Contribution a los modelos de gestión de las redes móviles Ad hoc

Doctorado Conjunto
Universidad Politécnica de Madrid, Universidad Técnica Particular de Loja
España-Ecuador
Contribución a los modelos de gestión
de las redes móviles Ad Hoc
Rommel Torres
rovitor@utpl.edu.ec
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
• 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 Vector
AODV: Ad hoc On-Demand Vector protocol
CBRP: 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 Standardization
SNMP: 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
tesis
Para 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 Networks
BCHP: Backup Cluster Head Protocol

Agenda
• Introducción
• Validación
• Conclusiones
12

Componentes para HAMAN
HAMAN Modelo de gestión propuesto Componentes
13
Haman: High Availability Management Ad Hoc Networks

Definición de Nodo
HAMAN Modelo de gestión propuesto Definición del nodo
14
JC: Jefe de cluster
JCR: JC de respaldo
SA: Servidor de Administración
SAR: SA de respaldo
NM: Nodo manejado
NP: Nodo puente
BCHP: Backup cluster Head Protocol
MIB: Management information base

Niveles e interfaces
HAMAN Modelo de gestión propuesto Niveles e interfaces
15
JC: Jefe de cluster
JCR: JC de respaldo
SAR: SA de respaldo
NM: Nodo manejado

Máquina de estados
HAMAN Modelo de gestión propuesto Máquina de estados del nodo
16
JC: Jefe de cluster
JCR: JC de respaldo
SAR: SA de respaldo
NM: Nodo manejado
UN: Sin estado definido

Pérdida del JC y JCR
HAMAN Modelo de gestión propuesto Mantenimiento de la topología
17
Perdida del JC (SA)
Perdida del JCR (SAR)
JC: Jefe de cluster
JCR: JC de respaldo
SAR: SA de respaldo

Contención
HAMAN Modelo de gestión propuesto Mantenimiento de la topología
18
Contención
JC: Jefe de cluster
JCR: JC de respaldo
NM: 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
• 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

Parámetros de las simulaciones en NS2
22
Validación Parámetros de las simulaciones en NS
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

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
0 10 20 30 40 50 60 70
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)
Tráfico no orientado a la conexión
Borrado por ARP
Falla a nivel capa enlace
Tiempo de vida expirado
No hay ruta
Pérdida de paquetes tanto de enrutamiento como de aplicación
Paquetes

Pérdida de paquetes
25
Validación Pérdida de paquetes
0 50 100 150 200 250 300 350
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)
Tráfico orientado a la conexión
Borrado por ARP
Falla a nivel capa enlace
Tiempo de vida expirado
No hay ruta
Pérdida de paquetes tanto de enrutamiento como de aplicación
Paquetes

Variación del retardo (jitter)
26
Validación Variacion del retardo promedio
La variación en el tiempo en la llegada de los paquetes, causada por las diferentes rutas
seguidas por los paquetes para llegar al destino
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
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)
Promedio de variación de retardo del paquete
tiempo

Variación del retardo (jitter) cont…
27
Validación Variacion del retardo promedio
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
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)
Promedio de variación de retardo del paquete
Tráfico orientado a la conexión
tiempo

Tasa de envío de paquetes
28
Validación Tasa de envío de paquetes
0 5 10 15 20 25 30
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)
Tasa promedio de paquetes enviados
Tráfico no orientado a la conexión Env/Rec
Mas bajo mejor
Más 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
0 1 2 3 4 5 6 7
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)
Tasa promedio de paquetes enviados
Tráfico orientado a la conexión Env/Rec
Paquetes

Retardo promedio
30
Validación Retardo promedio
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
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)
Retardo promedio extremo a extremo
tiempo

Agenda
• Introducción
• 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
1. 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
2. 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
3. BCHP es más estable que AODV y CBRP
Conclusiones
32
Conclusiones

Líneas futuras
Conclusiones
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
34
Conclusiones Aportaciones de la tesis doctoral

Publicaciones derivadas
Journals (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
36
Publicaciones derivadas

Doctorado Conjunto
Universidad Politécnica de Madrid, Universidad Técnica Particular de Loja
España-Ecuador
Contribución a los modelos de gestión
de las redes móviles Ad Hoc
Rommel Torres
rovitor@utpl.edu.ec
Julio 2012
Director:
Dr. Luis Mengual Galan

Contribution a los modelos de gestión de las redes móviles Ad hoc

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Destacado

Destacado (20)

Similar a Contribution a los modelos de gestión de las redes móviles Ad hoc

Similar a Contribution a los modelos de gestión de las redes móviles Ad hoc (20)

Último

Último (20)

Contribution a los modelos de gestión de las redes móviles Ad hoc

Notas del editor