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Dados Básicos
Título
INFERÊNCIA SOBRE ENCONTROS DE NODOS MÓVEIS PARA APERFEIÇOAMENTO DE SERVIÇOS EM MANETS E DTNS
Número do projeto
053279
Número do processo
23081.064946/2019-65
Classificação principal
Pesquisa
Data inicial
01/01/2020
Data final
31/12/2022
Resumo
Uma MANET (Mobile Ad hoc NETwork) é uma rede de nodos móveis com topologia ad hoc de fácil manutenção e alta robustez, com acessibilidade a qualquer hora e em qualquer lugar, sem necessitar de estações base. Um Detector de Defeitos é um “oráculo” que, a partir de mensagens trocadas em uma rede, é capaz de identificar nodos que podem estar com defeito. As redes tolerantes a atrasos ou interrupções (DTN, Delay Tolerant Networking) são caracterizadas por longos atrasos e conectividade intermitente, exigindo consumo de energia eficiente para aumentar a vida útil dos nodos móveis. Neste contexto, este projeto propõe, por meio do uso de técnicas de Aprendizado de Máquina, explorar a mobilidade de nodos cujo movimento não é aleatório para, a partir da predição de suas velocidades médias ao longo do tempo, implementar um Mapa de Encontros, que é o resultado da intersecção das rotas de diferentes nodos em um mesmo intervalo de tempo. Com o uso deste Mapa, busca-se obter valores ótimos para iniciar os temporizadores de um detector de defeitos enquanto se usa do mesmo Mapa para implementar a economia de energia dentre os nodos de uma DTN.
Objetivos
OBJETIVO GERAL Desenvolver um Mapa de Encontros que, a partir das rotas percorridas por nodos móveis, permita antever os encontros dentre estes objetos em redes móveis do tipo MANET e DTN. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Com o uso do Mapa de Encontros busca-se: (a) melhorar a qualidade de serviço de detectores de defeitos implementados em ambientes de MANETs por meio do correto dimensionamento dos valores de seus temporizadores (b) reduzir o consumo energético em Redes DTN por meio do desligamento de partes do hardware durante períodos de pouca ou nenhuma conexão entre os nós da Rede.
Justificativa
Cada dia mais os smartphones e computadores móveis se tornam onipresentes em nosso cotidiano. Para que tudo funcione corretamente neste mundo virtual de Redes Sociais, Jogos Online e Streaming de áudio e vídeo, estes aparelhos devem ter um bom conjunto de hardware integrado por um complexo projeto de software (Programação de Computadores) que integre as Redes de Computadores (Infraestrutura) e os Sistemas Distribuídos (Internet) em algo útil e que, principalmente, não “trave” (tenha Tolerância a Falhas). Tais tópicos cobrem tudo aquilo que os alunos de Cursos Superiores de Informática precisam conhecer para bem dominar seu futuro ambiente de trabalho. O sistema distribuído considerado neste projeto é assíncrono e composto por um conjunto finito de nós móveis auto-organizados PI = {pi, pi+1,...,pn | 1 <= i <= n, n > 1}. Não há relógio global; cada nó tem sua memória, unidade de processamento e um relógio local. Os nós se comunicam por transmissão de rádio com alcance de transmissão igual e finito. A potência do sinal de recepção depende da distância de transmissão. A topologia de rede é dinâmica e os canais de comunicação são bidirecionais e confiáveis (não mudam, não criam e não perdem mensagens). As partições do movimento dos nós terminam em um tempo finito. Para controlar falhas, no ambiente de MANETs, cada nó no sistema executa um serviço de detecção de defeitos. O conceito de Detector de Defeitos (ou FD, de Failure Detector) não confiável foi introduzido em [9] para contornar a incapacidade de resolver consenso em um sistema assíncrono propenso a falhas [10]. O FD encapsula o problema e fornece o status dos nós para o aplicativo. Normalmente, um FD informa sua percepção de estado a partir de um módulo de detecção local, e um nó pj é suspeito quando um detector pi não recebe uma mensagem de pj dentro de um determinado período. Existem algumas estratégias de comunicação para construir a noção de estado no detector [11]. A fofoca (gossip) [1] é a estratégia mais tradicional para redes móveis. Um FD baseado em fofocas envia mensagens periódicas e geralmente carrega uma lista de IDs (identificadores) e contadores de heartbeat [12]. Assim, as informações são encaminhadas para os nós que provavelmente estão se movendo em direção a uma região desejada da rede. Para avaliar FDs, Chen et al. [13] propuseram um conjunto de métricas independentes da implementação do FD. As métricas são apresentadas em dois conjuntos (primário e secundário) e permitem avaliar desempenho e precisão, e podem ser expressas considerando dois nós p e q. As métricas secundárias podem ser derivadas das principais. As principais métricas são: (i) Tempo de Detecção (TD), que mede o tempo decorrido desde o momento em que q falha até o instante em que p suspeita permanentemente de q; (ii) Tempo de Recorrência ao Erro (TMR), que mede o período entre duas suspeitas erradas sucessivas; e (iii) Tempo de Duração do Erro (TM), que mede o tempo decorrido para um FD detectar seu erro (suspeita errada) e corrigi-lo. Uma transição T representa o instante de tempo para o estado Confiável e a transição S representa o instante de tempo para o estado Suspeito. Vários trabalhos tratam da mobilidade de nós para FDs. Para dar suporte a falhas no recebimento de mensagens, Friedman e Tcharny [3] determinaram a latência esperada de cada salto e o número de saltos que o algoritmo precisa para superar o atraso da rede. De maneira semelhante, Hutle [2] reserva a largura de banda da rede ao FD para obter um jitter limitado e calcular quanto tempo precisa para superar o atraso da rede. Shridar [4] e Zia et al. [5] inseriram um detector de mobilidade que utiliza uma rodada adicional de mensagens de difusão e a disseminação de listas de informações para burlar a mobilidade dos nós. Sens et al. [6] exploram uma técnica de detecção de defeitos de “pergunta e resposta” para detectar falhas e tolerar a mobilidade dos nós, em vez de usar o algoritmo de fofoca e o monitoramento de tempo. Greve et al. [7] propuseram um protocolo para redes dinâmicas com membros desconhecidos, estendendo o trabalho de Sens et al. usando informações de defeito. Recentemente, Benkaouha et al. [8] introduziram um protocolo da classe de heartbeats dedicado às MANETs que consiste em dois componentes: o FD e o gerenciamento de desconexão. Diferente de qualquer outra proposta encontrada na literatura; este projeto de pesquisa busca explorar o conjunto dos encontros, formalizado em um Mapa de Encontros, dentre os nodos móveis da rede, para resolver esta classe de problemas. No conseguinte à economia de energia em DTNs, nosso trabalho busca demonstrar que as abordagens de economia de energia aplicadas à DTN consideram dois aspectos essenciais: (i) o protocolo usado para rotear mensagens pelos nós da rede e (ii) o conhecimento da posição dos nós para a entrega eficiente de mensagens. Os protocolos de roteamento usados nas DTNs foram baseados nos mecanismos de reconhecimento de mobilidade do nó e de armazenamento e transporte [14]. O protocolo Epidemic [15] opera de maneira semelhante à disseminação de uma doença infecciosa. Os nós transmitem a mensagem às cegas (ou seja, desconsiderando o conteúdo da mensagem) a todos os outros nós que ainda não têm uma cópia dessa mensagem até que a mensagem chegue ao seu destino. O objetivo de ter uma quantidade ilimitada de cópias é aumentar a taxa de entrega de mensagens usando cada caminho possível, mesmo com sobrecarga e alto consumo de recursos. Spray and Wait [16] é um protocolo epidêmico com transmissão de um número limitado de cópias de cada mensagem, consistindo em duas fases. Na fase Spray, os nós enviam N cópias para N vizinhos, que transportam essas mensagens durante a fase Wait até chegarem ao seu destino. Na segunda versão deste protocolo, chamada Binary Spray and Wait, cada nó envia metade das cópias de uma mensagem para qualquer nó encontrado ao longo do caminho. Quando o número de cópias se torna igual a um, o nó aguarda a oportunidade de entregar a mensagem diretamente ao destinatário. O protocolo PRoPHET [17] utiliza dados de encontros entre nós que trocam vetores de estado para aumentar a previsibilidade de entrega de mensagens. Esses vetores de estado contêm informações sobre outros nós que já foram encontrados. Os autores propõem o uso de roteamento probabilístico, assumindo a mobilidade não aleatória do nó para melhorar a taxa de entrega de mensagens, mantendo o uso do buffer e a sobrecarga de comunicação em um nível baixo. Como pessoas ou veículos podem transportar um nó, é importante gerenciar os custos de energia para enviar/receber mensagens e verificar conexões de outros nós na faixa de transmissão. Nossa contribuição é a de demonstrar que explorar informações de mobilidade na DTN é uma maneira promissora de economizar energia. As conexões de sondagem próximas à faixa de transmissão dos nós são um fator de consumo significativo de energia [18-19]. Um nó que pode prever um padrão de mobilidade na DTN pode inferir trajetórias atuais e futuras, predizendo encontros futuros entre os nodos, permitindo explorar técnicas para reduzir o consumo de energia. Além disso, diferentes algoritmos de roteamento podem implementar a proposta deste projeto sem alterar suas características operacionais.
Resultados esperados
Busca-se, com este projeto, alcançar os seguintes resultados: • Fortalecer a linha de pesquisas em Ciência da Computação do Departamento de Tecnologia da Informação da UFSM/FW; • Estreitar os laços interinstitucionais entre a PUCRS (Pontifícia Universidade Católica) e a UFSM-FW; • Gerar conhecimento técnico-científico que possa ser utilizado pelas aplicações móveis desenvolvidas pelos acadêmicos do Curso de Sistemas de Informação da UFSM-FW; • Permitir a participação direta dos acadêmicos do Curso de Sistemas de Informação da UFSM-FW nas diversas etapas da realização da pesquisa científica, desenvolvendo a capacidade de detectar o problema de estudo, elaborar hipóteses, avaliar alternativas e apresentar os resultados e conclusões em eventos científicos, contribuindo assim, no seu processo de formação e qualificação; • Aumentar quantitativa e qualitativamente a produção científica e do corpo docente e discente da UFSM-FW, o que possibilitará melhores condições para captar recursos para pesquisa junto aos órgãos financiadores e estimular a criação de programas de pós-graduação ligados aos cursos da UFSM-FW.
Projeto em âmbito confidencial
Não
Projeto superior
-
Palavra-chave 1
MANETs
Palavra-chave 2
DTNs
Palavra-chave 3
Detector de Defeitos
Palavra-chave 4
Sistemas Distribuídos
Tipo de evento
Não se aplica
Carga horária do curso
[Não informado]
Situação
Em andamento
Avaliação
Não avaliado
Última avaliação
[Não informado]
Gestão do conhecimento e gestão financeira
O projeto pode gerar conhecimento passível de proteção?
Não
Propriedade Intelectual
[Não informado]
Proteção Especial
[Não informado]
Direito Autoral - Copyright
Não
O projeto contrata uma fundação? Indique a fundação
Não necessita contratar fundação
Classificações
Tipo
Classificação
Classificação CNPq
IIRED REDES DE COMPUTADORES E COMUNICAÇÃO DE DADOS
Linha de pesquisa
07.03.05 SISTEMAS DISTRIBUIDOS
Quanto ao tipo de projeto de pesquisa
2.01 Projeto de Pesquisa Pura

Plano Gestão
Objetivo Estratégico
PDI 2016-2026 - Desafios
Inovação, geração de conhecimento e transferência de tecnologia
PDI 2016-2026 - Desafios
Desenvolvimento local, regional e nacional
Participantes
Matrícula Nome Função Carga Horária Período
@{matricula} @{pessoa.nomePessoa} @{funcao.descricao} @{cargaHoraria} h/semana @{dataInicial|format=dd/MM/yyyy} a @{dataFinal|format=dd/MM/yyyy}
Órgãos
Unidade Função Período
@{descricao} @{funcao.descricao} @{dataInicial|format=dd/MM/yyyy} a @{dataFinal|format=dd/MM/yyyy}
Plano de Trabalho
Metas/Indicadores/Fases
  • Meta:
    1 - Mapa de Encontros
    Período:
    01/01/2020 a 31/12/2020
    Valor:
    R$ [Não informado]
    Conclusão:
    0 %
    • Indicador:
      Publicação
      Valor:
      [Não informado]
      Conclusão:
      0
    • Fase:
      1 - Mapa de Encontros
      Período:
      01/01/2020 a 31/12/2020
      Conclusão:
      0 %
  • Meta:
    2 - Detector de Defeitos
    Período:
    01/01/2021 a 31/12/2021
    Valor:
    R$ [Não informado]
    Conclusão:
    0 %
    • Indicador:
      Publicação
      Valor:
      [Não informado]
      Conclusão:
      0
    • Fase:
      2 - Detector de Defeitos
      Período:
      01/01/2021 a 31/12/2021
      Conclusão:
      0 %
  • Meta:
    3 - Módulo de Gestão Energética
    Período:
    01/01/2022 a 31/12/2022
    Valor:
    R$ [Não informado]
    Conclusão:
    0 %
    • Indicador:
      Publicação
      Valor:
      [Não informado]
      Conclusão:
      0
    • Fase:
      3 - Módulo de Gestão Energética
      Período:
      01/01/2022 a 31/12/2022
      Conclusão:
      0 %