HYMAD: Hybrid DTN-MANET routing for dense and highly dynamic wireless networks Autores: John Whitbeck e Vania Conan Apresentação: Glauco Fiorott Amorim.

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1 HYMAD: Hybrid DTN-MANET routing for dense and highly dynamic wireless networks Autores: John Whitbeck e Vania Conan Apresentação: Glauco Fiorott Amorim Autores: John Whitbeck e Vania Conan Apresentação: Glauco Fiorott Amorim

2 RoteiroRoteiro Introdução Introdução Motivação Motivação Proposta do Protocolo HYMAD Proposta do Protocolo HYMAD 4 Roteamento Intra-grupo 4 Roteamento Inter-grupo Simulações e Resultados Simulações e Resultados Conclusão Conclusão Críticas Críticas Introdução Introdução Motivação Motivação Proposta do Protocolo HYMAD Proposta do Protocolo HYMAD 4 Roteamento Intra-grupo 4 Roteamento Inter-grupo Simulações e Resultados Simulações e Resultados Conclusão Conclusão Críticas Críticas

3 IntroduçãoIntrodução A utilização de redes sem fio tem crescido muito nos últimos anos A utilização de redes sem fio tem crescido muito nos últimos anos 4 Redes sem fio Ad Hoc ä Não necessita de infra-estrutura ä Baixo custo ä Auto-configurável ä Protocolos de roteamento baseados na conectividade dos nós 4 Delay/Disruption-Tolerant Network (DTN) ä Tolerante a atrasos ä Conexões esporádicas ä Redes conectadas intermitentemente A utilização de redes sem fio tem crescido muito nos últimos anos A utilização de redes sem fio tem crescido muito nos últimos anos 4 Redes sem fio Ad Hoc ä Não necessita de infra-estrutura ä Baixo custo ä Auto-configurável ä Protocolos de roteamento baseados na conectividade dos nós 4 Delay/Disruption-Tolerant Network (DTN) ä Tolerante a atrasos ä Conexões esporádicas ä Redes conectadas intermitentemente

4 DTNDTN Redes onde a conectividade fim-a-fim não é garantida Redes onde a conectividade fim-a-fim não é garantida Enlaces existem em função do tempo Enlaces existem em função do tempo Protocolos de roteamento utilizam o paradigma: store-carry-and-forward Protocolos de roteamento utilizam o paradigma: store-carry-and-forward Redes onde a conectividade fim-a-fim não é garantida Redes onde a conectividade fim-a-fim não é garantida Enlaces existem em função do tempo Enlaces existem em função do tempo Protocolos de roteamento utilizam o paradigma: store-carry-and-forward Protocolos de roteamento utilizam o paradigma: store-carry-and-forward

5 Protocolo de Roteamento Epidemic ADCF F EB F F F F

6 Protocolo de Roteamento Spray-and-Wait A CB D 4 D EF D C pode entregar a msg a D D 2 D 1 D 2 D 1 D 1 D 1

7 ProblemaProblema Muitos cenários onde: Muitos cenários onde: 4 Redes razoavelmente densas 4 Mobilidade dos usuários é muito alta Rede freqüentemente separada em grupos conectados Rede freqüentemente separada em grupos conectados Nestes cenários, os protocolos tradicionais de redes Ad Hoc e DTNs não são satisfatórios Nestes cenários, os protocolos tradicionais de redes Ad Hoc e DTNs não são satisfatórios Muitos cenários onde: Muitos cenários onde: 4 Redes razoavelmente densas 4 Mobilidade dos usuários é muito alta Rede freqüentemente separada em grupos conectados Rede freqüentemente separada em grupos conectados Nestes cenários, os protocolos tradicionais de redes Ad Hoc e DTNs não são satisfatórios Nestes cenários, os protocolos tradicionais de redes Ad Hoc e DTNs não são satisfatórios

8 Protocolo HYMAD A idéia principal é usar todos os grupos de nós ao invés de um nó individual como foco do protocolo DTN A idéia principal é usar todos os grupos de nós ao invés de um nó individual como foco do protocolo DTN Cada nó regularmente difundi duas mensagens de controle: Cada nó regularmente difundi duas mensagens de controle: 4 Um vetor de distância alterado para todos os membros do seu grupo (mensagem do algoritmo do grupo) 4 Uma lista de mensagens mantidas pelos membros do seu grupo, com seus respectivos destinos, responsáveis e número de cópias (lista de mensagens no grupo) Duas fases: roteamento intra-grupo e inter-grupo Duas fases: roteamento intra-grupo e inter-grupo A idéia principal é usar todos os grupos de nós ao invés de um nó individual como foco do protocolo DTN A idéia principal é usar todos os grupos de nós ao invés de um nó individual como foco do protocolo DTN Cada nó regularmente difundi duas mensagens de controle: Cada nó regularmente difundi duas mensagens de controle: 4 Um vetor de distância alterado para todos os membros do seu grupo (mensagem do algoritmo do grupo) 4 Uma lista de mensagens mantidas pelos membros do seu grupo, com seus respectivos destinos, responsáveis e número de cópias (lista de mensagens no grupo) Duas fases: roteamento intra-grupo e inter-grupo Duas fases: roteamento intra-grupo e inter-grupo

9 Roteamento Intra-grupo Utiliza um algoritmo vetor de distância simples. Cada nó roda periodicamente o algoritmo e difundi seu vetor de distância Utiliza um algoritmo vetor de distância simples. Cada nó roda periodicamente o algoritmo e difundi seu vetor de distância Pequena diferença Pequena diferença 4 Se o próximo salto não está disponível, o nó se responsabiliza pela mensagem, armazena em sua lista e avisa aos seus vizinhos Definição do grupo: Definição do grupo: 4 Diâmetro ä Preserva a igualdade entre os nós e possibilita a migração entre os grupos com facilidade 4 Regra: ä O grupo irá aceitar um novo membro se o seu diâmetro é menor do que um parâmetro máximo permitido Utiliza um algoritmo vetor de distância simples. Cada nó roda periodicamente o algoritmo e difundi seu vetor de distância Utiliza um algoritmo vetor de distância simples. Cada nó roda periodicamente o algoritmo e difundi seu vetor de distância Pequena diferença Pequena diferença 4 Se o próximo salto não está disponível, o nó se responsabiliza pela mensagem, armazena em sua lista e avisa aos seus vizinhos Definição do grupo: Definição do grupo: 4 Diâmetro ä Preserva a igualdade entre os nós e possibilita a migração entre os grupos com facilidade 4 Regra: ä O grupo irá aceitar um novo membro se o seu diâmetro é menor do que um parâmetro máximo permitido

10 Criação do Grupo a b e d c (a:0) (b:0, a:1) (c:0, a:1) (d:0, a:1) (b:0, a:1) (c:0, a:1) (d:0, a:1) (e:0, d:1, a:2) (a:0, b:1, c:1, d:1) (d:0, a:1, c:1, b:2)

11 Roteamento Inter-grupo Utiliza o roteamento Spray-and-wait Utiliza o roteamento Spray-and-wait Nós de borda conhecem a formação dos grupos adjacentes Nós de borda conhecem a formação dos grupos adjacentes Pode pedir mensagens aos nós que mantêm a custódia da mesma para repassar ao outro grupo. Duas possibilidades: Pode pedir mensagens aos nós que mantêm a custódia da mesma para repassar ao outro grupo. Duas possibilidades: 4 Se o destino da mensagem está no grupo vizinho, requisitar a mensagem e repassá-la 4 Se seu grupo tem mais de uma cópia, pode requisitar o máx(1, nc/nb+1) e repassá-la, onde: nc é o número de cópias e nb é o número dos nós de borda do grupo Utiliza o roteamento Spray-and-wait Utiliza o roteamento Spray-and-wait Nós de borda conhecem a formação dos grupos adjacentes Nós de borda conhecem a formação dos grupos adjacentes Pode pedir mensagens aos nós que mantêm a custódia da mesma para repassar ao outro grupo. Duas possibilidades: Pode pedir mensagens aos nós que mantêm a custódia da mesma para repassar ao outro grupo. Duas possibilidades: 4 Se o destino da mensagem está no grupo vizinho, requisitar a mensagem e repassá-la 4 Se seu grupo tem mais de uma cópia, pode requisitar o máx(1, nc/nb+1) e repassá-la, onde: nc é o número de cópias e nb é o número dos nós de borda do grupo

12 Roteamento Inter-grupo Quando um nó de borda recebe uma cópia de um grupo adjacente ele pode: Quando um nó de borda recebe uma cópia de um grupo adjacente ele pode: 4 Se o destino pertence ao grupo, repassá-la utilizando o roteamento intra-grupo 4 Caso contrário, selecionar aleatoriamente um membro para ser o responsável pela mensagem Dois tipos de mensagens são usadas: Dois tipos de mensagens são usadas: 4 Requisição de uma cópia 4 Redução no número de cópias Quando um nó de borda recebe uma cópia de um grupo adjacente ele pode: Quando um nó de borda recebe uma cópia de um grupo adjacente ele pode: 4 Se o destino pertence ao grupo, repassá-la utilizando o roteamento intra-grupo 4 Caso contrário, selecionar aleatoriamente um membro para ser o responsável pela mensagem Dois tipos de mensagens são usadas: Dois tipos de mensagens são usadas: 4 Requisição de uma cópia 4 Redução no número de cópias

13 Exemplo do protocolo de Roteamento

14 DiscussõesDiscussões Reação às mudanças topológicas Reação às mudanças topológicas 4 Muitas situações podem fazer com que os grupos tenham vários nós responsáveis pela mesma mensagem ä Lista de mensagens no grupo e Redução do número de cópias Gerenciamento do número de cópias Gerenciamento do número de cópias 4 Envia uma requisição de cópia 4 Estima o número de cópias armazenadas e o número de nós de borda para calcular o número de cópias repassadas 4 Usa a mensagem de redução de cópias para que os nós responsáveis reduzam o número de cópias Reação às mudanças topológicas Reação às mudanças topológicas 4 Muitas situações podem fazer com que os grupos tenham vários nós responsáveis pela mesma mensagem ä Lista de mensagens no grupo e Redução do número de cópias Gerenciamento do número de cópias Gerenciamento do número de cópias 4 Envia uma requisição de cópia 4 Estima o número de cópias armazenadas e o número de nós de borda para calcular o número de cópias repassadas 4 Usa a mensagem de redução de cópias para que os nós responsáveis reduzam o número de cópias

15 DiscussõesDiscussões Escolha do diâmetro do grupo Escolha do diâmetro do grupo 4 Escolha do diâmetro envolve um trade-off: ä Visão mais atualizada da topologia ä Tempo de convergência dos grupos Dmax deveria ser escolhido para permitir que nós com afinidades pudessem permanecer no mesmo grupo Dmax deveria ser escolhido para permitir que nós com afinidades pudessem permanecer no mesmo grupo Escolha do diâmetro do grupo Escolha do diâmetro do grupo 4 Escolha do diâmetro envolve um trade-off: ä Visão mais atualizada da topologia ä Tempo de convergência dos grupos Dmax deveria ser escolhido para permitir que nós com afinidades pudessem permanecer no mesmo grupo Dmax deveria ser escolhido para permitir que nós com afinidades pudessem permanecer no mesmo grupo

16 Simulações e Resultados HYMAD foi implementado no simulador ONE HYMAD foi implementado no simulador ONE No cenário padrão, o buffer considerado foi de 100MB, tamanho da mensagem de 10kB/s, velocidade de transmissão de 100kB/s e TTL infinito No cenário padrão, o buffer considerado foi de 100MB, tamanho da mensagem de 10kB/s, velocidade de transmissão de 100kB/s e TTL infinito Dois tipos de simulação: Dois tipos de simulação: 4 Modelo baseado no Random Waypoint 4 Trace de conectividade Rollernet 20 rodadas para cada cenário e 95% de intervalo de confiança 20 rodadas para cada cenário e 95% de intervalo de confiança HYMAD foi implementado no simulador ONE HYMAD foi implementado no simulador ONE No cenário padrão, o buffer considerado foi de 100MB, tamanho da mensagem de 10kB/s, velocidade de transmissão de 100kB/s e TTL infinito No cenário padrão, o buffer considerado foi de 100MB, tamanho da mensagem de 10kB/s, velocidade de transmissão de 100kB/s e TTL infinito Dois tipos de simulação: Dois tipos de simulação: 4 Modelo baseado no Random Waypoint 4 Trace de conectividade Rollernet 20 rodadas para cada cenário e 95% de intervalo de confiança 20 rodadas para cada cenário e 95% de intervalo de confiança

17 Simulações e Resultados – Random Waypoint Overhead nos enlaces x períodos de criação de novas mensagens Overhead nos enlaces x períodos de criação de novas mensagens Mensagens são criadas a cada segundo Mensagens são criadas a cada segundo Overhead nos enlaces x períodos de criação de novas mensagens Overhead nos enlaces x períodos de criação de novas mensagens Mensagens são criadas a cada segundo Mensagens são criadas a cada segundo

18 Comparação entre os protocolos simulando congestionamento

19 Influência da conectividade da rede

20 Influência do número de cópias

21 Simulação e Resultados - Rollernet Rollernet Simulação e Resultados - Rollernet Rollernet

22 Simulação e Resultados - Rollernet

23

24 ConclusõesConclusões Autores identificaram uma nova classe de redes sem fio móveis com alta mobilidade de nós e razoável densidade onde protocolos convencionais de redes ad hoc e DTN não são satisfatórios Autores identificaram uma nova classe de redes sem fio móveis com alta mobilidade de nós e razoável densidade onde protocolos convencionais de redes ad hoc e DTN não são satisfatórios Simulações mostram que o HYMAD tem um desempenho melhor que o Spray-and-wait Simulações mostram que o HYMAD tem um desempenho melhor que o Spray-and-wait Existem oportunidade de pesquisa em: Existem oportunidade de pesquisa em: 4 Dmax precisa ser um parâmetro para toda a rede? 4 Ele poderia ser dinâmico e quais nós deveriam concordar com isso? 4 Diferentes algoritmos de particionamento de grupo deveriam ser investigados 4 Pares de protocolos Manet/DNT mais elaborados deveriam ser explorados Autores identificaram uma nova classe de redes sem fio móveis com alta mobilidade de nós e razoável densidade onde protocolos convencionais de redes ad hoc e DTN não são satisfatórios Autores identificaram uma nova classe de redes sem fio móveis com alta mobilidade de nós e razoável densidade onde protocolos convencionais de redes ad hoc e DTN não são satisfatórios Simulações mostram que o HYMAD tem um desempenho melhor que o Spray-and-wait Simulações mostram que o HYMAD tem um desempenho melhor que o Spray-and-wait Existem oportunidade de pesquisa em: Existem oportunidade de pesquisa em: 4 Dmax precisa ser um parâmetro para toda a rede? 4 Ele poderia ser dinâmico e quais nós deveriam concordar com isso? 4 Diferentes algoritmos de particionamento de grupo deveriam ser investigados 4 Pares de protocolos Manet/DNT mais elaborados deveriam ser explorados

25 CríticasCríticas O protocolo proposto deveria ter sido comparado com pelo menos um outro protocolo híbrido O protocolo proposto deveria ter sido comparado com pelo menos um outro protocolo híbrido Nos resultados, a comparação é feita na maioria das vezes com o Spray-and-wait clássico, apesar de alguns resultados mostrarem que o Epidemic tem um desempenho melhor Nos resultados, a comparação é feita na maioria das vezes com o Spray-and-wait clássico, apesar de alguns resultados mostrarem que o Epidemic tem um desempenho melhor A métrica de atraso deveria ser melhor explorada nos resultados apresentados A métrica de atraso deveria ser melhor explorada nos resultados apresentados As figuras dos resultados deveriam estar melhor distribuídas no artigo para que fossem próximas aos comentários no texto As figuras dos resultados deveriam estar melhor distribuídas no artigo para que fossem próximas aos comentários no texto O protocolo proposto deveria ter sido comparado com pelo menos um outro protocolo híbrido O protocolo proposto deveria ter sido comparado com pelo menos um outro protocolo híbrido Nos resultados, a comparação é feita na maioria das vezes com o Spray-and-wait clássico, apesar de alguns resultados mostrarem que o Epidemic tem um desempenho melhor Nos resultados, a comparação é feita na maioria das vezes com o Spray-and-wait clássico, apesar de alguns resultados mostrarem que o Epidemic tem um desempenho melhor A métrica de atraso deveria ser melhor explorada nos resultados apresentados A métrica de atraso deveria ser melhor explorada nos resultados apresentados As figuras dos resultados deveriam estar melhor distribuídas no artigo para que fossem próximas aos comentários no texto As figuras dos resultados deveriam estar melhor distribuídas no artigo para que fossem próximas aos comentários no texto