یک الگوریتم مسیریابی مبتنی بر RPL برای داده‌های چندرسانه‌ای در اینترنت اشیاء
محورهای موضوعی :
محمد خوانساری
1
(دانشگاه تهران)
فرزانه مرتضوی
2
(دانشجو)
کلید واژه: اینترنت اشیاء, چندرسانه‌ای, مسیریابی, پروتکل RPL, طول عمر شبکه,
چکیده مقاله :
با توجه به رشد روزافزون شبکه‌های ارتباطی، در آینده نزدیک داده‌های چندرسانه‌ای در اینترنت اشیاء نقش قابل ملاحظه‌ای خواهند داشت. حجم بالای داده‌های چندرسانه‌ای باعث چالش‌هایی مانند کاهش طول عمر شبکه و ایجاد ازدحام در اینترنت اشیاء می‌شود. در این مقاله تابع هدف جدیدی بر مبنای پروتکل مسیریابی RPL پیشنهاد شده است که ویژگی‌‌های داده‌های چندرسانه‌ای را در فرآیند مسیریابی، مورد نظر قرار می‌دهد. تابع هدف پیشنهادی ترکیب وزن‌دار دو معیار میزان انرژی باقیمانده و ظرفیت بافر گره‌ها را با توجه به حجم داده در مسیریابی در نظر می‌گیرد. به منظور ارزیابی این روش، داده‌ها بر اساس یک فایل اثر ویدئو (video trace) تولید شده و از سنجه‌های نرخ تحویل بسته، طول عمر شبکه، میزان دسترس‌پذیری گره‌ها در طول عمر شبکه، توزیع مصرف انرژی گره‌ها و تأخیر انتها به انتها برای ارزیابی روش پیشنهادی استفاده شده است. نتایج ارزیابی و مقایسه روش پیشنهادی با RPL پایه نشان می‌دهد که در روش پیشنهادی نرخ تحویل بسته نسبت به RPL پایه افزایش یافته است. همچنین این روش با توزیع انرژی بین گره‌ها طول عمر شبکه را نسبت به RPL استاندارد افزایش داده و با کاهش ازدحام شبکه میزان تأخیر انتها به انتها نسبت به RPL پایه کاهش یافته است.
According to enormous growths in communication networks, multimedia data will play a significant role on the Internet of Things in the near future. High volume of multimedia data leads to challenges such as reducing network lifetime and congestion. In this paper, a new objective function for the RPL routing protocol is proposed which addresses the characteristics of multimedia data in the routing process. In the objective function, node’s remaining energy and the remaining buffer capacity of nodes measures are combined using a weighted pair. In order to evaluate this method, input data is generated based on a video trace. Packet delivery ratio, network lifetime, nodes availability over the lifetime of the network, node energy distribution, and end-to-end delay are used to evaluate the proposed method. The evaluation results show that the proposed method increases the package delivery ratio compared to the standard RPL. This method also improves the lifetime of the nodes by distributing energy between the nodes in comparison with standard RPL and extends the node's availability over the lifetime of the network. Finally, it reduces the network congestion which led to a lower end-to-end delay.
[1] H. Chaouchi, "The Internet of Things Connecting Objects to the Web", Wiley, 2010.
[2] R. Minerva, A. Biru, and D. Rotondi, "Towards a Definition of the Internet of Things (IoT)", IEEE Internet Initiative, 2015.
[3] S. A. Alvi, B. Afzal, G. A. Shah, L. Atzori, and W. Mahmood, "Internet of Multimedia Things: Vision and Challenges," Ad Hoc Networks, vol. 33, pp. 87-111, 2015.
[4] A. Nauman, Y. A. Qadri, M. Amjad, Y. Zikria, M. K. Afzal, S. W. Kim, "Multimedia Internet of Things: a Comprehensive Survey," IEEE Access, vol. 8, pp. 8202-8250, 2020.
[5] T. Winter, P. Thubert, A. Brandt, J. Hui, and R. Kelsey, "RPL: IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks," RFC 6550, Internet Engineering Task Force, Mar. 2012, [Online]. Available: https://tools.ietf.org/html/rfc6550.
[6] P. Gonizzi, R. Monica, and G. Ferrari, "Design and Evaluation of a Delay-efficient RPL Routing Metric," In Proc. 2013 9th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC), Sardinia, Italy, pp. 1573-1577, Jul. 2013.
[7] P. Pinto, A. Pinto, and M. Ricardo, "RPL Modifications to Improve the End-to-end Delay Estimation in WSN," In Proc. 2014 11th International Symposium on Wireless Communications Systems (ISWCS), Barcelona, Spain, pp. 868-872, Aug. 2014.
[8] P. Pinto, A. Pinto, and M. Ricardo, "End-to-end Delay Estimation Using RPL Metrics in WSN," In 2013 IFIP Wireless Days (WD), Valencia, Spain, pp. 1-6, Nov. 2013.
[9] S. A. Alvi, G. A. Shah, and W. Mahmood, "Energy Efficient Green Routing Protocol for Internet of Multimedia Things," In Proc. 2015 IEEE Tenth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP), Singapore, Apr. 2015.
[10] H. A. A. Al-Kashoash, Y. Al-Nidawi, and A. H. Kemp, "Congestion-aware RPL for 6L0WPAN Networks," In Proc. 2016 Wireless Telecommunications Symposium (WTS), London, UK, Apr. 2016.
[11] A. Hassan, S. Alshomrani, A. Altalhi, and S. Ahsan, "Improved Routing Metrics for Energy Constrained Interconnected Devices in Low-power and Lossy Networks," Journal of Communications and Networks, vol. 18, pp. 327-332, 2016.
[12] S. Taghizadeh, H. Bobarshad, and H. Elbiaze, "CLRPL: Context-Aware and Load Balancing RPL for Iot Networks Under Heavy and Highly Dynamic Load," IEEE Access, vol. 6, pp. 23277-23291, 2018.
[13] N. Nobakht, S. Sedighian Kashi, S. Zokaei, "A Reliable and Delay-Aware Routing in RPL," in 5th Conference on Knowledge-Based Engineering and Innovation, Tehran, Iran, Feb. 2019.
[14] F. Safara, A. Souri, T. Baker, I. Ridhawi, M. Aloqaily, "PriNergy: a Priority-based Energy-efficient Routing Method for IoT Systems," The Journal of Supercomputing, Springer, pp. 1-18, 2020.
[15] J. Vasseur, N. Agarwal, J. Hui, Z. Shelby, P. Bertrand, and C. Chauvenet, "RPL: The IP Routing Protocol Designed for Low-power and Lossy Networks," Internet Protocol for Smart Objects (IPSO) Alliance, Apr. 2011.
[16] O. Gnawali and P. Levis, "The Minimum Rank with Hysteresis Objective Function," RFC 6719, Internet Engineering Task Force, Sep. 2012, [Online].Available: https://tools.ietf.org/html/rfc6719.
[17] D. S. J. De Couto, D. Aguayo, J. Bicket, and R. Morris, "A High-throughput Path Metric for Multi-hop Wireless Routing," In Proc. the 9th annual international conference on Mobile computing and networking, San Diego, CA, USA, pp. 134-146, Sept. 2003.
[18] E. G. Pereira and R. Pereira, "Video Encoding and Streaming Mechanisms in IoT Low Power Networks," In Proc. 3rd International Conference on Future Internet of Things and Cloud, Rome, Italy, pp. 357-362, Aug. 2015.
[19] R. Pereira and E. G. Pereira, "Video Streaming Considerations for Internet of Things," In Proc. 2014 International Conference on Future Internet of Things and Cloud, Barcelona, Spain, pp. 48-52, Aug. 2014.
[20] F. Mortazavi, M. Khansari, "An Energy-Aware RPL Routing Protocol for Internet of Multimedia Things", International Conference on Smart Cities and IoT (SCIOT), Mashhad, Iran, Sep. 2018.
[21] B. M. Acharya and A. K. Nayak "LBCC: Load Balanced and Congestion Controlled Routing Protocol for Wireless Multimedia Sensor Network," International Journal of Applied Engineering Research, vol. 12, 2017.
[22] Contiki OS. [Online]. Available: http://www.contiki-os.org/
[23] Sony Demo Video Trace File. [Online] Available: http://trace.eas.asu.edu/videotraces2/svc_single/index.php
