CS: : Um Simulador de Protocolos para Computação Móvel

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Gabriella Soares Silva
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1 MobiCS CS: : Um Simulador de Protocolos para Computação Móvel Daniel de Angelis Cordeiro Rodrigo Moreira Barbosa {danielc,rodbar}@ime.usp.br 7 de outubro de 2004

2 Motivação O desenvolvimento de aplicações distribuídas é difícil em um ambiente móvel pois: rede possui topologia dinâmica; dispositivos móveis possuem recursos limitados (baterias, por exemplo); desconexões voluntárias são freqüentes; qualidade do meio de comunicação varia rapidamente (devido a mobilidade).

possuem recursos limitados (baterias, por exemplo); desconexões voluntárias

3 Motivação (cont.) Desenvolvedores logo perceberam que necessitariam de ferramentas que auxiliassem na prototipação e teste de aplicações para ambientes móveis. Solução: utilizar simuladores

4 Simuladores Em geral, dividem-se em dois tipos: Simuladores de rede [MobSim, SwinNet, WiPPET] projetado para simular redes e/ou ambientes específicos Simuladores de protocolos [GloMoSim, ns2] focado no desenvolvimento de protocolos características de rede podem ser adaptadas

ambientes específicos Simuladores de protocolos [GloMoSim, ns2]

5 Limitações Limitações comuns para prototipagem e simulação de protocolos distribuídos: simuladores de rede não possuem prototipagem; simuladores de protocolos devem possibilitar a simulação de diferentes ambientes de CM; é difícil validar protocolos distribuídos.

prototipagem; simuladores de protocolos devem possibilitar a

6 MobiCS Mobile Computing Simulator Rápida prototipação de protocolos distribuídos modelo de programação de protocolos simples e flexível transparência de simulação Possibilita abstrações de mobilidade Abordagem para testes de corretude Permite simulações aleatorizadas modo de simulação estocástica

transparência de simulação Possibilita abstrações de mobilidade Abordagem

7 Termos utilizados Termos: Mss Mh Célula Canal sem fio Handof

8 Arquitetura do MobiCS Aplicação Protocolos Distribuídos Elementos de Rede Máquina de Simulação Camada de Aplicação pode ser um usuário ou protótipo de aplicação captura eventos que permitem adaptação (mensagens, mudança de QoS, desconexão)

pode ser um usuário ou protótipo de aplicação captura

9 Arquitetura do MobiCS Aplicação Protocolos Distribuídos Elementos de Rede Máquina de Simulação Protocolos distribuídos composta pelos protocolos sendo simulados programador define tratamento de eventos recebidos de outras camadas

distribuídos composta pelos protocolos sendo simulados

10 Arquitetura do MobiCS Aplicação Protocolos Distribuídos Elementos de Rede Máquina de Simulação Elementos de Rede implementa a funcionalidade dos elementos de rede de ambiente de CM: MSSs, MHs, canais, etc. cada elemento é implementado em um processo concorrente

funcionalidade dos elementos de rede de ambiente de CM: MSSs,

11 Arquitetura do MobiCS Aplicação Protocolos Distribuídos Elementos de Rede Máquina de Simulação Máquina de Simulação implementa os modos de simulação determinístico e estocástico garante o processamento causal dos eventos

Máquina de Simulação implementa os modos de simulação

12 Arquitetura do MobiCS Interface de eventos bem definida entre as camadas de simulação e de elementos Transparência de simulação MsgSend SetTimer Elementos de Rede Timer MsgArrived MoveTo Connectivity Máquina de Simulação

Transparência de simulação MsgSend SetTimer Elementos

13 Modelo de Programação Utiliza o modelo indireto de implementação de protocolos protocolo deve lidar com os problemas de mobilidade e conectividade (abordagem diferente de IP Móvel, por exemplo) Todo protocolo é definido como composição de micro-protocolos: Wired Wireless Hand-off

conectividade (abordagem diferente de IP Móvel, por exemplo) Todo

14 Simulação Determinística Fornece um mecanismo para depuração e avaliação de corretude de protocolos distribuídos Usuário define o cenário de teste (determinístico) utilizando um script O script deve descrever os eventos gerados pela aplicação (requisições) e pelos elementos de rede (migrações, desconexões, etc.)

(determinístico) utilizando um script O script deve descrever os eventos

15 Simulação Determinística (cont.) Um cenário deve conter comandos que definem envio de requisições, movimentações, alterações na disponibilidade de um Mh, etc. Exemplo: Mh.moveTo(cell); Mss.send(server, Ack); Não há noção de tempo Há ordenação entre eventos utilizando-se pontos de sincronização (next() e accept())

movimentações, alterações na disponibilidade de um Mh, etc. Exemplo: Mh.

16 Simulação Estocástica Permite a avaliação do desempenho de protocolos pela realização de testes exaustivos Usuário define: modelo de mobilidade padrão de comportamento dos elementos Utiliza algoritmo conservador de simulação paralela baseado em janela de tempo

modelo de mobilidade padrão de comportamento dos elementos

17 Simulação Estocástica (cont.) Modelo de Simulação Atividade e Atração: prob. de Mh estar conectado à rede prob. de Mh ser atraído à célula Mobilidade: probabilidade do Mh migrar para uma célula vizinha Vizinhança entre células Qualidade da comunicação sem fio Padrão de requisições

18 Uso do Simulador Para implementar um protocolo: estender classes básicas Protocol e Message Para definir ambiente de CM: estender classes básicas Mss, Mh, etc. Criação do cenário de simulação: escolha de cenários determinísticos para avaliar corretude escolha do cenário aleatório para avaliar desempenho

19 Exemplo de Protocolo Usaremos o Reliable Delivery Protocol (RDP) para exemplificar o uso do MobiCS. Objetivo: reencaminhar respostas de requisições feitas a servidores fixos quando um cliente móvel migra. Utiliza um proxy, que é o representante do cliente móvel na rede fixa. Um proxy é criado no Mss responsável pelo Mh no momento em que uma requisição é feita.

Objetivo: reencaminhar respostas de requisições feitas a servidores fixos quando um

20 Funcionamento do RDP Um Mss armazena para cada Mh local a lista dos proxies criados pelos Mh locais e dos proxies remotos Passos do Hand-off: O novo Mss responsável envia para o Mss antigo um pedido para retirar o registro daquele Mh; O Mss antigo envia para o novo Mss a lista dos proxies remotos e locais com seus respectivos ponteiros; O novo Mss envia uma mensagem para o Mss antigo atualizar o endereço do Mh na lista de proxies locais.

registro daquele Mh; O Mss antigo envia para o novo Mss a lista dos proxies remotos e locais com seus

21 Cenário do RDP server proxy Req Res Ack MSSp Mh curloc = p Req curloc = o ForwardRes DeReg PList UpCurLoc curloc = n ForwardRes MSSo Greet? UpCurLoc Ack MSSn Hand-off Greet DeReg PList Ack FRes

22 Cenário do RDP (cont.) O cenário determinístico anterior tinha como objetivo testar : a entrega da resposta do servidor ao cliente Mh independentemente de sua localização a correta atualização das estruturas de dados utilizadas pelo protocolo (plist e curloc) independentemente da duração do hand-off.

23 Cenário do RDP (cont.) Script de simulação determinística que expressa o cenário desejado Primeiro passo: acceptturnon(mh, true); acceptturnon(mssp, true); acceptturnon(msso, true); acceptturnon(mssn, false); acceptturnon(server, false); next();

24 Cenário do RDP (cont.) Segundo passo: mh.moveto(cellp); mh.receive(new Request(server, data); mh.moveto(cello); next() Terceiro passo: mh.moveto(celln); next();

25 Cenário do RDP (cont.) Quarto passo: acceptturnon(server, true); next(); Quinto passo: acceptturnon(mssn, true); next();

26 Organização do Protocolo O protocolo possui duas instâncias funcionais do protocolo: uma para MSSs e outra para MHs Para efeito de teste, teremos ainda uma instância do RDP para servidores Será seguida a metodologia de organizar protocolos em micro-protocolos Wired, Wireless e Handoff

27 Comunicação entre módulos do RDP RDPMss RDPMss Greet Ack Req ForwardRes PList UpdateCurrLoc DeReg, Ack RemPList ForwardRes RDPMh RDPMss RDPMss Res Req, Ack RDPServer

28 Conclusões MobiCS fornece um ambiente integrado para prototipação, teste de corretude e avaliação de desempenho de protocolos Contribuições: arquitetura flexível transparência de simulação fornece um modelo simples para prototipação de protocolos

29 Conclusões (cont.) Seu modo de simulação determinístico permite realização de testes de corretude em cenários pré-definidos pelo usuário Provê modo de simulação estocástica, útil na avaliação de desempenho do protocolo

30 Referências Página oficial do MobiCS: Página do MobiCS na PUC-RIO: R.C.A. da Rocha e M. Endler. MobiCS: An environment for prototyping and simulating distributed protocols for mobile networks, 3rd. IEEE International Conference in Mobile and Wireless Communication Networks (MWCN 2001), Recife, Brazil, 44-51, August 2001.

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