a , a n d M . G e r l a , " G l o m o s i m : A l i b r a r y f o r p a r a l l e l - 1 . 5 %s i m u l a t i o n o f l a r g e - s c a l e w i r e l e s s n e t w o r k s , " i n W o r k s h o p o n P a r a l l e l coa n d D i s t r i b u t e d S i m u l a t i o n , 1 9 9 8 , p p . 1 5 4 - 1 6 1 . . 1 . 0 %[ 3 8 ] T . C l a u s e n a n d P . J a c q u e t , " O p t i m i z e d L i n k S t a t e R o u t i n g P r o t o c o l( O L S R ) , " RF C 3 6 2 6 ( E x p e r i m e n t a l ) , O c t . 2 0 0 3 . [ O n l i n e ] . A v a i l a b l e : 0 . 5 %h t t p : / / w w w . i e t f . o r g / r f c / r f c 3 6 2 6 . t x t[ 3 9 ] S o t a Y o s h i d a a n d M a s a t o G o t o a n d T a k a s h i H a s e g a w a a n d K e n i c h i 0 . 0 %M a s e , "OLSRv2 I m p l e m e n t a t i o n f o r G l o m o s i m , " J a n u a r y 2 0 0 6 . 0 1 2 3 4 5[ O n l i n e ] . A v a i l a b l e : w w w . n e t . i e . n i i g a t a - u . a c j p / m a s e / o l s r H E A T B e a c o n I n t e r v a l [ s e c o n d s ][ 4 0 ] F e d e r a l O f f i c e o f T o p o g r a p h y , " S w i s s G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o n S y s t e m . " F i g . 9 . P a r a m e t e r s e l e c t i o n : P e r n o d e c o n v e r g e n c e t i me v e r s u s H E A T b e a c o n

[ O n l i n e ] . A v a i l a b l e : w w w . s w i s s t o p o . c h i n t e r v a l .[ 4 1 ] J . - Y L e B o u d e c a n d M . V o j n o v i c , " P e r f e c t S i m u l a t i o n a n d S t a t i o n a r i t y 9 0o f a C l a s s o f M o b i l i t y M o d e l s , " i n IEEE I n f o c o m , 2 0 0 5 . 8 0[ 4 2 ] A . F e l d m a n n , A . C . G i l b e r t , P . H u a n g , a n d W . W i l l i n g e r , " D y n a m i c s o f 0 7 0I P t r a f f i c : A s t u d y o f t h e r o l e o f v a r i a b i l i t y a n d t h e i m p a c t o f c o n t r o l , " 6 0i n SIGCOMM, 1 9 9 9 , p p . 3 0 1 - 3 1 3 . E 5 0[ 4 3 ] U . F i e d l e r , " E v a l u a t i n g p e r f o r m a n c e i n s y s t e m s w i t h h e a v y - t a i l e d i n p u t - 4 0a q u a n t i l e - b a s e d a p p r o a c h , " P h . D . d i s s e r t a t i o n , E T H Z u r i c h , A u g . 2 0 0 3 . 30[ 4 4 ] N . L . J o h n s o n , S . K o t z , a n d A . W . N . B a l a k r i s h n a n , C o n t i n u o u s , 2 0u n i v a r i a t e d i s t r i b u t i o n s : V o l . 1 . W i l e y , N e w Y o r k , 1 9 9 4 . 0

APPENDIX I 0 2 4 6 8 1 0S E L E C T I O N OF PARAMETERS B a c k o f f I n t e r v a l s [ 1 0 m s ]F i g . 1 0 . P a r a m e t e r s e l e c t i o n : C o n v e r g e n c e t i m e v e r s u s d e l a y o f e a r l y H E A TI n t h i s A p p e n d i x , we p r e s e n t an i n i t i a l s e t o f e x p e r i m e n t s b e a c o n i n b a c k o f f i n t e r v a l s .t o f i n d a p p r o p r i a t e v a l u e s f o r t h e t i m i n g p a r a m e t e r s o f o u r 1 . 4a l g o r i t h m . T h e s e p a r a m e t e r s a r e : 1 2* H E A T b e a c o n i n t e r v a l , 1

. H E A T b e a c o n t i m e o u t , 0 . 8* d e l a y o f e a r l y H E A T b e a c o n , 0 . 6* a n d t h e c o n d u c t i v i t y v a l u e K.m 0 . 4< 0 . 2 -F o r t h e s e s i m u l a t i o n s , we us e a s t a t i c s c e n a r i o o f 1 0 0 0 m e s h I0n o d e s a n d 5 g a t e w a y s . A l l n o d e s ( i n c l u d i n g t h e g a t e w a y s ) a r e 0 2 4 6 8 1 0r a n d o m l y d i s t r i b u t e d o v e r an a r e a o f 5 0 0 0 x 5 0 0 0 m 2 . B a c k o f f I n t e r v a l s [ 1 0 m s ]

D e t e r m i n i n g t h e HEAT b e a c o n i n t e r v a l i s a c l a s s i c a l t r a d e - F i g . 1 1 . P a r a m e t e r s e l e c t i o n : H E A T b e a c o n s s e n t p e r s e c o n d v e r s u s d e l a yo f f b e t w e e n c o m m u n i c a t i o n o v e r h e a d a n d c o n v e r g e n c e t i m e . o f e a r l y H E A T b e a c o n i n b a c k o f f i n t e r v a l s .I n o r d e r t o measure t h e convergence t i m e , we w a i t u n t i l t h er o u t i n g h a s c o n v e r g e d a n d t h e n e l i m i n a t e 10% o f a l l n o d e s c o n s i d e r e d t o b e d o w n . F u r t h e r , we s e t t h e d e l a y f o r e a r l y( m e s h n o d e s a n d g a t e w a y s ) . T h e c o n v e r g e n c e t i m e i s t h e n H E A T b e a c o n m e s s a g e s t o t w o t i m e s t h e b a c k o f f i n t e r v a ld e t e r m i n e d a s t h e t i m e i t t a k e s u n t i l t h e r o u t i n g t o p o l o g y o f t h e 8 0 2 . 1 1 MAC l a y e r , w h i c h r e s u l t s i n an e a r l y H E A Th a s c o n v e r g e d a g a i n . N o t e t h a t we c o n s i d e r t h e r o u t i n g a s b e a c o n d e l a y o f 2 0 m s . L o n g e r d e l a y s w o u l d h a v e a n e g a t i v ec o n v e r g e d a s s o o n a s t h e r e a r e n o m o r e r o u t e c h a n g e s . F i g s . 8 i m p a c t o n t h e c o n v e r g e n c e t i m e ( s e e F i g . 1 0 ) . S h o r t e r d e l a y sa n d 9 p l o t t h e c o n v e r g e n c e t i m e a n d t h e r o u t i n g o v e r h e a d v s . w o u l d l e a d t o a g r e a t e r n u m b e r o f r e g u l a r H E A T b e a c o n s ( s e et h e H E A T b e a c o n i n t e r v a l . A s e x p e c t e d , t h e c o n v e r g e n c e t i m e F i g . 1 1 ) . We s e t t h e c o n d u c t i v i t y v a l u e K f o r t h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s e s l i n e a r l y w i t h t h e H E A T b e a c o n i n t e r v a l . A l s o , t h e f i e l d c a l c u l a t i o n f u n c t i o n t o 1 / 4 . T h i s v al u e h a s s h o w n t oo v e r h e a d d e c r e as e s w i t h a n i n c r e a s i n g H E A T b e a c o n i n t e r v a l , p r o v i d e t h e b e s t t r a d e o f f b e t w e e n t h e c o n v e r g e n c e t i m e , t h eAs a r e s u l t , we s e t t h e H E A T b e a c o n i n t e r v a l t o 1 s e c o n d c o m m u n i c a t i o n o v e r h e a d , a n d t h e r o b u s t n e s s f r o m t h e p a t ha n d t h e H E A T b e a c o n t i m e o u t e q u a l t o 3 x H E A T b e a c o n a n d l i n k r e d u n d a n c y .i n t e r v a l . T h i s s e t t i n g o f t h e H E A T b e a c o n i n t e r v a l a l l o w s u pt o t w o H E A T b e a c o n m e s s a g e s t o b e l o s t b e f o r e a l i n k i s

[013] Baumann, R. and Heimlicher S. and Lenders, V. and May, M. - HEAT Scalable Routing in Wireless...

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