Algoritmos Distribuídos para Roteamento em Redes Ad Hoc
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- Débora Carreira
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1 Algoritmos Distribuídos para Roteamento em Redes Ad Hoc Tiago Rodrigues Chaves Orientador: Ricardo Augusto Rabelo de Oliveira Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação PPGCC/UFOP 26 de julho de 2011 PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 1 / 39
2 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 1 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 2 3 DAJ Topologias de Rede 4 5 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 6 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 2 / 39
3 Redes Ad Hoc/MANET Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável Uma rede ad hoc, também é conhecida como Mobile Ad hoc NETwork (MANET). Figura: Rede ad hoc PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 3 / 39
4 Rede Convencional Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável É necessário que exista um ponto de acesso centralizador. Figura: Rede convencional PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 4 / 39
5 Redes Ad Hoc/MANET Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável Redes ad hoc não são restritas apenas para uso de computadores. Figura: Rede ad hoc com diferentes dispositivos. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 5 / 39
6 Protocolos de Roteamento Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável Protocolos Pró-ativos X Protocolos Reativos 1 Pró-ativos: todo nó da rede possui informações para todos os possíveis destinos. 2 Reativos: uma rota só é determinada quando um nó deseja enviar um pacote. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 6 / 39
7 Algoritmos Distribuídos Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável Algoritmo + Distribuído (processamento e comunicação) Cada processo tipicamente executa o mesmo algoritmo; Interligados por um canal de comunicação; Processos comunicam entre si apenas usando mensagens. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 7 / 39
8 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Sistema de memória distribuída pode ser modelado por um grafo não dirigido Gp = (Np, Ep), onde: Np: conjunto de processadores. Ep: conjunto de enlaces de comunicação full-duplex. O roteamento da mensagem (q, Msg) é feito por um processador r usando a função next r (q). PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 8 / 39
9 Algoritmo Auto-estabilizável Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável A propriedade de auto-estabilização modela a habilidade de um sistema se recuperar automaticamente de falhas transientes. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 9 / 39
10 1 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 2 3 DAJ Topologias de Rede 4 5 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 6 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 10 / 39
11 Estudar e apresentar os algoritmos distribuídos de roteamento Flooding e AODV; Comparar os algoritmos em relação ao número de troca de mensagens; Simular os algoritmos em diferentes topologias de rede. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 11 / 39
12 DAJ Topologias de Rede 1 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 2 3 DAJ Topologias de Rede 4 5 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 6 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 12 / 39
13 DAJ Topologias de Rede Foram implementados em linguagem Java; O Algoritmo de Flooding foi simulado no Distributed Algorithms in Java(DAJ); As simulações consideraram diferentes topologias de rede. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 13 / 39
14 DAJ Topologias de Rede Distributed Algorithms in Java(DAJ) Figura: DAJ PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 14 / 39
15 Topologias de Rede DAJ Topologias de Rede Figura: Topologias de Rede PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 15 / 39
16 1 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 2 3 DAJ Topologias de Rede 4 5 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 6 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 16 / 39
17 Figura: Estado inicial: nó azul deseja enviar uma mensagem para o nó vermelho. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 17 / 39
18 Este algoritmo utiliza as seguintes variáveis: Identificador fonte (SrcID); Identificador do destino (DestID); Número de sequência da fonte (SrcSeqNum); Número de sequência do destino (DestSeqNum); Identificador de broadcast (BcastID); Tempo de vida das mensagens (TTL); Número de hops. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 18 / 39
19 O algoritmo possui as seguintes mensagens: Route Request (RREQ); Route Reply (RREP); Mensagens HELLO; Route Error (RERR). PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 19 / 39
20 Figura: AODV - Descobrimento de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 20 / 39
21 Figura: AODV - Descobrimento de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 21 / 39
22 Figura: AODV - Descobrimento de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 22 / 39
23 Figura: AODV - Descobrimento de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 23 / 39
24 Figura: AODV - Descobrimento de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 24 / 39
25 Figura: AODV - Manutenção de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 25 / 39
26 Figura: AODV - Manutenção de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 26 / 39
27 Figura: AODV - Manutenção de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 27 / 39
28 Figura: AODV - Manutenção de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 28 / 39
29 Figura: AODV - Manutenção de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 29 / 39
30 Figura: AODV - Manutenção de Rotas PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 30 / 39
31 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 1 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 2 3 DAJ Topologias de Rede 4 5 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 6 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 31 / 39
32 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade Experimentos com o Algoritmo Flooding Topologia RREQ RREP RREP-ENC Ring Mesh Star Line Tree Fully Conected Tabela: Experimentos com o Algoritmo de Flooding. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 32 / 39
33 Análise de Complexidade Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade O fator a ser analisado é a ordem de complexidade das trocas de mensagem entre os nós de uma rede. Considerando a topologia de um grafo completo, onde todos os nós estão interligados a todos os outros nós. Figura: Grafo Completo G PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 33 / 39
34 Análise de Complexidade Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade Suponha: n é o número de vértices em um grafo completo G. d(n) é o grau do vértice, ou seja, número de arestas que chegam e saem do vértice. Cada vértice do grafo contribuirá com: Θ(d(n)) = Θ(n 1) (1) PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 34 / 39
35 Análise de Complexidade Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade Assim, a ordem de complexidade das trocas de mensagem é representada por (numero de vertices) (grau do vertice). Θ(n d(n)) = Θ(n (n 1)) = Θ(n 2 n) = Θ(n 2 ) (2) PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 35 / 39
36 Conclusão Trabalhos Futuros 1 Redes Ad Hoc/MANET Protocolos de Roteamento Algoritmos Distribuídos Modelagem do Sistema de Memória Distribuída Algoritmo Auto-estabilizável 2 3 DAJ Topologias de Rede 4 5 Experimentos com o Algoritmo Flooding Análise de Complexidade 6 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 36 / 39
37 Conclusão Conclusão Trabalhos Futuros Ainda não existe nenhum algoritmo que tenha um desempenho razoável em todos os possíveis ambientes; O Flooding é uma abordagem simples e ingênua, onde a demanda por escalabilidade da rede torna o algoritmo proibitivo; O AODV com estabelecimento dinâmico das tabelas de roteamento evita a sobrecarga de troca de mensagens na rede. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 37 / 39
38 Trabalhos Futuros Conclusão Trabalhos Futuros Estudar o algoritmo distribuído de roteamento, o ATR (Augmented Tree-based Routing); Combinar os algoritmos AODV e ATR Propor um algoritmo distribuído de roteamento, que apresente resultados melhores em relação ao número de troca de mensagens em redes ad hoc. PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 38 / 39
39 Conclusão Trabalhos Futuros PPGCC/UFOP - Projeto e Análise de Algoritmos Algoritmos Distribuídos para Roteamento 39 / 39
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