Protocolo de roteamento bioinspirado para MANETs baseado em redes de fungos: Hyphanet
A mobile ad hoc network (MANET) corresponds to a group of mobile devices that communicate with each other and without any supporting infrastructure. The network topology is not structured, the devices are network nodes that act as terminals and routers. MANET routing is extremely challenging due to...
| Autor principal: | Bento, Clovis Ronaldo da Costa |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2021
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23651 |
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riut-1-236512021-12-10T21:49:50Z Protocolo de roteamento bioinspirado para MANETs baseado em redes de fungos: Hyphanet HyphaNet : bioInspired routing protocol for MANETs based on fungi networks Bento, Clovis Ronaldo da Costa Wille, Emílio Carlos Gomes https://orcid.org/0000-0003-1916-0031 http://lattes.cnpq.br/7042348032717400 Fonseca, Anelise Munaretto https://orcid.org/0000-0002-0182-7128 http://lattes.cnpq.br/4992303457891284 Pedroso, Carlos Marcelo https://orcid.org/0000-0002-8887-7936 http://lattes.cnpq.br/0741759135970657 Wille, Emílio Carlos Gomes https://orcid.org/0000-0003-1916-0031 http://lattes.cnpq.br/7042348032717400 Pellenz, Marcelo Eduardo https://orcid.org/0000-0001-6108-6272 http://lattes.cnpq.br/6834497622047154 Guerios, Maura Harumi Sugai https://orcid.org/0000-0002-3576-2879 http://lattes.cnpq.br/6850585122363619 Redes ad hoc (redes de computadores) Roteamento (gerenciamento de rede de computadores) Fungos - Simulação por computador Algorítmos computacionais Rede de computador - Protocolos Simulação (Computadores) Topologia Modelos matemáticos Ad hoc networks (Computer networks) Routing (Computer network management) Fungi - Computer simulation Computer algorithms Computer network protocols Computer simulation Topology Mathematical models CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES Engenharia Elétrica A mobile ad hoc network (MANET) corresponds to a group of mobile devices that communicate with each other and without any supporting infrastructure. The network topology is not structured, the devices are network nodes that act as terminals and routers. MANET routing is extremely challenging due to node mobility and limited bandwidth and power resources. Major trends currently show that MANETs are taking up more and more space in the domestic and corporate market with the growth in the number of users and new applications. As diverse systems have been inspired by the behavior of social insects (ants, bees, among others), fungal colonies also demonstrate the potential of bioinspiration because they exhibit behavior and capacity for selforganization of adaptive, robust, resilient and efficient transport networks of nutrients. Theoretical foundations in the area of fungi were obtained through exploratory research, prioritizing research that deals with the growth and formation of fungal networks, and the processes involved in the production and transport of nutrients, as well as the applications of fungi that already exist in the technological area. In this way, a comparison between a fungal network and a communication network is obtained. Filaments (or hyphae) can be compared to links, their tips and branches are the nodes and the mycelium the entire network. Many species of fungi form filament networks from the germination of spores, which extend into the formation of hyphae networks, whose growth and survival are based on the dynamics of absorption, recycling and transport of nutrients. Based on these concepts, this thesis presents a proposal for the development of a bioinspired routing protocol for MANET networks based on the dynamics of fungal colonies, called HyphaNet. The protocol developed is of the type on-demand and multipath. HyphaNet is promising and performance tests (average delay, transmission and delivery rates and overhead) performed based on the NS-2 simulator, in low traffic scenarios of the CBR / UDP type, present results superior to those of the classic AODV protocol and results similar to the SARA protocol, based on ants. Uma rede ad hoc móvel (MANET) corresponde a um grupo de dispositivos móveis que se comunicam entre si e sem qualquer infraestrutura de suporte. A topologia da rede não é estruturada, os dispositivos são nós da rede que atuam como terminais e roteadores. O roteamento na MANET é extremamente desafiador devido à mobilidade dos nós e aos recursos limitados de largura de banda e energia. Atualmente, as principais tendências mostram que as MANETs ocupam cada vez mais espaço no mercado doméstico e corporativo com o crescimento do número de usuários e de novas aplicações. Assim como diversos sistemas foram inspirados no comportamento de insetos sociais (formigas, abelhas, entre outros), as colônias de fungos também demonstram potencial de bioinspiração por exibirem comportamento e capacidade para auto-organização de redes naturais adaptativas, robustas, resilientes e eficientes no transporte de nutrientes. A fundamentação teórica na área de fungos foi obtida através de pesquisa exploratória, priorizando pesquisas que tratam do crescimento e da formação de redes fúngicas, e os processos envolvidos na produção e transporte de nutrientes, assim como das aplicações conhecidas dos fungos na área tecnológica. Desta forma, uma comparação entre rede fúngica e uma rede de comunicação é obtida. Muitas espécies de fungos formam redes de filamentos a partir da germinação de esporos, que se estendem para a formação de redes de hifas, cujo crescimento e sobrevivência são baseados na dinâmica de absorção, reciclagem e transporte de nutrientes. Os filamentos (ou hifas) podem ser comparados a enlaces, suas pontas e as ramificações são os nós, e o micélio a totalidade da rede.Baseado nestes conceitos, esta tese apresenta uma proposta para o desenvolvimento de um protocolo de roteamento bioinspirado para redes MANETs baseado na dinâmica das colônias de fungos, denominado de HyphaNet. O protocolo desenvolvido é do tipo on-demand e multipath. O HyphaNet mostra-se promissor e testes de desempenho (atraso médio, taxas de transmissão e de entrega, e sobrecarga de roteamento) realizados com base no simulador NS-2, em cenários de baixo tráfego do tipo CBR/UDP, apresentam resultados superiores ao protocolo clássico AODV e resultados semelhantes ao protocolo SARA, baseado em formigas. 2021-01-03T12:20:08Z 2021-01-03T12:20:08Z 2020-09-25 doctoralThesis BENTO, Clovis Ronaldo da Costa. Protocolo de roteamento bioinspirado para MANETs baseado em redes de fungos: Hyphanet. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23651 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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A mobile ad hoc network (MANET) corresponds to a group of mobile devices that communicate with each other and without any supporting infrastructure. The network topology is not structured, the devices are network nodes that act as terminals and routers. MANET routing is extremely challenging due to node mobility and limited bandwidth and power resources. Major trends currently show that MANETs are taking up more and more space in the domestic and corporate market with the growth in the number of users and new applications. As diverse systems have been inspired by the behavior of social insects (ants, bees, among others), fungal colonies also demonstrate the potential of bioinspiration because they exhibit behavior and capacity for selforganization of adaptive, robust, resilient and efficient transport networks of nutrients. Theoretical foundations in the area of fungi were obtained through exploratory research, prioritizing research that deals with the growth and formation of fungal networks, and the processes involved in the production and transport of nutrients, as well as the applications of fungi that already exist in the technological area. In this way, a comparison between a fungal network and a communication network is obtained. Filaments (or hyphae) can be compared to links, their tips and branches are the nodes and the mycelium the entire network. Many species of fungi form filament networks from the germination of spores, which extend into the formation of hyphae networks, whose growth and survival are based on the dynamics of absorption, recycling and transport of nutrients. Based on these concepts, this thesis presents a proposal for the development of a bioinspired routing protocol for MANET networks based on the dynamics of fungal colonies, called HyphaNet. The protocol developed is of the type on-demand and multipath. HyphaNet is promising and performance tests (average delay, transmission and delivery rates and overhead) performed based on the NS-2 simulator, in low traffic scenarios of the CBR / UDP type, present results superior to those of the classic AODV protocol and results similar to the SARA protocol, based on ants. |
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BENTO, Clovis Ronaldo da Costa. Protocolo de roteamento bioinspirado para MANETs baseado em redes de fungos: Hyphanet. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. |
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