Atraso na Transmissão

No segundo experimento foi avaliado o atraso na transmissão de pacotes. Para isso, foi feito uma medição do momento em que o pacote foi transmitido de um dos dispositivos até o momento em que o pacote chegou ao dispositivo receptor na comunicação entre o veículo e a infraestrutura nas diferentes velocidades que o veículo se encontrava.

Essa experimento é importante para avaliar como a rede de comunicação, nessa estrutura de rede criada pelo middleware Net-Opp, se comporta quando o veículo está em movimento em diferentes velocidades.

6.2.2.3 Taxa de Transmissão

No terceiro experimento foi avaliado a taxa de transmissão de pacotes. Para isso, foi feito um cálculo dos tempos para transmissão de cada pacote juntamente com seu tamanho. Através desse cálculo foi gerado a taxa de transmissão de pacotes na comunicação entre o veículo e a infraestrutura nas diferentes velocidades que o veículo se encontrava.

O principal objetivo deste experimento é avaliar como a rede de comunicação se comporta quando um veículo realiza a transmissão de um arquivo para a infraestrutura em diferentes velocidades.

Capítulo 7

RESULTADOS

EXPERIMENTAIS

O principal objetivo dos experimentos realizados é analisar como a rede oportunista criada pelo middleware Net-Opp se comporta em ambientes diferentes (dispositivos móveis pessoais, e veiculares). Assim, neste capítulo são apresentados os resultados da avaliação feita nos expe- rimentos do middleware Net-Opp através do estudo das aplicações Crowd Wi-Fi e Black Box, no que se refere a aspectos de desempenho.

Este capítulo está organizado em duas Seções, sendo que a primeira Seção 7.1, apresenta os resultados da aplicação Crowd Wi-Fi, e a segunda Seção 7.2, apresenta os resultados da aplicação Black Box.

7.1 Aplicação Crowd Wi-Fi

Antes de apresentar os resultados da aplicação Crowd Wi-Fi, vale ressaltar, que em todos os experimentos realizados na aplicação Crowd Wi-Fi, os dispositivos móveis comunicaram-se automaticamente, sem a necessidade de um usuário para intervir nesse processo, diferentemente de como ocorre nos trabalhos (SU, 2007;PIETILAINEN, 2009;DUBOIS, 2013b), onde é necessário interação humana para o pareamento entre os dispositivos. Todo esse processo transparente foi conseguido graças as funcionalidades do middleware Net-Opp.

7.1.1 Tempo de Formação Topológica da Rede de Comunicação

A Figura 7.1 ilustra os resultados do primeiro experimento. Pode-se observar que quando há poucos dispositivos, o tempo de formação topológica de rede é grande, e sua faixa de erro também. Porém, quando a quantidade de dispositivos aumenta, o tempo de formação topológica de rede diminui e a taxa de erro também. Isso acontece por que quando há poucos dispositivos,

7.1 Aplicação Crowd Wi-Fi 65

a probabilidade dos dispositivos ficarem ao mesmo tempo escaneando ou se tornando ponto de acesso é maior do que quando há uma quantidade maior de dispositivos.

Figura 7.1: Tempo de associação da rede de comunicação.

Além disso, também é possível avaliar que, quando há dois dispositivos, existe um tempo para que cada dispositivo se transforme em um modo de operação do Wi-Fi. Esse tempo de transformação é que gera aquela taxa de erro maior, pois, com quantidade menores de disposi- tivos, eles acabam não se identificando. Com quantidades maiores de dispositivos, pelo menos um dos dispositivos se transforma em um modo diferente do outro, acarretando na formação da rede.

Portanto, com quantidades menores de dispositivos, maior é a taxa de erro, pois maior é a probabilidade dos dispositivos não conseguirem se identificar por causa do tempo que levam para trocarem de modo de operação. Porém esse tempo não influencia quando temos uma quantidade maior de dispositivos, pois, quando um dos dispositivos se transforma em cliente, outro dispositivo já esta no modo ponto de acesso.

7.1.2 Tempo de Atraso dos Pacotes

A Figura 7.2 ilustra os resultados do segundo experimento. Pode-se observar que o tempo de atraso dos pacotes aumenta de acordo com que a quantidade de dispositivos que recebem um arquivo aumenta. Isso ocorre por que o dispositivo que realiza o processo de transmitir o arquivo tem um trabalho maior com quantidades maiores de dispositivos, e assim, o canal de comunicação do dispositivo fica mais ocupado com mais pacotes ao mesmo tempo para serem transmitidos e processados.

7.1 Aplicação Crowd Wi-Fi 66

Figura 7.2: Atraso médio.

Além disso, outro aspecto influenciou no aumento do atraso. De acordo que a quantidade de dispositivo aumentava, o número de ocorrências e interferências também aumentavam. E assim, por causa dessas interferências, os pacotes tiveram um tempo maior para chegarem ao seus destinos.

7.1.3 Taxa de Transmissão

A Figura 7.3 ilustra os resultados do primeiro experimento. Pode-se observar que a quanti- dade de dispositivos também influencia na taxa de transmissão. Dessa forma, é possível perce- ber que a taxa de transmissão diminui de acordo que a quantidade de dispositivos que recebem um arquivo aumenta. Isso acontece por que o dispositivo servidor, que está cuidando de trans- mitir o arquivo, tem um trabalho maior com quantidade maiores de dispositivos, e assim, a banda de conexão desse dispositivo está mais ocupada com várias conexões simultâneas e mais pacotes para serem processados.

Além disso, também foi possível avaliar na Figura 7.3, que a quantidade de dispositivos influenciou em outro aspecto na taxa de transmissão. De acordo que a quantidade de dispositivo aumentava, o número de ocorrências e interferências também aumentavam. Já a taxa de erro deve-se ao tamanho de 9MB dos arquivos. Quando há uma quantidade maior de dados para serem transmitidos, o canal é utilizado em um período de tempo maior, e por isso, em diferentes períodos de tempos as ocorrências de interferências acabaram produzindo uma quantidade de erro maior.

7.1 Aplicação Crowd Wi-Fi 67

Figura 7.3: Taxa de transmissão de pacotes.

7.1.4 Tempo de Transferência de Arquivos

No quarto experimento, Net-Opp conseguiu ser mais eficiente que CAMEO e Haggle no tempo de transmissão de arquivo. Na Figura 7.4, pode-se observar que Net-Opp teve um tempo de transferência de 4s do arquivo (6.4MB), enquanto que CAMEO e Haggle, tiveram respectiva- mente 10s e 75s. Essa eficiência é devida às características internas da arquitetura de Net-Opp. Por possuir uma arquitetura simples, comparada com as arquiteturas de CAMEO e Haggle, uma quantidade menor de mensagens são trocadas entre os módulos do middleware Net-Opp em relação aos middlewares CAMEO e Haggle. A modularidade excessiva das arquiteturas de CAMEO e Haggle resultou numa sobrecarga de mensagens internas que afetaram o desempenho dos serviços ativos.

7.2 Aplicação Black Box 68

7.2 Aplicação Black Box

Nesta Seção são apresentados os resultados dos experimentos da comunicação V2V e V2I.

7.2.1 Comunicação Entre Veículo Para Veículo

Antes de começar a avaliar os resultados dos experimentos V2V, vale ressaltar que os re- sultados nesse tipo de comunicação V2V demonstraram ser bem parecidos com os mesmos ex- perimentos D2D feitos na aplicação Crowd Wi-Fi. Porém, conforme foi apresentado na Seção 6.2, não foi considerado movimentos dos dispositivos durante a execução dos experimentos. 7.2.1.1 Tempo de Formação Topológica da Rede de Comunicação

A Figura 7.5 ilustra os resultados do primeiro experimento. Pode-se observar que, quando há poucos dispositivos, o tempo de formação topológica de rede é grande, e sua faixa de erro também. Porém, quando a quantidade de dispositivos aumenta, o tempo de formação topológica de rede diminui e a taxa de erro também. Isso acontece por que quando há poucos dispositivos, a probabilidade dos dispositivos ficarem ao mesmo tempo escaneando ou se tornando ponto de acesso é maior do que quando há uma quantidade maior de dispositivos.

Figura 7.5: Tempo de associação da rede de comunicação.

A partir dos resultados apresentados na Figura 7.5, é possível concluir que o tempo de for- mação de rede, não é viável para comunicação com os veículos em movimento. Entretanto, esse sistema pode ser aplicado em locais onde os veículos se encontram e permanecem parados por alguns instantes de tempo (por exemplo, em um sinal de trânsito, ou em um estacionamento).

7.2 Aplicação Black Box 69

7.2.1.2 Taxa de Transmissão

No segundo experimento, pode-se observar na Figura 7.6, que a quantidade de dispositivos influência na taxa de transmissão, onde a taxa diminui de acordo que a quantidade de disposi- tivos que recebem um arquivo aumenta. Isso acontece por que o dispositivo servidor que está cuidando de transmitir o arquivo, tem um trabalho maior com quantidade maiores de disposi- tivos, e assim, a banda de conexão desse dispositivo está mais ocupada com várias conexões simultâneas e mais pacotes para serem processados.

Figura 7.6: Taxa de transmissão de pacotes.

A partir dos resultados apresentados na Figura 7.6, também é possível verificar que a taxa ficou menor e variou menos que a taxa apresentada na Subseção 7.1.3 da aplicação Crowd Wi-Fi. Isso aconteceu por causa da distância entre os dispositivos e o tamanho de arquivos utilizados em cada dispositivo. Variou menos por causa do tamanho do arquivo utilizado, no caso 1MB na aplicação Black Box, enquanto que na aplicação Crowd Wi-Fi cada arquivo tinha o tamanho de 9MB. Já a taxa ficou menor por causa da distância entre os dispositivos, na aplicação Black Boxforam 15 metros, enquanto que na aplicação Crowd Wi-Fi foram 3 metros.

7.2.1.3 Tempo de Entrega de Arquivo Tolerante a Atrasos e Desconexões

No terceiro experimento, pode-se observar na Figura 7.7, que o que mais impactou no tempo de entrega de arquivos tolerante a atrasos e desconexões foi a distância entre os dispo- sitivos. É possível visualizar que tanto para três quanto para quatro dispositivos, o tempo de entrega dos arquivos dos dispositivos que estavam nas extremidades é maior do que o tempo dos arquivos dos dispositivos que estavam no meio, servindo como ponto de comunicação entre os dispositivos das extremidades.

7.2 Aplicação Black Box 70

A explicação dessa diferença de tempo deve-se principalmente ao fato de que os disposi- tivos que estão no meio se comunicam e entregam seus arquivos com um tempo menor aos dispositivos que estão próximos a eles, nesse caso, os dispositivos que estão na extremidade. O tempo de entrega dos arquivos dos dispositivos das extremidades ficou maior pelo fato de que para seus arquivos serem entregues de uma extremidade a outra, deve passar por um (três dispo- sitivos) ou mais (quatro ou mais dispositivos) pontes de comunicação, e uma (três dispositivos) ou mais (quatro ou mais dispositivos) redes devem ser criadas para que isso aconteça.

Figura 7.7: Tempo de entrega de arquivos.

Na Figura 7.7 também é possível visualizar uma taxa de erro grande no tempo de entrega de arquivos, principalmente nos tempos de entrega dos dispositivos das extremidades. Isso acontece por causa das redes formadas pelo middleware Net-Opp. Como o sistema baseia-se em tempos aleatórios para pesquisar e formar as redes, em alguns momentos, quando não há arquivos para serem transmitidos, o dispositivo não consegue encontrar um segundo dispositivo além do último que ele se comunicou, e ele acaba voltando a se comunicar com o primeiro, afetando assim, o tempo de entrega de seus arquivos e dos arquivos do primeiro dispositivo conectado à ele.

7.2.2 Comunicação Entre Veículo Para Infraestrutura

Os resultados da aplicação Black Box foram extraídos de quatro repetições para cada expe- rimento, no cenário apresentado na Seção 6.2.2. O intervalo de confiança considerado foi de 95%, mas não são representados no gráfico para facilitar a disposição das informações.

7.2 Aplicação Black Box 71

Todos os três experimentos foram avaliados nas velocidades de 60 km/h, 50 km/h, 40 km/h, 30 km/h e 20 km/h na mesma avenida e nas mesmas condições climáticas. Nos gráficos que serão apresentados a seguir, a distância negativa significa a aproximação do veículo ao dispo- sitivo destino (infraestrutura) e a distância positiva representa o seu afastamento do dispositivo destino.

Através dos resultados dos três experimentos realizados, os dados obtidos em diferentes velocidades mostraram que a rede de comunicação se comporta de maneira mais robusta em velocidades menores. Foi possível realizar a transmissão de dados em até um diâmetro de aproximadamente 85 metros.

7.2.2.1 Taxa de Perda de Pacotes

Neste primeiro experimento foi avaliado a taxa de perda de pacotes na comunicação V2I. A Figura 7.8 ilustra os resultados desse primeiro experimento. Quanto mais próximo o veículo está do nó receptor (infraestrutura), menor é a perda de pacotes. Quando os nós estão a uma distância relativa de até 25 metros, a perda de pacotes ficou abaixo de 25%. A velocidade também influenciou na perda de pacotes, mas não tanto quanto a distância.

Figura 7.8: Média de perda de pacotes.

Em alguns casos, algumas velocidades maiores conseguiram ter uma perda de pacotes me- nores que em velocidades menores. Como é observado no canto esquerdo da Figura 7.8, a média de perda de pacotes na velocidade de 30km/h conseguiu ser maior que 20km/h, e 50km/h conseguiu ser maior que 40km/h.

7.2 Aplicação Black Box 72

7.2.2.2 Atraso na Transmissão

Neste segundo experimento foi avaliado o atraso na transmissão dos pacotes na comunica- ção V2I. A Figura 7.9 ilustra os resultados desse segundo experimento. O atraso foi medido considerando apenas os pacotes efetivamente transmitidos. O atraso médio variou de forma significativa em relação a distância.

Figura 7.9: Atraso médio.

Os valores obtidos quando os dispositivos (tanto o veículo quanto a infraestrutura) estavam em pontos distantes variaram bastante em relação ao atraso obtido quando os dispositivos esta- vam próximos. Também foi verificado que ao aumentar a velocidade no veículo, o atraso nas comunicações também sofre incremento, afetando principalmente o desempenho nas comuni- cações.

7.2.2.3 Taxa de Transmissão

Neste terceiro experimento foi avaliado a taxa de transmissão de dados na comunicação V2I. Na Figura 7.10 é ilustrado as estatísticas dos resultados desse terceiro experimento. Os dados extraídos das cinco avaliações realizadas em diferentes velocidades mostram que nas comunicações, a taxa de transmissão média variou de forma significativa em relação a distância entre o veículo e a infraestrutura.

Assim como no experimento apresentado na Subseção 7.2.2.1, neste experimento, algu- mas velocidades maiores conseguiram ter uma taxa de transmissão maior que em velocidades menores. Conforme é observado no canto esquerdo da Figura 7.10, a taxa de transmissão na velocidade de 50km/h conseguiu ser maior que 40km/h, e 30km/h conseguiu ser maior que 20km/h.

7.3 Observações Finais 73

Figura 7.10: Taxa de transmissão média.

7.3 Observações Finais

Além dos resultados apresentados e discutidos nas seções anteriores, outros resultados do estudo puderam ser levantados através da observação da execução dos experimentos, sendo os principais:

• O middleware Net-Opp foi capaz de fornecer comunicação oportunista para os dois cená- rios apresentados, possibilitando a troca de informações e conteúdos entre os dispositivos; • Foi possível executar o middleware Net-Opp nos dispositivos sem a interferência do usuá- rio (exigir pareamento), mesmo com o serviço em segundo plano e com a tela desligada (no caso de smartphones);

• Com o dispositivo no modo ponto de acesso, torna-se necessário a desativação dos servi- ços de telefonia celular (3G e LTE) para evitar a utilização de dados do plano do usuário; • Em um cenário de áreas urbanas, pontos de acessos abertos disponíveis podem permitir que os dispositivos se comuniquem apenas no modo cliente (STA) e aumentar a capaci- dade de comunicação e encontros já que as redes oportunistas criadas por Net-Opp são privadas;

• Durante a execução dos experimentos, ocorreu uma alta taxa de desconexões entre os dispositivos, que levou a uma modificação da estrutura do sistema. Isso ocorreu quando os SSIDs das redes eram iguais. Foi necessário criar SSIDs aleatórios a cada nova conexão para evitar esse problema.

Capítulo 8

CONCLUSÕES

Após a prospecção desta dissertação foi possível perceber que a área de middleware para redes oportunistas ainda tem muito a ser explorada. As soluções catalogadas mostram que não existe uma abordagem que satisfaz todas as necessidades que o desenvolvimento de uma rede oportunista exige. Além disso, dentro desse conjunto de abordagens, cada autor tenta resolver um ou mais problemas, presentes em um ambiente de rede oportunista, usando as mais variadas técnicas, métodos e ferramentas.

Diante dessa heterogeneidade de soluções de middleware, esta dissertação propôs, funda- mentou e esquematizou uma nova arquitetura de middleware chamada Net-Opp. Essa arquite- tura foi implementada para a plataforma Linux e Android e avaliada por meio de dois estudos de caso, o Crowd Wi-Fi e o Black Box. Durante essa avaliação, o middleware Net-Opp foi sub- metido a diversos cenários, onde seu comportamento e desempenho puderam ser observados e avaliados.

O Net-Opp trouxe algumas contribuições para a área de middleware para redes oportunistas. Dentre elas, está a introdução da alternância entre o modo cliente e infraestrutura do Wi-Fi no modulo de comunicação de um middleware. A partir dos testes executados foi possível perceber que essa alternância pode ser utilizada na construção de aplicativos oportunistas e possui como principal qualidade a sua comunicação transparente e taxa de transmissão de dados.

Além disso, com o middleware Net-Opp, o programador conta com um ambiente confiável de comunicação, onde todo o processo de formação de rede oportunista é realizado de forma automática e transparente, sem necessidade de pareamento entre os dispositivos, interação hu- mana, e alteração no SO do dispositivo móvel.

Como o middleware Net-Opp possui uma arquitetura voltada para comunicações D2D opor- tunista e possibilita uma comunicação transparente, este middleware também pode ser aplicado

8.1 Contribuições 75

em outros tipos de redes de comunicação, por exemplo, em comunicações M2M (machine-to- machine).

Por fim, para os desenvolvedores e pesquisadores que desejam implementar redes oportu- nistas, as informações contidas nesta dissertação, bem como o middleware Net-Opp descrito nela, podem servir como ponto de partida para geração de novas ideias e produtos que podem vir a atender as expectativas dos usuários de dispositivos móveis voltado ao ambiente de redes oportunistas.

8.1 Contribuições

Esta dissertação trouxe as seguintes contribuições:

• Um survey de middlewares para redes oportunistas, apresentando as características e fun- cionamento de suas arquiteturas, juntamente com suas principais vantagens e desvanta- gens;

• Um survey de aplicações para dispositivos móveis, que foram desenvolvidas e que em- pregam na prática o uso de redes tolerantes a atrasos e desconexões;

• Um survey de frameworks que utilizam a tecnologia Wi-Fi modo infraestrutura (ou tethe- ring) de forma a criar uma rede oportunista entre dispositivos móveis, realizando o pro- cesso de alternância entre os modos de operação de escaneamento de redes e ponto de acesso, da tecnologia Wi-Fi;

• Apresentação do Net-Opp, um middleware para redes oportunistas que faz uso do Wi-Fi modo infraestrutura para prover comunicação entre os nós, visando as plataformas Linux e Android;

• Disponibilização da API de comunicação ao middleware Net-Opp. Possibilitando que outros desenvolvedores utilizem essa plataforma para o desenvolvimento de aplicações oportunistas.

• Apresentação e avaliação de duas provas de conceito do middleware Net-Opp em dois cenários reais e diferentes. Sendo o primeiro de dispositivos móveis pessoais, e o segundo de dispositivos móveis veiculares.

8.2 Trabalhos Futuros 76

8.2 Trabalhos Futuros

Apesar de o middleware Net-Opp já ter uma arquitetura definida e estar implementado para os SOs Android e Linux, existem melhorias que ainda podem ser executadas. As seguintes sugestões de trabalhos futuros que podem ser desenvolvidos a partir dessa dissertação:

• Considerar uma arquitetura orientada a conteúdo (por exemplo, CCN (Content-Centric Networking)) rodando como aplicação nativa acima do middleware Net-Opp;

• Desenvolver uma aplicação sobre Net-Opp voltada para redes 5G, com o objetivo de re- duzir a carga de telefonia celular, realizando cache de conteúdos nos dispositivos móveis; • Realizar outros tipos de avaliações do middleware Net-Opp. Por exemplo, avaliação do

consumo energético;

• Estender os estudos, empregando o uso do middleware em diferentes aplicações e maiores quantidades de dispositivos, com o propósito de avaliar mais profundamente o comporta- mento do middleware nessa estrutura de rede.

8.3 Produção e Inovação

Esta dissertação resultou em três artigos e uma patente:

• (GARROCHO; SILVA; OLIVEIRA, 2015a). Content Delivery Architecture for Communica- tion Device-to-Device Wireless Networks. In The Eleventh Advanced International Con- ference on Telecommunications 2015 (AICT 2015). 21–26 de Junho de 2015;

• (GARROCHO; SILVA; OLIVEIRA, 2015d). Transparent Sharing Architecture of Content

Between Mobile Devices in Opportunistic Networks. In Simpósio Brasileiro de Siste- mas de Informação 2015 (SBSI 2015). 26–29 de Maio de 2015;

• (GARROCHO; SILVA; OLIVEIRA, 2015b). Net-Opp: A Transparent Middleware For Network

Formation And Exchange of Content For Opportunistic Applications. In Workshop de Re- des P2P, Dinâmicas, Sociais e Orientadas a Conteúdo (SBRC 2015 - WP2P+). 18–22 de