Nildo dos Santos Ribeiro Júnior Advisor: Marcos A. M. Vieira Co-advisor: Luiz F. M. Vieira

Transcrição

1 Nildo dos Santos Ribeiro Júnior Advisor: Marcos A. M. Vieira Co-advisor: Luiz F. M. Vieira

2 Requisitos: Baixo custo Baixo consumo de energia Baixo uso de memória Compromisso: Baixa vazão

3 Requisitos: Alta vazão Alta eficiência energética (energia gasta por byte transmitido) Compromisso: Increase the total energy consumption

4 Aumentar a vazão alcançável em transmissões de ponta-a-ponta em Redes de Sensores Sem Fio.

5 Plataformas com dois rádios Roteamento Multicaminho

6 Transmissões paralelas Aumentam a vazão Conservam a eficiência energética Opal mote [Jurdak et al., 2011]

7 S 1 Cada nó intermediário recebe por um rádio e transmite pelo outro. FastForward [Ekbatanifard et al., 2013] D

8 Mas... S os nós fonte e destino usam somente um rádio cada! FastForward [Ekbatanifard et al., 2013] D

9 1 2 3 S D % dos rádios utilizados 100% de aumento na vazão

10 1 S D 4 Paridades diferentes S D 4 Mesma paridade

11 Teóricas Práticas

12 1. Definição de um novo problema 2. Arcabouço teórico 3. Solução centralizada 4. Solução distribuída Com prova de que o problema é NP-Completo Modelagem com Programação Linear Inteira Heurística implementada no protocolo SplitPath Experimentos práticos com o testbed real Conseguimos alcançar vazão de 96% do limite teórico.

13 Modelos de Rede Definição do Problema NP-Completude

14 Multidígrafos Multigrafos Dígrafos Grafos

15 Encontrar dois caminhos na rede que atendam a três condições: 1) Sejam simples 2) Sejam disjuntos 1 de vértices internos 2 3) Tenham a mesma paridade S 5 3 D 4

16 Problema de decisão Problema de otimização Apenas dizer o par de Achar o par de caminhos com caminhos existe. a menor soma de pesos.

17 Problema de decisão Problema de Otimização Grafos Polinomial? Multigrafos?? Dígrafos NP-Completo NP-Difícil Multidígrafos NP-Completo NP-Difícil

18 Solução Centralizada por Programação Linear Inteira Algoritmo Distribuído Heurístico

19 Alternando os rádios Caminhos simples e disjuntos Mesma paridade Variáveis inteiras binárias

20 Baseado em algoritmos de fluxo: 1. Achar um primeiro caminho 2. Criar um grafo residual 3. Achar um caminho de aumento de mesma paridade 4. Combinar os caminhos

21 4 4 g 2 d s e a b 4 i h f c t 2 j k l

22 4 4 g 2 d e f s a b 4 i h -1 c t 2 j k l

23 4 4 g 2 d e f s a b 4 i h -1 c t 2 j k l

24 4 4 g 2 d s e a b 4 i h f c t 2 j k Peso total: 12 l

25 TinyOS Arquitetura

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27 Dado que o problema é novo, não existe um baseline apropriado Comparamos nossa heurística com o OFDP(k = 3) [Zhang et al., 2016] Encontrando 3 caminhos disjuntos, dois terão a mesma paridade

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29 Twonet: Testbed com 100 nós-sensores com dois rádios (Plataforma Opal)

30 Até 96% do limite teórico CCA desativado e sem pacotes de confirmação

31 Apresentamos e um novo problema em grafos e estudamos sua complexidade e provando ser NP-completo para grafos direcionados. Apresentamos uma solução de roteamento centralizado através de ILP, e uma solução de roteamento distribuída com um algoritmo heurístico. O protocolo multicaminho conseguiu atingir na prática 96% do limite teórico de vazão, que é 2 vezes a capacidade do canal de um rádio. Tais resultados nos permitem transmitir conteúdo multimídia em redes de sensores sem fio com melhor qualidade.

32 Resultados parciais publicados na SBRC 2017: RIBEIRO JUNIOR, N. S. ; Vieira, Marcos A.M. ; VIEIRA, L. F. M.. Maximizando Vazão Através de Múltiplos Caminhos em Plataformas com Dois Rádios. In: Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC), 2017, Belém, PA. Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC), Demais contribuições submetidas para journals (em revisão): IEEE Communications Magazine: Descrição do problema e experimentos de vazão. ACM Transactions on Sensor Networks (TONS): Algoritmo distribuído (SplitPath), simulação e experimentos.

33 Esse trabalho permite uma grande variedade de trabalhos futuros baseados nele: Estudar a complexidade do problema de otimização para grafos e multigrafos, que ainda é um problema aberto. Estudar um problema mais geral (encontrar k caminhos módulo k), que tem aplicação em redes que utilizam mais de dois rádios. Desenvolver um protocolo de transporte que se adapte melhor à redes com múltiplos rádios

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