Performance Investigation of Simulation Models of Wireless Mobile Ad Hoc Networks

Abstract

ABSTRACT: Wireless ad hoc networks have attracted great interest in last few years, due to envisioning of their great potential in military and commercial applications. Being a wireless network of mobile computing devices that doesn’t rely on any pre-established infrastructure, they eliminate the complexity of infrastructure setup. Accordingly become popular in several application areas, such as battlefields, emergency areas, wireless sensor networks and hybrid wireless networks and can be deployed anywhere at anytime. This thesis provides a Petri-net-based model of a wireless ad hoc network, where all fundamental aspects with the proposed, a general and more realistic, inter-node communication scheme are implemented. The model is implemented in terms of extended Petri nets and the simulation system Winsim is used in development and simulation. There are two types of modules in the model, namely node and switching module, that is, the model is organized in a multi-module system. Three fundamental performance metrics of an ad hoc network – packet delivery ratio, average number of hops and relative network traffic – were investigated under different transmission radius, model parameters and conditions of mobility model and inter-node communication scheme. The entire model, together with the proposed inter-node communication scheme can be used for study of routing protocols as well as other aspects of information transmission in wireless ad hoc networks. The further study of this thesis can be the development of an efficient routing protocol that results in reduced network load and energy usage at mobile nodes as well as increasing the security of the network. The thesis is organized as follows. Chapter 1 introduces the era of computer and wireless networks, with the problem and statement of the work goal of the thesis. Chapter 2 provides a survey of the existing methods and tools for modeling and simulation of wireless ad hoc networks. Chapter 3 is devoted to the specification of system assumptions and the chosen mobility model. Chapter 4 explains the proposed scheme of inter-node communication. In Chapter 5, the organization and components of the entire model is considered. Chapter 6 describes the simulation setup and results of simulation. Chapter 7 concludes the thesis.

Keywords: Mobile wireless ad hoc networks, oriented links, simulation, extended Petri nets, mobility models.

ÖZ: Son yıllarda, kablosuz ve alt yapısız ağlar insanlar arasında büyük bir ilgi uyandırmıştır. Bunu da bu ağların askeri ve ticari alanda kullanılan uygulamalardaki görülen büyük potansiyeline bağlayabiliriz. Hiçbir alt yapıya dayanmayan kablosuz ağlar olmakla birlikte, mobil hesaplama cihazlarının kurulumundaki bütün alt yapı güçlüklerini ortadan kaldırması; bu ağların popülaritesini birçok alanda artırmıştır. Buna örnek olarak da; savaş alanları, acil-olağanüstü durum alanları, kablosuz alıcı ağları ve hibrit kablosuz ağlarda artırdıklarını söyleyebiliriz. Ayrıca her an, her yerde kurulabilecek bir ağ türü yaratmıştır. Yapılan bu tez çalışmasında Petri-net esaslı bir kablosuz alt yapısız ağ modeli sağlanmaktadır. Modelde bahsedilen ağların bütün ana konularıyla birlikte genel ve daha gerçekçi bir devre-arası iletişim taslağı da uygulanmıştır. Simulasyon için kullanılan Winsim sistemi, bu genişletilmiş Petri-net cinsinden yapılmış modelin geliştirilmesinde ve simule edilmesinde kullanılmıştır. Bu model birden çok modüllü bir sistem olarak düzenlenmiştir. İlk modül tipi node (devre) ve ikinci modül tipi ise switching (anahtarlama) modülüdür. Alt yapısız ağlar üç ana performans ölçü birimini ile incelenmektedir. Bunlardan bir tanesi paket teslim oranı, ikincisi; ortalama sekme sayısı ve, son olarak ta göreceli trafik’tir. Bu ölçü birimleri değişen aktarım yarıçapı, model parametreleri ve hareketlilik modeli ile devre-arası iletişim taslağı koşulları altında incelenmiştir. Bütün model, önerilen devre-arası iletişim taslağı ile birlikte kablosuz altyapısız ağlarda yönlendirme protokolleri ve diğer bilgi iletişimi/dağılması ile ilgili konulardaki çalışmalarda da kullanılabilir. Bu tez çalışmasının daha ileride ki çalışması ise, ağdaki yükü ve mobil devrelerdeki güç kullanımını azaltıp, aynı anda ağın güvenliğini artıracak olan verimli bir yönlendirme protokolü üzerinde olabilir. Bu tez çalışmasının organizasyonu şu şekildedir: 1. bölümde, bilgisayar ve kablosuz ağların devrimiyle birlikte tezin ele aldığı problem ve amacı açıklanmaktadır. Kablosuz altyapısız ağların modelleme ve simulasyonlarında kullanılan metodların ve araçların araştırması 2. bölümde açıklanmıştır. 3. bölümde ise, geliştirilen bu sistemdeki varsayımların ve seçilen hareketlilik modeli belirtilmiştir. Bütün modelin düzenlemesini ve parçaları 5. bölümde ele alınmıştır. 6. bölümde ise simulasyon düzeni ve sonuçları açıklanmıştır. Son bölümde de tez sonuçlandırılmıştır.

Anahtar kelimeler: Mobil kablosuz alt yapısız ağlar, yönlü bağlantılar, simulasyon, genişletilmiş Petri-net’ler, hareketlilik modelleri.