Performance Comparison of Routing Protocols Under Dynamic and Static File Transfer Connections

8/4/2019 Performance Comparison of Routing Protocols Under Dynamic and Static File Transfer Connections

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P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f R o u t i n g P r o t o c o l s

u n d e r D y n a m i c a n d S t a t i c F i l e T r a n s f e r

C o n n e c t i o n s

A . U d a y a S h a n k a r

y

, C e n g i z A l a e t t i n o g l u , K l a u d i a D u s s a - Z i e g e r , I b r a h i m M a t t a

D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e

U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d

C o l l e g e P a r k , M D 2 0 7 4 2

A b s t r a c t

W e c o m p a r e t h e p e r f o r m a n c e o f t w o r e c e n t l y p r o p o s e d d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s ( M e r l i n {

S e g a l l a n d E x t e n d e d B e l l m a n { F o r d ) w i t h a l i n k { s t a t e a l g o r i t h m ( S P F ) , u n d e r v a r y i n g l e

t r a n s f e r w o r k l o a d . ( U n l i k e t h e t r a d i t i o n a l d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s , t h e s e n e w d i s t a n c e {

v e c t o r a l g o r i t h m s d o n o t s u e r f r o m l o n g { l i v e d l o o p s . ) O u r c o m p a r i s o n i s d o n e u s i n g a

r e c e n t l y d e v e l o p e d n e t w o r k s i m u l a t o r , M a R S . W e c o n s i d e r b o t h d y n a m i c a n d s t a t i c l e

t r a n s f e r c o n n e c t i o n s , a n d b o t h u n i f o r m a n d h o t s p o t d i s t r i b u t i o n s o f s o u r c e { s i n k p a i r s . O u r

c o n c l u s i o n i s t h a t E x t e n d e d B e l l m a n { F o r d p e r f o r m s a s w e l l a s S P F i n t e r m s o f d e l a y a n d

t h r o u g h p u t . T h i s s u g g e s t s t h a t d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s a r e a p p r o p r i a t e f o r v e r y l a r g e

w i d e { a r e a n e t w o r k s , s i n c e t h e i r s p a c e r e q u i r e m e n t s a r e l e s s t h a n t h a t o f l i n k - s t a t e a l g o -

r i t h m s .

1 I n t r o d u c t i o n

I n w i d e { a r e a s t o r e { a n d { f o r w a r d c o m p u t e r n e t w o r k s , r o u t i n g p r o t o c o l s a r e r e s p o n s i b l e f o r f o r -

w a r d i n g d a t a p a c k e t s o v e r g o o d r o u t e s w h i c h o p t i m i z e r e a l { t i m e p e r f o r m a n c e m e a s u r e s s u c h a s

d e l a y a n d t h r o u g h p u t . T h e d e l a y a l o n g a r o u t e d e p e n d s o n t h e t r a c t h r o u g h i t s l i n k s , w h i c h

d e p e n d s o n t h e e x t e r n a l ( t i m e { v a r y i n g ) l o a d . C o n s e q u e n t l y , a r o u t i n g p r o t o c o l m u s t m o n i t o r

l i n k d e l a y s a n d a d a p t i t s r o u t e s t o c h a n g e s i n l i n k d e l a y s .

T h e r e a r e t w o b a s i c k i n d s o f r o u t i n g a l g o r i t h m s : l i n k { s t a t e a n d d i s t a n c e { v e c t o r . I n t h e

l i n k { s t a t e a p p r o a c h , e a c h n o d e m a i n t a i n s a v i e w o f t h e n e t w o r k t o p o l o g y w i t h a c o s t f o r e a c h

l i n k . I n t h e d i s t a n c e { v e c t o r a p p r o a c h , w h i c h i s b a s e d o n t h e B e l l m a n { F o r d a l g o r i t h m 9 ] ,

e a c h n o d e m a i n t a i n s f o r e a c h d e s t i n a t i o n a s e t o f d i s t a n c e s , o n e f o r e a c h o f i t s n e i g h b o r s . T h e

d i s t a n c e { v e c t o r a p p r o a c h h a s l e s s s p a c e o v e r h e a d . H o w e v e r , t h e s t r a i g h t { f o r w a r d d i s t r i b u t e d

i m p l e m e n t a t i o n o f t h e B e l l m a n { F o r d a l g o r i t h m p e r f o r m s b a d l y , b e c a u s e i t c a n h a v e l o n g { l i v e d

l o o p s g i v i n g r i s e t o l a r g e d i s s e m i n a t i o n t i m e s 2 ] . T h e A R P A N E T i n i t i a l l y u s e d t h i s D i s t r i b u t e d

B e l l m a n { F o r d a l g o r i t h m , b u t i t w a s r e p l a c e d i n 1 9 7 9 b y a l i n k s t a t e a l g o r i t h m r e f e r r e d t o a s

S P F ( S h o r t e s t P a t h F i r s t ) 1 9 ] .

S i n c e 1 9 7 9 , m a n y n e w k i n d s o f d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s h a v e b e e n p r o p o s e d 2 0 , 2 4 , 1 5 ,

3 , 1 1 , 2 3 ] w h i c h a c h i e v e s i g n i c a n t l y r e d u c e d d i s s e m i n a t i o n t i m e s b y u s i n g n o d e c o o r d i n a t i o n

m e c h a n i s m s . W e d o n o t k n o w w h e t h e r t h e n e w d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s a r e g o o d e n o u g h

T h i s w o r k i s s u p p o r t e d i n p a r t b y R A D C a n d D A R P A u n d e r c o n t r a c t F 3 0 6 0 2 - 9 0 - C - 0 0 1 0 t o U M I A C S a t t h e

U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d , a n d b y N a t i o n a l S c i e n c e F o u n d a t i o n G r a n t N o . N C R 8 9 - 0 4 5 9 0 . T h e v i e w s , o p i n i o n s ,

a n d / o r n d i n g s c o n t a i n e d i n t h i s r e p o r t a r e t h o s e o f t h e a u t h o r ( s ) a n d s h o u l d n o t b e i n t e r p r e t e d a s r e p r e s e n t i n g

t h e o c i a l p o l i c i e s , e i t h e r e x p r e s s e d o r i m p l i e d , o f t h e D e f e n s e A d v a n c e d R e s e a r c h P r o j e c t s A g e n c y , R A D C , o r

t h e U . S . G o v e r n m e n t . C o m p u t e r f a c i l i t i e s w e r e p r o v i d e d i n p a r t b y N S F g r a n t C C R - 8 8 1 1 9 5 4 .

y

A l s o w i t h I n s t i t u t e f o r A d v a n c e d C o m p u t e r S t u d i e s , U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d , C o l l e g e P a r k , M D 2 0 7 4 2 .



t o r e p l a c e S P F . T o a n s w e r t h i s , w e m u s t c o m p a r e t h e s e a l g o r i t h m s i n t h e c o n t e x t o f v a r y i n g

w o r k l o a d . T o i g n o r e t h e w o r k l o a d , a s i s d o n e i n a l l h o p { c o u n t a n d m e s s a g e c o m p l e x i t y a n a l y s e s ,

i s t o i g n o r e t h e c r i t i c a l d e l a y e d f e e d b a c k b e t w e e n r o u t i n g t a b l e c h a n g e s a n d l i n k c o s t c h a n g e s .

A t e s t b e d a p p e a r s e s s e n t i a l f o r u n d e r s t a n d i n g t h e s e i s s u e s .

W e h a v e d e v e l o p e d s u c h a t e s t b e d , c a l l e d M a R S ( M a r y l a n d R o u t i n g S i m u l a t o r ) 1 ] . I n t h i s

p a p e r , w e u s e M a R S t o e v a l u a t e t h e p e r f o r m a n c e o f t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s i n t e r m s o f d e l a y

a n d t h r o u g h p u t u n d e r v a r y i n g l e t r a n s f e r w o r k l o a d . I n a l l c a s e s , w e c o n s i d e r t h e N S F N E T {

b a c k b o n e n e t w o r k a n d a h o p { n o r m a l i z e d l i n k c o s t f u n c t i o n . W e c o m p a r e S P F a n d t w o r e c e n t l y

p r o p o s e d d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s , n a m e l y M e r l i n { S e g a l l 2 0 , 2 4 ] h e n c e f o r t h c a l l e d M S , a n d

E x t e n d e d B e l l m a n { F o r d 3 ] h e n c e f o r t h c a l l e d E x B F . T h e l e t r a n s f e r w o r k l o a d w e c o n s i d e r i s

s p e c i e d i n t e r m s o f s o u r c e { s i n k p a i r s . W e c o n s i d e r t w o k i n d s o f g e o g r a p h i c d i s t r i b u t i o n s f o r

t h e s o u r c e { s i n k p a i r s : u n i f o r m , w h e r e t h e p a i r s a r e d i s t r i b u t e d u n i f o r m l y a m o n g t h e n o d e s o f

t h e n e t w o r k , a n d h o t s p o t { w i t h { b a c k g r o u n d , w h e r e m o r e s o u r c e { s i n k p a i r s a r e a l l o c a t e d t o

a s p e c i e d h o t s p o t n o d e . W e c o n s i d e r t w o k i n d s o f b u r s t i n e s s f o r t h e l e t r a n s f e r c o n n e c t i o n s :

d y n a m i c a n d s t a t i c . I n t h e d y n a m i c c a s e , f o r e a c h s o u r c e { s i n k p a i r t h e r e i s a n u n e n d i n g

s u c c e s s i o n o f l e t r a n s f e r c o n n e c t i o n s . I n e a c h c o n n e c t i o n , a n i t e n u m b e r o f d a t a p a c k e t s

i s p r o d u c e d b y t h e s o u r c e . T h e d u r a t i o n o f t h e c o n n e c t i o n , i . e . , t h e t i m e t o d e l i v e r t h e d a t a

p a c k e t s t o t h e s i n k , d e p e n d s o n t h e r o u t i n g p r o t o c o l p e r f o r m a n c e . T h e p o o r e r t h e p e r f o r m a n c e ,

t h e l o n g e r t h e d u r a t i o n , r e s u l t i n g i n m o r e c o n n e c t i o n s b e i n g a c t i v e s i m u l t a n e o u s l y . T h u s , t h e

n u m b e r o f a c t i v e c o n n e c t i o n s v a r i e s w i t h t i m e . I n t h e s t a t i c c a s e , f o r e a c h s o u r c e { s i n k p a i r

t h e r e i s a s i n g l e l e t r a n s f e r c o n n e c t i o n i n w h i c h a n u n e n d i n g s u c c e s s i o n o f p a c k e t s i s p r o d u c e d

b y t h e s o u r c e .

O u r o v e r a l l c o n c l u s i o n i s t h a t u n d e r h o t s p o t { w i t h { b a c k g r o u n d w o r k l o a d , S P F a n d E x B F

a r e a b o u t e q u i v a l e n t ( w i t h S P F b e i n g s l i g h t l y b e t t e r ) , w h i l e M S d o e s s i g n i c a n t l y w o r s e . U n d e r

u n i f o r m w o r k l o a d , M S a n d E x B F a r e a b o u t e q u i v a l e n t ( w i t h E x B F b e i n g s l i g h t l y b e t t e r ) , w h i l e

S P F d o e s s i g n i c a n t l y w o r s e . W e g i v e m o r e i m p o r t a n c e t o h o t s p o t w o r k l o a d t h a n t o u n i f o r m

w o r k l o a d , b e c a u s e w e b e l i e v e t h a t i t i s m o r e r e p r e s e n t a t i v e o f r e a l { l i f e n e t w o r k c o n d i t i o n s .

E l s e w h e r e 2 5 ] , w e h a v e u s e d M a R S t o c o m p a r e t h e t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s u n d e r s t a t i c l e

t r a n s f e r w o r k l o a d , f o r v a r y i n g l i n k c o s t f u n c t i o n s , v a r y i n g l i n k f a i l u r e a n d r e p a i r c h a r a c t e r i s t i c s ,

a n d r e g u l a r a n d h i g h { s p e e d v e r s i o n s o f t h e N S F N E T { b a c k b o n e . O u r c o n c l u s i o n t h e r e i s t h a t

E x B F i s a s g o o d a s S P F f o r g o o d l i n k c o s t f u n c t i o n s . F u r t h e r m o r e , E x B F i s l e s s s e n s i t i v e t o

c h a n g e s i n t h e l i n k c o s t f u n c t i o n . M S p e r f o r m s s i g n i c a n t l y w o r s e t h a n S P F a n d E x B F e x c e p t

a t v e r y h i g h a n d v e r y l o w w o r k l o a d s .

T h e r e s t o f t h e p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s . I n s e c t i o n 2 , w e r e v i e w r e l a t e d w o r k . I n s e c -

t i o n 3 , w e d e s c r i b e S P F , M S , a n d E x B F . I n s e c t i o n 4 , w e d e s c r i b e o u r s i m u l a t i o n e n v i r o n m e n t .

I n s e c t i o n 5 , w e s u m m a r i z e t h e r e s u l t s o f t h e s i m u l a t i o n s a n d g i v e o u r c o n c l u s i o n s .

2 P r e v i o u s W o r k

T o o u r k n o w l e d g e , t h e r e i s n o p r e v i o u s w o r k c o m p a r i n g t h e n e w d i s t a n c e v e c t o r a l g o r i t h m s t o

S P F w i t h r e s p e c t t o d e l a y a n d t h r o u g h p u t . T h e r e i s p r e v i o u s w o r k e x a m i n i n g t h e s e a l g o r i t h m s

i n d i v i d u a l l y , a n d w e m e n t i o n e x p e r i m e n t a l , s i m u l a t i o n , a n d a n a l y t i c a p p r o a c h e s .

R e g a r d i n g e x p e r i m e n t a l a p p r o a c h e s , a s e r i e s o f t e s t s w a s p e r f o r m e d o n t h e A R P A N E T t o

e v a l u a t e i t s n e w r o u t i n g a l g o r i t h m ( i . e . S P F ) 1 9 ] a n d i t s n e w l i n k c o s t f u n c t i o n ( i . e . h o p -

n o r m a l i z e d d e l a y f u n c t i o n ) 1 7 ] . T h e t e s t s s h o w e d t h a t t h e n e w a l g o r i t h m a n d c o s t f u n c t i o n

g i v e b e t t e r p e r f o r m a n c e t h a n t h e o l d A R P A N E T a l g o r i t h m ( i . e . D i s t r i b u t e d B e l l m a n - F o r d ) a n d

t h e o l d d e l a y f u n c t i o n .



R e g a r d i n g s i m u l a t i o n a p p r o a c h e s , r e f e r e n c e 4 ] c o n c l u d e d t h a t a n a d a p t i v e s t r a t e g y i s n e e d e d

i n a s k e w e d w o r k l o a d e n v i r o n m e n t . F o r S P F , i t i n v e s t i g a t e d t h e e e c t s o f t h e l i n k c o s t f u n c -

t i o n p a r a m e t e r s a n d d e m o n s t r a t e d o p t i m a l s e t t i n g s . I n 2 6 ] , t h e o r i g i n a l a n d n e w A R P A N E T

a l g o r i t h m s ( i . e . D i s t r i b u t e d B e l l m a n - F o r d a n d S P F ) w e r e e v a l u a t e d i n a c o m p a r i s o n w i t h t w o

h i e r a r c h i c a l e x t e n s i o n s t o t h e s e a l g o r i t h m s . I t w a s o b s e r v e d t h a t a s h o r t e r l i n k { c o s t u p d a t e

p e r i o d s h o u l d b e u s e d f o r h i g h e r d a t a w o r k l o a d . M u l t i { p a t h e x t e n s i o n s t o S P F w e r e p r o p o s e d

i n 2 2 ] a n d 2 7 ] , a n d w e r e s h o w n t o p e r f o r m b e t t e r . R e f e r e n c e 2 8 ] c o m p a r e d S P F , D i s t r i b u t e d

B e l l m a n - F o r d a n d D U A L a l g o r i t h m s w i t h r e s p e c t t o m e a s u r e s s u c h a s n u m b e r o f p a t h s w i t h

l o o p s a f t e r a n o d e / l i n k c h a n g e . H o w e v e r , i t h a s n o w o r k l o a d a n d a s s u m e s u n i t l i n k d e l a y s a n d

z e r o p r o c e s s i n g t i m e a t t h e n o d e s . R e f e r e n c e 2 1 ] c o m p a r e d S P F , G a l l a g e r ' s a l g o r i t h m 1 0 ] , a n d

t h e C O D E X a l g o r i t h m 1 3 , 1 4 ] . I t w a s s h o w n t h a t S P F w i t h t h e o l d d e l a y l i n k c o s t f u n c t i o n

p e r f o r m s p o o r l y c o m p a r e d t o t h e o t h e r t w o a l g o r i t h m s i n t e r m s o f p a c k e t d e l a y u n d e r m o d e r a t e

t o h e a v y t r a c c o n d i t i o n s .

R e g a r d i n g a n a l y t i c a l a p p r o a c h e s , o n e a p p r o a c h i s t o u s e a q u e u e i n g n e t w o r k m o d e l w h e r e

r o u t i n g i s b a s e d o n d e l a y e d s t a t e i n f o r m a t i o n . U n f o r t u n a t e l y , t h i s i s u s u a l l y i n t r a c t a b l e e x c e p t

f o r e x t r e m e l y s i m p l e m o d e l s 7 , 8 ] . A n o t h e r m o r e t r a c t a b l e a p p r o a c h i s t o u s e o w m o d e l s 2 , 8 ] .

H o w e v e r , t h i s a p p r o a c h a s s u m e s t h a t o w s a r e s t a t i c ( o r q u a s i - s t a t i c ) 2 ] .

3 O v e r v i e w o f R o u t i n g A l g o r i t h m s

I n t h i s p a p e r , w e a r e c o n c e r n e d w i t h n e x t { h o p r o u t i n g ; t h a t i s , e a c h d a t a p a c k e t h a s i t s d e s t i -

n a t i o n n o d e i d , a n d e a c h n o d e ( o t h e r t h a n t h e d e s t i n a t i o n ) m a i n t a i n s a n e i g h b o r i n g n o d e i d ,

r e f e r r e d t o a s n e x t h o p , t o f o r w a r d t h e p a c k e t s t o . T h e n e x t h o p o f a n o d e c a n a l s o b e n i l I n

t h i s c a s e i f t h e n o d e r e c e i v e s a d a t a p a c k e t , w h i c h n e e d s t o b e f o r w a r d e d , f o r t h a t d e s t i n a t i o n

t h e n t h e p a c k e t i s d r o p p e d ( a n d l a t e r r e t r a n s m i t t e d b y t h e s o u r c e ) .

L i n k { S t a t e A l g o r i t h m s

I n t h e l i n k { s t a t e a p p r o a c h , e a c h n o d e m a i n t a i n s a v i e w o f t h e n e t w o r k t o p o l o g y w i t h a c o s t

f o r e a c h l i n k , a n d u s e s t h i s v i e w t o o b t a i n m i n i m u m c o s t r o u t e s f o r e a c h d e s t i n a t i o n . T o k e e p

t h e s e v i e w s u p { t o { d a t e , e a c h n o d e r e g u l a r l y b r o a d c a s t s t h e l i n k c o s t s o f i t s o u t g o i n g l i n k s t o

a l l o t h e r n o d e s . N o t e t h a t s o m e o f t h e l i n k c o s t s i n a n o d e ' s v i e w c a n b e o l d b e c a u s e o f l o n g

p r o p a g a t i o n d e l a y s , p a r t i t i o n e d n e t w o r k , e t c . S u c h i n c o n s i s t e n t v i e w s o f n e t w o r k t o p o l o g y a t

d i e r e n t n o d e s m i g h t l e a d t o l o o p s i n t h e n e x t h o p s . H o w e v e r , t h e s e l o o p s a r e s h o r t { l i v e d ,

b e c a u s e t h e y d i s a p p e a r i n t h e t i m e i t t a k e s a m e s s a g e t o t r a v e r s e t h e d i a m e t e r o f t h e n e t w o r k .

S P F i s a l i n k { s t a t e a l g o r i t h m i n w h i c h D i j k s t r a ' s s h o r t e s t p a t h a l g o r i t h m 5 ] i s a p p l i e d t o

t h e v i e w o f t h e n e t w o r k t o p o l o g y t o d e t e r m i n e n e x t h o p s .

D i s t a n c e { V e c t o r A l g o r i t h m s

I n t h e d i s t a n c e { v e c t o r a p p r o a c h , e v e r y n o d e m a i n t a i n s f o r e a c h d e s t i n a t i o n a s e t o f d i s t a n c e s ,

o n e t h r o u g h e a c h o f i t s n e i g h b o r s . T h e n o d e c h o o s e s a n e i g h b o r w i t h t h e m i n i m u m d i s t a n c e

f o r a d e s t i n a t i o n a s t h e n e x t h o p t o w a r d s t h a t d e s t i n a t i o n .

I t i s w e l l k n o w n t h a t t h e s t r a i g h t { f o r w a r d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e a b o v e a p p r o a c h , i n a d d i t i o n

t o s h o r t { l i v e d n e x t h o p l o o p s , c a n h a v e l o n g { l i v e d l o o p s o f d u r a t i o n p r o p o r t i o n a l t o l i n k c o s t

c h a n g e s 2 3 ] . T h e n e w d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m s h a v e m e c h a n i s m s t o a v o i d l o n g { l i v e d l o o p s .

M S i s a d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m w h i c h a v o i d s b o t h s h o r t { l i v e d a n d l o n g { l i v e d l o o p s . F o r

e a c h d e s t i n a t i o n , M S g u a r a n t e e s t h a t t h e n e x t h o p s o n t h e n o d e s t h a t c a n r e a c h t h e d e s t i n a t i o n



f o r m a t r e e r o o t e d a t t h e d e s t i n a t i o n . M S a t t a i n s l o o p { f r e e p a t h s b y c o o r d i n a t i n g t h e n e x t h o p

u p d a t e s f o r e a c h d e s t i n a t i o n a s a d i u s i o n c o m p u t a t i o n 6 ] w h i c h i s s t a r t e d b y t h e d e s t i n a t i o n .

E x B F i s a n o t h e r d i s t a n c e { v e c t o r a l g o r i t h m w h i c h a v o i d s l o n g { l i v e d l o o p s b u t n o t s h o r t {

l i v e d l o o p s . F o r e a c h d e s t i n a t i o n , e v e r y n o d e m a i n t a i n s a d i s t a n c e a n d a p r e n a l n o d e t h r o u g h

e a c h o f i t s n e i g h b o r s . A p r e n a l n o d e i s t h e l a s t n o d e b e f o r e t h e d e s t i n a t i o n o n t h e n e x t h o p

p a t h t o w a r d s t h a t d e s t i n a t i o n . U s i n g t h e p r e n a l n o d e i n f o r m a t i o n , E x B F a v o i d s l o n g { l i v e d

l o o p s .

W e p o i n t o u t t h a t f o r a l l a l g o r i t h m s , l i n k { c o s t s a r e r e { c a l c u l a t e d n o t o n l y i n t h e c a s e

o f a f a i l u r e / r e p a i r b u t a l s o p e r i o d i c a l l y . T h i s c a n c a u s e r o u t i n g t a b l e u p d a t e s a n d t h e r o u t i n g

a l g o r i t h m a d a p t s i f n e e d e d . T h e s e r o u t i n g t a b l e u p d a t e s i n t u r n c a u s e c h a n g e s i n t h e l i n k c o s t s .

T h i s d e l a y e d f e e d b a c k b e t w e e n r o u t i n g c h a n g e s a n d l i n k c o s t c h a n g e s i s v e r y c o m p l i c a t e d t o

a n a l y z e a n d c a n o n l y b e u n d e r s t o o d v i a s i m u l a t i o n s / e x p e r i m e n t s .

4 S i m u l a t i o n E n v i r o n m e n t

I n t h i s s e c t i o n , w e g i v e a b r i e f o v e r v i e w o f M a R S . W e t h e n d e s c r i b e t h e r a n g e o f p a r a m e t e r s

e x e r c i s e d i n o u r s i m u l a t i o n s a n d t h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e s o b t a i n e d . A s s u m p t i o n s a n d p a r a m -

e t e r s w e r e p r e d e t e r m i n e d e i t h e r c o n s i s t e n t l y w i t h t h o s e m a d e i n t h e l i t e r a t u r e , e . g . 1 9 ] 1 7 ] 1 2 ]

4 ] , o r f r o m s t a t i s t i c s p r o v i d e d b y M e r i t / N S F N E T I n f o r m a t i o n S e r v i c e s , o r b y e x p e r i m e n t a t i o n .

4 . 1 O v e r v i e w o f M a R S

O u r s i m u l a t i o n s t u d i e s w e r e d o n e o n a r e c e n t l y d e v e l o p e d d i s c r e t e { e v e n t s i m u l a t o r , M a R S

( M a r y l a n d R o u t i n g S i m u l a t o r ) . I t p r o v i d e s a e x i b l e p l a t f o r m f o r t h e e v a l u a t i o n a n d c o m p a r i s o n

o f n e t w o r k r o u t i n g a l g o r i t h m s . M a R S i s i m p l e m e n t e d i n C o n a U N I X e n v i r o n m e n t . I t h a s

a n o p t i o n a l g r a p h i c a l ( X W i n d o w S y s t e m ) i n t e r f a c e . I t i s a v a i l a b l e p u b l i c l y i n t h e I n t e r n e t b y

a n o n y m o u s f t p f r o m f t p . c s . u m d . e d u 1 ] .

A n e t w o r k c o n g u r a t i o n c o n s i s t s o f a p h y s i c a l n e t w o r k , a r o u t i n g a l g o r i t h m a n d a w o r k l o a d

T h e p h y s i c a l n e t w o r k c o n s i s t s o f n o d e s a n d l i n k s . E a c h n o d e i r e p r e s e n t s a s t o r e { a n d { f o r w a r d

e n t i t y , a n d i s c h a r a c t e r i z e d b y p a r a m e t e r s s u c h a s b u e r s p a c e , p r o c e s s i n g s p e e d , p a c k e t q u e u e -

i n g d i s c i p l i n e , a n d f a i l u r e a n d r e p a i r d i s t r i b u t i o n s . E a c h l i n k ( i ; j ) r e p r e s e n t s a t r a n s m i s s i o n

c h a n n e l f r o m n o d e i t o n o d e j , a n d i s c h a r a c t e r i z e d b y p a r a m e t e r s s u c h a s b a n d w i d t h , p r o p a -

g a t i o n d e l a y , a n d f a i l u r e a n d r e p a i r d i s t r i b u t i o n s . A n o p e r a t i o n a l l i n k , i . e . o n e t h a t i s n o t i n a

f a i l e d s t a t e , b e h a v e s a s a n e r r o r { f r e e F I F O c h a n n e l .

T h e r o u t i n g a l g o r i t h m i s i m p l e m e n t e d b y r o u t i n g m o d u l e s , o n e a t e a c h n o d e , w h i c h m a i n t a i n

t h e r o u t i n g i n f o r m a t i o n , e . g . n e x t h o p s , d i s t a n c e s , l i n k c o s t s , e t c . M a R S c u r r e n t l y p r o v i d e s

t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s , S P F , M S , E x B F ( d e s c r i b e d i n s e c t i o n 3 ) . M a R S c u r r e n t l y p r o v i d e s

f o u r t y p e s o f l i n k c o s t f u n c t i o n s b a s e d o n h o p c o u n t , u t i l i z a t i o n , d e l a y , a n d h o p { n o r m a l i z e d

d e l a y . T h e l i n k c o s t f u n c t i o n u s e d i n t h i s p a p e r i s t h e h o p n o r m a l i z e d d e l a y f u n c t i o n o f t h e

A R P A N E T 1 9 , 1 7 ] . T h e c o s t o f a l i n k i s u p d a t e d p e r i o d i c a l l y , a n d r e s e t w h e n e v e r t h e l i n k

f a i l s o r r e c o v e r s ; a t e a c h u p d a t e , a n e w c o s t i s c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e a v e r a g e p a c k e t d e l a y f o r

t h e l i n k d u r i n g t h e l a s t u p d a t e p e r i o d , u s i n g e x p o n e n t i a l a v e r a g i n g , m o v e m e n t l i m i t s , e t c . ( s e e

A p p e n d i x A f o r d e t a i l s ) .

T h e w o r k l o a d i s d e n e d i n t e r m s o f s o u r c e { s i n k p a i r s w h i c h a r e a t t a c h e d t o n o d e s . I n e a c h

p a i r i , s o u r c e i p r o d u c e s p a c k e t s d e s t i n e d f o r s i n k i a n d p a s s e s t h e m t o i t s n o d e . T h e p a c k e t s

a r e f o r w a r d e d a c r o s s t h e n e t w o r k a n d c o n s u m e d b y s i n k i . M a R S c u r r e n t l y i m p l e m e n t s t h r e e

t y p e s o f s o u r c e { s i n k p a i r s : l e t r a n s f e r ( F T P ) , r e m o t e l o g i n ( T E L N E T ) , a n d a s i m p l e w o r k l o a d .



I n F T P a n d T E L N E T , e a c h s o u r c e { s i n k p a i r i s d e n e d i n t e r m s o f c o n n e c t i o n s . A c o n n e c t i o n

c a n b e n i t e o r u n e n d i n g . A n i t e c o n n e c t i o n i s d e n e d b y a s t a r t t i m e , i n t e r { p a c k e t g e n e r a t i o n

t i m e , p a c k e t s i z e , a n d t o t a l n u m b e r o f d a t a p a c k e t s t o b e p r o d u c e d . T h e c o n n e c t i o n e n d s

w h e n a l l d a t a p a c k e t s h a v e b e e n d e l i v e r e d t o t h e s i n k . A n u n e n d i n g c o n n e c t i o n i s s i m i l a r ,

e x c e p t t h a t t h e s o u r c e n e v e r s t o p s p r o d u c i n g d a t a p a c k e t s ( a n d t h e c o n n e c t i o n n e v e r e n d s ) .

E a c h c o n n e c t i o n , w h e t h e r n i t e o r u n e n d i n g , i n c o r p o r a t e s a s t a t i c s e n d w i n d o w { b a s e d o w

c o n t r o l m e c h a n i s m a n d a n a c k n o w l e d g m e n t { w i t h { r e t r a n s m i s s i o n m e c h a n i s m u s i n g r o u n d t r i p

t i m e e s t i m a t e s . F o r e a c h c o n n e c t i o n , t h e r o u n d t r i p t i m e e s t i m a t e i s c a l c u l a t e d w i t h t h e h e l p

o f t o k e n p a c k e t s s e n t r e g u l a r l y . T h e r o u n d t r i p t i m e e s t i m a t e i s c a l c u l a t e d b y e x p o n e n t i a l l y

a v e r a g i n g t h e r o u n d t r i p t i m e s o f t o k e n p a c k e t s w i t h a f a c t o r o f 0 . 5 . R e t r a n s m i s s i o n s c a n b e

d u e t o n o d e o r l i n k f a i l u r e s , b u e r s p a c e l i m i t a t i o n , o r n i l n e x t h o p . W e o n l y c o n s i d e r t h i s

s i m p l e o w c o n t r o l s c h e m e t o k e e p t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n r o u t i n g a n d o w c o n t r o l a l g o r i t h m s

m i n i m a l . W i t h a m o r e s o p h i s t i c a t e d o w c o n t r o l m e c h a n i s m , s u c h a s s l o w { s t a r t i n T C P , t h e

i n t e r a c t i o n w o u l d b e m o r e c o m p l i c a t e d , a n d w e b e l i e v e i t w o u l d b e h a r d t o d r a w c o n c l u s i o n s

a b o u t t h e p e r f o r m a n c e o f t h e r o u t i n g a l g o r i t h m i t s e l f .

4 . 2 S i m u l a t i o n P a r a m e t e r s

W e c o n s i d e r t h e r o u t i n g a l g o r i t h m s , S P F , M S a n d E x B F , o n t h e t o p o l o g y o f t h e N S F N E T { T 1 {

B a c k b o n e f o r v a r y i n g w o r k l o a d s . F i g u r e 1 i l l u s t r a t e s t h e N S F N E T t o p o l o g y . L i n k p r o p a g a t i o n

d e l a y s i n m i l l i s e c o n d s a r e i n d i c a t e d . A l s o i n d i c a t e d i s t h e n o d e w h i c h w i l l b e a h o t s p o t i n s o m e

o f o u r e x p e r i m e n t s .

F i g u r e 1 : N S F N E T { B a c k b o n e : 1 4 n o d e s , 2 1 b i d i r e c t i o n a l l i n k s , a v e r a g e d e g r e e 3 .

P h y s i c a l N e t w o r k

A l l l i n k s h a v e t h e s a m e b a n d w i d t h , 1 . 5 M b i t / s e c . T h e r e a r e n o l i n k o r n o d e f a i l u r e s . A l l n o d e s

h a v e a d e q u a t e b u e r s p a c e f o r b u e r i n g p a c k e t s a w a i t i n g p r o c e s s i n g a n d f o r w a r d i n g . W o r k l o a d

p a c k e t s c a n b e p r o c e s s e d ( i n c l u d e s p a r s i n g t h e p a c k e t h e a d e r , c o n s u l t i n g t h e r o u t i n g t a b l e , a n d

a d d i n g t h e p a c k e t t o t h e a p p r o p r i a t e o u t g o i n g p a c k e t q u e u e ) i n p a r a l l e l . T h e p r o c e s s i n g t i m e

e q u a l s 1 m s e c . R o u t i n g p a c k e t s h a v e p r i o r i t y o v e r w o r k l o a d p a c k e t s i n t h e n o d e s ' o u t g o i n g

p a c k e t q u e u e s .

R o u t i n g p a c k e t s r e c e i v e d a t a n o d e a r e p r o c e s s e d s e q u e n t i a l l y . T h e s i z e a n d p r o c e s s i n g t i m e

o f r o u t i n g p a c k e t s d e p e n d o n t h e a l g o r i t h m . F o r S P F , a l i n k { s t a t e p a c k e t s e n t b y a n o d e i s

1 6 + 8 e b y t e s l o n g , w h e r e e i s t h e n u m b e r o f n e i g h b o r s o f t h e n o d e ; i t i s p r o c e s s e d i n 6 m s e c .

F o r M S , t h e r e a r e t w o t y p e s o f p a c k e t s : o n e c o n v e y i n g a d i s t a n c e , w h i c h i s 2 0 b y t e s l o n g a n d



p r o c e s s e d i n 3 m s e c , a n d o n e c a r r y i n g a r e q u e s t f o r i n i t i a t i n g a n e w c o m p u t a t i o n , w h i c h i s

1 6 b y t e s l o n g a n d p r o c e s s e d i n 2 m s e c . F o r E x B F , a d i s t a n c e { v e c t o r p a c k e t s e n t b y a n o d e

i s 2 4 + 1 2 n b y t e s l o n g , w h e r e n i s t h e n u m b e r o f d e s t i n a t i o n s f o r w h i c h a d i s t a n c e h a s b e e n

r e c e i v e d ; i t i s p r o c e s s e d i n 4 . 5 m s e c .

L i n k { C o s t F u n c t i o n

T h e h o p { n o r m a l i z e d d e l a y f u n c t i o n i s u s e d w i t h o s e t e q u a l t o 0 , s l o p e e q u a l t o 1 0 , m i n i m u m

c o s t l i m i t e q u a l t o 1 , m a x i m u m c o s t l i m i t e q u a l t o 1 0 , a n d m o v e m e n t l i m i t e q u a l t o 1 ( t h e s e

t e r m s a r e d e n e d i n A p p e n d i x A ) . T h e l i n k { c o s t u p d a t e p e r i o d i s u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d w i t h

m e a n 1 0 s e c o n d s a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n 1 s e c o n d . ( T h e s e v a l u e s w e r e o b t a i n e d f r o m 1 9 ] 1 7 ] ,

a n d e x p e r i m e n t a t i o n 2 5 ] . )

W o r k l o a d

W e u s e o n l y F T P s o u r c e { s i n k p a i r s ( t h i s i s a m a j o r N S F N E T a p p l i c a t i o n 1 6 ] ) . W e c o n s i d e r

t w o t y p e s o f s o u r c e { s i n k p a i r d i s t r i b u t i o n s : ( i ) U n i f o r m w o r k l o a d w i t h p a r a m e t e r U i n d i c a t i n g

t h e a v e r a g e n u m b e r o f F T P s o u r c e { s i n k p a i r s b e t w e e n e v e r y t w o n o d e s ; a n d ( i i ) H o t s p o t {

w i t h { b a c k g r o u n d w o r k l o a d w i t h p a r a m e t e r s H a n d B , w h e r e H i s t h e a v e r a g e n u m b e r o f F T P

s o u r c e { s i n k p a i r s f r o m e v e r y n o d e t o t h e h o t s p o t n o d e , a n d B i s t h e a v e r a g e n u m b e r o f F T P

s o u r c e { s i n k p a i r s b e t w e e n e v e r y p a i r o f n o d e s e x c l u d i n g t h e h o t s p o t n o d e .

W e c o n s i d e r t w o t y p e s o f b u r s t i n e s s f o r t h e F T P c o n n e c t i o n s : ( i ) D y n a m i c w o r k l o a d , w h e r e

e a c h s o u r c e { s i n k p a i r i s a s u c c e s s i o n o f n i t e c o n n e c t i o n s w i t h a v e r a g e i n t e r { s t a r t t i m e s f o r

c o n n e c t i o n s e q u a l t o 1 5 s e c , a v e r a g e i n t e r { p a c k e t g e n e r a t i o n t i m e e q u a l t o 0 m s e c , a n d a v e r a g e

n u m b e r o f p a c k e t s p e r c o n n e c t i o n e q u a l t o 5 0 ( t h u s , a l l p a c k e t s o f a c o n n e c t i o n a r e g e n e r a t e d

a t t h e s t a r t o f t h e c o n n e c t i o n ) ; a n d ( i i ) S t a t i c w o r k l o a d , w h e r e e a c h s o u r c e { s i n k p a i r i s a s i n g l e

u n e n d i n g c o n n e c t i o n t h a t s t a r t s w h e n t h e s i m u l a t i o n b e g i n s a n d h a s i n t e r { p a c k e t g e n e r a t i o n

t i m e e q u a l t o 1 5 0 m s e c . I n b o t h c a s e s , t h e d a t a p a c k e t s i z e e q u a l s 5 1 2 b y t e s , t h e w i n d o w s i z e

f o r o w c o n t r o l i s 8 p a c k e t s , a n d t h e a c k n o w l e d g m e n t p a c k e t s i z e i s 3 2 b y t e s .

4 . 3 P e r f o r m a n c e M e a s u r e s

W e c o n s i d e r a v e r a g e m e a s u r e s o f t h r o u g h p u t , d e l a y a n d l o a d . A n a v e r a g e m e a s u r e i s b a s e d

o n s t a t i s t i c s c o l l e c t e d o v e r a l a r g e m e a s u r e m e n t i n t e r v a l , w h i c h i s t h e d u r a t i o n o f t h e s i m u l a -

t i o n e x c e p t f o r a n i n i t i a l \ s t a r t u p i n t e r v a l " ( t o e l i m i n a t e t r a n s i e n t e e c t s d u e t o e m p t y i n i t i a l

n e t w o r k ) . T h u s :

T h r o u g h p u t . T o t a l n u m b e r o f d a t a b y t e s a c k n o w l e d g e d d u r i n g t h e m e a s u r e m e n t i n t e r v a l

d i v i d e d b y t h e l e n g t h o f t h e m e a s u r e m e n t i n t e r v a l .

D e l a y . T o t a l d e l a y o f a l l d a t a p a c k e t s a c k n o w l e d g e d d u r i n g t h e m e a s u r e m e n t i n t e r v a l

d i v i d e d b y t h e n u m b e r o f d a t a p a c k e t s a c k n o w l e d g e d i n t h i s i n t e r v a l , w h e r e d e l a y o f a

d a t a p a c k e t i s d e n e d t o b e t h e t i m e d i e r e n c e b e t w e e n s e n d i n g a p a c k e t f o r t h e r s t

t i m e a n d r e c e i v i n g t h e c o r r e s p o n d i n g a c k n o w l e d g m e n t .

D a t a ( R o u t i n g ) L o a d . F r a c t i o n o f t h e n e t w o r k c a p a c i t y , i . e . s u m o f a l l l i n k c a p a c i t i e s ,

u s e d b y w o r k l o a d ( r o u t i n g ) p a c k e t s d u r i n g t h e m e a s u r e m e n t i n t e r v a l .

T h e l e n g t h o f t h e m e a s u r e m e n t i n t e r v a l i s c h o s e n l o n g e n o u g h t o e n s u r e s t e a d y { s t a t e b e -

h a v i o r . T h i s b e h a v i o r i s d e t e c t e d w h e n s u c c e s s i v e l y c o m p u t e d s t a t i s t i c s s t a y w i t h i n a s p e c i e d

p e r c e n t a g e e r r o r b o u n d .



5 O b s e r v a t i o n s a n d C o n c l u s i o n s

W e r s t c o n s i d e r t h e ( s t e a d y { s t a t e ) p e r f o r m a n c e o f t h e r o u t i n g a l g o r i t h m s u n d e r d y n a m i c

w o r k l o a d , a s t h e n u m b e r o f s o u r c e - s i n k p a i r s i s i n c r e a s e d . R e c a l l t h a t e a c h s o u r c e { s i n k p a i r

g e n e r a t e s a s u c c e s s i o n o f c o n n e c t i o n s ; t h e c o n n e c t i o n s t a r t t i m e s a r e s e p a r a t e d b y 1 5 s e c o n a n

a v e r a g e , a n d e a c h c o n n e c t i o n g e n e r a t e s a n a v e r a g e o f 5 0 p a c k e t s a t i t s s t a r t . T h u s , t h e n u m b e r

o f p a c k e t s g e n e r a t e d p e r s e c o n d , a l s o r e f e r r e d t o a s t h e w o r k l o a d i n t h i s s e c t i o n , g r o w s l i n e a r l y

w i t h t h e n u m b e r o f s o u r c e - s i n k p a i r s .

W e e x p e c t t h e t h r o u g h p u t , d e l a y a n d d a t a l o a d t o b e r e l a t e d t o t h e w o r k l o a d i n a m a n n e r

t y p i c a l o f o p e n q u e u e i n g n e t w o r k s 1 8 ] . T h a t i s , t h e t h r o u g h p u t s h o u l d e q u a l t h e w o r k l o a d a s

l o n g a s t h e w o r k l o a d i s l e s s t h a n t h e s y s t e m c a p a c i t y ( f o r w o r k l o a d h i g h e r t h a n t h e s y s t e m

c a p a c i t y t h e s y s t e m i s u n s t a b l e ) . W i t h i n c r e a s i n g w o r k l o a d , t h e d e l a y s h o u l d i n c r e a s e a t r s t

s l o w l y a n d t h e n d r a m a t i c a l l y ( w i t h i n c r e a s i n g r a t e ) a s t h e s y s t e m b e c o m e s s a t u r a t e d . T h e d a t a

l o a d s h o u l d b e p r o p o r t i o n a l t o t h e t h r o u g h p u t d i v i d e d b y t h e s y s t e m c a p a c i t y .

N o t e t h a t t h e d e l a y i s p r o p o r t i o n a l t o t h e a v e r a g e n u m b e r o f p a c k e t s i n t h e n e t w o r k , w h i c h i s

r o u g h l y p r o p o r t i o n a l t o t h e a v e r a g e n u m b e r o f a c t i v e c o n n e c t i o n s , s i n c e e a c h a c t i v e c o n n e c t i o n

c o n t r i b u t e s r o u g h l y a b o u t a s e n d w i n d o w ' s w o r t h t o t h e p a c k e t s i n t h e n e t w o r k . A s t h e w o r k l o a d

i s i n c r e a s e d , c o n n e c t i o n s t a k e m o r e t i m e t o n i s h .

W e n o w p r e s e n t o u r s i m u l a t i o n r e s u l t s f o r d y n a m i c w o r k l o a d :

D y n a m i c u n i f o r m w o r k l o a d . F i g u r e 2 s h o w s t h e n u m b e r o f a c t i v e c o n n e c t i o n s a s a

f u n c t i o n o f t i m e . T h i s i l l u s t r a t e s t h e o p e n n a t u r e o f t h e s y s t e m . F i g u r e 3 s h o w s t h e

t h r o u g h p u t , d e l a y a n d d a t a l o a d , v e r s u s U i n t h e r a n g e 1 t o 6 . S a t u r a t i o n b e g i n s a r o u n d

U = 4 ( a n d i n s t a b i l i t y a r o u n d U = 7 ) . T h e t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s d i e r o n l y i n t h e

d e l a y c u r v e s a f t e r o n s e t o f s a t u r a t i o n . A t U = 6 , E x B F p e r f o r m s t h e b e s t , M S i s a b o u t

5 % w o r s e , a n d S P F i s a b o u t 3 0 % w o r s e .

D y n a m i c h o t s p o t { w i t h { b a c k g r o u n d w o r k l o a d . F i g u r e 4 s h o w s t h e t h r o u g h p u t ,

d e l a y a n d d a t a l o a d , v e r s u s H i n t h e r a n g e 4 t o 1 5 , f o r B = 1 . S a t u r a t i o n b e g i n s a r o u n d

H = 1 3 ( a n d i n s t a b i l i t y a r o u n d H = 1 6 ) . A g a i n , t h e t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s d i e r o n l y

i n t h e d e l a y c u r v e s a f t e r o n s e t o f s a t u r a t i o n . H o w e v e r , t h i s t i m e S P F a n d E x B F p e r f o r m

a b o u t t h e s a m e , w h i l e M S i s a b o u t 3 0 % w o r s e .

F i g u r e 5 s h o w s t h e c o r r e s p o n d i n g c u r v e s f o r B = 2 , a n d g u r e 6 f o r B = 4

I n t h e a b o v e g u r e s , t h e t h r o u g h p u t i n c r e a s e s l i n e a r l y w i t h t h e w o r k l o a d , w h i l e t h e d a t a l o a d

g r o w s a t r s t l i n e a r l y a n d t h e n s l o w e r . A n e x p l a n a t i o n f o r t h i s i s t h a t t h e r o u t i n g a l g o r i t h m s

b e c o m e m o r e e c i e n t a s t h e w o r k l o a d i n c r e a s e s . T h a t i s , t h e a v e r a g e n u m b e r o f h o p s a p a c k e t

t r a v e l s b e c o m e s s m a l l e r ( h e n c e t h e s l o w e r i n c r e a s e i n d a t a l o a d ) . T h i s i s n o t u n l i k e l y b e c a u s e

t h e l i n k c o s t s ( a s i n d i c a t e d b y t h e b o u n d e d d i s c r e t e - v a l u e d l i n k c o s t f u n c t i o n s ) b e c o m e m o r e

r e p r e s e n t a t i v e o f t h e l i n k d e l a y s a s t h e w o r k l o a d i n c r e a s e s .

W e n o w c o n s i d e r t h e ( s t e a d y { s t a t e ) p e r f o r m a n c e o f t h e r o u t i n g a l g o r i t h m s u n d e r s t a t i c w o r k -

l o a d , a s t h e n u m b e r o f s o u r c e - s i n k p a i r s i s i n c r e a s e d . R e c a l l t h a t i n t h e s t a t i c c a s e e a c h s o u r c e {

s i n k p a i r h a s a s i n g l e u n e n d i n g c o n n e c t i o n t h a t g e n e r a t e s o n e p a c k e t e v e r y 1 5 0 m s e c o n a n

a v e r a g e . T h u s , a s i n t h e d y n a m i c c a s e , t h e w o r k l o a d g r o w s l i n e a r l y w i t h t h e n u m b e r o f s o u r c e -

s i n k p a i r s . H o w e v e r , u n l i k e t h e d y n a m i c c a s e , t h e n u m b e r o f a c t i v e c o n n e c t i o n s i s c o n s t a n t

o v e r t i m e . T h u s t h e n u m b e r o f p a c k e t s i n t h e n e t w o r k i s u p p e r b o u n d e d , s i n c e e a c h a c t i v e

c o n n e c t i o n c a n n o t h a v e m o r e t h a n a s e n d w i n d o w ' s w o r t h o f t h e p a c k e t s i n t h e n e t w o r k .



T h e r e f o r e , w e e x p e c t t h e t h r o u g h p u t , d e l a y a n d d a t a l o a d t o b e r e l a t e d t o t h e w o r k l o a d

i n a m a n n e r t y p i c a l o f c l o s e d q u e u e i n g n e t w o r k s 1 8 ] . T h a t i s , a s t h e w o r k l o a d i n c r e a s e s , t h e

t h r o u g h p u t ( a n d d a t a l o a d ) i n c r e a s e l i n e a r l y a t r s t a n d t h e n s l o w e r ( a t w h i c h p o i n t p a c k e t s

a r e b e i n g g e n e r a t e d a t h i g h e r r a t e t h a n t h e y a r e b e i n g a c c e p t e d i n t o t h e n e t w o r k ) . T h e d e l a y

i n c r e a s e s v e r y s l o w l y a t r s t a n d t h e n l i n e a r l y . T h e r e f o r e , t h e s y s t e m s h o u l d r e a c h s a t u r a t i o n

a t h i g h e r w o r k l o a d i n t h e s t a t i c c a s e t h a n i n t h e d y n a m i c c a s e .

W e n o w p r e s e n t o u r s i m u l a t i o n r e s u l t s f o r s t a t i c w o r k l o a d :

S t a t i c u n i f o r m w o r k l o a d . F i g u r e 7 s h o w s t h e t h r o u g h p u t , d e l a y a n d d a t a l o a d , v e r s u s

U i n t h e r a n g e 0 . 5 t o 6 . S a t u r a t i o n b e g i n s a r o u n d U = 2 5 . T h e t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s

d i e r o n l y i n t h e d e l a y c u r v e s a f t e r o n s e t o f s a t u r a t i o n . A t U = 3 , M S a n d E x B F p e r f o r m

a b o u t t h e s a m e , a n d S P F i s a b o u t 7 5 % w o r s e .

T o c o m p a r e s t a t i c w o r k l o a d w i t h d y n a m i c w o r k l o a d , w e s h o w i n F i g u r e 8 t h e d e l a y v e r s u s

t h r o u g h p u t f o r t h e s t a t i c u n i f o r m w o r k l o a d a n d f o r t h e d y n a m i c u n i f o r m w o r k l o a d . ( T h e

s t a t i c t h r o u g h p u t r a n g e i s t r u n c a t e d t o b e t h e s a m e a s t h e d y n a m i c t h r o u g h p u t r a n g e . )

A s e x p e c t e d , t h e d y n a m i c w o r k l o a d h a s h i g h e r d e l a y a n d e n t e r s s a t u r a t i o n s o o n e r .

S t a t i c h o t s p o t { w i t h { b a c k g r o u n d w o r k l o a d . D u e t o l a c k o f s p a c e , w e d o n o t s h o w

g r a p h s o f t h r o u g h p u t , d e l a y a n d d a t a l o a d , v e r s u s H , f o r v a r i o u s B . I n s t e a d , w e d i r e c t l y

c o m p a r e t h e d e l a y { t h r o u g h p u t c u r v e s f o r s t a t i c a n d d y n a m i c c a s e s . F i g u r e 9 s h o w s t h e

d e l a y v e r s u s t h r o u g h p u t g r a p h s f o r s t a t i c h o t s p o t w o r k l o a d a n d f o r d y n a m i c h o t s p o t

w o r k l o a d . B o t h c a s e s h a v e e q u a l b a c k g r o u n d w o r k l o a d c o r r e s p o n d i n g t o B = 1 f o r t h e

d y n a m i c c a s e . A s e x p e c t e d , t h e d y n a m i c w o r k l o a d h a s h i g h e r d e l a y a n d e n t e r s s a t u r a t i o n

s o o n e r . A l s o , i n t h e s t a t i c c a s e , a r o u n d s a t u r a t i o n S P F a n d E x B F p e r f o r m a b o u t t h e

s a m e , w h i l e M S i s a b o u t 3 0 % w o r s e .

F i g u r e s 1 0 a n d 1 1 s h o w t h e c o r r e s p o n d i n g g r a p h s f o r b a c k g r o u n d w o r k l o a d o f B = 2 a n d

B = 4 , r e s p e c t i v e l y . N o t e t h a t f o r x e d H , a s B i n c r e a s e s t h e d e l a y d e c r e a s e s , b e c a u s e

t h e p r o p o r t i o n o f h o t s p o t w o r k l o a d d e c r e a s e s .

O u r g e n e r a l c o n c l u s i o n s a r e a s f o l l o w s . A s e x p e c t e d , t h e n e t w o r k b e h a v e s a s a n o p e n s y s t e m

u n d e r d y n a m i c w o r k l o a d , a n d m o r e o r l e s s a s a c l o s e d s y s t e m u n d e r s t a t i c w o r k l o a d . I n e v e r y

s c e n a r i o , t h e t h r e e r o u t i n g a l g o r i t h m s a r e p r a c t i c a l l y e q u i v a l e n t w i t h r e s p e c t t o t h r o u g h p u t

a n d d a t a l o a d . B e f o r e t h e o n s e t o f s a t u r a t i o n , t h e y a r e a l s o p r a c t i c a l l y e q u i v a l e n t w i t h r e s p e c t

t o d e l a y . H o w e v e r , t h e y d i e r s i g n i c a n t l y i n d e l a y a r o u n d t h e s a t u r a t i o n p o i n t , a l t h o u g h

w h i c h a l g o r i t h m i s b e t t e r d e p e n d s o n t h e g e o g r a p h i c d i s t r i b u t i o n o f t h e w o r k l o a d . U n d e r a

h o t s p o t { w i t h { b a c k g r o u n d w o r k l o a d , S P F a n d E x B F a r e a b o u t e q u i v a l e n t ( w i t h S P F b e i n g

s l i g h t l y b e t t e r ) , w h i l e M S d o e s s i g n i c a n t l y w o r s e . U n d e r u n i f o r m w o r k l o a d , M S a n d E x B F

a r e a b o u t e q u i v a l e n t ( w i t h E x B F b e i n g s l i g h t l y b e t t e r ) , w h i l e S P F d o e s s i g n i c a n t l y w o r s e .

T h e e x p l a n a t i o n w e h a v e i s t h e f o l l o w i n g : i n g e n e r a l w e h a v e o b s e r v e d t h a t S P F a d a p t s f a s t e r

i n r e s p o n s e t o t r a c b u r s t a n d l i n k f a i l u r e / r e c o v e r y . W e t h i n k t h a t t h i s l e a d s t o o s c i l l a t i o n s i n

r o u t e s

3

w h i c h d e g r a d e p e r f o r m a n c e u n d e r u n i f o r m w o r k l o a d 4 ] , w h i l e u n d e r s k e w e d w o r k l o a d ,

t h e s e r o u t e c h a n g e s w o u l d c a u s e t h e u s e o f u n d e r { u t i l i z e d l i n k s .

W e g i v e m o r e i m p o r t a n c e t o h o t s p o t w o r k l o a d t h a n t o u n i f o r m w o r k l o a d , b e c a u s e w e b e l i e v e

t h a t i t i s m o r e r e p r e s e n t a t i v e o f r e a l { l i f e n e t w o r k c o n d i t i o n s . I n t h i s c a s e , i n s p i t e o f s h o r t { l i v e d

l o o p s , S P F a n d E x B F p e r f o r m b e t t e r t h a n M S i n t e r m s o f d e l a y a n d t h r o u g h p u t . T h i s m e a n s

t h a t s h o r t { l i v e d l o o p s d o n o t c a u s e c o n g e s t i o n . A n d t h e d i u s i o n c o m p u t a t i o n m e c h a n i s m u s e d

3

W e h a v e o b s e r v e d t h a t S P F h a s h i g h e r o s c i l l a t i o n s i n i n s t a n t a n e o u s d e l a y c o m p a r e d t o E x B F a n d M S u n d e r

u n i f o r m w o r k l o a d a r o u n d s a t u r a t i o n 2 5 ] . W e h a v e n o t c h e c k e d f o r o s c i l l a t i o n s i n r o u t e s .



b y M S c a u s e s M S t o a d a p t t o o s l o w l y . ( T h e s e c o n c l u s i o n s h e l d e v e n i n t h e h i g h { s p e e d n e t w o r k

w e s t u d i e d i n 2 5 ] . )

E x B F h a s a w o r s t { c a s e e x p o n e n t i a l m e s s a g e c o m p l e x i t y ( O ( 2

N

) ) , w h i c h i s m u c h h i g h e r t h a n

t h a t o f S P F ( O ( E ) ) a n d t h a t o f M S ( O ( H E ) ) , w h e r e N i s t h e n u m b e r o f n e t w o r k n o d e s ,

E i s t h e n u m b e r o f n e t w o r k l i n k s , a n d H i s t h e l e n g t h o f a m a x i m u m l e n g t h s h o r t e s t p a t h

b e t w e e n a n y t w o n o d e s . H o w e v e r , o u r s i m u l a t i o n s s h o w t h a t r o u t i n g l o a d i s g e n e r a l l y v e r y

s m a l l c o m p a r e d t o t h e d a t a l o a d a n d a n e g l i g i b l e f r a c t i o n o f t h e o v e r a l l n e t w o r k c a p a c i t y . W e

a l s o d o n o t n d a n y c o r r e l a t i o n b e t w e e n r o u t i n g l o a d a n d s y s t e m p e r f o r m a n c e . H e n c e , r e d u c i n g

m e s s a g e c o m p l e x i t y a n d r o u t i n g l o a d s h o u l d n o t b e a p r i m a r y c r i t e r i a i n p r o p o s i n g n e w r o u t i n g

a l g o r i t h m s .

O u r e x p e r i m e n t s w e r e l i m i t e d t o o n l y o n e n e t w o r k t o p o l o g y , t h a t t o o o f o n l y 1 4 n o d e s .

E x p e r i m e n t s o n m o r e t o p o l o g i e s a r e r e q u i r e d t o f u r t h e r a n a l y z e t h e r o u t i n g a l g o r i t h m s , a n d t o

s e e h o w t h e p e r f o r m a n c e s c a l e s w i t h n e t w o r k p a r a m e t e r s s u c h a s t h e n u m b e r o f n e t w o r k n o d e s ,

n e t w o r k d i a m e t e r , a v e r a g e n o d a l d e g r e e , e t c . O t h e r f a c t o r s s u c h a s m e m o r y r e q u i r e m e n t s s h o u l d

a l s o b e c o n s i d e r e d w h e n t h e n e t w o r k b e c o m e s l a r g e .

R e f e r e n c e s

1 ] C . A l a e t t i n o g l u , K . D u s s a - Z i e g e r , I . M a t t a , a n d A . U . S h a n k a r . M a R S ( M a r y l a n d R o u t i n g S i m u l a -

t o r ) { V e r s i o n 1 . 0 U s e r ' s M a n u a l . T e c h n i c a l R e p o r t U M I A C S - T R - 9 1 - 8 0 , C S - T R - 2 6 8 7 , D e p a r t m e n t

o f C o m p u t e r S c i e n c e , U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d , C o l l e g e P a r k , M D 2 0 7 4 2 , J u n e 1 9 9 1 .

2 ] D . B e r t s e k a s a n d R . G a l l a g e r . D a t a N e t w o r k s , p a g e s 2 9 7 { 3 3 3 . P r e n t i c e - H a l l , I n c . , 1 9 8 7 .

3 ] C . C h e n g , R . R i l e y , S . P . R . K u m a r , a n d J . J . G a r c i a - L u n a - A c e v e s . A L o o p - f r e e B e l l m a n - F o r d R o u t -

i n g P r o t o c o l W i t h o u t B o u n c i n g E e c t . I n P r o c . A C M S I G C O M M ' 8 9 , p a g e s 2 2 4 { 2 3 7 , S e p t e m b e r

1 9 8 9 .

4 ] W u s h o w C h o u , A r n o l d B r a g g , a n d A r n e N i l s s o n . T h e N e e d f o r A d a p t i v e R o u t i n g i n t h e C h a o t i c

a n d U n b a l a n c e d T r a c . I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m m u n i c a t i o n s , 1 9 8 1 .

5 ] E . D i j k s t r a . A N o t e o n T w o P r o b l e m s i n C o n n e c t i o n w i t h G r a p h s . N u m e r . M a t h . , 1 : 2 6 9 { 2 7 1 , 1 9 5 9 .

6 ] E . D i j k s t r a a n d C . S c h o l t e n . T e r m i n a t i o n D e t e c t i o n f o r D i u s i n g C o m p u t a t i o n s . I n f o r m a t i o n

P r o c e s s i n g L e t t e r s , 1 1 ( 1 ) : 1 { 4 , 1 9 8 0 .

7 ] A . E p h r e m i d e s , P . V a r a i y a , a n d J . W a l r a n d . A S i m p l e D y n a m i c R o u t i n g P r o b l e m . I E E E T r a n s a c -

t i o n s o n A u t o m a t i c C o n t r o l , 2 5 ( 4 ) : 6 9 0 { 6 9 3 , A u g u s t 1 9 8 0 .

8 ] A . E p h r e m i d e s a n d S . V e r d u . C o n t r o l a n d O p t i m i z a t i o n M e t h o d s i n C o m m u n i c a t i o n N e t w o r k

P r o b l e m s . I E E E T r a n s a c t i o n s o n A u t o m a t i c C o n t r o l , 3 4 ( 9 ) : 9 3 0 { 9 4 2 , S e p t e m b e r 1 9 8 9 .

9 ] L . F o r d a n d D . F u l k e r s o n . F l o w s i n N e t w o r k s , p a g e s 2 9 7 { 3 3 3 . P r e n t i c e - H a l l , I n c . , 1 9 6 2 .

1 0 ] R . G a l l a g e r . A M i n i m u m D e l a y R o u t i n g A l g o r i t h m U s i n g D i s t r i b u t e d C o m p u t a t i o n . I E E E T r a n s -

a c t i o n s o n C o m m u n i c a t i o n s , C O M - 2 5 : 7 3 { 8 4 , J a n 1 9 7 7 .

1 1 ] J . J . G a r c i a - L u n a - A c e v e s . A U n i e d A p p r o a c h t o L o o p F r e e R o u t i n g U s i n g D i s t a n c e V e c t o r s o r

L i n k S t a t e s . I n P r o c . A C M S I G C O M M ' 8 9 , p a g e s 2 1 2 { 2 2 3 , S e p t e m b e r 1 9 8 9 .

1 2 ] S . A . H e i m l i c h . T r a c C h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e N S F N E T N a t i o n a l B a c k b o n e . I n P r o c . U S E N I X ' 9 0

p a g e s 2 0 7 { 2 2 7 , W a s h i n g t o n , D . C . , J a n u a r y 1 9 9 0 .

1 3 ] P . A . H u m b l e t a n d S . R . S o l o w a y . A l g o r i t h m s f o r D a t a C o m m u n i c a t i o n N e t w o r k s { P a r t 1 . T e c h n i c a l

r e p o r t , C o d e x C o r p . , 1 9 8 6 .

1 4 ] P . A . H u m b l e t , S . R . S o l o w a y , a n d B . S t e i n k a . A l g o r i t h m s f o r D a t a C o m m u n i c a t i o n N e t w o r k s { P a r t 2 .

T e c h n i c a l r e p o r t , C o d e x C o r p . , 1 9 8 6 .

1 5 ] J . M . J a e a n d F . H . M o s s . A R e s p o n s i v e D i s t r i b u t e d R o u t i n g A l g o r i t h m f o r C o m p u t e r N e t w o r k s .

I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m m u n i c a t i o n s , C O M - 3 0 ( 7 ) : 1 7 5 8 { 1 7 6 2 , J u l y 1 9 8 2 .



1 6 ] D a l e J o h n s o n . N S F n e t R e p o r t . I n P r o c . o f t h e N i n e t e e n t h I n t e r n e t E n g i n e e r i n g T a s k F o r c e , p a g e s

3 7 7 { 3 8 2 , U n i v e r s i t y o f C o l o r a d o , N a t i o n a l C e n t e r f o r A t m o s p h e r i c R e s e a r c h , D e c e m b e r 1 9 9 0 .

1 7 ] A . K h a n n a a n d J . Z i n k y . A R e v i s e d A R P A N E T R o u t i n g M e t r i c . I n P r o c . A C M S I G C O M M ' 8 9

p a g e s 4 5 { 5 6 , S e p t e m b e r 1 9 8 9 .

1 8 ] L . K l e i n r o c k . Q u e u e i n g S y s t e m s , V o l u m e I I : C o m p u t e r A p p l i c a t i o n s . J o h n W i l e y a n d S o n s , I n c . ,

1 9 7 6 .

1 9 ] J . M . M c Q u i l l a n , I . R i c h e r , a n d E . C . R o s e n . T h e N e w R o u t i n g A l g o r i t h m f o r t h e A R P A N E T .

I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m m u n i c a t i o n s , C O M - 2 8 ( 5 ) : 7 1 1 { 7 1 9 , M a y 1 9 8 0 .

2 0 ] P . M . M e r l i n a n d A . S e g a l l . A F a i l s a f e D i s t r i b u t e d R o u t i n g P r o t o c o l . I E E E T r a n s a c t i o n s o n

C o m m u n i c a t i o n s , C O M - 2 7 ( 9 ) : 1 2 8 0 { 1 2 8 7 , S e p t e m b e r 1 9 7 9 .

2 1 ] B . P . M o h a n t y , C . G . C a s s a n d r a s , a n d D . T o w s l e y . P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f R o u t i n g A l g o r i t h m s

i n P a c k e t S w i t c h e d N e t w o r k s . I n P r o c . I E E E G l o b e c o m ' 9 0 , S a n D i e g o , C a l i f o r n i a , 1 9 9 0 .

2 2 ] D . J . N e l s o n , K . S a y o o d , a n d H . C h a n g . A n E x t e n d e d L e a s t - H o p D i s t r i b u t e d R o u t i n g A l g o r i t h m .

I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m m u n i c a t i o n s , 3 8 ( 4 ) : 5 2 0 { 5 2 8 , A p r i l 1 9 9 0 .

2 3 ] B . R a j a g o p a l a n a n d M . F a i m a n . A N e w R e s p o n s i v e D i s t r i b u t e d S h o r t e s t - P a t h R o u t i n g A l g o r i t h m .

I n P r o c . A C M S I G C O M M ' 8 9 , p a g e s 2 3 7 { 2 4 6 , S e p t e m b e r 1 9 8 9 .

2 4 ] A . S e g a l . A d v a n c e s i n V e r i a b l e F a i l - S a f e R o u t i n g P r o c e d u r e s . I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m m u n i -

c a t i o n s , C O M - 2 9 ( 4 ) : 4 9 1 { 4 9 7 , A p r i l 1 9 8 1 .

2 5 ] A . U d a y a S h a n k a r , C e n g i z A l a e t t i n o g l u , I b r a h i m M a t t a , a n d K l a u d i a D u s s a - Z i e g e r . P e r f o r m a n c e

C o m p a r i s o n o f R o u t i n g P r o t o c o l s u s i n g M a R S : D i s t a n c e - V e c t o r v e r s u s L i n k - S t a t e . I n P r o c . A C M

S I G M E T R I C S a n d P E R F O R M A N C E , p a g e s 1 8 1 { 1 9 2 , N e w p o r t , R h o d e I s l a n d , J u n e 1 9 9 2 .

2 6 ] W . T . T s a i , C . R a m a m o o r t h y , W . K . T s a i , a n d O . N i s h i g u c h i . A n A d a p t i v e H i e r a r c h i c a l R o u t i n g

P r o t o c o l . I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m p u t e r s , 3 8 : 1 0 5 9 { 1 0 7 5 , A u g u s t 1 9 8 9 .

2 7 ] Z . W a n g a n d J . C r o w c r o f t . S h o r t e s t P a t h F i r s t w i t h E m e r g e n c y E x i t s . I n P r o c . A C M S I G -

C O M M ' 9 0 , p a g e s 1 6 6 { 1 7 6 , S e p t e m b e r 1 9 9 0 .

2 8 ] W . Z a u m e n a n d J . J . G a r c i a - L u n a - A c e v e s . D y n a m i c s o f D i s t r i b u t e d S h o r t e s t - p a t h R o u t i n g A l g o -

r i t h m s . I n P r o c . A C M S I G C O M M ' 9 1 , S e p t e m b e r 1 9 9 1 .

A L i n k C o s t F u n c t i o n

T h e c o s t o f a l i n k

4

i s m a i n t a i n e d b y i t s t r a n s m i t t i n g n o d e . T h e c o s t i s u p d a t e d a t t i m e i n s t a n t s

t

0

; t

1

; : : : , w h e r e f o r a l l i > 0 , e i t h e r t

i

? t

i ? 1

e q u a l s a n u p d a t e i n t e r v a l s i z e T , o r a t t i m e t

i

t h e l i n k f a i l s o r r e c o v e r s . T o c o m p u t e t h e c o s t , t h e t r a n s m i t t i n g n o d e m a i n t a i n s t h e f o l l o w i n g

v a r i a b l e s ( t h e c o m m e n t s a p p l y j u s t b e f o r e t

i

) :

R a w C o s t : A r e a l - v a l u e d s t a t i s t i c r e e c t i n g t h e d e l a y o v e r i n t e r v a l t

i ? 1

; t

i

) , e . g . u t i l i z a -

t i o n , d e l a y , e t c .

A v e r a g e R a w C o s t : A r e a l - v a l u e d s t a t i s t i c . T h e e x p o n e n t i a l a v e r a g e o f t h e r a w c o s t o v e r

t i m e i n t e r v a l t

k

; t

i ? 1

) , w h e r e t

k

i s t h e t i m e o f t h e l a s t r e p a i r o f t h e l i n k .

L i n k C o s t : f M i n L i m i t ; : : : ; M a x L i m i t g f 1 g . L i n k c o s t c a l c u l a t e d a t t i m e t

i ? 1

M o v e m e n t L i m i t : A n i n t e g e r - v a l u e d p a r a m e t e r . M a x i m u m p o s s i b l e c h a n g e o f t h e l i n k -

c o s t i n o n e u p d a t e p e r i o d .

S l o p e ; O f f s e t : R e a l { v a l u e d p a r a m e t e r s . C h a r a c t e r i z e t h e s h a p e o f t h e f u n c t i o n m a p p i n g

A v g R a w C o s t t o N o r m R a w C o s t

T h e n e w l i n k c o s t a t t i m e t

i

i s c o m p u t e d a s f o l l o w s :

I f t h e l i n k f a i l s , L i n k C o s t i s s e t t o 1

4

T h e c o s t o f a l i n k i s u s u a l l y d i s c r e t e { v a l u e d i n s t e a d o f r e a l { v a l u e d b e c a u s e i t c a n b e e n c o d e d i n f e w e r b i t s .



I f t h e l i n k b e c o m e s o p e r a t i o n a l , L i n k C o s t i s s e t t o M i n L i m i t , a n d R a w C o s t a n d A v e r a g e R a w C o s t

a r e s e t t o t h e i r m i n i m u m v a l u e s .

O t h e r w i s e , t h e l i n k c o s t i s c a l c u l a t e d a s f o l l o w s :

A v e r a g e R a w C o s t : = 0 5 ( R a w C o s t + A v e r a g e R a w C o s t )

N o r m a l i z e d R a w C o s t : = m a x ( m i n ( A v e r a g e R a w C o s t S l o p e + O f f s e t ; M a x L i m i t ) ; M i n L i m

i f N o r m a l i z e d R a w C o s t ? L i n k C o s t > M o v e m e n t L i m i t t h e n

L i n k C o s t : = L i n k C o s t + M o v e m e n t L i m i t s i g n ( N o r m a l i z e d R a w C o s t ? L i n k C o s t )

e l s e L i n k C o s t : = N o r m a l i z e d R a w C o s t

T h e r s t l i n e d o e s e x p o n e n t i a l a v e r a g i n g , t h e s e c o n d l i n e b o u n d s t h e c o s t , a n d t h e r e -

m a i n i n g l i n e s b o u n d t h e c h a n g e i n t h e c o s t .

T h e d i e r e n c e b e t w e e n d i e r e n t l i n k c o s t f u n c t i o n s l i e s i n h o w t h e y c o m p u t e t h e R a w C o s t

I n t h i s p a p e r , w e u s e t h e h o p n o r m a l i z e d d e l a y f u n c t i o n o f t h e A R P A N E T 1 7 ] . H e r e t h e

t r a n s m i t t i n g n o d e m o n i t o r s t h e a v e r a g e p a c k e t d e l a y ( q u e u e i n g a n d t r a n s m i s s i o n ) a n d a v e r a g e

p a c k e t t r a n s m i s s i o n t i m e f o r t h e l i n k d u r i n g t h e l a s t u p d a t e p e r i o d . F r o m t h e s e , a s s u m i n g a n

M = M = 1 m o d e l , i t c a l c u l a t e s t h e u t i l i z a t i o n , w h i c h i t u s e s a s t h e r a w c o s t . T h a t i s :

R a w C o s t ( = u t i l i z a t i o n ) = 1 ?

a v e r a g e p a c k e t t r a n s m i s s i o n t i m e

a v e r a g e p a c k e t d e l a y

0

50

100

150

200

250

0 200 400 600 800 1000 1200

N o o f A c t i v e C o n n e c t i o n s

Time (secs)

No of ACTIVE CONNECTIONS vs TIME (U=6)

F i g u r e 2 : N u m b e r o f a c t i v e c o n n e c t i o n s v s t i m e u n d e r d y n a m i c u n i f o r m w o r k l o a d .



200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

1 2 3 4 5 6

T h r o u g h p u t

( b y

t e s

/ m s e c )

No of Source-Sink Pairs U

THROUGHPUT vs No of SOURCE-SINK PAIRS

SPFMS

ExBF

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6

D e l a y

( m

s e c )


DELAY vs No of SOURCE-SINK PAIRS

SPFMS

ExBF

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5

D a t a

L o a

d

%


DATA LOAD vs No of SOURCE-SINK PAIRS

SPFMS

ExBF

F i g u r e 3 : V a r y i n g t h e a v e r a g e n u m b e r o f s o u r c e { s i n k p a i r s i n d y n a m i c u n i f o r m w o r k l o a d .

300

350

400

450

500

550

600

4 6 8 10 12 14 16

T h r o u g h p u t

( b y t e s

/ m s e c )

No of Source-Sink Pairs H

THROUGHPUT vs No of SOURCE-SINK PAIRS (B=1)

SPFMS

ExBF

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

4 6 8 10 12 14 16

D e l a y

( m s e c )


DELAY vs No of SOURCE-SINK PAIRS (B=1)

SPFMS

ExBF

18

19

20

21

22

23

24

25

26

4 6 8 10 12 14 1

D a t a

L o a d

%


DATA LOAD vs No of SOURCE-SINK PAIRS (B=1)

SPFMS

ExBF

F i g u r e 4 : V a r y i n g t h e a v e r a g e n u m b e r o f h o t s p o t s o u r c e { s i n k p a i r s f o r b a c k g r o u n d B = 1

550

600

650

700

750

800

4 6 8 10 12 14 16

T h r o u g h p

u t

( b y t e s

/ m s e c )



SPFMS

ExBF

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

4 6 8 10 12 14 16

D e

l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

30

31

32

33

34

35

36

37

4 6 8 10 12 14 1

D a

t a

L o a d

%



SPFMS

ExBF




1060

1080

1100

1120

1140

1160

1180

1200

1220

1240

4 6 8 10 12 14 16

T h r o u g h p u t

( b y

t e s

/ m s e c )



SPFMS

ExBF

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

4 6 8 10 12 14 16

D e l a y

( m

s e c )



SPFMS

ExBF

49

50

51

52

53

54

55

56

57

4 6 8 10 12 14 1

D a t a

L o a

d

%



SPFMS

ExBF


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6

T h r o u g h p u t

( b y t e s

/ m s e c )


THROUGHPUT vs No of SOURCE-SINK PAIRS

SPFMS

ExBF

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1 2 3 4 5 6

D e l a y

( m s e c )


DELAY vs No of SOURCE-SINK PAIRS

SPFMS

ExBF

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1 2 3 4 5

D a t a

L o a d

%


DATA LOAD vs No of SOURCE-SINK PAIRS

SPFMS

ExBF

F i g u r e 7 : V a r y i n g t h e a v e r a g e n u m b e r o f s o u r c e { s i n k p a i r s i n s t a t i c u n i f o r m w o r k l o a d .

50

100

150

200

250

300

350

400

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

D e

l a y

( m s e c )

Throughput (bytes/msec)

DELAY vs THROUGHPUT (STATIC WORKLOAD)

SPFMS

ExBF

50

100

150

200

250

300

350

400

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

D e

l a y

( m s e c )


DELAY vs THROUGHPUT (DYNAMIC WORKLOAD)

SPFMS

ExBF

F i g u r e 8 : C o m p a r i n g s t a t i c u n i f o r m w o r k l o a d v s d y n a m i c u n i f o r m w o r k l o a d .



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

300 350 400 450 500 550 600

D e l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

300 350 400 450 500 550 600

D e l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

F i g u r e 9 : C o m p a r i n g s t a t i c h o t s p o t w o r k l o a d v s d y n a m i c h o t s p o t w o r k l o a d f o r b a c k g r o u n d

B = 1

0

500

1000

1500

2000

550 600 650 700 750 800 850

D e l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

0

500

1000

1500

2000

550 600 650 700 750 800 850

D e l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

F i g u r e 1 0 : C o m p a r i n g s t a t i c h o t s p o t w o r k l o a d v s d y n a m i c h o t s p o t w o r k l o a d f o r b a c k g r o u n d

B = 2

0

200

400

600

800

1000

1100 1150 1200 1250 1300

D e l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

0

200

400

600

800

1000

1100 1150 1200 1250 1300

D e l a y

( m s e c )



SPFMS

ExBF

F i g u r e 1 1 : C o m p a r i n g s t a t i c h o t s p o t w o r k l o a d v s d y n a m i c h o t s p o t w o r k l o a d f o r b a c k g r o u n d

B = 4

Date post:	07-Apr-2018
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Performance Comparison of Routing Protocols Under Dynamic and Static File Transfer Connections

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