Propuesta de una técnica de rutado adaptativa para redes ad hoc

Resumen

ResumenLa evolución y expansión del mercado de los dispositivos móviles ha multiplicado lasposibilidades de aplicación de las redes móviles ad hoc. En este contexto, los aspectos ligados alrutado resultan críticos en relación con el rendimiento global de la red.A pesar de la existencia de numerosas propuestas de protocolos de rutado ad hoc, no se halogrado aún una solución de propósito general que ofrezca unos resultados de rendimientoválidos en cualquier escenario. Lamentablemente, este hecho está dificultando enormemente eldespegue definitivo de las redes ad hoc. Por ello, se hace necesario desarrollar nuevas técnicasque complementen las propuestas existentes y así mejorar su rendimiento en aquellos escenariosen los que su desempeño es peor.Este trabajo de tesis presenta una nueva técnica de rutado inteligente que permite combinar losdos tipos clásicos de rutado, proactivo y reactivo, aplicando uno u otro a los escenarios en losque resulta más favorable. Con el objetivo de lograr este comportamiento adaptativo, elprotocolo de rutado resultante, denominado GARI (Glocal Adaptive Routing Intelligence) secompone de tres elementos fundamentales: un módulo cognitivo como motor de un protocoloadaptativo, un comportamiento glocal para minimizar el impacto del protocolo en la red y unmodo de funcionamiento pseudo-proactivo para garantizar una combinación de tipos de rutadoviable.El módulo cognitivo, en cuyo diseño se han aplicado técnicas de aprendizaje automático, seinserta en el algoritmo de rutado para tomar las decisiones de conmutación entre los dos modosde operación. Este módulo decisor se alimenta con la información que monitorizan los nodosque participan en la red de forma local. El módulo cognitivo procesa esta información local yajusta de forma adaptativa el comportamiento del protocolo, obteniendo un beneficio global.En consecuencia, GARI se puede considerar un protocolo glocal, ya que la fase de decisióncompleta es llevada a cabo de forma local y sin una carga extra de protocolo relevante, mientrasque el beneficio es percibido de manera global con una mejora general del rendimiento de lared.Gracias al modo de funcionamiento pseudo-proactivo, todo este proceso se completa sin lanecesidad de crear nuevos tipos de mensajes de protocolo o un mecanismo de convergencia queañadiría más carga de protocolo a la red. Para ello, el modo pseudo-proactivo emplea losmismos paquetes de protocolo que el modo reactivo con el objetivo de no añadir mayorcomplejidad al protocolo. De esta manera, el mecanismo de descubrimiento de la topología de lared del modo pseudo-proactivo se simula mediante el envío sintético de paquetes dedescubrimiento de ruta propios del modo reactivo a múltiples destinos.Como resultado, se obtiene un protocolo que introduce una nueva filosofía de rutado, queadapta su operación a las diferentes características de los entornos de aplicación de las redes adhoc, y a sus variaciones en tiempo de ejecución. Gracias a la implementación del ciclocognitivo, GARI mejora el comportamiento de su protocolo de base y es capaz de ajustarse a losrequerimientos de rendimiento globales de una amplia variedad de aplicaciones, al tiempo quetrabaja de una manera totalmente distribuida y auto-organizada.EuskeraGailu mugikorren eboluzio eta hedapena ad hoc sare mugikorren aplikazio aukerak biderkatuditu. Testuinguru honetan, bideratze protokoloari lotuta dauden aspektuak erabakigarriakazaltzen dira sareko etekin globalarekiko.Ad hoc bideratze protokolo proposamen ugari egonda ere, oraindik ez da helburu orokorrekosoluziorik lortu, edozein egoeratan etekin onargarriko emaitzak ataratzen dituena. Tamalez,jazoera honek ad hoc sareen hazkunde-hasiera asko eragotzi du. Horregaitik, izategaur egunaurkitu daitezkeen proposamenen osagarri bilakatuko diren teknika berriak garatu behar dira,horrela beraien etekina hobetzeko, azken hau okerragotzen den egoeretan.Tesi lan honek bideratze teknika adimentsu berri bat aurkezten du, bideratze mota klasiko biak,proaktiboa eta erreaktiboa, konbinatzea posible egiten duena, bata edo bestea aplikatuzdagokion egoera onuragarrienean. Portaera moldagarri hau lortzeko, ondoriozko bideratzeprotokoloa, GARI (Glocal Adaptive Routing Intelligence) izena duena, funtsezko hiru atalezkonposatzen da: modulu kognitibo bat protokolo moldagarriaren eragile bezala, portaera glokalaprototokoloaren inpaktua sarean txikiagotzeko, eta funtzionamendu modu pseudo-proaktiboabideratze mota ezberdinen konbinazioa posiblea dela bermatzeko.Modulu kognitiboaren diseinuan ikaskuntza automatikoko teknikak erabili dira eta moduluabideratze algoritmoan sartu da operazio modu bien arteko konmutazio erabakiak hartzeko.Modulu erabakitzaile honek sarea osatzen duten nodoek modu lokalean monitorizatzen duteninformazioa hartu eta protokoloaren portaera moldagarriki doitzen du, onura globala lortuz.Ondorioz, GARI protokolo glokalatzat hartu daiteke, erabaki fase osoa modu lokalean burutzendelako protokolo karga estra nabarmenik gehitu gabe, eta onura modu globalean hautematendelarik sareko etekin orokorrarekin.Funtzionamendu modu pseudo-proaktiboari esker, prozesu guzti hau protokolo mezu motaberriak sortu edo sarean protokolo karga gehiago sartuko lukeen bateratze mekanismo baterabili behar gabe burutzen da. Horretarako, modu pseudo-proaktiboak modu erreaktiboakerabiltzen dituen mezu mota berdinak erabiltzen ditu, protokoloari konplexutasun gehiago ezgehitzeko. Horrela, modu pseudo-proaktiboaren sarearen topologia aurkitzeko mekanismoamodu erreaktiboaren bide-eskaeraren paketeen bidalketa sintetikoarekin simulatzen da.Emaitza bezala, bideratze filosofia berri bat barneratzen duen protokolo bat lortzen da, ad hocsareen aplikazio inguruneen ezaugarri ezberdinetara eta exekuzio denboran gertatzen direnaldaketetara bere operazioa moldatzen duena. Beraz, inplementatu den ziklo kognitiboari esker,GARI-k bere oinarrizko protokoloaren portaera hobetzen du eta aplikazio sorta handi batenetekin eskaera globaletara moldatu daiteke, era guztiz banatu eta auto-antolatuan lan egiten duenbitartean.InglésThe evolution and expansion of the market of mobile devices has multiplied the applicationpossibilities for ad hoc mobile networks. In this context, the routing issues become decisive inrelation with the global performance of the network.Although numerous ad hoc routing protocols have been proposed, there is still no generalpurpose solution that offers valid performance results in any scenario. Unfortunately, thisfact is severely complicating the definitive boost of ad hoc networks. For this reason, itbecomes necessary to develop new techniques that complement the existing proposalsand, that way, improve their performance in those scenarios where their behaviordegrades.This thesis work introduces a novel and intelligent routing technique that combines bothclassical routing types, proactive and reactive, and employs one or another to the mostadvantageous scenario. In order to achieve this adaptive behavior, the resulting routingprotocol, called GARI (Glocal Intelligent Routing Protocol) is composed of three basicelements: a cognitive module as the engine of the adaptive protocol, a glocal behavior tominimize the impact of the protocol over the network and a pseudo¿proactive operationmode to grant a feasible combination of different routing types.The cognitive module applies machine learning techniques for its design and is insertedinto the routing algorithm to take the decision of toggling between both operation modes.This decision module is fed with the data sensed locally by the nodes that form thenetwork. The cognitive module processes this local information and then adaptively fitsthe behavior of the protocol to gain a global benefit.In consequence, GARI can be considered a glocal protocol, since the complete decisionphase is executed locally and without relevant additional protocol overload, while thebenefit is perceived globally through an overall improvement of the network performance.Thanks to the pseudo¿proactive operation mode, all this process is accomplished withoutcreating new types of protocol messages or a convergence mechanism that would addmore protocol overload to the network. With this objective, the pseudo¿proactive modeuses the same protocol packets as the reactive mode in order not to add more complexityto the protocol. In this way, the topology discovery mechanism of the pseudo¿proactivemode is imitated through the synthetic sending of route request packets, typical of thereactive mode, to multiple destinations.As a result, the new protocol GARI introduces a new routing philosophy that adjusts itsoperation to the specific characteristics of the application environments of ad hocnetworks, and its variations in execution time. Thanks to the implementation of acognitive module, GARI improves the behavior of its base protocol and is able to adapt itsfunction to the global performance requirements of a wide variety of applications, while itworks in an absolutely distributed and auto¿organized manner.