Kablosuz tasarsız ağlar için servis kalitesi tabanlı yeni bir yönlendirme protokolü tasarımı
Quality of service based routing protocol design and implementation on mobile ad-hoc networks
Yazar: SELMAN HIZAL
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ZENGİN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Yönlendirme = Routing

Özet:
Kablosuz cihazların çeşitliliği ve herhangi bir merkezi kontrol mekanizması olmadan birbirleri ile iletişim kurma ihtiyacının olması kablosuz tasarsız mobil ağların (Mobile Ad hoc Network - MANET) önemini ortaya koymaktadır. Kablosuz ortamda birbirleriyle iletişim kurabilen ve birbirine doğrudan bağlanan mobil cihazların oluşturduğu ağ olan MANET; özellikle askeri ağlarda, acil durumlarda, afet yardımlarında, kurtarma operasyonlarında, akıllı araçlar ve insansız hava araçlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ağ içerisinde bulunan kablosuz cihazlar gerektiğinde bir yönlendirici olarak da görev yapmaktadırlar. Bu cihazların birbirleri ile veri transferi yapabilmesi büyük ölçüde haberleşmedeki yönlendirme işlemine bağlıdır. Özellikle çoklu ortam uygulamaları gibi zaman duyarlı verilerin istenilen ihtiyaçlar doğrultusunda başarılı veri akışının sağlanması için servis kalitesi (Quality of Service- QoS) tabanlı yönlendirme protokollerine ihtiyaç duyulmaktadır.
MANET'lerde QoS yönlendirme protokolleri tasarlamak için ağ kaynaklarına bağlı sorunlar ve diğer çeşitli teknik zorluklar bulunmaktadır. Günümüze kadar bu alanda birçok QoS tabanlı yönlendirme protokolü çalışması gerçekleştirilmiştir. MANET'lerde ağda bulunan düğümlerin genellikle sınırlı enerji, hesaplama ve depolama kaynakları bulunması nedeniyle düğümler arasında yönlendirme yapmak oldukça zordur. Geleneksel yönlendirme protokolleri en kısa yol veya en az maliyeti göz önünde bulundurmaktadır. Ayrıca kullanılan yol bozulmadığı sürece alternatif yollar aranmamakta veya ikincil bir yedek yol bulundurulmamaktadır. 
Bu çalışmada, ağda bulunan mobil düğümlerin enerji seviyesini, kapsama alanlarını, konumlarını, hızlarını, hareketlerini ve bağlantı istikrarı gibi servis kalitesini garanti etmeye yönelik parametreleri göz önünde bulundurarak yeni bir yönlendirme protokolü tasarlanmıştır. Geliştirilen protokol ağ simülatörü (Network Simulator - NS-2) altında değişen ağ ve trafik konfigürasyonlarıyla simüle edilmiştir. Ayrıca AODV ve DSDV protokolleri ile ilgili karşılaştırmalar yapılarak performans değerlendirmeleri yapılmıştır. 
Simülasyon sonuçlarına göre QEAODV protokolü düğümlerin enerji seviyeleri ve bağlantı yaşam sürelerini göz önünde bulundurularak yol seçiminin gerçekleştirilmesi genel ağ performansını olumlu yönde etkilemiştir. Yolların istikrarlı hale gelmesiyle uçtan uca gecikme ve paket kayıpları da büyük oranda azaltılmıştır.

Abstract:
Wireless mobile ad hoc network (MANET) is a network of mobile devices that can communicate directly with each other in a wireless environment. The need for communication with each other without any central control and the diversity of devices reveal the importance of MANET's. It is widely used in military networks, emergency situations, disaster relief, rescue operations, smart vehicles and unmanned aerial vehicles (UAV). Wireless devices in the network also act as a router when necessary which differentiates them from other networks. The ability for transferring data through the network requires these devices to have routing process in the communication. On the other hand, QoS-based routing protocols are needed to ensure successful time-sensitive data flow such as multimedia applications, based on the special constraints.
MANETs have several challenges such as limited network resources, battery problems, dynamic topology and a variety of other technical challenges. Todays, many QoS-based routing protocols have been implemented to address such problems. Routing in MANET is very challenging process because the nodes in the network move randomly, and these nodes often have limited energy, computing, and storage resources. In MANETs, traditional routing protocols perform routing by taking the shortest route or the least cost by taking into the consideration. In addition, a secondary route is not reserved or alternative routes are not searched as long as the used route is not broken. Therefore, across increasing the size and complexity, there need for new approaches considering additional constraints besides cost and shortest path metrics. 
In this thesis, a new routing protocol has been designed by considering the energy level, coverage, location, speed, movement and link stability parameters for QoS constrained applications. Network simulations were performed from small scale to increasing scale networks and results are discussed. Performance evaluations were made by comparing new protocol with AODV and DSDV state of the art protocols with considering the several criteria such as throughput, control packet overhead, delay and energy level. According to the results from the simulation experiments, the QEAODV protocol has a better network performance than AODV and DSDV in path selection, energy consumption and link life time. Also end-to-end latency and packet losses are also enhanced due for routes become stable according to the other protocols.