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COCAST: MULTICAST MOBILE AD HOC NETWORKS USING COGNITIVE RADIO

COCAST: MULTICAST MOBILE AD HOC NETWORKS USING COGNITIVE RADIO. Wooseong Kim, Soon Y. Oh and Mario Gerla Computer Science Department University of California, Los Angeles USA Email: fwooseong,soonoh,gerlag@cs.ucla.eud. 指導教授 : 郭文興 學生 : 林祺富. Abstract.

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COCAST: MULTICAST MOBILE AD HOC NETWORKS USING COGNITIVE RADIO

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Presentation Transcript

  1. COCAST: MULTICAST MOBILE AD HOC NETWORKS USING COGNITIVE RADIO Wooseong Kim, Soon Y. Oh and Mario Gerla Computer Science Department University of California, Los Angeles USA Email: fwooseong,soonoh,gerlag@cs.ucla.eud 指導教授:郭文興 學生:林祺富

  2. Abstract • ODMRP的問題是來源點是無法擴充的,所以我們利用CR的技術來解決這個問題 • 因為CR會分配多重的頻道給多個使用者, 我們也設計了一個分配頻道的方法用來建造多重樹圖 • 我們透過Join Query 和 Join Reply來協調多個感知的成員 • 透過模擬可以證明我們提出的COCAST協定的效能和流量比ODMRP來的高

  3. 目錄 • Abstract • INTRODUCTION • RELATED WORK • Ad Hoc Multicast Protocols • Protocols Using Cognitive Radio • Cocast • Channel Scanning • Multicast Route Establishment and Channel Allocation • Data Transmitting • Route Refresh

  4. 目錄 • SIMULATION RESULT • Simulation Setup • Varying Number of Sources • Varying Number of Channels • Jamming Attack Situation • CONCLUSION • ACKNOWLEDGEMENT • References

  5. INTRODUCTION(1) • 為了讓每個群體之間互相做傳輸,多點傳送已經被廣泛的運用在許多地方,例如軍事用途 • MANENT越來越受到注意,因為他們會自己透過一些成員組織成一個無線網路 • MANET的網路裝置特性就是小,價格便宜,消耗電力低和不需要額外的裝置支援 • 然而無線傳輸的MANET仍然會有外在干擾(人為干擾的因素)和內在干擾(頻道的飽和問題)

  6. INTRODUCTION(2) • 多重頻道和頻譜的好處就是在於它可以解決人為因素和頻道飽和的問題 • 大部分的CR研究都是單點傳輸,所以我們提出一個COCAST協定是多點傳輸的 • COCAST是依照ODMRP來設計的,所有的結點會在多重群體之間互相合作偵測其他的信號 • 在預先設定的共同頻道,透過Join Query 和 Join Reply來傳送偵測到的信號強度和頻道資訊

  7. INTRODUCTION(3) • 結點會再選出一個比較適合的頻道,可以避免人為因素和頻道飽和的問題 • 要達到最大的資料流量和最佳化的路徑必須要考慮到頻道在多重群體中的最大使用率 • Join Query 和 Join Reply每3秒要被交換用來更新頻道的分配方式和多重的路徑 • 每個結點都只有一個CR收發器所以會有頻道切換的延遲時間

  8. RELATED WORK(Ad Hoc Multicast Protocols) • [3]和[11]Adaptive Demand-Driven Multicast Rout-ing (ADMR)和 Multicast Ad hoc On-demandDistance Vector (MAODV) • 都是為了減少封包的大量廣播問題(flood)所提出的研究 • [5]on-demandmulticastroutingprotocol(ODMRP • 使用mesh結構取代tree的結構,使用大量的封包來建立路徑和維持路徑,可是造成了相當大的overhead • [9]Enhanced(ODMRP) • 用來緩和大量封包所產生的overhead它可以動態的協調路徑的更新和局部的重建

  9. RELATED WORK(Protocols Using Cognitive Radio) • [4]裡面提出一個路徑的協定 • 使用Dijkstra 演算法來找出最短路徑 • 可是他沒有考慮頻道切換的延遲和找不到頻道的問題 • [15]STOD-RP • (on-demand routing protocol)使用tree的結構 • 可以減少切換的延遲和控制封包的flooding • [10]Mini-mum Weight Routing Protocol (MWRP) • 用最小的overhead來決定路徑 • [12]SPEctrum-Aware Routing Protocol (SPEAR) • 最佳化每個結點之間的流量 • 我們提出的COCAST是在CR和MANET的環境下

  10. Cocast(1) • Channel Scanning(1): • 在MANET網路中進行感知會有幾個挑戰 • 找不到適當的感知頻率: • 感知的頻率高可以有效的保護PU,可是會降低效能 • 結點之間必須在QT這個階段進行感知: • 如何在adhoc網路中同步化也是個問題 • 網路範圍太大: • 信號會受到阻礙不同的結點也會有不同的可用頻道 • 所以在COCAST裡我們讓結點之間彼此互相合作更新資訊

  11. Cocast(2) • Channel Scanning(2): • COCAST初始的情況 • 結點會先感知自己的頻譜,建立一個頻道資訊(干擾的程度,容量,頻率,正確性和etc • 這些資訊會在建立多重路徑和更新路徑的階段傳送 • 在一個預設的共同頻道上透過控制封包來傳送 • 這些資訊就可以用來決定結點之間要選擇的頻道

  12. Cocast(3) • RF重組延遲 125us • BB重組延遲 24ms • CH存取延遲 100ms • 一次要選擇多個頻道傳送是為了要減少切換頻道的延遲 • 我們隨機選擇活動頻道並且在傳輸資料的時候偵測他的信號強度 • 當頻道的SNR值低於門檻值,就會移除該頻道並且加入其他活動頻道或是共同頻道

  13. Cocast(4) • Multicast Route Establishment and Channel Allocation: • 多重路徑的建立: • 當來源結點要傳送資料時,會在預設的共同頻道上廣播Join Query封包 • 一旦收到非重複的Join Query就會紀錄上個結點的位址,用來學習如何回去和反廣播 • 當Join Query接觸到多個結點以後就會發送Join Reply照著先前紀錄的位址廣播回去(forwarding group) • 當交換完Join Query和Join Reply多重路徑就會建立起來,資料也可以透過它來傳送

  14. Cocast(5) • Multicast Route Establishment and Channel Allocation: • 多重頻道的分配: • 在建立多重路徑的時候COCAST也同時在分配頻道 • 每個結點都會把自己的活動頻道清單寫在Join Query • 一旦收到上面傳來的Join Query會和自己的比較選出接收頻道 • 先從活動頻道中去選再從可用頻道中去選擇,都沒有就停止廣播 • 當結點要廣播回來時會寫下自己的清單移除上一個結點的清單 • 回來時一樣要選擇接收頻道把它寫在Join Reply傳回來源結點 • 為了在多重路徑中同步頻道,會按照下一個結點來調整接收頻道 • 因為結點的可用頻道不同,所以分配給每個tree的頻道也不一樣 • 傳送的結點越多,切換頻道的delay就會增加所以COCAST的路徑使用tree的結構而不是mesh

  15. Cocast(6) • Data Transmitting: • 一個來源結點透過forwarding group開始傳送資料 • 在forwarding group中結點會透過接收頻道傳送資料 • 傳送結點為了減少切換的延遲會嘗試同步接收頻道 • 可是太多結點選擇不同的頻道甚至接收和傳送的頻道都不一樣,造成了封包的遺失(deafness問題) • (只有在多重頻道和只有一個收發 器的傳輸情況下會發送 器的情況下LEAVE和JOIN會被傳送) 使用)

  16. Cocast(7) • Route Refresh: • 因為MANET的移動特性,所以tree的結構很容易被破壞 • COCAST透過JoinQuery/Reply動態的調整tree的結構而不是使用同步時間的方法或是特別的控制封包 • 來源結點會把更新的比率和間隔寫在JoinQuery裡面 • 我們假設所有的結點都不需要同步化時間就能夠有自己的時間,計算下一個路徑的更新時間和獨立的更新時期 • 更新的方法和建立的過程是一樣的,頻道會被從新分配 • 如果在活動頻道中感知到其他信號就會從可用頻道中找尋候選頻道 • 感知整個頻道需要花費的時間太長,所以頻率是100s • COCAST傳送的生命週期和更新路徑的間隔一樣,所以如果沒收到JoinQuery,就會不受控制

  17. SIMULATION RESULT • Simulation Setup: • 使用一個感知收發器用QUALNET來進行模擬 • 2個協定接收範圍都是376m,頻道容量也是2Mbps • ODMRP使用80.211b封包大小512bytes流量是4封包/s • 100個結點隨機分布在2000m*2000m • 2個協定更新路徑的間隔都是3s • 傳送的生命週期COCAST是3s,ODMRP大於3s • COCAST更新路徑的過程是500ms • 整個頻道的感知是100s一次 • 本文使用兩個方法來模擬效能: • 資料傳輸的比率 • 點對點的平均延遲

  18. Varying Number of Sources

  19. Varying Number of Channels

  20. CONCLUSION • 本文我們提出了COCAST協定,用於MANET感知網路中 • 我們透過模擬證明了收到封包的比率,流量和延遲的時間COCAST比ODMRP來的有效

  21. References • [1] FCC 02 ¡ 322 NPRM on Cognitive Radio.http://hraunfoss.fcc.gov/edocs public/attachmatch/FCC-03-322A1.pdf. • [2] IEEE 8022_2. http://www.ieee802.org/22/. • [3] J. G. Jetcheva and D. B. Johnson. Adaptive demand-drivenmulticast routing in multi-hop wireless ad hoc networks. InMobiHoc ‘01: Proceedings of the 2nd ACM internationalsymposium on Mobile ad hoc networking & computing, pages33{44, Long Beach, CA, USA, 2001. • [4] H. Khalife, S. Ahuja, N. Malouch, and M. Krunz. Probabilis-tic path selection in opportunistic cognitive radio networks.In GLOBECOM, pages 4861{4865. IEEE, 2008.

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  23. References • [9] S. Y. Oh, J. sang Park, and M. Gerla. E-odmrp: Enhancedodmrp with motion adaptive refresh. Journal of Parallel andDistributed System, 64(8):1044{1053, 2008. • [10] C. W. Pyo and M. Hasegawa. Minimum weight routing basedon a common link control radio for cognitive wireless ad hocnetworks. In IWCMC ‘07: Proceedings of the 2007 inter-national conference on Wireless communications and mobilecomputing, pages 399{404, New York, NY, USA, 2007. ACM. • [11] E. M. Royer and C. E. Perkins. Multicast operation of the ad-hoc on-demand distance vector routing protocol. In The 5thannual ACM/IEEE international conference on Mobile com-puting and networking (MobiCom ‘99), Seattle, WA, USA,1999.

  24. References • [12] A. Sampath, L. Yang, L. Cao, and H. Z. B. Y. Zhao. Highthroughput spectrum-aware routing for cognitive radio basedad-hoc networks. In International Conference on Cogni-tive Radio Oriented Wireless Networks and Communications(CROWNCOM 2008), Singapore, May 2008. • [13] Scalable Networs Inc. QualNet. http://www.scalble-networks.com. • [14] C. Xin, L. Ma, and C.-C. Shen. A path-centric channel as-signment framework for cognitive radio wireless networks.Mobile Networks and Applications, 13(5):463{476, 2008. • [15] G.-M. Zhu, I. F. Akyildiz, and G.-S. Kuo. Stod-rp: Aspectrum-tree based on-demand routing protocol for multi-hop cognitive radio networks. In GLOBECOM, pages 3086{3090. IEEE, 2008.

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