Algoritmo de roteamento baseado em colônia de formigas com heurísticas configuráveis para redes sensores sem fio de topologia dinâmica

Abstract

Há muitos desafios na concepção de protocolos de roteamento para redes sensores móveis, pois mudanças de topologia é um fator que afeta a taxa de entrega dos dados, o overhead de roteamento e a vida útil das redes sensores sem fio. No entanto, com a robustez dos protocolos de roteamento baseados em formigas para redes ad hoc móveis, lidar com topologias dinâmicas torna-se uma tarefa menos árdua para redes sensores. Esta dissertação apresenta o Protocolo de Otimização de Saltos Dinâmicos baseado em Formiga (ADHOP), um protocolo de roteamento reativo e autoconfigurável para redes sensores sem fio móveis. O ADHOP visa lidar com as restrições das redes sensores sem fio e ainda melhorar os processos de descoberta e manutenção de rotas através das formigas. No ADHOP, as formigas tomam decisões de roteamento baseando-se em heurísticas que variam conforme o contexto da rede. De acordo com o contexto em que a rede é aplicada, o roteamento deve priorizar taxa de entrega, latência, distância, força do sinal, memória utilizada, ou uma combinação destes e/ou outros fatores. O algoritmo de roteamento proposto foi avaliado através das redes IEEE 802.11 e IEEE 802.15.4, comparando-o com protocolos de roteamento bem conhecidos. O ADHOP obtém melhores resultados em termos de taxa de entrega de dados, overhead de roteamento, e na prevenção de congestionamento para ambientes de topologia dinâmica. Os resultados também demonstram que o ADHOP, através da heurística de balanceamento de energia, é capaz de manter um melhor equilíbrio de energia a fim de prolongar o tempo de vida da rede enquanto aumenta a taxa de entrega de dados.

There are many challenges in designing routing protocols for mobile sensor networks, and topology change is a factor that affects the data deliver ratio, routing overhead thus affecting the network lifetime of wireless sensor networks. However, with the robustness of ant-based routing protocols for mobile ad hoc networks, dealing with dynamic topologies becomes a less arduous task for sensor networks. In this work, we introduce the Ant-based Dynamic Hop Optimization Protocol (ADHOP), a self-configuring reactive routing protocol for mobile wireless sensor networks. ADHOP aims at dealing with the restrictions of sensor networks and yet improve the route discovery and the route maintenance through ants. In ADHOP, the ants make routing decisions based on the heuristic which varies depending on the context of the network. According to the context in which the network is applied, the routing should prioritize delivery rate, latency, distance, signal strength, memory used, or a combination thereof and/or other factors. The proposed routing algorithm has been evaluated through IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4 networks, comparing it with well known routing protocols. ADHOP have obtained better results in terms of data delivery ratio, routing overhead, and congestion avoidance for environments of dynamic topology. Experimental results also show that ADHOP with the energy balancing heuristics is able to maintain better balancing energy to prolong the network lifetime while it increases the delivery ratio.