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Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
http://www.gta.ufrj.br
Carina T. de Oliveira, Marcelo D. D. Moreira, Marcelo G. Rubinstein,Luís Henrique M. K. Costa e Otto Carlos M. B. Duarte
Apoiado pelos recursos do CNPq, CAPES, FAPERJ, FINEP, FUJB e RNP.
COPPE/Poli - Universidade Federal do Rio de JaneiroPEL/DETEL - FEN - Universidade do Estado do Rio de Janeiro
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Roteiro
1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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Roteiro
1. Introdução2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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Modelo TCP/IP
Projeto baseado em suposições típicas de redes cabeadas convencionaisAlgumas premissas necessárias para o seu bom funcionamento– Caminho fim-a-fim entre fonte e destino– Atrasos de comunicação relativamente pequenos– Baixa taxa de erros– Mecanismos de retransmissão efetivos
F D
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Ambientes “Desafiadores”
Exemplos– Comunicações sem fio– Comunicações entre dispositivos móveis – Comunicações entre dispositivos com restrições de bateria– Comunicações rurais – Comunicações em campo de batalha– Comunicações submarinas– Comunicações interplanetárias
Tornam o modelo TCP/IP inadequado e pouco robusto
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Ambientes “Desafiadores”
Cenário 1: Mobile Ad hoc NETworkS (MANETS)– Alta mobilidade dos nós causa freqüentes desconexões
Fonte Destino
Caminho fim-a-fim
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Ambientes “Desafiadores”
Cenário 1: Mobile Ad hoc NETworkS (MANETS)– Alta mobilidade dos nós causa freqüentes desconexões
Fonte DestinoAusência de um caminho fim-a-fim
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Cenário 2: Redes de sensores sem fio– Economia de recursos dos nós resulta em uma conectividade
intermitente
Ausência de um caminho fim-a-fimRede A Rede B
Ambientes “Desafiadores”
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Cenário 3: Redes interplanetárias– Grande distância entre os planetas causa atrasos da ordem de
horas ou dias
TerraVênus
Júpiter
Marte
Sol
Distância do Sol
Vênus 0,72UA
Terra 1UA
Marte 1,52UA
Júpiter 5,20UA
Unidade Astronômica (UA) = 149.598.000 kmVelocidade da luz = 300.000 Km/s
~
~
Terra – Júpiter
Distância Máxima = 6,20UA 51 min
Distância Mínima = 4,20UA 35 min
Ambientes “Desafiadores”
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Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
Delay and Disruption Tolerant Networks (DTNs)Outras terminologias– Redes com conectividade eventual– Redes móveis parcialmente conectadas– Redes desconectadas– Redes com conectividade transiente– Redes incomuns– Redes extremas– Redes com desafios (CHAllenged NeTworkS - CHANTS)
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Principais características– Atrasos longos e/ou variáveis
Componentes do atraso fim-a-fimTempo de esperaAtraso nas filasAtraso de transmissãoAtraso de propagação
– Freqüentes desconexõesPrincipais causas
Alta mobilidade dos nósPéssimas condições de comunicação Economia de recursos dos nós
Conectividade intermitente
F D
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Por que o modelo TCP/IP não funciona bem em DTN?– Principal causa
Operação do TCPProtocolo de transporte orientado a conexãoGarante confiabilidade na entrega dos dados fim-a-fim
• Redes conectadas
Modelo TCP/IP
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Três fases de operação do TCP
Fonte Destino
tem
poPedido de conexão SYN
ACK
SYN + ACK
Conexão estabelecida
Fase de Conexão
Dados
ACK
ACK
Dados
…Fase de
Transferênciade Dados
ACK
FIN
FIN
ACK
Conexão encerrada
Pedido de desconexão
Conexão encerrada
Fase de Desconexão
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Solução para as DTNs
Técnica de comutação de mensagens– Nenhum caminho é estabelecido com antecedência entre fonte
e destino– Mensagens são armazenadas e encaminhadas nó a nó da
origem até o destinoArmazenamento persistente dos dados
Redes IP DTNTempo de armazenamento da ordem de milissegundos
Tempo de armazenamento da ordem de horas ou dias
Armazenamento em memórias dinâmicas
Ex.: chips de memórias de roteadores
Armazenamento persistente e robusto
Ex.: disco rígido, memória flash de dispositivos portáteis
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer
BufferDestino
Buffer
Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer
BufferDestino
Buffer
Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer
BufferDestino
Buffer
Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer
BufferDestino
Buffer Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer
BufferDestino
Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
Buffer
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer BufferDestino
Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
Buffer
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Fonte
Redes do tipo armazena-e-encaminha (store-and-forward)
Buffer Buffer
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
Buffer BufferDestino
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Executa o encaminhamento IP
Executa daemon do protocolo
Prova de conceito– Três protocolos de entrega de mensagens
DTNSimple Mail Transfer Protocol (SMTP)Simple File Transfer Protocol (SFTP)
– Duas configurações
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Prova de conceito– Quatro experimentos
AlinhadoDeslocadoSeqüencialAleatório 1 minuto ativado
3 minutos desativado
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Prova de conceito– Quatro experimentos
AlinhadoDeslocadoSeqüencialAleatório
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Prova de conceito– Quatro experimentos
AlinhadoDeslocado (10s)SeqüencialAleatório
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Prova de conceito– Quatro experimentos
AlinhadoDeslocadoSeqüencialAleatório
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Prova de conceito– Quatro experimentos
AlinhadoDeslocadoSeqüencialAleatório
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões
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Prova de conceito– Avalia a utilização da largura de banda por cada protocolo
(DTN, SMTP, SFTP) em cada configuração (E2E, HOP) para os quatro experimentos (alinhado, deslocado, seqüencial e aleatório)
– Mostra que em alguns experimentos a largura de banda édesperdiçada
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Prova de conceito
0
20
40
60
80
100
Util
izaç
ão d
a La
rgur
a de
Ban
da (%
)
MAXDTN (HOP)SMTP (HOP)SFTP (HOP)DTN (E2E)SMTP (E2E)SFTP (E2E)
alinhado deslocado seqüencial aleatório
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Outros protocolos usados na Internet convencional também não apresentam bom desempenho em DTNs– Exemplos de protocolos de roteamento
Border Gateway Protocol (BGP)Route Information Protocol (RIP)Open Shortest Path First (OSPF)
– Exemplos de aplicaçõesHyperText Transfer Protocol (HTTP)File Transfer Protocol (FTP)
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Roteiro
1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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Arquitetura DTN
IPN DTNRG
DTN - DARPA
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Projeto Internet InterPlaNetária(IPN)
Jet Propulsion Laboratory (JPL)/NASA– Financiado pela agência de defesa norte-americana
DARPA na década de 90 (liderado por Vint Cerf)Definir uma arquitetura que permita a interoperabilidade da Internet convencional (“terrestre”) com planetas e astronaves em movimentoAtende aos problemas de quebras de conexões em redes terrestres
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DTN Research Group (DTNRG)
Criado em 2002 pelo Internet Research Task Force(IRTF)Emprega o conceito de DTN em ambientes terrestres
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Em 2004 realizou uma chamada de trabalhos em Redes Tolerantes a Desconexões (também DTN) – Valor de 22 milhões de dólares
Disruption Tolerant Network(DTN)/DARPA
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RFC 4838 (Abril de 2007)
Camada de agregação (Bundle Layer)– Técnica de comutação de mensagens– Armazenamento persistente
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ADU e PDU
Unidades de Dados da Aplicação (ADUs- ApplicationData Units)– Mensagens de tamanhos variáveis enviadas pela aplicação
Unidades de Dados de Protocolo (PDU - Protocol Data Units) – Denominadas agregados (bundles)– Armazenadas e encaminhadas pelos nós DTN
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Termo “Agregado”
Utilizado ao invés de transaçãoEvita associações a algum tipo de interatividadeExemplo– Pedido de transferência de um arquivo
Login/Senha
autorizado
Arquivo + Diretório
ServidorCliente
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39
Termo “Agregado”
Utilizado ao invés de transaçãoEvita associações a algum tipo de interatividadeExemplo– Pedido de transferência de um arquivo
ServidorCliente
Login/Senha + Arquivo + Diretório
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Tipos de Contato
Conceito de contato– Ocasião favorável para os nós trocarem dados
Classificação– Persistente– Sob demanda– Programado– Previsível– Oportunista
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Tipos de Contato
Contatos persistentes– Contatos sempre disponíveis– Exemplo
Conexão Internet sempre disponível via DSL
Contatos sob demanda– Requerem alguma ação para que sejam instanciados– Após acionados funcionam como contatos persistentes até
serem encerrados– Exemplo
Conexão discada (do ponto de vista do usuário)
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Tipos de Contato
Contatos programados– Horário e duração dos contatos são estabelecidos previamente
entre dois ou mais nós antes da troca de informações– Exigem a sincronização do tempo na rede– Exemplos
Rede de sensores Nós “acordam” em horários preestabelecidosNós voltam a “dormir” para poupar energia fora dos horários programados
Aplicações espaciais
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Arquitetura DTN
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44
Tipos de Contato
Contatos previsíveis– Nós fazem previsões sobre o horário e a duração dos contatos– Utilizam históricos de contatos previamente realizados– Exemplo
Rede rural esparsa
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45
Tipos de Contato
200 km
QuiosqueInternet
Contatos previsíveis
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46
Tipos de Contato
200 km
QuiosqueInternet
Contatos previsíveis
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47
Tipos de Contato
Contatos oportunistas– Ocorrem diante de encontros não previamente programados– Obtêm vantagens de contatos realizados totalmente ao acaso– Nós desconhecem informações acerca do estado, da localização
ou dos padrões de mobilidade dos outros nós
PaulaMaria Pedro
Conectividade Intermitente
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48
Tipos de Contato
Contatos oportunistas– Pocket Switched Network (PSN)
Modelo de redes que atua dentro do contexto de DTNDispositivos eletrônicos sem fio
Celulares, laptops, PDA, etc.
Realizam a comunicação na ausência de uma conectividade fim-a-fimObtêm vantagem de qualquer oportunidade de transmissão ao longo do trajeto do dispositivo móvel
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49
Tipos de Contato
Contatos oportunistas– Pocket Switched Network (PSN)
Distribuição de um jornal eletrônico em Cambridge – Inglaterra
iMote
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50
Ponto de Extremidade (Endpoint DTN)
Grupo de nós DTN– Pode ter apenas um nó
Um nó pode fazer parte de um ou mais Pontos de ExtremidadeAbstração semelhante a um grupo multicast
Ponto de Extremidade Ponto de Extremidade
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51
Grupo mínimo de recepção (Minimum Reception Group - MRG) – Subconjunto mínimo de nós do Ponto de Extremidade que
devem receber um agregado para que ele seja considerado entregue
– Referências do MRGUm único nó (unicast)Um nó dentro do Ponto de Extremidade (anycast)Todos os nós do Ponto de Extremidade (multicast ou broadcast)
Ponto de ExtremidadePonto de ExtremidadePonto de Extremidade
Ponto de Extremidade (Endpoint DTN)
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52
Identificador do Ponto de Extremidade (Endpoint IDentifier - EID)– Nome expresso sintaticamente como um identificador uniforme
de recursos (Uniform Resource Identifier - URI)Gerenciado globalmente pelo Internet Assigned Numbers Autority(IANA)
• Define um conjunto de regras para analisar e interpretar o SSP
• Caracteres obrigatórios para cada <nome do esquema>
• Scheme Specific Part (SSP)
<nome do esquema>: <parte específica do esquema>
http: //www.gta.ufrj.br/publicacoes
mailto: [email protected]
ftp: //ftp.gta.ufrj.br
dtn: ?
Ponto de Extremidade (Endpoint DTN)
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53
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54
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55
Vinculação Tardia (late binding)
Significa interpretar a <parte específica do esquema> para encaminhar uma mensagem em direção ao(s) destinatário(s)Não ocorre necessariamente na fonteDiferente da vinculação do nome ao endereço IP na Internet convencional (vinculação antecipada - earlybinding)
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61
Transferência de Custódia (TC)
Passa a responsabilidade da entrega de um nó para outro nóUtiliza temporizador e retransmissões para implementar um mecanismo de reconhecimento custódia-a-custódia
TC1
TC2
TC3
Aceito a TC1
tem
po
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
Aceito a TC2
Aceito a TC3
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62
Aceitação não é obrigatória– Não é considerado um mecanismo salto-a-salto legítimoDecisão de aceitação da TC é individual– Roteamento– Políticas de segurança– Tamanho, prioridade ou tempo máximo de vida da mensagem
Transferência de Custódia (TC)
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63
Se a TC é aceita– Agregado só pode ser apagado em duas situações
1. Se a custódia for transferida para outro nó2. Se o tempo de vida do agregado expirar
Se a TC não é aceita– Temporizador e retransmissões não são empregados– Sucesso de entrega de mensagens depende somente dos
protocolos subjacentes– Exemplo
Nó aceita a custódia enquanto sua capacidade de bateria estiver acima de um determinado limiar
Transferência de Custódia (TC)
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64
Classes de Prioridades
Diferenciam o tráfego baseadas no grau de urgência especificado pela aplicação– Baixa– Normal– Expressa
Podem ser comparadas com o sistema de correios convencional– Tráfego geralmente não é interativo (possui um sentido único)– Em geral, não há garantia quanto ao tempo de entrega– Contudo, são oferecidas classes de serviço
Encomenda normalEncaminhamento de mensagens urgentes (telegrama)Entrega no mesmo dia da postagem
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65
Registros Administrativos
São mensagens (também agregados) utilizadas para prover informações sobre a entrega dos agregados na DTN
Possuem semelhanças com as mensagens Internet Control Message Protocol (ICMP) do IP– Utilizadas para diagnóstico de condições de erro da rede– Diferença
Mensagens ICMP -> São retornadas para o nó fonteRegistros administrativos -> Também podem ser enviados para nós intermediários
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66
Relatório de Sinalização de CustódiaRelatórios sobre o Estado do Agregado
(Bundle Status Reports - BSRs)
Responde ao pedido de TC
É um indicador booleano• 0: custódia é recusada• 1: custódia é aceita
Pode ser enviado por qualquer nó
Conjunto de seis relatórios:
1- Estado da entrega do agregado
2- Estado do reconhecimento
3- Estado da recepção do agregado
4- Estado da aceitação da custódia
5- Estado do encaminhamento do agregado
6- Estado do agregado apagado
– O envio dos relatórios é definido pela aplicação através das opções de entrega
Registros Administrativos
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67
Opções de Entrega
Oito tipos1. Pedido de transferência de custódia
Pedido do Relatório de sinalização da custódiaAplicação requer que o agregado seja encaminhado utilizando os procedimentos de TC
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68
Oito tipos2. Pedido de aceitação de custódia pelo nó fonte
Aplicação requer que o nó fonte suporte a TC
Opções de Entrega
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69
Oito tipos3. Notificação de entrega do agregado
Pedido do Relatório do estado da entrega do agregadoAviso de recebimento enviado pela camada de agregação
agregado
Relatório do estado daentrega do agregado
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
agregado
agregado
tem
po
Relatório do estado daentrega do agregadoRelatório do estado da
entrega do agregado
Opções de Entrega
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70
Oito tipos4. Notificação de reconhecimento positivo do agregado pela
aplicaçãoPedido do Relatório do estado do reconhecimentoAviso de recebimento enviado pela camada de aplicação
agregado
Relatório do estado do reconhecimento
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
agregado
agregado
tem
po
Relatório do estado do reconhecimentoRelatório do estado do
reconhecimento
Opções de Entrega
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71
Oito tipos5. Notificação de recepção de agregado
Pedido do Relatório do estado da recepção do agregadoGerado sempre que um agregado é recebido pode um nó DTN
agregado
Relatório do estado darecepção do agregado
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
agregado
agregadotem
po
Relatório do estado darecepção do agregado
Relatório do estado darecepção do agregado
Opções de Entrega
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72
Oito tipos6. Notificação de aceitação da custódia
Pedido do Relatório do estado da aceitação da custódiaGerado quando um agregado é aceito utilizando TCGerado para os nós que aceitaram a TC
Opções de Entrega
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73
TC1
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
TC2
TC3tem
po
Relatório do estado daaceitação da custódia
Relatório do estado daaceitação da custódia
Relatório do estado daaceitação da custódia
Relatório do estado daaceitação da custódia
Relatório do estado daaceitação da custódia
Relatório do estado daaceitação da custódia
Opções de Entrega
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74
Oito tipos7. Notificação de encaminhamento do agregado
Pedido do Relatório do estado do encaminhamento do agregadoGerado quando um agregado é encaminhado para outro nó DTN
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
tem
po
agregado
agregadoRelatório do estado do
encaminhamento do agregado agregado
Relatório do estado do encaminhamento do agregado
Relatório do estado do encaminhamento do agregado
Opções de Entrega
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75
Oito tipos8. Notificação de apagamento do agregado
Pedido do Relatório do estado do agregado apagadoEnviado quando um agregado é apagado do buffer de um nóDTNInforma motivo pelo qual o agregado foi apagado
Opções de Entrega
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76
Arquitetura DTN
Fonte DestinoIntermediário Intermediário
tem
po
Relatório do estado do agregado apagado
Relatório do estado do agregado apagado
agregado
agregado
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77
Geração dos Relatórios
Aumenta o tráfego dos agregados na redeSó é obrigatória em um caso:– Se agregado aceito sob custódia é apagado
Nó deve enviar um Relatório do estado do agregado apagado
Em todos os outros casos, a geração dos relatórios élimitada por políticas locais
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78
Em muitas DTNs o encaminhamento é unidirecional– Nós são incapazes de gerar relatórios de volta
Alguns cenários que dificultam a geração de relatórios– Redes com alta mobilidade– Redes de sensores sem fio
Geração dos Relatórios
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Um protocolo de segurança pode ser implementado (opcionalmente) pela camada de agregação– Mais três opções de entrega
Pedido de confidencialidadeGarante sigilo das informações trocadas entre pontos de extremidade
Pedido de autenticação Garante que uma dada entidade é realmente quem ela diz ser
Pedido de detecção de erroRequer que as mudanças nos campos que não podem ser alterados sejam fortemente verificados para garantir a integridade dos dadosExemplo: EID fonte, EID destino, carga útil
Opções de Entrega
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80
Roteiro
1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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81
Protocolo de Agregação
Internet Draft– Março de 2003: versão 00– Dezembro de 2006: versão 08
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82
Protocolo de Agregação
Um agregado é formado por dois ou mais “blocos”
O termo bloco é utilizado ao invés de “cabeçalho”– Um bloco pode estar no início ou no fim da unidade de dados
do protocolo
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83
Protocolo de Agregação
Tipos de bloco do agregado– Bloco primário
É obrigatórioContém as informações básicas necessárias para encaminhar um agregado até o destino
– Bloco de carga útil (payload)– Blocos de extensão
Campos adicionaisAinda não definidos
Blocoprimário
Bloco de carga útil
Bloco deextensão
Bloco deextensão
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84
Protocolo de Agregação
Alguns campos não possuem tamanho fixo– Utilizam a codificação valores numéricos auto-delimitantes
(Self-Delimiting Numeric Values - SDNV)Codifica um número binário sem sinal em octetos
7 bits de valores1 bit mais significativo• 0 – indica fim do campo• 1 – indica a continuação do campo
Não é apropriada para valores maiores do que 56 bitsGera sobrecarga devido a adição de um bit a cada sete bits
1
7 bits
1
7 bits
0
7 bits
1 0
7 bits 7 bits
... ...
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85
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Campos codificadosem SDNV
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86
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Versão = 5
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87
Protocolo de Agregação
Bloco primário
21 subcampos de 1 bit
Bit Função
2 Indica se ADU é registro administrativo
4 Indica se TC é solicitada
8,9 Indicam prioridade do agregado:
00 – baixa
01 – normal
10 – expressa
15-21
Indicam o pedido de relatórios
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88
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Tamanho total do restantedos campos do bloco
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89
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Deslocamentos apontampara a matriz
Deslocamentos evitam replicação de trechoscomuns
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90
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Tempo em segundos desde2000
Número inteiro crescente
Diferenciam os agregadoscriados por uma mesma fonte
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91
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Tempo em segundosa partir do tempo decriação
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92
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Tamanho da matrizde octetos do dicionário
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93
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Formada pela concatenaçãodos esquemas URI
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94
Protocolo de Agregação
Bloco primário
Somente são utilizadosem caso de fragmentos
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95
Protocolo de Agregação
Bloco de carga útil
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Protocolo de Agregação
Bloco de carga útil
– 8 bits– Identifica o tipo de bloco– Valor 1 bloco de carga útil
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97
Protocolo de Agregação
Bloco de carga útil
– 7 subcampos de 1 bit
Bit Função3 Indica que o agregado deve ser apagado se não puder ser processado
6 Indica que bloco foi encaminhado sem ter sido processado
4 Indica se o bloco é o último
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98
Protocolo de Agregação
Bloco de carga útil
– Tamanho do restante do bloco
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99
Protocolo de Agregação
Bloco de carga útil
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100
Roteiro
1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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101
Aplicações e Projetos
Aplicações– Acesso “não usual” à Internet– Monitoramento– Comunicação submarina – Comunicação espacial
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102
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Atende localidades que não possuem infra-estrutura
necessária para a utilização de aplicações comuns (correio eletrônico e www)
Regiões rurais distantes dos grandes centros urbanosHabitadas por pessoas de baixo poder aquisitivo
– Soluções convencionais de redes não podem ser implementadas
Infra-estrutura física e/ou custo
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103
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– DTNs são usadas para lidar com conexões intermitentes entre
a região “rica” e a região excluída digitalmente– Mulas de dados (data MULES)
MULE = Mobile Ubiquitous LAN ExtensionsEmpregadas para fazer o transporte de dados entre as regiõesVeículos motorizados, pessoas ou animais entre as regiões
200 km
QuiosqueInternet
Mula de Dados
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104
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
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105
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
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106
Aplicações e Projetos
Grupo de pesquisa TIER– Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA– Objetivo
Levar a revolução da tecnologia da informação às populações dos países em desenvolvimento
– Áreas de atuaçãoEducaçãoSaúdeComunicação sem fioArmazenamento distribuído Tecnologias da fala
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107
Centros de Dados
Satélite
Mula de Dados
DispositivosQuiosque
Aplicações e Projetos
Projeto TierStore– Envolve aplicações de correio eletrônico e web– Em regiões com conectividade intermitente ou sem
conectividade
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108
Aplicações e Projetos
TierStore
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109
Aplicações e Projetos
TierStore– Utiliza o protocolo de agregação– Protótipo testado no Camboja
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110
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
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111
Aplicações e Projetos
Sámi Network Connectivity (SNC)– Projeto piloto iniciado em 2004– Objetivo
Prover acesso à Internet ao povo SámiCorreio eletrônico, acesso à web e transferência de dados
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112
Aplicações e Projetos
Sámi Network Connectivity (SNC)– Características do povo Sámi
População nômade da região da Suécia e de outros países escandinavosVive do pastoreio de renasPassa grande parte do tempo fora de suas vilas sem contato com os Sámis que ficam nas vilasNão possui nenhum tipo de comunicação confiável na maioria das áreas nas quais trabalha e vive
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113
Aplicações e Projetos
Sámi Network Connectivity (SNC)– Utiliza o protocolo de agregação– Nós fixos– Nós móveis
Periodicamente fazem o trajeto entre as comunidadesPassam por pontos onde os agregados podem ser trocados e por pontos com acesso à Internet
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114
Aplicações e Projetos
Sámi Network Connectivity (SNC)– Projeto futuro
Monitorar os rebanhos de renas através de sensores
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115
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
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Aplicações e Projetos
Wizzy Digital Courier– Objetivo
Oferecer acesso à Internet a escolas rurais na África do Sul
– Duas formas de acessoModens discados são utilizados à noite (menor custo)Mensageiros (motociclista ou ciclista) são utilizados para localidades que não possuem telefone
Utiliza dispositivos de armazenamento com interface USB ou rede sem fio
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Aplicações e Projetos
Wizzy Digital Courier– Atualmente, seis escolas estão sendo atendidas
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Aplicações e Projetos
Wizzy Digital Courier– Atualmente, seis escolas estão sendo atendidas
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Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
![Page 120: Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões - gta.ufrj.br · Cenário 3: Redes interplanetárias – Grande distância entre os planetas causa atrasos da ordem de horas ou dias Terra](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022070616/5d370eba88c99342678c0839/html5/thumbnails/120.jpg)
120
Aplicações e Projetos
First Mile Solutions (FMS)– Objetivo
Prover acesso à Internet em áreas remotas
– Mulas de dados são ônibus, motos ou barcosResponsáveis pelo transporte físico de dados entre quiosques das vilas e os grandes centros
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Aplicações e Projetos
First Mile Solutions
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122
Aplicações e Projetos
First Mile Solutions– Arquitetura proprietária denominada DakNet– Projetos piloto implementados em Ruanda, Camboja, Costa
Rica e Índia
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123
Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
![Page 124: Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões - gta.ufrj.br · Cenário 3: Redes interplanetárias – Grande distância entre os planetas causa atrasos da ordem de horas ou dias Terra](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022070616/5d370eba88c99342678c0839/html5/thumbnails/124.jpg)
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Aplicações e Projetos
KioskNet– Universidade de Waterloo, Canadá– Objetivo
Prover acesso à Internet confiável e de baixo custo a quiosques rurais
– QuiosquePossui um ou mais computadores baratos e simplesPossui um controlador que se comunica por rádio com computadores carregados por mulas de dados
Mulas de dados: ônibus, carros e caminhões
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125
Aplicações e Projetos
KioskNet
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126
Aplicações e Projetos
KioskNet– Protocolo de agregação foi estendido– Primeira implementação ocorreu em 2006 em uma vila na
Índia
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Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
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Aplicações e Projetos
Drive-thru Internet– Universidade de Tecnologia de Helsinki, Finlândia– Objetivo
Prover acesso à Internet a usuários em veículos trafegando em estradas a velocidades que podem chegar a 200 km/h
– Pontos de acesso à Internet são espalhados pela cidade, estradas comuns e estradas sem limite de velocidade
IEEE 802.11
– Acesso intermitente obtido pela passagem pelos pontos de acesso
– Desenvolvido um protocolo que habilita sessões de comunicação de longa duração na presença de conectividade intermitente
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129
Aplicações e Projetos
Drive-thru Internet
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Aplicações e Projetos
Acesso “não usual” à Internet– Projetos relacionados
Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)Sámi Network Connectivity (SNC)Wizzy Digital CourierFirst Mile Solutions (FMS)KioskNetDrive-thru InternetDieselNet
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131
Aplicações e Projetos
DieselNet– Universidade de Massachusetts Amherst, EUA– Rede com 40 ônibus da cidade de Amherst cobrindo uma área
total de 150 milhas quadradas– Ônibus são equipados com computadores e
Ponto de acesso IEEE 802.11b para prover acesso DHCP aos passageirosSegunda interface IEEE 802.11b que constantemente procura por outros ônibusRádio de longo alcance que permite a comunicação com as estações receptoras das informações coletadas
– GPS grava periodicamente localização de cada ônibus
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132
Aplicações e Projetos
DieselNet– Software embarcado permite
Atualização das aplicaçõesCaptura de informações
Mobilidade dos nósConectividade e vazão da rede
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133
Aplicações e Projetos
Monitoramento– Redes de sensores
Nós sensores Organizados em clustersCapacidade limitada de processamentoPouca memóriaEnergia restrita
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134
Aplicações e Projetos
Monitoramento– Gerenciamento de energia é um dos maiores problemas
Nós procuram se coordenar para economizar energiaAtrasos ocorrem em função de um ou mais nós estarem em um estado de conservação de energia (impedidos de transmitir e receber dados)Problema de energia ainda mais grave quando nós estão na vizinhança de um gateway
– DTNs estão sendo utilizadas para diminuir esses problemas
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135
Aplicações e Projetos
Monitoramento– Projetos relacionados
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel
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136
Aplicações e Projetos
Monitoramento– Projetos relacionados
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel
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137
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Trinity College Dublin, Irlanda– Objetivo
Monitoramento do meio ambiente
– Utiliza redes de sensores tolerantes a atrasos
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138
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da qualidade da água de lagos
ProblemaGrande extensão geográfica do lago escolhido elevado custo de implementação de uma rede altamente densa
SoluçãoSensores foram divididos em regiões Mulas de dados trafegam entre as regiões
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139
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da qualidade da água de lagos
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140
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da qualidade da água de lagos
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141
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da qualidade da água de lagos
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Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da qualidade da água de lagos
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143
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da qualidade da água de lagos
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144
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da poluição sonora em rodovias
Utiliza unidades de sensoriamento com interfaces IEEE 802.11Enviam informações coletadas mediante consulta do operador
Apresenta um baixo custo, é robusto e tolerante a atrasos
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145
Aplicações e Projetos
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da poluição sonora em rodovias
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146
Aplicações e Projetos
Monitoramento– Projetos relacionados
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel
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147
Aplicações e Projetos
ZebraNet– Universidade de Princeton, EUA– Objetivo
Estudo da vida selvagem
– Sistema de entrega de mensagens de forma assíncrona– Localidades onde não existem sistemas de comunicação (rede
celular) cobrindo a região
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148
Aplicações e Projetos
ZebraNet– Colares são colocados em zebras
Nós sensores sem fio Coletam informações sobre a localização dos animais através de um sistema de posicionamento global (GPS)
Memória flashArmazena as coordenadas
– Estação-base móvelCarro conduzido por pesquisadores
Disponiblidade esporádica
Coleta informações dos colaresEnquanto o carro está em movimento
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149
Aplicações e Projetos
ZebraNet– Nem todos os colares estão dentro do alcance da estação-base
móvelColares trocam informações entre si
– Nós da rede estão em constante movimentoTopologia da rede muda freqüentemente
Inúmeras conexões e desconexões conectividade intermitente
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150
Aplicações e Projetos
Monitoramento– Projetos relacionados
Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel
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151
Aplicações e Projetos
CarTel– Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), EUA– Sistema formado por nós móveis equipados com sensores
Capazes de coletar, processar e enviar informações para uma estação central visualizar os dados sensoriados
– Nós móveisSão automóveis com computadores acoplados a sensoresContatos oportunistas com estação central
– Estação centralArmazena os dados coletados em um banco de dados para futuras análises
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152
Aplicações e Projetos
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153
Aplicações e Projetos
CarTel– Implementado em seis carros nas cidades de Boston e Seattle
nos EUAAnálise dos tempos de deslocamento nas cidadesImplementações de redes metropolitanas sem fioFuncionamento de automóveis
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154
Aplicações e Projetos
CarTel
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155
Aplicações e Projetos
Comunicações de dados submarinas– Não utiliza radiofreqüência devido ao seu pequeno alcance na
águaAlcance de uma tecnologia WiFi se mediria em centímetros
– Redes acústicasUsam sonares a taxas da ordem de 1 kbps para viabilizar a comunicação debaixo d’água
– Meio de comunicação hostil alta taxa de errosDesvanecimentoMúltiplos caminhosReflexões (no fundo e na superfície do mar)
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156
Aplicações e Projetos
Comunicações de dados submarinas– Barulho de um navio passando perto de uma rede inviabiliza
qualquer transmissão por dezenas de minutos– Para uma mesma distância, o atraso de propagação do som na
água é muito maior que o atraso para a luz no arVelocidade do som na água = 1500 m/s Velocidade da luz no vácuo = 3 x 108 m/s
Interrupções + alta taxas de erros + longos atrasos DTN
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157
Aplicações e Projetos
Projeto Seaweb– Marinha americana– Funcionalidades
AlcanceLocalizaçãoNavegação
– Redes formadas porBóiasVeículos submarinos autônomos (AUVs)Nós repetidores
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158
Aplicações e Projetos
Projeto Seaweb
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159
Aplicações e Projetos
Comunicações interplanetárias– Projeto Internet Interplanetária
Financiado pela NASAArquitetura possui três princípios básicos
Protocolos da Internet• Para formar redes locais de baixo atraso
Backbone para interligar as redes locaisRede de internets• Utilizará a camada de agregação para integrar um conjunto
heterogêneo de internets
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160
Aplicações e Projetos
Projeto Internet Interplanetária
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161
Aplicações e Projetos
Projeto Internet Interplanetária
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162
Roteiro
1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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163
Protocolos de Roteamento
Roteamento é um desafio comum a todas as categorias de DTN – Protocolos tradicionais não estão aptos a manipular
eficientemente a transmissão de dados em DTNsComo determinar rotas sem que exista um caminho fim-a-fim entre a fonte e o destino no momento do cálculo da rota
– São necessários novos protocolos capazes de superar os problemas típicos de DTNs
Atrasos longos e/ou variáveisFreqüentes desconexõesConectividade intermitenteFreqüentes mudanças na topologia da rede
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164
Topologia da rede é dinâmicaEnlaces podem existir apenas por alguns intervalos de tempo
Intervalos de tempo determinados
F
D10:00
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs)
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165
Topologia da rede é dinâmicaEnlaces podem existir apenas por alguns intervalos de tempo
F
D
Intervalos de tempo determinados
10:30
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs)
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166
Topologia da rede é dinâmicaEnlaces podem existir apenas por alguns intervalos de tempo
F
D
Intervalos de tempo determinados
11:00
Intervalos de tempo desconhecidos
F
D
? ?
??
Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs)
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167
Propostas de Roteamento
Classificação baseada no grau da informação disponível sobre a topologia da rede
– Cenário determinísticoO comportamento da rede é conhecido
– Cenário estocásticoO comportamento da rede não é completamente conhecido
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168
Cenário Determinístico
Topologia da rede pode ser modelada por um grafo
• Conjunto de enlaces é fixo• A rede está conectada a maior parte do tempo
Rede tradicional
• Tarefas do algoritmo de roteamentoEncontrar caminho entre dois nós do grafoProcurar minimizar alguma métrica (atraso, número de enlaces no caminho, etc.)
Algoritmo de Dijkstra“caminho mais curto primeiro”
(Shortest Path First - SPF)
F D
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169
Cenário Determinístico
Topologia da rede pode ser modelada por um grafo
• Conjunto de enlaces NÃO é fixo• A rede NÃO está conectada a maior parte do tempo
DTNF D
Intervalo de tempo de existência do
enlace
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170
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4
t2,t3,t4
t5
t3,t4
10:00 – 11:00
6:00 – 8:00
Cenário Determinístico
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171
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t1t1
t1
Cenário Determinístico
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172
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t1
t1t1
Subgrafo 1
Cenário Determinístico
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173
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t2t2
t2t2
t2
Cenário Determinístico
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174
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t2t2
t2t2
t2
Subgrafo 2
Cenário Determinístico
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175
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t3t3
t3t3
Cenário Determinístico
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176
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t3t3
t3t3
Subgrafo 3
Cenário Determinístico
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177
Topologia pode ser modelada por um grafo temporal
A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4
t2,t3,t4
t5
t3,t4
Cenário Determinístico
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178
Modelo de grafo temporal– Seqüência indexada de subgrafos– O subgrafo associado a um índice corresponde à topologia da
rede durante o intervalo de tempo correspondente àquele índice
Cenário Determinístico
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179
Modelo de grafo temporal– Jornada
Constituída de uma seqüência de enlaces (rota) que consideram o tempo de existência de cada enlaceO próximo enlace nunca pode ser um enlace que só existiu em subgrafos passados
t1 A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4t5
t3,t4
t2,t3,t4
Cenário Determinístico
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180
Modelo de grafo temporal– Jornada
Constituída de uma seqüência de enlaces (rota) que consideram o tempo de existência de cada enlaceO próximo enlace nunca pode ser um enlace que só existiu em subgrafos passados
A G
B
E
C
D
F
t1
t1
t1
Jornada A-B
t1
Cenário Determinístico
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181
Modelo de grafo temporal – Jornada
Constituída de uma seqüência de enlaces (rota) que consideram o tempo de existência de cada enlaceO próximo enlace nunca pode ser um enlace que só existiu em subgrafos passados
A G
B
E
C
D
F
t2
t2
t2t2
t2
Jornada A-B-C-F-G
t2
Cenário Determinístico
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182
Modelo de grafo temporal – Jornada
Constituída de uma seqüência de enlaces (rota) que consideram o tempo de existência de cada enlaceO próximo enlace nunca pode ser um enlace que só existiu em subgrafos passados
t4 A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4t5
t3,t4
t2,t3,t4
Cenário Determinístico
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183
Modelo de grafo temporal– Jornada
Constituída de uma seqüência de enlaces (rota) que consideram o tempo de existência de cada enlaceO próximo enlace nunca pode ser um enlace que só existiu em subgrafos passados
A G
B
E
C
D
F
t4
t4
t4
t4
Jornada A-B-DJornada A-E
t4
Cenário Determinístico
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184
Modelo de grafo temporal – Jornada
Constituída de uma seqüência de enlaces (rota) que consideram o tempo de existência de cada enlaceO próximo enlace nunca pode ser um enlace que só existiu em subgrafos passados
A G
B
E
C
D
F
t5Jornada A-B-DJornada A-E-G
t5
Cenário Determinístico
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185
Algoritmos com diferentes métricas baseados em modificações do algoritmo de Dijkstra
– “Jornada com o menor número de saltos”– “Jornada mais cedo”– “Jornada mais rápida”
Cenário Determinístico
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186
“Jornada mais cedo”
“Jornada mais rápida”
Casa Trabalho 7:30 8:30
Casa Trabalho 11:00 11:20
Cenário Determinístico
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187
Algoritmos com diferentes métricas baseados em modificações do algoritmo de Dijkstra
– “Jornada com o menor número de saltos”
A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4t5
t3,t4
t2,t3,t4A-E-G(t4,t5)
Cenário Determinístico
Saltos = 2
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188
Algoritmos com diferentes métricas baseados em modificações do algoritmo de Dijkstra
– “Jornada mais cedo”
A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4
t2,t3,t4
t5
t3,t4
A-B-C-F-G(t1,t2)
Hora de chegada= t2
Cenário Determinístico
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189
Algoritmos com diferentes métricas baseados em modificações do algoritmo de Dijkstra
– “Jornada mais rápida”
Cenário Determinístico
A G
B
E
C
D
F
t1,t2,t3,t4
t1,t2
t1,t2,t3t2,t3
t4
t2,t3,t4
t5
t3,t4
A-B-C-F-G(t1,t2)
Duração = t1+t2
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190
Modelo de oráculos de conhecimento– Divide a quantidade de informação conhecida da rede– Tipos de oráculos
Oráculo de Resumo dos ContatosOráculo de ContatosOráculo de OcupaçãoOráculo de Demanda de Tráfego
Cenário Determinístico
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191
Oráculo de Resumo dos Contatos– Informa o tempo médio até que um novo contato seja
realizado entre dois nós– Não informa o instante e a duração exata dos contatos– Fornece uma informação invariante no tempo sobre os
contatos
A B
Nó A sabe o tempo médio de espera para estabelecer
contato com o nó B
Cenário Determinístico
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192
Oráculo de Contatos– Informa o instante de início e a duração de todos os contatos
entre dois nós – Equivalente ao grafo temporal completo da DTN
A G
B
E
C
D
F
1,2,3,4
1,2
1,2,32,3
4
2,3,4
5
3,4
Cenário Determinístico
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193
Oráculo de Ocupação– Informa, em qualquer instante de tempo, sobre a ocupação do
buffer de transmissão em qualquer nó da DTN– Pode ser usado para evitar congestionamentos– É de difícil realização prática
G
F
AB
E
C
D G
F
Cenário Determinístico
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194
Oráculo de Demanda de Tráfego– Informa, em qualquer instante de tempo, a demanda de
tráfego de todos os nós – Precisa conhecer todas as mensagens que todos os nós da
DTN desejam enviar a qualquer tempo
Cenário Determinístico
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195
Algoritmos1. Primeiro contato 2. Atraso mínimo esperado3. Entrega mais rápida4. Entrega mais rápida com fila local5. Entrega mais rápida com todas as filas6. Formulação de programação linear
Cenário Determinístico
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196
Algoritmos1. Primeiro contato (First Contact - FC)
Não há cálculo de caminhoMensagem é encaminhada aleatoriamente para um dos vizinhosA única informação da rede utilizada é a conectividade local
Cenário Determinístico
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197
Algoritmos1. Primeiro contato 2. Atraso mínimo esperado3. Entrega mais rápida4. Entrega mais rápida com fila local5. Entrega mais rápida com todas as filas6. Formulação de programação linear
• Mais alguma informação
sobre a topologia da rede
é utilizada
• A métrica a ser minimizada
é o atraso de envio da
mensagem
F D
Custo do enlace = Tempo de espera + Atraso nas filas + Atraso de transmissão + Atraso de propagação
Cenário Determinístico
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198
Algoritmos2. Atraso mínimo esperado (Minimum Expected Delay - MED)
Minimiza o tempo de espera médioUtiliza o Oráculo de Resumo dos Contatos
Informa o tempo médio até que um novo contato seja realizado entre dois nós
Utiliza o mesmo caminho para todas as mensagens com o mesmo par fonte-destino
Cenário Determinístico
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199
Algoritmos3. Entrega mais rápida (Earliest Delivery - ED)
Utiliza o Oráculo de ContatosPoderia ser considerado ótimo se:
Os nós tivessem capacidade de armazenamento infinitaA capacidade dos enlaces fosse suficientemente grande
A G
B
E
C
D
F
1,2,3,4
1,2
1,2,32,3
4
2,3,4
5
3,4
Cenário Determinístico
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200
Algoritmos4. Entrega mais rápida com fila local (Earliest Delivery with Local
Queueing - EDLQ)Utiliza o Oráculo de Contatos e Oráculo de Ocupação (enlaces locais)Capaz de evitar enlaces congestionamentos no primeiro enlace de uma rota
A G
B
E
C
D
F
1,2,3,4
1,2
1,2,32,3
4
2,3,4
5
3,4
Cenário Determinístico
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201
Algoritmos5. Entrega mais rápida com todas as filas (Earliest Delivery with
All Queures - EDAQ)Utiliza o Oráculo de Contatos e Oráculo de Ocupação (todos os nós)
A G
B
E
C
D
F
1,2,3,4
1,2
1,2,32,3
4
2,3,4
5
3,4
Cenário Determinístico
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202
Algoritmos6. Formulação de programação linear (Linear Programming - LP)
Utiliza todos os oráculosProcura encontrar uma solução ótima que minimize o atraso médio das mensagens na redeServe para comparar o desempenho dos algoritmos
Cenário Determinístico
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203
Quantidade de conhecimento em cada algoritmo
Cenário Determinístico
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204
Resultados do cenário 1– Atraso médio do FC é relativamente baixo
Qualquer escolha de enlace leva a mensagem ao destino final
– Pior desempenho em termos de atraso é do MEDUtiliza apenas informações sobre os tempos médios de contato Escolhe uma única rota, independente do instante de sua utilização
Cenário Determinístico
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205
Resultados do cenário 2– 20 ônibus na cidade de São Francisco
Testes realizados por 24 horas20 pares fonte/destino são escolhidos aleatoriamenteCada fonte envia 200 mensagens durante uma hora
– Métricas avaliadasAtraso médio e mensagens entregues
Cenário Determinístico
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206
Resultados do cenário 2– Algoritmos que utilizam o Oráculo de Contatos possuem maior
desempenho – Alta carga: ED é pior que o EDLQ e o EDAQ
ED não utiliza informação sobre ocupação das filas
– EDLQ e EDAQ apresentaram desempenho semelhanteApenas informação local sobre a ocupação das filas já é suficiente para obter um desempenho razoável
Cenário Determinístico
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207
Cenário Estocástico
Comportamento da rede não é completamente conhecido
Em algumas DTNs, os nós não possuem nenhuma informação sobre o estado da rede
Cálculo de rotas é mais difícil
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208
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
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209
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
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210
Roteamento epidêmico– Proposta para redes móveis– Nenhuma informação sobre o estado da rede é conhecida
F D?
??
Cenário Estocástico
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211
Roteamento epidêmico
Tabela de mensagens
de X
1
2
3
X Y
contato
Tabela de mensagens
de Y
1
2
4
Cenário Estocástico
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212
Roteamento epidêmico
Tabela de mensagens
de X
1
2
3
X Y
contato
Tabela de mensagens
de Y
1
2
4
Tabela de mensagens
de Y
1
2
4
Tabela de mensagens
de X
1
2
3
Cenário Estocástico
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213
Roteamento epidêmico
X Y
contato
Pedido de X
Pedido de YTabela de mensagens
de X
1
2
3
Tabela de mensagens
de Y
1
2
4
Tabela de mensagens
de Y
1
2
4
Tabela de mensagens
de X
1
2
3
Cenário Estocástico
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214
Roteamento epidêmico
X Y
contato
3
4Tabela de mensagens
de X
1
2
3
Tabela de mensagens
de Y
1
2
4
Cenário Estocástico
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215
Roteamento epidêmico
X Y
Tabela de mensagens
de X
1
2
3
4
Tabela de mensagens
de Y
1
2
3
4
Cenário Estocástico
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216
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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217
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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218
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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219
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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220
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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221
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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222
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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223
Roteamento epidêmico
F
D
Cenário Estocástico
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224
Roteamento epidêmico– Quanto mais cópias de uma mesma mensagem forem
encaminhadas, maior será a probabilidade de entrega e menor será o atraso
– ProblemáticasAlto custo em termos do número de transmissões de réplicas e espaço nos buffersNão é escalável quando a carga de mensagens aumenta
Cenário Estocástico
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225
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
F Dn nós
Cenário Estocástico
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226
F D
(1)n nós
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
Cenário Estocástico
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227
F Dn nós
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
Cenário Estocástico
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228
DF
n nós(1)
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
Cenário Estocástico
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229
FDn nós
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
Cenário Estocástico
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230
F
D
n nós(2)
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
Cenário Estocástico
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231
F
D
n nós
Roteamento epidêmico modificado (1)– Limita a 2 o número máximo de saltos– Reduz a média do número de nós expostos por cada
mensagem– Cenário avaliado
Os n nós encontram-se durante pelo menos 1/n segundos por slot de tempo
Cenário Estocástico
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232
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)Utilizado em paralelo com um protocolo de roteamento ad hocMRP é utilizado se uma rota para um destino não é possível utilizando o protocolo tradicional
Cenário Estocástico
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233
F
X Y
DT
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
Cenário Estocástico
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234
F
X
Y
d=3 saltosd=3 saltos
D
T
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
Cenário Estocástico
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235
F D
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
d=3 saltos
X
T
Y
d=3 saltos
Cenário Estocástico
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236
F D
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
d=3 saltos
X T
Y
d=3 saltos
Cenário Estocástico
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237
F
X
YD
T
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
d=3 saltos
d=3 saltos
Cenário Estocástico
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238
FY
D
T
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
X
d=3 saltos
Cenário Estocástico
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239
FY
D
T
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
X
d=3 saltos
Cenário Estocástico
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240
FY
D
T
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)
X
d=3 saltos
Cenário Estocástico
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241
Roteamento epidêmico modificado (2)– Protocolo de encaminhamento móvel (Mobile Relay Protocol -
MRP)Resulta em uma alta taxa de entrega de mensagens que vem a custa do aumento do atrasoIndicado para aplicações que priorizam mais a confiabilidade da entrega do que o atraso
Cenário Estocástico
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242
Roteamento epidêmico modificado (3)– Esquemas de controle de inundação para DTNs
ObjetivosDiminuir sobrecarga de controleGarantir uma alta taxa de entrega das mensagens
Cenário Estocástico
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243
Roteamento epidêmico modificado (3)– Esquemas de controle de inundação para DTNs
“Disponibilidade”Grau de disposição de um nó em participar do encaminhamentoControlada por variáveis• Número de vezes que um nó se dispõe a encaminhar uma mensagem• Intervalo de beacon
Fatores: bateria, tamanho do buffer, prioridades de mensagens...
Cenário Estocástico
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244
Roteamento epidêmico modificado (3)– Esquemas de controle de inundação para DTNs
“Tempo de vida” (Tvida)Limita o número de vezes que uma mensagem pode ser retransmitida (número de saltos)
F
Tvida=2D
Tvida=3 Tvida=1
Tvida=2Tvida=3 Tvida=1
Cenário Estocástico
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245
Roteamento epidêmico modificado (3)– Esquemas de controle de inundação para DTNs
“Momento da morte” (Mmorte)Proíbe o envio de uma mensagem depois de um intervalo de tempo pré-definido
FD
Mmorte=10 minMmorte=7 min Mmorte=2 min
Mmorte=12h30min
3 min 5 min 2 min
Mmorte=12h30min Mmorte=12h30min...
Cenário Estocástico
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246
Roteamento epidêmico modificado (3)– Esquemas de controle de inundação para DTNs
“Cura passiva”Cura os nós contaminados com mensagens que já foram entreguesEnvia um ack-cura
Cenário Estocástico
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247
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
D
Cenário Estocástico
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248
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
Dack-cura
Cenário Estocástico
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249
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
D
Cenário Estocástico
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250
Roteamento epidêmico modificado (3)
F ack-cura
ack-cura
D
Cenário Estocástico
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251
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
D
ack-cura
ack-cura
Cenário Estocástico
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252
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
D
Cenário Estocástico
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253
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
D
ack-cura
Cenário Estocástico
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254
Roteamento epidêmico modificado (3)
F
D
Cenário Estocástico
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255
Roteamento epidêmico modificado (3)– Esquemas de controle de inundação para DTNs
VantagemPermite a modelagem de cenários mais realistas
DesvantagemNão apresenta resultados positivos em relação à diminuição do atraso de entrega das mensagens
Cenário Estocástico
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256
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
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257
Roteamento baseado em estimativa– Os nós se baseiam na probabilidade de eventualmente
alcançar um destino– De acordo com o valor da probabilidade, um nó é capaz de
decidir:Para qual ou quais nós encaminhar uma mensagemO melhor momento para encaminhar uma mensagem
Cenário Estocástico
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258
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
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259
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– Protocolo de roteamento probabilístico utilizando históricos de
encontros e transitividade (Probabilistic Routing Protocol usingHistory of Encounters and Transitivity- PROPHET)
Cenário Estocástico
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260
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Probabilidade P(a,b) Aumenta sempre que a e b se encontramDiminui se a e b deixam de se encontrar freqüentemente
Constante de envelhecimento (k)Número de unidades de tempo transcorridas desde a última vez que a métrica foi atualizada
Propriedade transitiva
A B C
Cenário Estocástico
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261
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
P=0.54
3
1
P=0.2
P=0.8
Tabela de mensagens de Y
Cenário Estocástico
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262
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7P=0.54
3
1
P=0.2
P=0.8
Tabela de mensagens de Y
3
2
1
P=0.7
P=0.5
P=0.3
Tabela de mensagens de X
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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263
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
P=0.54
3
1
P=0.2
P=0.8
Tabela de mensagens de Y
3
2
1
P=0.7
P=0.5
P=0.3
Tabela de mensagens de X
P=0.54
3
1
P=0.2
P=0.8
Tabela de mensagens de Y
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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264
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
P=0.54
3
1
P=0.2
P=0.8
Tabela de mensagens de Y
3
2
1
P=0.7
P=0.5
P=0.3
Tabela de mensagens de X
P=0.54
3
1
P=0.2
P=0.8
Tabela de mensagens de Y
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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265
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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266
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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267
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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268
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
4 P=0.9 2 P=0.6
Cenário Estocástico
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269
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
4 P=0.9 2 P=0.6
Pedido de X
Pedido de Y
Cenário Estocástico
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270
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
4 P=0.9 2 P=0.6
2
4
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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271
Tabela de mensagens de X
1 P=0.3
2
3
P=0.5
P=0.7
X Y
contato
Tabela de mensagens de Y
1 P=0.8
3
4 P=0.5
P=0.2
4 P=0.9 2 P=0.6
2
4
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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272
Tabela de mensagens de X
3 P=0.7
4 P=0.9
X Y
contato
P=0.62
1 P=0.8
Tabela de mensagens de Y
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Cenário Estocástico
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273
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto– PROPHET
Diminui sobrecarga da rede enviando mensagem somente para os “melhores” nós
Cenário Estocástico
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274
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto (2)– Protocolo de roteamento baseado em históricos
Projeto ZebraNetHistóricos correspondem às experiências passadas dos nós (zebras) em relação à transmissão de dados para a estação-base móvelNível de Hierarquia (NH)
Inicialmente todos os nós possuem um NH = 0NH aumenta à proporção que aumenta o número de vezes que o nóentra no alcance de comunicação da estação-base móvelNH diminui proporcionalmente ao tempo que um nó ficar fora do alcance de comunicação da estação-base móvel
Cenário Estocástico
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275
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto (2)– Protocolo de roteamento baseado em históricos
NH= 1NH= 6
NH= 15
NH= 9
NH= 2
NH= 0
Cenário Estocástico
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276
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto (2)– Protocolo de roteamento baseado em históricos
NH= 1NH= 6
NH= 15NH= 2
NH= 0
NH= 9
Cenário Estocástico
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277
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto (2)– Protocolo de roteamento baseado em históricos
NH= 1NH= 6
NH= 15NH= 2
NH= 0
NH= 9
NH= 2 NH= 15
NH= 9
Cenário Estocástico
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278
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto (2)– Protocolo de roteamento baseado em históricos
NH= 1NH= 6
NH= 15NH= 2
NH= 0
NH= 9
Dados
sensoriados
Cenário Estocástico
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279
Roteamento baseado em estimativa considerando a informação do próximo salto (2)– Protocolo de roteamento baseado em históricos
Simulações comparando com protocolo epidêmico Epidêmico apresenta melhor desempenho quando não hálimitação de armazenamento e largura de banda
Consome 8 vezes mais recursos
Epidêmico é mais afetado que o roteamento baseado em históricos quando os recursos são limitados
Cenário Estocástico
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280
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
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281
Roteamento baseado em estimativa considerando o desempenho fim-a-fim– Toma decisões baseado no desempenho fim-a-fim– A métrica utilizada é o menor atraso fim-a-fim
Atraso é representado por quatro componentesTempo de espera é a componente mais significativaNão considera a duração dos contatos
Enlaces possuem uma vazão muito altaAtraso de propagação do sinal é muito baixo
F D
Cenário Estocástico
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282
Roteamento baseado em estimativa considerando o desempenho fim-a-fim– Estimação do atraso mínimo esperado (Minimum Estimated
Expected Delay - MEED)Variação do atraso mínimo esperado (MED)Calcula métrica utilizando os históricos de contatos observados pelos nós
Nós gravam conexões e desconexões de cada contato de acordo com uma Janela Deslizante de Históricos• Determina o intervalo de tempo entre as gravações• Parâmetro ajustado independentemente por cada nó• Quanto maior o tamanho da janela, mais lentamente a métrica é
modificada • Quanto menor o tamanho da janela, mais rapidamente a métrica se
adapta às variações da rede
Cenário Estocástico
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283
Roteamento baseado em estimativa considerando o desempenho fim-a-fim– Roteamento “por contato”
Recalcula a tabela de roteamento sempre que um contato chegaVantagem• Assegura que as decisões de roteamento sejam tomadas com as
informações mais recentes
Desvantagens• Uso de mais recursos de processamento para recalcular rotas
freqüentemente• Rotas são recalculadas antes de uma mensagem ser enviada (atraso
adicional)
Contatos que não estão disponíveis freqüentemente não são utilizados
Cenário Estocástico
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284
Roteamento baseado em estimativa considerando o desempenho fim-a-fim
ContatoOportunistaEspera I1
se conectar
Cenário Estocástico
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285
Roteamento baseado em estimativa considerando o desempenho fim-a-fim– Protocolo de estado do enlace epidêmico
Quando dois nós se encontram:1. Trocam listas que informam todas as tabelas que já receberam
• Lista são diferenciadas pelo par (ID da fonte, número de seqüência)
2. Identificadas as tabelas, atualizações são trocadas até que ambos os nós tenham o mesmo estado da topologia
3. Nós recalculam suas tabelas4. Nós encaminham mensagens
• Se a métrica é igual a zero, as mensagens são imediatamente encaminhadas
Cenário Estocástico
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286
Roteamento baseado em estimativa considerando o desempenho fim-a-fim– Protocolo do estado do enlace epidêmico
VantagensNós possuem o conhecimento completo sobre a topologia da DTNUm nó desconectado por muito tempo só precisa de um contato para se atualizar
DesvantagemCada nó precisa armazenar toda a topologia da rede na tabela de rotas• Fator crítico em ambientes onde os nós possuem limitações de recursos
Cenário Estocástico
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287
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
![Page 288: Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões - gta.ufrj.br · Cenário 3: Redes interplanetárias – Grande distância entre os planetas causa atrasos da ordem de horas ou dias Terra](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022070616/5d370eba88c99342678c0839/html5/thumbnails/288.jpg)
288
Roteamento baseado em modelo– Tenta modelar a movimentação dos nós na DTN– Exemplo
Cada nó pode descrever seu padrão de mobilidadeO encaminhamento pode se basear no padrão de mobilidadeA mensagem é enviada para nós que possuem uma maior probabilidade de se mover em direção ao destino
Cenário Estocástico
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289
Roteamento baseado em modelo– Redes ad hoc veiculares (Vehicular Ad hoc NETworks - VANETs)
Ambiente com freqüentes desconexõesVeículos seguem determinados padrões de mobilidade
Exemplo: a trajetória de uma estrada
Cenário Estocástico
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290
Roteamento baseado em modelo– Estudo sobre o impacto da mobilidade dos nós na entrega de
mensagens em uma VANETBaixo tráfego de veículos
Comum à noite e em estradas com poucos veículos
Veículos com alcance de rádio pequeno
– Veículos desempenham papel de nós intermediáriosEncaminham mensagens em direção ao destino
– Aproveita a previsibilidade do movimento dos veículos para criar oportunidades de encaminhar mensagens utilizando a comutação de mensagens
Cenário Estocástico
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291
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
![Page 292: Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões - gta.ufrj.br · Cenário 3: Redes interplanetárias – Grande distância entre os planetas causa atrasos da ordem de horas ou dias Terra](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022070616/5d370eba88c99342678c0839/html5/thumbnails/292.jpg)
292
Roteamento baseado no controle do movimento do nó– A mobilidade de alguns nós da DTN é controlada
Cenário Estocástico
![Page 293: Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões - gta.ufrj.br · Cenário 3: Redes interplanetárias – Grande distância entre os planetas causa atrasos da ordem de horas ou dias Terra](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022070616/5d370eba88c99342678c0839/html5/thumbnails/293.jpg)
293
Roteamento baseado no controle do movimento do nó– Rede de sensores
Cenário Estocástico
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294
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Esquema Message Ferrying (MF)
Configura a movimentação dos nós para ajudar na entrega de dadosUtilizado em campos de batalha, áreas de desastres, sensoriamento, transporte de dados em rede rurais esparsas, etc.Tipos de nós
Balsas de mensagens• Nós especiais que transportam dados entre nós • Assumem a custódia das mensagens
Nós regulares • Nós que não assumem a custódia
Cenário Estocástico
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295
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Esquema Message Ferrying (MF)
Variações Dependem do tipo de nó que se desloca para atender um pedido de transporte de mensagens
Node-Initiated Message Ferrying (NIMF)
Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Cenário Estocástico
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296
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Node-Initiated Message Ferrying (NIMF)
Destino
Fonte
Cenário Estocástico
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297Destino
Fonte
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Node-Initiated Message Ferrying (NIMF)
Cenário Estocástico
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298
Fonte
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Node-Initiated Message Ferrying (NIMF)
Cenário Estocástico
Destino
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299
Destino
Fonte
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Node-Initiated Message Ferrying (NIMF)
Cenário Estocástico
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300Destino
Fonte
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Node-Initiated Message Ferrying (NIMF)
Cenário Estocástico
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301
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Destino
FonteLOCALIZAÇÃO
LOCALIZAÇÃO
LOCALIZAÇÃO
Rota Padrão
Cenário Estocástico
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302
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Destino
PEDIDO DE
SERVIÇO
Fonte
Rota Padrão
Cenário Estocástico
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303
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Destino
Fonte
Rota Ajustada
Cenário Estocástico
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304Destino
Fonte
Rota PadrãoRota Ajustada
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Cenário Estocástico
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305
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Destino
Fonte
Rota Ajustada
Cenário Estocástico
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306Destino
FonteLOCALIZAÇÃO
LOCALIZAÇÃO
LOCALIZAÇÃO
Rota Padrão
Roteamento baseado no controle do movimento do nó (2)– Ferry-Initiated Message Ferrying (FIMF)
Cenário Estocástico
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307
Roteamento epidêmicoRoteamento baseado em estimativa– Considerando a informação do próximo salto– Considerando o desempenho fim-a-fimRoteamento baseado em modeloRoteamento baseado no controle do movimento do nóRoteamento baseado em codificação
Cenário Estocástico
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308
Roteamento baseado em codificação– Utiliza técnicas de codificação
Codificação por apagamento (erasure coding)Codificação pela rede (network coding)
– ObjetivosAumentar a probabilidade de entrega de uma mensagemNão sobrecarregar demasiadamente a rede
Cenário Estocástico
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309
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Elimina os casos em que os longos atrasos são ocasionados
por uma má escolha dos nós encaminhadores– Divide a responsabilidade de encaminhamento das mensagens
entre vários nós encaminhadores
Cenário Estocástico
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310
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Baseado no algoritmo de replicação simples
Mensagem original (M)Fator de replicação (r)
Determina o nível de redundânciaFonte: envia uma cópia de M para os primeiros r contatosOs r contatos só entregam M diretamente ao destino (2 saltos)Destino: 1/r msg
tempo
r = 2
Acontato 2
Bcontato 3
Bcontato 4
Acontato 1
A B A A B B
Cenário Estocástico
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311
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Baseado no algoritmo de codificação por apagamento
Mensagem original (M bytes)Fator de replicação (r)Fonte: produz M *r/ b blocos de b bytesDestino: decodifica M com 1/r blocos
MM = 12 bytes
r = 2
b =4 bytesM M r*M = 24 bytes
r*M/b =6 blocos de
4 bytes
Cenário Estocástico
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312
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Algoritmo
Mensagem original (M bytes)Fator de replicação (r)Fonte: divide blocos entre os primeiros kr contatosDestino: decodifica M com 1/r blocos -> quaisquer k nós entreguem
– Cada nó carrega uma fração de 1/k da quantidade de dados carregada pelos nós encaminhadores da replicação simples
M = 12 bytes
r = 2
k = 6
(r*M) = 24 bytes
MMk*r = 12 blocos
de 2 bytes
...
contato 1
contato 12
M
Cenário Estocástico
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313
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Algoritmo
Mensagem original (M bytes)Fator de replicação (r)Fonte: divide blocos entre os primeiros kr contatosDestino: decodifica M com 1/r blocos -> quaisquer k nós entreguem
– Cada nó carrega uma fração de 1/k da quantidade de dados carregada pelos nós encaminhadores da replicação simples
M = 12 bytes
r = 2
k = 1
(r*M) = 24 bytes
MMk*r = 2 blocos
de 12 bytes
contato 1
contato 2
M
Mesmo efeito do algoritmo de replicação simples
M
MMM
Cenário Estocástico
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314
Algoritmo de replicação simples
Algoritmo baseado em codificação por apagamento
N° de nós encaminhadores
N ° de nós encaminhadores que devem atingir o destino para recuperar a mensagem original
r kr
1 Pelo menos k
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Mesma sobrecarga da replicação simples– Aumenta as chances de que alguns nós encaminhadores
atinjam o destino com menor atraso
Usar r nós encaminhadores e esperar que 1 deles tenha sucesso ou
usar kr nós encaminhadores e esperar que k deles tenham sucesso?
Cenário Estocástico
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315
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Apresenta melhores resultados do que a replicação simples no
Atraso de Pior CasoLongos atrasosRedes com pouca conectividadeDistribui a responsabilidade de entrega entre um maior número de nós
Aumenta a probabilidade do destino ser alcançado
Cenário Estocástico
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316
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Apresenta um pior desempenho do que a replicação simples no
Atraso de Melhor CasoAtrasos muito pequenosRedes com alta conectividadeMaior tempo para encontrar os kr nós encaminhadoresPrecisa esperar que pelo menos k nós alcancem o destino
Cenário Estocástico
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317
Roteamento baseado em codificação por apagamento– Apresenta um pior desempenho do que a replicação simples no
Atraso de Melhor CasoTransmite um número fixo de blocos por contatoNão considera a duração de cada contato
k*r = 4
tempo
A1 A2 A3 A4contato 2 contato 3 contato 4contato 1
A A1 A2 A3 A4
Cenário Estocástico
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318
Roteamento baseado em codificação por apagamento com encaminhamento agressivo– Aproveita toda a duração do contato
k*r = 4
tempo
A1 B3 B4contato 2 contato 3 contato 4contato 1
ABCD
A1 A2 A3 A4B1 B2 B3 B4C1 C2 C3 C4D1 D2 D3 D4
A2A3A4B1B2 C1C2 C3C4D1D2D3 ...
Cenário Estocástico
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319
Roteamento baseado em codificação por apagamento com encaminhamento agressivo– Melhora o desempenho no Atraso de Melhor Caso– Aumenta o Atraso de Pior Caso
Responsabilidade de entrega dos blocos não está mais distribuídaResponsabilidade de entrega é diretamente proporcional àduração do contatoSe os nós encaminhadores pertencerem a caminhos com atrasos longos o desempenho do algoritmo é degradado
Cenário Estocástico
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320
Roteamento híbrido baseado em codificação por apagamento– Combina a robustez da codificação para o Atraso de Pior Caso
com o bom desempenho das técnicas de replicação no Atraso de Melhor Caso
k*r = 4
tempo
A1 A2 A3contato 2 contato 3 contato 4contato 1
ABCD
B1B2B3B4C1 C2C3 A4C4D1D2D3
A1 A2 A3 A4B1 B2 B3 B4C1 C2 C3 C4D1 D2 D3 D4
PRIMEIRA CÓPIA
A1 A2 A3 A4B1 B2 B3 B4C1 C2 C3 C4D1 D2 D3 D4
SEGUNDA CÓPIA
B1contato 5
D4
Cenário Estocástico
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321
Roteamento baseado em codificação pela rede– Codificação pela rede + Roteamento epidêmico
Objetivo Reduzir o número de mensagens transmitidas
Cada nó envia sua mensagem e uma combinação linear das mensagens recebidas anteriormente
Cenário Estocástico
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322
Roteiro
1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras
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323
Tendências Futuras
Desenvolvimento de aplicações para DTNs– Deve considerar a existência de cenários desconectados – Características pouco propícias à interatividade– Problemas mais comuns
Relacionados aos diferentes temporizadores da camada de aplicação
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324
Tendências Futuras
Desenvolvimento de aplicações para DTNs– Sistema de entrega de mensagens do tipo assíncrono– A entrega de mensagens é a métrica mais importante
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325
Tendências Futuras
Desenvolvimento de aplicações – Exemplos
E-mail com arquivos grandes anexadosTransferência de arquivosRepositórios para compartilhamento e/ou backupEducação à distânciaFormulários eletrônicosColeta de informações (votação, censo, etc)Sistemas de publicação e distribuição de conteúdos
E-govVídeosPáginas web (pessoais, jornais, revistas, etc)
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326
Tendências Futuras
Camadas de convergência – Protocolo de agregação depende da eficiência e da facilidade
da adequação com os protocolos das camadas que operam abaixo da camada de agregação
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327
Tendências Futuras
Camadas de convergência – Gerenciar os detalhes específicos dos protocolos
Interface com a camada de agregaçãoInterface com os protocolos das camadas baixas
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328
Tendências Futuras
Roteamento– Continua sendo um dos principais desafios– Alguns pontos em aberto
Relação entre a sobrecarga da rede e o atrasoNúmero de nós encaminhadores necessários para garantir entrega das mensagensNa replicação, métodos alternativos que informem aos nós intermediários sobre o recebimento da mensagem pelo nó de destino
Reduzir tempo de ocupação do bufferEsquemas inteligentes de gerenciamento de buffer
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329
Tendências Futuras
Esquemas de controle de fluxo e controle de congestionamento– Não foram definidos para a camada de agregação da
arquitetura DTN
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330
Tendências Futuras
Segurança– Não é considerada na especificação do protocolo de agregação– Internet Drafts disponibilizados pelo IRTF
Segurança em DTNsProtocolo de segurança de agregação
– Alguns tópicos em abertoMecanismos eficientes de autenticação e controle de acesso
Principalmente quando os recursos são escassosImpedir que nós maliciosos inundem a rede (ex. negação de serviço)
Controle de integridadePermite afirmar que as informações recebidas por um nó não foram alteradas durante o trânsito ao longo da DTN
Confidencialidade dos dadosNão-repúdio
Impede que emissor de uma mensagem negue a sua autoria
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331
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Carina T. de Oliveira, Marcelo D. D. Moreira, Marcelo G. Rubinstein,Luís Henrique M. K. Costa e Otto Carlos M. B. Duarte
Apoiado pelos recursos do CNPq, CAPES, FAPERJ, FINEP, FUJB e RNP.
COPPE/Poli - Universidade Federal do Rio de JaneiroPEL/DETEL - FEN - Universidade do Estado do Rio de Janeiro