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Contribution a los modelos de gestión de las redes móviles Ad hoc
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Doctorado ConjuntoUniversidad Politécnica de Madrid, Universidad Técnica Particular de Loja
España-Ecuador
Contribución a los modelos de gestiónde las redes móviles Ad Hoc
Rommel [email protected]
Julio 2012
Director: Dr. Luis Mengual Galán
Agenda
• Introducción • Gestión de redes móviles Ad Hoc• Modelo de gestión para redes móviles Ad Hoc• Validación• Conclusiones
Estado de la cuestión
Contribución
2
Antecedentes Nodos móviles sin estación fija.
Protocolos normales debe ser mejorados
Las redes móviles son producto de dispositivos cada vez más potentes y con mayores prestaciones, más procesamiento y autonomía
Tendencias 2011 ( 31% de móviles vendidos son smartphones que representa 7.8 % población mundial)* Ubicuidad
Capacidad de crear redes temporales, con capacidad de movimiento - MANET
Introducción
MANET: Mobile Ad Hoc Networks* Gartner consulting
Antecedentes
3
Importancia de la gestión
Escenarios en los cuales son necesarios y útiles.
Ayuda en toma de decisiones
En dichos escenarios es importante una gestión adecuada por lo que involucra
Gestión flexible, que no cause sobre carga en los nodos y en la red
Introducción Importancia de la gestión
4
Agenda
• Introducción • Gestión de redes móviles Ad Hoc• Modelo de gestión para redes móviles Ad Hoc• Validación• Conclusiones
5
Enrutamiento en redes moviles Ad Hoc
Existe un solo dominio de difusión
Debido al rango de cobertura (100 m estándar wifi) se debe crear las estrategias para enrutar los paquetes dentro de la red Ad Hoc
Se puede decir que es una subcapa del nivel IP de la arquitectura TCP/IP
Gestión de redes móviles Redes Ad Hoc
6
Enrutamiento en redes moviles Ad Hoc Proactivo. DSDV Reactivo. AODV Enrutamiento jerárquico
Creación del cluster: elección del jefe de cluster, creación del backbone. CBRP
Mantenimiento de rutas: del cluster y del backbone
Enrutamiento. Manejo de errores
Gestión de redes móviles Redes Ad Hoc
7
DSDV: Destination-Sequenced Distance VectorAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
Gestión de red
Gestión de Red (maximizar disponibilidad y eficiencia)
Colección, procesamiento, análisis, corrección de errores
Áreas ISO - FACPS (Fault, accounting, configuration, performance, security)
Gestión de redes estándar (SNMP), no apta por la movilidad de los nodos
Gestión de redes móviles Gestión de red
8
ISO: International Organization for StandardizationSNMP: Simple Network Management Protocol
Gestión para redes móviles Ad Hoc
• Movilidad y temporalidad de la red y de los nodos.• Nodos heterogéneos• Por los cambios constantes de los nodos (en estado y
ubicación) la gestión puede generar más tráfico y por lo tanto consumir más energía (Baterías)
• Particiones y fusiones en la red• Inestabilidad del enlace puede confundirse con movilidad• Tolerancia a fallos (mejorar la disponibilidad)
9
Gestión de redes móviles Gestión para redes Ad Hoc
Enfoques para la gestión de redes móviles Ad Hoc
Adhoc Network Management Protocol (ANMP) propuesto por Nitin
Sistema de gestión basado en políticas que toma el nombre del programa DRAMA(Dynamic Re-Addressing and Management for the Army) propuesto por Chadha
Guerrilla propuesta por Shen
Hywinmarc (HYbrid WIreless Network Management ARChitecture) propuesta por Chaudry
Gestión de redes móviles Enfoques para la gestión
10
Planteamiento del problema y objetivos de la tesisPara mejorar la disponibilidad y eficiencia de la red
¿Cuál es la estrategia de encaminamiento adecuada ? Optimización transversal
¿Cuál es el flujo de información de gestión que se ajuste a las redes móviles Ad Hoc?
Autoregulación (no administrador) Los sistemas de gestión propuestos al momento ven la gestión en forma
aislada ¿Qué nodo(s) debe(n) encargarse de la gestión ?
Objetivo Mejorar disponibilidad y eficiencia de la red Ad Hoc a través la gestión de
redes mediante el diseño de un modelo de gestión. Redundancia de los dispositivos más importantes Selección de nodos con mejores carácterísticas para la responsabilidad
de gestión Se propone HAMAN y BCHP
Gestión de redes móviles Planteamiento del problema
11
HAMAN: High Availability Management Ad Hoc NetworksBCHP: Backup Cluster Head Protocol
Agenda
• Introducción • Gestión de redes móviles Ad Hoc• Modelo de gestión para redes móviles Ad Hoc• Validación• Conclusiones
12
Componentes para HAMANHAMAN Modelo de gestión propuesto Componentes
13
Haman: High Availability Management Ad Hoc Networks
Definición de NodoHAMAN Modelo de gestión propuesto Definición del nodo
14
JC: Jefe de clusterJCR: JC de respaldoSA: Servidor de AdministraciónSAR: SA de respaldo
NM: Nodo manejadoNP: Nodo puenteBCHP: Backup cluster Head ProtocolMIB: Management information base
Niveles e interfacesHAMAN Modelo de gestión propuesto Niveles e interfaces
15
JC: Jefe de clusterJCR: JC de respaldoSA: Servidor de Administración
SAR: SA de respaldoNM: Nodo manejado
Máquina de estados HAMAN Modelo de gestión propuesto Máquina de estados del nodo
16
JC: Jefe de clusterJCR: JC de respaldoSA: Servidor de AdministraciónSAR: SA de respaldo
NM: Nodo manejadoUN: Sin estado definido
Pérdida del JC y JCRHAMAN Modelo de gestión propuesto Mantenimiento de la topología
17
Perdida del JC (SA)
Perdida del JCR (SAR)
JC: Jefe de clusterJCR: JC de respaldoSA: Servidor de AdministraciónSAR: SA de respaldo
ContenciónHAMAN Modelo de gestión propuesto Mantenimiento de la topología
18
Contención
JC: Jefe de clusterJCR: JC de respaldoNM: Nodo manejado
BCHP especificación
• Backup Cluster Head Protocol (BCHP) es el protocolo de enrutamiento jerárquico parte del modelo de gestión HAMAN que se ha desarrollado y se ha implementado
• BCHP apoya en la distribución de la información de gestión y del enrutamiento
• Implementa las funciones de creación del cluster, elección del Jefe de Cluster y del Jefe de cluster de Respaldo
• Implementado en la herramienta de simulación Network Simulator en la versión 2.34
• Es una solución adecuada para la gestión de redes MANET por usar una estrategia cross-layer (Transversal)
19
HAMAN Modelo de gestión propuesto BCHP especificación
Agenda
• Introducción • Gestión de redes móviles Ad Hoc• Modelo de gestión para redes móviles Ad Hoc• Validación• Conclusiones
20
Validación del modelo• Desarrollo en C++ el protocolo
BCHP en Network Simulator 2 (NS2)
• Validación a través de simulación– Enfocarse en las características
del objeto de simulación.• Comparación con CBRP y
AODV
21
Validación Validación del modelo
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
Parámetros de las simulaciones en NS2
22
Validación Parámetros de las simulaciones en NS2
Parámetros Valores
Área de simulación 600m x 500m
Modelo de movilidad Random way point
Cantidad de nodos 25, 40, 60, 90
Cantidad de conexiones 20
Tiempo de simulación 100 segundos
Protocolos de enrutamientio Ad Hoc BCHP, CBRP, AODV
Protocolos de la capa de transporte Orientado y no orientado a la conexión
Tipo de antena Omnidireccional
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
Indicadores
• Mejorar la disponibilidad y eficiencia de una red
• Eficiencia
– Paquetes perdidos: Cantidad de paquetes perdidos– Variación de retardo (jitter)– Retardo promedio: Latencia extremo a extremo
• Disponibilidad– Tasa de envío de paquetes: Promedio de datos
transmitidos/Promedio de datos entregados
23
Validación Indicadores
Pérdida de paquetes
24
Validación Pérdida de paquetes
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocolAODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 10 20 30 40 50 60 70
Tráfico no orientado a la conexión
Borrado por ARPFalla a nivel capa enlaceTiempo de vida expiradoNo hay ruta
Pérdida de paquetes tanto de enrutamiento como de aplicación
Paquetes
Pérdida de paquetes
25
Validación Pérdida de paquetes
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
AODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 50 100 150 200 250 300 350
Tráfico orientado a la conexión
Borrado por ARPFalla a nivel capa enlaceTiempo de vida expiradoNo hay ruta
Pérdida de paquetes tanto de enrutamiento como de aplicación
Paquetes
Variación del retardo (jitter)
26
Validación Variacion del retardo promedio
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
La variación en el tiempo en la llegada de los paquetes, causada por las diferentes rutas seguidas por los paquetes para llegar al destino
AODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Promedio de variación de retardo del paqueteTráfico no orientado a la conexión
tiempo
Variación del retardo (jitter) cont…
27
Validación Variacion del retardo promedio
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
AODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
Promedio de variación de retardo del paqueteTráfico orientado a la conexión
tiempo
Tasa de envío de paquetes
28
Validación Tasa de envío de paquetes
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
AODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 5 10 15 20 25 30
Tasa promedio de paquetes enviadosTráfico no orientado a la conexión Env/Rec
Mas bajo mejorMás información de enrutamiento en protocolos jerárquicos que se concentra en el cluster
Paquetes
Tasa de envío de paquetes, cont …
29
Validación Tasa de envío de paquetes
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
AODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 1 2 3 4 5 6 7
Tasa promedio de paquetes enviadosTráfico orientado a la conexión Env/Rec
Paquetes
Retardo promedio
30
Validación Retardo promedio
BCHP: Backup Cluster Head ProtocolAODV: Ad hoc On-Demand Vector protocolCBRP: Cluster based routing protocol
AODV (25 nodos)
CBRP (25 nodos)
BCHP (25 nodos)
AODV (40 nodos)
CBRP (40 nodos)
BCHP (40 nodos)
AODV (60 nodos)
CBRP (60 nodos)
BCHP (60 nodos)
AODV (90 nodos)
CBRP (90 nodos)
BCHP (90 nodos)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Retardo promedio extremo a extremo Tráfico no orientado a la conexión
tiempo
Agenda
• Introducción • Gestión de redes móviles Ad Hoc• Modelo de gestión para redes móviles Ad Hoc• Validación• Conclusiones
31
Conclusiones
1. HAMAN el modelo de gestión que hemos propuesto mejora la disponibilidad y convergencia de la red comparado con los protocolos AODV y CBRP
2. El protocolo propuesto como parte de HAMAN, Backup Cluster Head Protocol (BCHP) funciona mejor que AODV y CBRP para el enrutamiento y consecuentemente para la distribución de la información de gestión
3. La inclusión de un Jefe de Cluster de Respaldo (JCR) en BCHP, permite que la información de la red este disponible la mayor parte del tiempo debido a que no hay pérdida de paquetes
4. BCHP es más estable que AODV y CBRP
Conclusiones
32
Conclusiones
Líneas futurasConclusiones
33
Líneas futuras
La implementación de políticas y la inteligencia a la administración de la red
Se puede mejorar el protocolo de enrutamiento BCHP con la
incorporación de un comportamiento proactivo del Jefe de Cluster de Respaldo respetando límites de uso de los recursos del Jefe de Cluster
La implementación del protocolo en dispositivos reales para contrastar con los resultado obtenidos
Esta investigación puede servir para generar aplicaciones aplicables a problemas reales (Aplicabilidad)
Aportaciones de la tesis doctoral• La propuesta de un modelo de gestión de cuatro niveles para
redes móviles Ad Hoc denominado High Availability Management Ad hoc Networks (HAMAN)
• La mejora de la gestión de redes MANET a través de la inclusión de un Servidor de Administración de Respaldo.
• La mejora del enrutamiento jerárquico mediante la inclusión de un nodo Jefe de Cluster de Respaldo
• La implementación de un nuevo protocolo en el simulador NS2
• Se determinó que para que los esfuerzos mas significativos deben enfocarse en la subcapa de red Ad Hoc. En una estrategia transversal entre capas. Ejemplo
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Conclusiones Aportaciones de la tesis doctoral
Preguntas ?
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Publicaciones derivadasJournals (JCR)
• Torres Rommel et al. A management Ad Hoc networks model for rescue and emergency scenarios. ESWA. Impact Factor 2.20 (Q1).
• Torres Rommel et al. Unmarked Point and Adjacency Vertex, mobility models for the generation of emergency and rescue scenarios in urban areas. AHSN. Impact Factor 0.3. (In review since jan 2012)
Congresos Internacionales• Quiñonez Manuel, Torres Rommel. Energy Efficiency Comparison of Routing Protocols for
MANETs in Emergency Scenaries. HPCS. Madrid. CORE B• Enciso Liliana, Torres Rommel, Mengual Luis. Analysis of Ad Hoc Routing Protocols for
emergency and rescue scenarios.WEBIST. Portugal. CORE C• Torres Rommel et al. Improving availability of mobile networks using a cluster routing protocol
with redundant cluster head. TACS 2012. EEUU.• Torres Rommel, García Jesús. Evaluating TCP in Ad Hod mobile Networks. IEEE Latincom
2009. Colombia.• Torres Rommel. Contribución a la Gestión de Redes Móviles AdHoc. CISTI 2010. España• Torres Rommel et al. Evaluación efectiva de TCP en Redes Inalámbricas Ad Hoc. CISTI’2009.
Portugal
Conclusiones
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Publicaciones derivadas
Doctorado ConjuntoUniversidad Politécnica de Madrid, Universidad Técnica Particular de Loja
España-Ecuador
Contribución a los modelos de gestiónde las redes móviles Ad Hoc
Rommel [email protected]
Julio 2012
Director: Dr. Luis Mengual Galan