DTN Routing Verfahren
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Humboldt University
Computer Science Department Systems Architecture Group http://sar.informatik.hu-berlin.de
DTN-Routing-Verfahren
Florian Holzhauer, Ralf Cremerius([email protected], [email protected])
Interplanetary Internet Seminar, 2006
08.06.2006
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Gliederung
• Context-aware Adaptive Routing (CAR)⇒ Metrik der Zustellungswahrscheinlichkeit
• Minimum Estimated Expected Delay (MEED)⇒ Metrik der Verzögerung
• Shared Wireless Infostation Model (SWIM)⇒ Queue-Behandlung
• Probabilistic Routing Protocol using History of Encounters and Transitivity (PROPHET)
⇒ Metrik über Begegnungswahrscheinlichkeit
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CAR -> Einführung
Ziel
• Ermöglichung asynchroner Kommunikation
• Nachrichtenzustellung mit Kontextinformationen optimieren
Routing
• Abschätzungen über Mobilität und Knotenparameter
• hopweises Routing an besten Nachbarknoten
Annahmen
• Keine absoluten Positionsinformationen
• Annahme mobiler Knoten zwischen unverbundenen Netzen
• Netzwerk kooperierender Knoten
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CAR –> Routing
• „Kontext“: Für Nachrichtenzustellung relevante Attribute
Routingprinzipien der Knoten
• synchrones Routing für netzinterne Zielknoten
asynchrones Routing für netzexterne Zielknoten
• berechnen Zustellungswahrscheinlichkeiten durch Kontext
• abschätzen von Kontextinformationen zwischen Updates
• berechnen Routingtabelle:
(Ziel, Nachbarknoten, Zustellungswahrsch.)
• Nachrichtenweiterleitung an maximal mobilen Netzknoten
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CAR –> Kontextbewertung
• Statisch gewichtete Kontextbewertung
• Dynamisch gewichtete Kontextbewertung
dabei zusammengesetzter Parameter, z.B. aus:
– Dringlichkeit
– Vorhersagbarkeit
– Verfügbarkeit
( )( ) ( )1
n
i i i ii
Maximise f U x wU x=
=
∑
( )( ) ( ) ( )1
n
i i i i ii
Maximise f U x a x U x=
=
∑
( )i ia x
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CAR –> Mobilitätsmodell
• Standardannahme völliger Zufälligkeit unrealistisch
• Knoten streben zufällige Zielpunkte an
• Neuorientierung bei Erreichen der Zielpunkte
• Entscheidungen durch Zufallszahlenvergleich mit Treshold
• Einzelne Netze bewegen sich im Ganzen
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CAR –> Ergebnisse Simulation (1)
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CAR –> Ergebnisse Simulation (2)
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CAR –> Ergebnisse Simulation (3)
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CAR –> Ergebnisse Simulation (4)
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CAR -> Zusammenfassung
• Effizientes Routing durch Bewertung und Vorhersage von Kontextinformationen
• Wenig Overhead
• Mäßiger Berechnungsaufwand
• Gute Zustellungsleistung
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MEED -> Einführung
Designziele
• Routing selbstkonfigurierend
• Performanz
• Ressourceneffizienz
• Skalierbarkeit
Annahmen
• Kein Wissen über Netzwerk
• Netzwerk als ungerichteter Graph
• Konstante Bandbreite der Verbindungen
• Verzögerung wird vernachlässigt
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MEED -> Ansatz
Optimierung der Zustellungszeit• Komponenten der Zustellungszeit:
– Wartezeit– Abarbeitungsverzögerung– Übertragungszeit– Latenz
⇒ berechen- und quantifizierbar
Mobilitätsabschätzung gemäß Vergangenheit• Knoten beobachten An- und Abmeldungen anderer Knoten• Begrenzung auf Beobachtungsfenster
Optimierung Link-State-Protokoll⇒ Knoten können irrelevante Updates unterdrücken
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MEED -> Routing
Technik: Per-contact routing
• Routingtabelle bei Nachrichtenankunft berechnen⇒ Entscheidung auf Basis aktuellster Information
• Verfügbare Links mit 0 bewerten⇒ Spontane Nutzung von „Abkürzungen“
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MEED -> Routing (2)
Vorteil
• Alternativenfindung für tote Links
Nachteil
• Verwendung Link-State-Protokoll + veränderliche Topologie⇒ Anfälligkeit für Zyklen
• Wenn sich Kantenbewertungen schnell genug ändern
⇒ Besonders bei Abkürzungen problematisch:
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MEED -> Simulation (1)
Vertreter
• ED – Earliest delivery
• MED - Minimum expected delay
• MED mit per-contact routing
• Epidemic
• MEED
Bedingungen
• Abgeleitete Daten aus WLAN-Traces
• Betrachtung von 30 Knoten
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MEED -> Simulation (2)
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MEED -> Simulation (3)
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MEED -> Simulation (4)
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MEED -> Simulation (5)
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MEED -> Simulation (6)
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MEED -> Zusammenfassung
• Effizientes Routing durch Beobachtung von Wartezeiten
• Hohe Zustellungswahrscheinlichkeit mit nur einer Nachricht
• Flexibel gegenüber Topologieänderungen
• große Routingtabellen durch Link-State-Routing⇒ Großer Speicher- und Verarbeitungsaufwand bei Updates⇒ Viel Overhead in großen Netzwerken
• Zyklen können auftreten
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Swim
Swim-Sensor mit Pfeil
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Swim - Bedingungen
• Wenig Speicherplatz (60 KB)
• Wenig Energie (8-35 mA bei Übertragung)
• „Schnelle“ Datenübertragung (25Kbit/s)
• Maximal 3 Monate Zeit zur Übertragung
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Swim - Netztopologie
• Datenaustausch zwischen den Walen
– Soziale Faktoren bei Begegnungswahrscheinlichkeit
– Keine echter Zufall
– Löschung einzelner Pakete bei vollem Speicher
• Endstation „Swim-Station“
– Schwimmende Tonnen
– Mehrere Tonnen verteilt im Wasser
– Komplettleerung der Queue
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SWIM Stations
• Gute Wahl der Swim Stations sinnvoller als Anzahl• F(T): Wahrscheinlichkeit der Auslieferung nach T Timeticks
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Queue Management
• JUST_TTL: Paket wird nach TTL gelöscht
• FULL_ERASE: Beim Übergeben an die Swim Station wird Speicher komplett gelöscht
• IMMUNE: Nach Übergabe wird Paket nicht mehr angenommen
• IMMUNE_TX: Wie IMMUNE, zusätzlich Weitergabe der Information über erfolgte Auslieferung an andere Wale mit der Nachricht
• VACCINE: Wie IMMUNE_TX, aber Auslieferungsinfo an alle Wale
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Queue Management II
• Delivery Confidence hängt von F(T) ab -> Zeitdauer unterschiedlich
• Mehr Puffer -> weniger Delay
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Prophet - Routing
• Bisher erfolgte Begegnungen als Grundlage der
Routingtabelle
• Nicht zufälliges („Soziales“) Netzwerk
• Umweltfaktoren
• „Transitiv“
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Prophet - Vorhersagbarkeit?
• „delivery predictability“
• Tabelle mit P(a,b) – Wahrscheinlichkeit des Wiedersehens mit bereits getroffenen Knoten
• Treffen zweier Knoten -> Austausch und Aktualisierung der Routingtabelle
• Keine Berücksichtigung von Umweltfaktoren
• PInit
, Beta, Gamma? Unklar.
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Prophet – Update I
• Update beim Treffen zweier Nodes
• P(a,b)
= P(a,b)old
+ (1- P(a,b)old
) * PInit
• Pinit
= (O,1]
• „Häufige Begegnung = Hohe Wahrscheinlichkeit“
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Prophet – Update II
• P(a,b)
= P(a,b)old
* γk
• γ = „Alterungskonstante“ (0,1)
• K = Zeiteinheiten seit letzter Begegnung
• Alterung wird regelmässig ausgeführt
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Prophet - Transivitität
• P(a,c)
= P(a,c)old
+(1-P(a,c)old
) * P(a,b)
* P(b,c)
* β
• Β „scaling constant“ - entscheidet über Einfluss der
Transitivität [0,1]
• A sieht häufig B, B häufig C => Routing von A nach C am
besten über B
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Quellen
• Adaptive Routing for Intermittently Connected Mobile Ad Hoc NetworksMirco Musolesi, Stephen Hailes, Cecilia Mascolo
• Practical Routing in Delay-Tolerant NetworksEvan P. C. Jones, Lily Li, Paul A. S. Ward
• Probabilistic Routing in Intermittently Connected NetworksAnders Lindgren, Avri Doria, Olov Schelén
• A Sensor Network for Biological Data AcquisitionTara Small, Zygmunt J. Haas, Alejandro Purgue, Kurt Fristrup
• http://de.wikipedia.org/wiki/Link-State