um algoritmo de entrega de mensagens para redes dtn baseado em grafos variantes no tempo

110 Pages·2016·1.2 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
TVFP: UM ALGORITMO DE ENTREGA DE
MENSAGENS PARA REDES DTN BASEADO
EM GRAFOS VARIANTES NO TEMPO
ÁLVARO SHIOKAWA ALVAREZ
ORIENTADOR: PROF. DR. CESAR AUGUSTO CAVALHEIRO
MARCONDES
São Carlos – SP
Janeiro / 2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
TVFP: UM ALGORITMO DE ENTREGA DE
MENSAGENS PARA REDES DTN BASEADO
EM GRAFOS VARIANTES NO TEMPO
ÁLVARO SHIOKAWA ALVAREZ
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Ciência da Computação da Univer-
sidade Federal de São Carlos, como parte dos requi-
sitos para a obtenção do título de Mestre em Ciên-
cia da Computação, área de concentração: Sistemas
DistribuídoseRedesdeComputadores
Orientador: Prof. Dr. Cesar Augusto Cavalheiro
Marcondes
São Carlos – SP
Janeiro / 2016
Ficha catalográfica elaborada pelo DePT da Biblioteca Comunitária UFSCar
Processamento Técnico
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Alvarez, Álvaro Shiokawa
A473t TVFP : um algoritmo de entrega de mensagens para
redes DTN baseado em grafos variantes no tempo /
Álvaro Shiokawa Alvarez. -- São Carlos : UFSCar,
2016.
107 p.
Dissertação (Mestrado) -- Universidade Federal de
São Carlos, 2016.
1. DTN. 2. TVG. 3. VANET. 4. TVFP. 5. ONE. I.
Título.

À Deus,
a meus pais,
e ao meu orientador Cesar.
A
GRADECIMENTOS
Agradeço a meus pais pela minha vida, saúde, força, vigor, inteligência e oportunidades
dadas.
AgradeçoaomeuprofessororientadorCesarAugustoCavalheiroMarcondespelosensina-
mentos,ajudaseoportunidadesdadas,bemcomooinestimávelauxílioeapoiodadonaconfec-
çãodesteeoutrostrabalhos.
Agradeço aos professores Hermes Senger e Alexandre Luis Magalhães Levada pelas im-
portantescontribuiçõesdadasparaaelaboraçãodestetrabalhodurantesuafasedequalificação.
Agradeço a Lourdes Patricia Portugal Poma Costa pelas importantes contribuições e aju-
das com a parte técnica deste trabalho, sobretudo pelo conhecimento compartilhado acerca do
manuseioetratamentodostracesutilizadosnassimulaçõesdestetrabalho.
"Perder dinheiro é perder pouco, perder confiança é perder muito, mas perder a
coragem é perder tudo, porque perderá a si mesmo. Portanto, mantenha a coragem
como o bem mais precioso da vida."
MASUTATSU OYAMA
R
ESUMO
A perspectiva de um crescimento acelerado da Internet das Coisas tem aumentado a preo-
cupação em tornar as redes sem infraestrutura mais robustas e eficientes energeticamente.
Nesse sentido, redes oportunistas e dinâmicas, tais como as redes tolerantes a atrasos e
desconexões(DTN)easredesveicularesad-hoc(VANET),precisamsercompatíveiscom
algoritmos de roteamento de mensagens mais eficientes. Exemplos de algoritmos de rote-
amento em redes DTN incluem o Epidemic e o Spray-and-Wait, que possuem alto custo
de transmissão de mensagens. Com o objetivo de se obter uma comunicação mais efici-
ente, este trabalho apresenta uma nova abordagem de roteamento de mensagens baseada
no uso de grafos dinâmicos, conhecidos no inglês como Time-Varying Graphs (TVG). Na
literatura,existemalgoritmosquecalculamcaminhosótimosemTVGs,comoporexemplo,
buscadocaminhoquepermiteomenortempodeviagem. Estetrabalhopropõeacriaçãode
um algoritmo distribuído de roteamento e encaminhamento de mensagens em redes DTN,
denominado Time-Varying Fastest Path (TVFP), que calcula o caminho a partir do TVG
para se entregar a mensagem ao destino no menor tempo possível, utilizando uma única
instânciadamensagem. OalgoritmofoiimplementadonosimuladorONEeexperimentos
foram conduzidos para avaliar seu desempenho comparativamente com outros algorimos
paraDTNs. OsresultadosmostramqueoTVFPobtemmelhordesempenhoqueosdemais
algoritmos, fazendo com que a mensagem chegue mais cedo ao destino, e causando uma
menorsobrecargadegeraçãodemensagensredundanteseintermediárias.
Palavras-chave: DTN,TVG,VANET,TVFP,ONE
A
BSTRACT
The perspective of an accelerated growth of the Internet of Things, has been increasing
the concern on how to make the infrastructure of networks more robust and energetically
efficient. In this sense, opportunistic and dynamic networks, such as delay and disruption
tolerant networks (DTN) and vehicular ad-hoc networks (VANET), need to be compati-
ble with extremely efficient message routing algorithms. Examples of routing algorithms
foropportunisticnetworksincludetheEpidemicandtheSpray-and-Wait, whichhavehigh
message transmission cost. With the objective of obtaining a more efficient communica-
tion,thisworkpresentsanewmessageroutingapproachbasedondynamicgraphs,known
as Time-Varying Graphs (TVG). In the literature, there are algorithms which calculate op-
timalpathswithinaTVG,forexample,thepathwhichallowstheminimumtraveltimefor
amessage. Thisworkproposesadistributedroutingalgorithm,namedTime-VaryingShor-
testPath(TVFP),whichcalculatestheoptimalpathinaTVGthatallowsmessagedelivery
within the shortest possible time. The algorithm was implemented in the ONE simulator
andexperimentswereconductedinordertocomparativelyevaluateitsperformanceagainst
other DTN algorithms. The results show that TVFP has better performance than the other
algorithms, delivering messages in shorter times and causing a smaller overhead due to
generationofredundantandintermediatemessages.
Keywords: DTN,TVG,VANET,TVFP,ONE
L F
ISTA DE IGURAS
2.1 Mensagem com origem no nó A, disseminando-se a partir deste - Figura ex-
traídade(PORTUGAL-POMA,2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Modos de funcionamento do Spray-and-Wait - Figura extraída de (PORTUGAL-
POMA,2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Arestaderótulocar entrenósuev . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 TVGcomintervalosdetemposobreasarestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 Rededetransporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.6 TVGrepresentandoumarededecomunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7 Exemplodegrafosubjacente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.8 Exemplodejornada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.9 TVGexemplificandodistânciatopológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.1 MetodologiadoprocessodemineraçãodedadosaseremusadoscomoTVFP . 43
4.2 Processodecálculodoscaminhos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.1 2o cluster denósdatopologiautilizadanoexperimento . . . . . . . . . . . . . 62
5.2 ComparandoTVFPcomdemaisalgoritmos(n30atén37) . . . . . . . . . . . . 63
5.3 ComparandoTVFPcomdemaisalgoritmos(n113atén95) . . . . . . . . . . . 66
5.4 Comparando TVFP com demais algoritmos (n153 até n12). O algoritmo First-
Contact nãoconseguiuentregaramensagemaodestinon12. . . . . . . . . . . 69
5.5 ComparandoTVFPcomdemaisalgoritmos(n156atén360). OalgoritmoFirst-
Contact nãoconseguiuentregaramensagemaodestinon360. . . . . . . . . . 72
5.6 ComparandoTVFPcomdemaisalgoritmos(n128atén607). OalgoritmoFirst-
Contact nãoconseguiuentregaramensagemaodestinon607. . . . . . . . . . 75