Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Ιωάννης Σταυρακάκης Καθηγητής ΕΚΠΑ, Μερκούριος Καραλιόπουλος Ερευνητής Marie Curie Fellow
Περίληψη:
Τα Δίκτυα με ανοχή σε σφάλματα και καθυστερήσεις (Delay/Disruption Tolerant
Networks) ή, γενικότερα, οπορτουνιστικά δίκτυα αποτελούν μια σχετικά πρόσφατη
εκδοχή δικτύωσης με αρκετά ιδιαίτερα χαρακτηριστικά σε σχέση με τα ασύρματα
τοπικά δίκτυα ή τα μακροκυψελωτά δίκτυα. Δεν προσφέρουν συνεχή διατερματική
(end-to-end) συνδεσιμότητα, παρά πραγματώνονται μέσω της κινητικότητας των
κόμβων και των συναντήσεών (επαφών) τους. Τα μηνύματα ταξιδεύουν από το ένα
σημείο του δικτύου στο άλλο με δύο τρόπους, είτε αποθηκευμένα στη μνήμη των
κινούμενων κόμβων, είτε με μεταφορά τους από τον έναν στον άλλο, όταν υπάρξει
συνάντησή τους.
Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η προετοιμασία εργαστηριακών ασκήσεων
πάνω στα οπορτουνιστικά δίκτυα, οι οποίες θα ενσωματωθούν στο διδακτικό υλικό
του μεταπτυχιακού μαθήματος του εαρινού εξαμήνου «Προηγμένες Δικτυακές
Τεχνολογίες». Ο σκοπός των εργαστηριακών ασκήσεων είναι διπλός. Αφενός, οι
φοιτητές του μαθήματος θα έχουν την ευκαιρία να αφομοιώσουν καλύτερα και με πιο
δημιουργικό τρόπο ένα σημαντικό μέρος της ύλης του μαθήματος, που αφορά στα
οπορτουνιστικά δίκτυα. Οι ασκήσεις έχουν επιλεγεί στοχευμένα να εστιάζουν σε
λιγότερο διαισθητικά αναμενόμενα αποτελέσματα/φαινόμενα, στα οποία αξίζει οι
φοιτητές να επιμείνουν. Αφετέρου, στόχος των ασκήσεων είναι να εκθέσουν και
εκπαιδεύσουν τους φοιτητές του μεταπτυχιακού μαθήματος σε ερευνητικά εργαλεία
που θα τους είναι απόλυτα χρήσιμα αν επιθυμήσουν να ασχοληθούν περαιτέρω με την
έρευνα. Οι ασκήσεις κινούνται γύρω από τη λειτουργία τριών βασικών πρωτοκόλλων
δρομολόγησης μηνυμάτων σε οπορτουνιστικά δίκτυα. Τα πρωτόκολλα έχουν επιλεγεί
εσκεμμένα καθώς αντιπροσωπεύουν διακριτές στρατηγικές δρομολόγησης πληροφορίας
στο απαιτητικό περιβάλλον των οπορτουνιστικών δικτύων. Κατά την Επιδημική
(Epidemic) διάδοση, οι κόμβοι συνεχώς αναπαράγουν και αναμεταδίδουν τα μηνύματα
σε άλλους κόμβους που συναντούν και δεν διαθέτουν ήδη ένα αντίγραφο του
μηνύματος. Το πρωτόκολλο της Spray and Wait διάδοσης θέτει ένα αυστηρό άνω όριο
στον αριθμό των αντιγράφων του μηνύματος και στον αριθμό των αναπηδήσεών του
στο δίκτυο, μέχρι να παραδοθεί στον προορισμό του, βελτιώνοντας τη χρήση των
πόρων του δικτύου (αποθήκευση, ενέργεια). Τέλος, η Prophet δρομολόγηση
εκπροσωπεί μια άλλη κατηγορία πρωτοκόλλων που δεν υιοθετεί την ευρεία εκπομπή
πακέτων, αλλά επιλέγει κατάλληλους ενδιάμεσους αναμεταδότες (relays) του
μηνύματος στηριζόμενη στην πρότερη ιστορία των συναντήσεων των κόμβων του
δικτύου. Τρεις ασκήσεις έχουν ετοιμαστεί με αντικείμενο τη συμπεριφορά των
πρωτοκόλλων σε διάφορα σενάρια. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η έμφαση είναι
στη σύγκριση των πρωτοκόλλων και στα παραδείγματα διάδοσης μηνυμάτων που
εκπροσωπούν. Η πρώτη άσκηση περιλαμβάνει τη σύγκριση των πρωτοκόλλων διάδοσης
Epidemic και Spray and Wait για διαφορετικές τιμές του Buffer Size και του TTL.
Η δεύτερη άσκηση επικεντρώνει
στη χρήση του πρωτοκόλλου δρομολόγησης Prophet, με την κίνηση των δικτυακών
κόμβων να προσομοιώνεται μέσω της χρήσης πραγματικών δεδομένων μετρήσεων
(traces). Η τρίτη άσκηση καταπιάνεται με την μελέτη της ανθεκτικότητας και της
ευαισθησίας των πρωτοκόλλων διάδοσης Epidemic και Spray and Wait σε συνθήκες
ελλιπούς συνεργασίας. Όλες οι συγκρίσεις μεταξύ των πρωτοκόλλων γίνονται με
βάση τις τρεις βασικές μετρικές επίδοσης (ποσοστό των παραδοθέντων μηνυμάτων,
καθυστέρηση παράδοσης και πλήθος των μεταδόσεων που απαιτούνται για την
παράδοση). Η υποστηρικτική δουλειά (υπόβαθρο) για τις ασκήσεις παρουσιάζεται
στα κεφάλαια 3-5 της διπλωματικής, αντίστοιχα, ενώ οι ασκήσεις καθ’ αυτές
παρατίθενται στο παράρτημα ΙΙ της διπλωματικής εργασίας. Και οι τρεις ασκήσεις
έχουν υλοποιηθεί με τη βοήθεια του προσομοιωτή οπορτουνιστικών δικτύων ONE
(Opportunistic Networking Environment), τον οποίο ανακαλύψαμε και μάθαμε να
χρησιμοποιούμε κατά τη διάρκεια της
διπλωματικής εργασίας. Ο ΟΝΕ είναι προσομοιωτής διακριτών γεγονότων και
επιλέχθηκε διότι εστιάζει ξεκάθαρα στην προσομοίωση των οπορτουνιστικών
δικτύων, συνδυάζοντας μοντέλα κινητικότητας, πρωτόκολλα δρομολόγησης και
δυνατότητες οπτικοποίησης του δικτύου. Οι βασικές λειτουργίες που
προσομοιώνονται στον ONE είναι η κίνηση των κόμβων και οι επαφές τους, και η
δρομολόγηση και διεκπεραίωση μηνυμάτων. Παραθέτουμε μια σύντομη περιγραφή του
προσομοιωτή στο 2ο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας, ενώ στο Παράρτημα Ι
δίνονται οδηγίες για την εγκατάστασή του.
Λέξεις-κλειδιά:
Οπορτουνιστικά δίκτυα, Πρωτόκολλα δρομολόγησης, Κεντρικότητα, Traces, Προσομοιωτής οπορτουνιστικού περιβάλλοντος δικτύωσης (ONE)
