Redes Tolerantes a Atrasos - Protocolos e Aplicação Real

Transcrição

1 Redes Tolerantes a Atrasos - Protocolos e Aplicação Real Trabalho de Conclusão de Curso Prof. Orientador: Alfredo Goldman vel Lejbman Instituto de Matemática e Estatística Universidade de São Paulo 16 de novembro de 2009

2 Agenda 1 Motivação Premissas e Mobilidade Situação-Problema 2 Redes Tolerantes a Atrasos DTNs Representação 3 Protocolos de Roteamento Protocolos Não-Probabiĺısticos Protocolos Probabiĺısticos 4 Aplicações e Resultados O Simulador ONE Comunicação Inter-Veicular - V2V Análises dos Protocolos Simulação Real: cenário de Ribeirão Preto

3 Premissas e Mobilidade Redes Móveis Infra-Estruturadas Servidor provê informações sobre a localização dos outros nós Exemplo: telefonia celular Embora S possa comunicar-se com T, necessita de P para saber sua localização

4 Premissas e Mobilidade Redes Móveis Ad-Hoc Nós possuem apenas conhecimento local sobre outros nós Exemplo: Bluetooth (a) Configuração inicial (b) Conexões a partir de a

5 Situação-Problema Comunicação Interplanetária Cenário Satélite orbitando Marte Satélite orbitando a Terra Informações sobre Marte enviadas à Terra Problemas Conexão nem sempre disponível (Desconexão) Distância entre os nós muito longa (Atraso) Satélites não atrelados a um servidor (Ad-Hoc)

6 Situação-Problema Comunicação Interplanetária (c) Satélites conectados em t 0 (d) Conexão obstruída em t 1

7 Situação-Problema Comunicação Interplanetária Nesse contexto como solucionar o problema?

8 DTNs Teoria Definição - DTNs Delay-And-Disruption Tolerant Networks são MANETs (Mobile Ad-Hoc Networks - Redes Móveis Ad-Hoc) que tratam de maneira aceitável os atrasos no envio e a intermitência de conexão de seus nós

9 DTNs Teoria Mecanismos Custódia de mensagens Protocolos de roteamento específicos Periodicidade de comportamento dos nós

10 Representação Teoria Representa-se uma DTN: Utilizando nós e arestas Utilizando o parâmetro t para o instante de tempo Indexando um mesmo grafo G para cada instante i de tempo Definição A estrutura resultante é conhecida como Grafo Evolutivo

11 Tipos de Protocolos Não-Probabiĺısticos Epidemic Spray-And-Wait Spray-And-Focus Probabiĺısticos MaxProp PRoPHET

12 Protocolos Não-Probabiĺısticos Epidemic Cada nó infectado (possuidor de uma mensagem) contamina (transmite a mensagem para) seus vizinhos a cada round Parâmetros N - Tamanho do sistema (número de nós) B - Buffer de cada nó T - Número máximo de custódias por mensagem F - Número máximo de nós infectados a cada round

13 Protocolos Não-Probabiĺısticos Epidemic: Exemplo Contaminação por uma mensagem em 3 rounds, com T = e F = :

14 Protocolos Não-Probabiĺısticos Spray-And-Wait Duas fases distintas: Spray Phase - Espalha um número L de cópias da mensagem na rede Wait Phase - Aguarda o encontro dos nós custodiados com o destinatário

15 Protocolos Não-Probabiĺısticos Spray-And-Wait: Exemplo (e) Instante t 0 (f) Instante t 1

16 Protocolos Não-Probabiĺısticos Spray-And-Focus Duas fases distintas: Spray Phase - Espalha um número L de cópias da mensagem na rede Focus Phase - Retransmissão de mensagens com critérios: Determinação do grau de utilidade de nós Transitividade de graus de utilidade dos nós

17 Protocolos Probabiĺısticos MaxProp Mecanismo Primário Estimativa de probabilidade de entrega Mecanismos Secundários Troca de dados estatísticos entre os peers Transferência livre de acknowledgements Prioridade para pacotes novos

18 Protocolos Probabiĺısticos MaxProp: Exemplo

19 Protocolos Probabiĺısticos PRoPHET Mecanismos Cálculo de previsibilidade de entrega similar ao MaxProp Envelhecimento de encontros antigos entre pares de nós Mecanismo de transitividade de probabilidades Equação de envelhecimento P (A,B) = P orig γ k 0 γ 1, a constante de envelhecimento k, unidades de tempo passadas

20 O Simulador ONE Opportunistic Network Environment - ONE Simulador de DTNs que aplica todos os mecanismos para lidar com atrasos e desconexões

21 O Simulador ONE Opportunistic Network Environment - ONE Características Open Source Desenvolvido em Java Permite simulações com diversos protocolos de roteamento Grande facilidade de alterações na implementação Excelente documentação

22 O Simulador ONE Estrutura Através da construção de um cenário, modela a situação descrita em seus elementos Elementos de um cenário Protocolo(s) de roteamento Grupos (de nós) Modelo(s) de movimentação Seleção de mapas em formato WKT Outras configurações específicas O aplicativo OpenJump, desenvolvido em Java, nos auxiliou a representar um mapa no formato WKT aceito pelo ONE

23 O Simulador ONE Representação de mapas com OpenJump (g) Região no Google Maps (h) Representação no OpenJump

24 O Simulador ONE Simulações no ONE Visualização gráfica da simulação Caminhos Movimentação dos nós Detalhes dos nós (quantidade de mensagens, caminho a ser percorrido, etc.) Log de conectividade e transmissão de mensagens Geração de Relatórios (Reports) Criação/Entrega de Mensagens Conectividade Exportação para o Graphviz

25 O Simulador ONE Simulações no ONE Demonstração Vejamos como o simulador ONE funciona na prática, dado um cenário de exemplo

26 Comunicação Inter-Veicular - V2V Utilidades da comunicação Inter-Veicular Troca de informações Trânsito Acidentes Meteorologia Condições Adversas na Pista Broadcasting Espalhamento de informações a partir de elementos fixos da rede Dinâmica do trânsito como meio de espalhar informações

27 Comunicação Inter-Veicular - V2V Utilidades: Exemplo

28 Comunicação Inter-Veicular - V2V Tecnologias Atuais Bluetooth Classe 2 - Alcance médio de 22 metros e taxas de transmissão de até 128kB/s Classe 3 - Alcance médio de 100 metros e taxa de transmissão de 384kB/s WLAN Alcance médio de 33 metros e taxas de transmissão de até 1,4MB/s na versão b DSRC Alcance médio de 1km e taxas de transmissão de até 2,5MB/s

29 Análises dos Protocolos Análise de Desempenho dos Protocolos de Roteamento

30 Simulação Real: cenário de Ribeirão Preto Simulação com o ONE Cenário Rodovia Triângulo do Sol, na região de Ribeirão Preto Objetivo Entre 200 e 600 veículos (dados fornecidos pelo IPT) 15 minutos de duração Geração de uma mensagem em um carro aleatório Protocolo epidêmico de propagação, T = F = Verificar, dentre as tecnologias existentes, qual a mais indicada para propagar de forma eficaz uma mensagem entre os veículos em uma rodovia

31 Simulação Real: cenário de Ribeirão Preto Resultados de Simulações com o ONE

32 Simulação Real: cenário de Ribeirão Preto Resultados de Simulações com o ONE DSRC Melhores resultados Elevada taxa de abrangência, independente da densidade da rede Tecnologia com custo elevado Demais tecnologias Resultados medianos Tecnologias mais acessíveis e já embarcadas em dispositivos Se a mensagem for gerada em um ambiente esparso, não é eficaz

33 Simulação Real: cenário de Ribeirão Preto Projetos Futuros Simulações em veículos reais (realizadas pelo IPT) Refinamento do ambiente de simulação ONE para conexões unidirecionais Simulações com torres de transmissões unidirecionais Modelagem teórica do tempo esperado de contaminação epidêmica

34 Simulação Real: cenário de Ribeirão Preto Referências OpenJUMP - Open Java Unified Mapping Platform. J. Burgess, B. Gallagher, D. Jensen, and B.N. Levine. Maxprop: Routing for vehicle-based disruption-tolerant networks. In Proc. IEEE Infocom, pages 1 11, A. Lindgren, A. Doria, and O. Schelen. Probabilistic routing in intermittently connected networks. Lecture Notes in Computer Science, pages , A. Vahdat and D. Becker. Epidemic routing for partially connected ad hoc networks. Technical report, Citeseer, 2000.