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1 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 Janeiro PEL/DETEL - FEN - Universidade do Estado do Rio de Janeiro

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1

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

Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões

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Prova de conceito– Quatro experimentos

AlinhadoDeslocadoSeqüencialAleatório 1 minuto ativado

3 minutos desativado

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– Quatro experimentos

AlinhadoDeslocado (10s)SeqüencialAleatório

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– 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

Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões

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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

Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões

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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)

Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões

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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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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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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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Tipos de Contato

200 km

QuiosqueInternet

Contatos previsíveis

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Tipos de Contato

200 km

QuiosqueInternet

Contatos previsíveis

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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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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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Tipos de Contato

Contatos oportunistas– Pocket Switched Network (PSN)

Distribuição de um jornal eletrônico em Cambridge – Inglaterra

iMote

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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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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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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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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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Vinculação Antecipada (earlybinding)

[email protected]

146.164.69.69

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[email protected]

146.164.69.69

Vinculação Antecipada (earlybinding)

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[email protected]

146.164.69.69

Vinculação Antecipada (earlybinding)

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[email protected]

146.164.69.69

Vinculação Antecipada (earlybinding)

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[email protected]

146.164.69.69

Vinculação Antecipada (earlybinding)

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Roteiro

1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras

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Protocolo de Agregação

Internet Draft– Março de 2003: versão 00– Dezembro de 2006: versão 08

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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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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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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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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Campos codificadosem SDNV

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Versão = 5

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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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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Tamanho total do restantedos campos do bloco

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Deslocamentos apontampara a matriz

Deslocamentos evitam replicação de trechoscomuns

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Tempo em segundos desde2000

Número inteiro crescente

Diferenciam os agregadoscriados por uma mesma fonte

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Tempo em segundosa partir do tempo decriação

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Tamanho da matrizde octetos do dicionário

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Formada pela concatenaçãodos esquemas URI

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Protocolo de Agregação

Bloco primário

Somente são utilizadosem caso de fragmentos

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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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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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Protocolo de Agregação

Bloco de carga útil

– Tamanho do restante do bloco

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Protocolo de Agregação

Bloco de carga útil

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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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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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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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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

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

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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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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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

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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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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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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Aplicações e Projetos

Sámi Network Connectivity (SNC)– Projeto futuro

Monitorar os rebanhos de renas através de sensores

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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

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

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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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Aplicações e Projetos

First Mile Solutions– Arquitetura proprietária denominada DakNet– Projetos piloto implementados em Ruanda, Camboja, Costa

Rica e 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

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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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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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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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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Aplicações e Projetos

DieselNet– Software embarcado permite

Atualização das aplicaçõesCaptura de informações

Mobilidade dos nósConectividade e vazão da rede

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Aplicações e Projetos

Monitoramento– Redes de sensores

Nós sensores Organizados em clustersCapacidade limitada de processamentoPouca memóriaEnergia restrita

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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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Aplicações e Projetos

Monitoramento– Projetos relacionados

Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel

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Aplicações e Projetos

Monitoramento– Projetos relacionados

Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel

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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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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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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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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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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 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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Aplicações e Projetos

Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)– Monitoramento da poluição sonora em rodovias

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Aplicações e Projetos

Monitoramento– Projetos relacionados

Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel

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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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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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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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Aplicações e Projetos

Monitoramento– Projetos relacionados

Sensor Networking with Delay Tolerance (SeNDT)ZebraNetCarTel

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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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Aplicações e Projetos

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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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Aplicações e Projetos

CarTel

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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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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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Aplicações e Projetos

Projeto Seaweb– Marinha americana– Funcionalidades

AlcanceLocalizaçãoNavegação

– Redes formadas porBóiasVeículos submarinos autônomos (AUVs)Nós repetidores

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Aplicações e Projetos

Projeto Seaweb

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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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Aplicações e Projetos

Projeto Internet Interplanetária

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Aplicações e Projetos

Projeto Internet Interplanetária

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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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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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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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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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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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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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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

Page 227: 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

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

Page 228: 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

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

Page 229: 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

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

Page 231: 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

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

Page 235: 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

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

Page 236: 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

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

Page 238: 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

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

Page 240: 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

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

Page 252: 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

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

Page 262: 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

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

Page 263: 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

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

Page 264: 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

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

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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

292

Roteamento baseado no controle do movimento do nó– A mobilidade de alguns nós da DTN é controlada

Cenário Estocástico

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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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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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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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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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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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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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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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Roteiro

1. Introdução 2. Arquitetura DTN3. Protocolo de Agregação4. Aplicações e Projetos5. Protocolos de Roteamento6. Tendências Futuras

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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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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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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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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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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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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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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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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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Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões

http://www.gta.ufrj.br

[email protected]

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