Métricas de Roteamento para Redes em Malha Sem Fio

Transcrição

1 1 / 42 Métricas de Roteamento para Redes em Malha Sem Fio Diego Passos Orientador: Prof. Célio Vinicius Neves de Albuquerque Departamento de Ciência da Computação Instituto de Computação Universidade Federal Fluminense Projeto de Aplicação II

2 2 / 42 Agenda

3 3 / 42 Agenda Redes em Malha Motivações Objetivos

4 4 / 42 O que são? Redes em Malha Motivações Objetivos Definições Redes sem fio. Auto-configuráveis. Múltiplos saltos. Características Baixo custo de implantação e manutenção. Escalabilidade. Tolerância a falhas. Expansão incremental.

5 5 / 42 Exemplo Redes em Malha Motivações Objetivos

6 6 / 42 Implementações Redes em Malha Motivações Objetivos Soluções abertas VMesh, na Grécia. RoofNet, nos EUA. ReMesh, no Brasil. Soluções proprietárias Cisco Mesh Network. Nortel Wmesh. Mitre Mobile Mesh

7 Desempenho Redes em Malha Motivações Objetivos Necessidade de roteamento dinâmico Porém Múltiplos saltos. Auto-configuração. Solução imediata: utilização de métricas e protocolos de roteamento ad-hoc. Modelo de mobilidade diferente. Aplicações diferentes. Expectativas de desempenho diferentes. 7 / 42

8 8 / 42 Este Trabalho Propõe Redes em Malha Motivações Objetivos A métrica Minimum Loss (ML) Métrica de roteamento multiplicativa. Baseada em probabilidades de sucesso. Minimiza a probabilidade de perda de pacotes. Alternativa à métrica Expected Transmission Count (ETX): Altas taxas de perda de pacotes. Instabilidade das rotas. Duas extensões A métrica Minimum Loss with Additive Cost (MLAC). A métrica Minimum Loss with Unicast Rate Probbing (MLURC).

9 9 / 42 Agenda Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas

10 10 / 42 Número de Saltos Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Proposta Minimizar o número de enlaces até o destino. Nenhum tipo de classificação. Todos os enlaces tem pesos iguais. Problemas A qualidade dos enlaces é altamente variável. Pode chegar a níveis muito baixos. Resultado: em geral, desempenho bastante ruim.

11 Proposta Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Idéia Avaliar e classificar os enlaces. Atribuir pesos de acordo com características reais. Característica escolhida: número de transmissões em nível 2. Implementação Envio periódico de pacotes de controle. Estatística de perda. 11 / 42

12 12 / 42 Modelo Matemático Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Suposições Diminuir o número de transmissões aumenta a vazão. Cada transmissão é um evento independente das demais. Dada a probabilidade de sucesso P ab ETX ab = 1 P ab ETX n = ETX ai a i+1

13 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição. 13 / 42

14 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição. 13 / 42

15 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição / 42

16 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição Último pacote na janela: 285. Pacote recebido: / 42

17 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição / 42

18 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição P ab = = 0, 7 13 / 42

19 Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Cálculo de P ab Janela deslizante Inicialmente, a janela está vazia. A medida que o tempo passa ela será preenchida. Ao receber um pacote, verifica-se o número de seqüência. A janela desliza tantas posições quanto necessário. O pacote recebido é considerado na última posição. P ab = P ab P ba 13 / 42

20 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística.

21 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. a 2 c 1 1 b

22 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. a 2 c 1 1 b

23 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. a 2 c 1 1 b

24 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. Pelo padrão , pacotes de broadcast são sempre transmitidos na modulação mais robusta (1Mbps).

25 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. Taxas Disponíveis (Mbps) 1 2 5,

26 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. a 2 c 1 1 b t = 1Mbps

27 14 / 42 Problemas Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Principais Custo muito alto à adição de um enlace. Utilização de pacotes de broadcast para estatística. a 13 c 2,3 8,3 b t = 11Mbps

28 15 / 42 A métrica ETT Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Motivação A métrica ETX não leva em consideração a taxa de transmissão do enlace. Uma transmissão a 1Mbps não deve ter o mesmo peso de outra a 11Mbps. Proposta Estimar o tempo de transmissão fim a fim, utilizando tanto o ETX quanto a taxa de transmissão dos enlaces.

29 16 / 42 A métrica WCETT Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Motivação A utilização de múltiplos rádios possibilita diversidade de freqüências. Com múltiplas freqüências, há menos auto-interferência na rede. Proposta Levar em conta um fator que aumente com o crescimento do número de enlaces no mesmo canal ao longo de uma rota.

30 17 / 42 A métrica metx Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Motivação A métrica ETX não seria capaz de captar variações em intervalos pequenos. Motivo: estatística se baseia em pacotes perdidos. Proposta Utilizar estatística de bits errados por pacote. Problemas Implementação não trivial. Aumento na complexidade do processamento.

31 18 / 42 A métrica ENT Primeira Proposta A Métrica ETX Outras Métricas Motivação Perdas de pacotes costumam ocorrer em rajadas na camada de enlace. Isto aumenta a probabilidade de perda nas camadas superiores. Proposta Realizar um pré-processamento, retirando enlaces que possam causar uma taxa de perda excessiva nas camadas de transporte e aplicação.

32 19 / 42 Agenda A Métrica ML A Métrica MLAC A Métrica MLURP

33 20 / 42 Definição A Métrica ML A Métrica MLAC A Métrica MLURP A métrica pretende Minimizar a probabilidade de perda de pacotes. Obter caminhos mais seguros. Aumentar a vazão em conexões TCP. Dada a probabilidade de sucesso P ab ML ab = P ab ML n = ML ai a i+1

34 21 / 42 Implementação A Métrica ML A Métrica MLAC A Métrica MLURP Obtenção das probabilidades Mesma técnica utilizada pela métrica ETX. Pacotes de broadcast e janela deslizante. Na prática Métrica implementada no protocolo OLSR. Tradicional protocolo de roteamento para redes ad-hoc. Baseado em estado de enlaces. Pró-ativo.

35 22 / 42 Definição A Métrica ML A Métrica MLAC A Métrica MLURP Motivação A vazão tende a cair com o aumento do número de saltos. A proposta original não leva isso em conta. Permite a utilização do elemento identidade. Dada a probabilidade de sucesso P ab [ ( )] 1 MLAC n = 1 P ai + λ a i+1

36 23 / 42 Definição A Métrica ML A Métrica MLAC A Métrica MLURP Motivação Melhorar a avaliação da probabilidade de perda de pacotes. A proposta original trabalha com envio de pacotes de broadcast. Mesma falha da métrica ETX. Solução Proposta Utilização de pacotes de broadcast a mesma taxa dos pacotes unicast. Ambas foram fixadas a 11Mbps.

37 24 / 42 Agenda Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

38 25 / 42 Redes de Teste Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP Três topologias Topologia Externa. Topologia Interna A. Topologia Interna B.

39 25 / 42 Redes de Teste Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP Três topologias Topologia Externa. Topologia Interna A. Topologia Interna B.

40 25 / 42 Redes de Teste Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP Três topologias Topologia Externa. Topologia Interna A. Topologia Interna B.

41 25 / 42 Redes de Teste Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP Três topologias Topologia Externa. Topologia Interna A. Topologia Interna B.

42 26 / 42 Nós da Rede (Hardware) Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP Especificações Roteadores linksys WRT54G. Antenas originais de 2dB nas topologias internas. Antenas externas na topologia externa. Omni-direcionais de 19dB. Direcional de 24dB, no caso do gateway. Grandes restrições. Memória RAM: 16MB. Memória Flash: 4MB. Clock do processador: 216Mhz.

43 27 / 42 Nós da Rede (Software) Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP Firmware Firmware original substituído. No lugar, foi utilizado o OpenWrt: Uma distribuição Linux bastante reduzida. Especialmente desenvolvida para este tipo de dispositivo. Ferramentas OLSR (o protocolo de roteamento). Scripts de configurações. Scripts de testes. Ping. Iperf.

44 28 / 42 Perda de Pacotes Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP (a) Rede Interna A (b) Rede Externa

45 29 / 42 Atraso Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP (a) Rede Interna A (b) Rede Externa

46 30 / 42 Vazão Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP (a) Rede Interna A (b) Rede Externa

47 31 / 42 Perda de Pacotes Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

48 32 / 42 Atraso Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

49 33 / 42 Vazão Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

50 34 / 42 Perda de Pacotes Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

51 35 / 42 Atraso Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

52 36 / 42 Vazão Ambiente de Testes Métrica ML Métrica MLAC Métrica MLURP

53 37 / 42 Agenda

54 Considerações Finais 38 / 42 Neste trabalho procurou-se Discutir propostas na área de métricas de roteamento. Ênfase na métrica Expected Transmission Count. Propor uma métrica multiplicativa e duas extensões. Implementar e testar as propostas apresentadas em redes reais. Os resultados mostram que As deficiências teóricas da métrica ETX se manifestam na prática. Em vários casos, a métrica ML foi mais eficiente. O problema na inferência das probabilidades é grave.

55 Trabalhos Futuros Melhora nos modelos A métrica ML não leva em consideração as transmissões em nível 2. A métrica ETX não considera o backoff exponencial. Medidas mais precisas Tornar a implementação da métrica MLURP mais simples. Considerar a variância da qualidade dos enlaces. Utilizar monitoramento de tráfego, ao invés de medidas ativas. 39 / 42

56 40 / 42 Artigos Diego Passos, Douglas Teixeira, Debora Muchaluat-Saade, Luiz Magalhaes, Celio Vinicius Neves de Albuquerque. Mesh Network Performance Measurements. 5th International Information and Telecommunication Technologies Symposium Diego Passos, Célio Vinicius Neves de Albuquerque. Proposta, Implementação e Análise de uma Métrica de Roteamento Multiplicativa para Redes em Malha Sem Fio. XXVII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação - CTIC. 2007

57 41 / 42 Artigos Debora Muchaluat-Saade, Célio Vinicius Neves de Albuquerque, Luis Claudio Magalhaes, Diego Passos, Jairo Duarte, Rafael do Valle. Redes em Malha: Solução de Baixo Custo para Popularização do Acesso à Internet no Brasil. XXV Simpósio Brasileiro de Telecomunicações Jairo L. Duarte, Diego Passos, Rafael L. Valle, Etienne Oliveira, Débora Muchaluat-Saade e Célio V. Albuquerque. Management Issues on Wireless Mesh Networks. 5th Latin American Network Operations and Management Symposium. 2007

58 42 / 42 Perguntas?