Publicar / assinar em redes móveis Ad Hoc

PUBLICAR/ASSINAR EM REDES MÓVEIS AD HOC

Programa de Pós-Graduação em Ciênia da Computação

PUBLICAR/ASSINAR EM REDES MÓVEIS AD HOC

Dissertação apresentada ao Programa de

Pós-GraduaçãoemCiêniadaComputaçãoda

Uni-versidadeFederalde MinasGeraisomo

requi-sitoparialpara aobtençãodograu deMestre

emCiênia da Computação.

CRISTIANO GATO DE REZENDE

FOLHADE APROVAÇO

Publiar/Assinar em Redes Móveis Ad Ho

CRISTIANO GATO DE REZENDE

Dissertação defendidae aprovadapelabana examinadora onstituída por:

Ph. D. Antnio Alfredo Ferreira Loureiro Orientador

UniversidadeFederal de MinasGerais

Ph. D Dorgival Olavo Guedes Neto

UniversidadeFederal de MinasGerais

Ph. D.Fátima de Lima Proópio Duarte

O desenvolvimento e a utilização de dispositivos omputaionais portáteis introduziu novos

modelosderededeomputadoresquedemandamsoluçõesdiferentesdasapliadasparao

mo-delotradiionalondetodososterminaisdeumaredesãoxos. Omaisaótiodessesmodelos

é a rede móvel ad ho, onheida omo MANET, onde não existe nenhuma infra-estrutura

previamente disponível. Dessaforma,todaomuniaçãodeveserfeitaentredispositivosujos

rádios sealanem mutuamente. Essemodeloapresenta diversosdesaos omo restriçõesde

energia, proessamento elarguradebanda,onexão intermitente ediuldadenoroteamento

de mensagens.

OparadigmaPubliar/Assinarfazomqueaomuniação entreentidadessejafeita

atra-vés do onteúdo da informação produzida e do interesse das entidades. Ele proporiona

dimensões de desassoiação (temporal, espaial e sínrona) que failitam a omuniação no

ambiente das MANETs. Porém a implantação de uma arquitetura desse paradigma nesse

modeloderederequersoluçõesdiferentesdasusualmentedesenvolvidas. Soluçõespararedes

abeadas, ou atémesmopararedes sem oonde já existemnósom mobilidade porém onde

ainda exista uma infra-estrutura robusta de omuniação, não são apliáveis a um enário

om umatopologia tãodinâmiae omasrestrições existentes emMANETs.

EstetrabalhovisaproporumaarquiteturaPubliar/Assinarapazdeutilizaramobilidade

dos nósque ompõem umaMANET para auxiliar na tarefa de entregar as publiações

sub-metidasaosnósinteressados. Amobilidadeéutilizadafazendoomquepubliaçõesreebidas

por nósemumloal darede sejam propagadas emregiõesdiferentesapósa sua

movimenta-ção. Dessa forma,ommovimentação suiente, as publiaçõespodemserdisseminadas por

toda a áreadarede.

Os resultados mostraram que a arquitetura proposta teve desempenho superior a outras

existentes na literatura e ainda deixou laro que ela é exível o bastante para se adaptar a

Thedevelopmentofportableomputationaldeviesraisednewnetworkmodelswhihdemand

dierent solutions to the ones applied to the traditional model where every terminal of the

networkisxed. Themosthaotimodelisthemobileadhonetwork,MANET,wherethere

is not any infra-struture previously available. For this reason, every ommuniation has to

be donebetween devies whihradios reah eahother. Thismodelpresent manyhallenges

likeenergy, proessingand bandwidthrestrition, intermittent onnetion anddiulties on

routing messages.

The Publish/Subsribe paradigm oers deoupling dimensions (time, spae and

synh-ronization) whih helps the ommuniation proess on MANETs. However, implanting an

arhiteture insuh modelrequires solutions dierent from those usually developed.

Soluti-ons adequate to wired networks, or even to wireless networks where there are some mobile

nodesbut with a robustommuniation infra-struture, arenot appliable to a senario with

suhdynami topology andsevererestritionslikeinMANETs.

Thiswork's goalis to develop aPublish/Subsribe arhiteture apable of makinguseof

MANETs' nodes own mobility to helpthetaskof delivering submitted publiations to every

interested node. Mobility is used making publiations reeived loally to be forwarded in

dierentregionsofthenetwork afterthesenodesmove. Therefore,withsuient movement,

publiations an be disseminate throughthe wholenetwork.

Results have shown thatthe proposed arhiteture had a better performane thenother

solutions inthe literature. Besides that, it was madelear thatthe proposedarhiteture is

Antes dequalquer outra oisa,eu gostariade agradeer emespeial aosmeuspais. Desde os

meusprimeirosanosdevida,elesforamduaspessoasquesempremeapoiarameinentivaram

a estudar e a viver experiênias que me tornassem uma pessoa mais sábia e madura. Eles

me riaram om muito amor, arinho, respeito, onança e alegria. Por todas as as oisas

que sempreme proporionaram, a úniaforma de retribuir é me esforçandopara ofereeras

mesmas oportunidadesaos meuspróprios lhos. Muito obrigado por tudo.

Outra pessoa mais do que espeial é a minha melhor amiga, a ompanheira da minha

vida, a minha maninha. Ela sempre me aompanhou, resemos juntos fazendo muita

ba-gunça,aprendendojuntos,brigandoalgumasvezes(oisadopassado)eamadureemosjuntos.

Sempre estivemospresentesumparaooutroe semprepreparadosparaajudar (mesmoquea

milhares de quilmetros). Algumas vezes hegamos até a superar grandes desaos para nos

enontrar. Obrigado por sempre me ouvirquando eu preisava falar,por estar ao meu lado

mesmo quandoeu nada queriafalar,por sempreme entender e meonheer omoninguém.

Agradeço também a todaa minha família por todos osmomentos de desontração epor

mostrarem a importânia de uma família unida e a sua força em ajudar nos momentos de

diuldade. Famíliaquemostrouomolotarumauditóriodeformaturaefazermuitobarulho.

Obrigadotambématodososamigosomquemnessesanosmuitodivertiemfestas,barese

shows. Quemesuportaramnospouquíssimosmomentos queexagerei levementeno onsumo

de bebidas aloólias. Aos olegas de mestrado que sempre juntos disutíamos trabalhos,

opinaram sobre possíveis soluções, auxiliaram na resolução de problemas de trabalhos e até

algumasvezesassumiramapartenaldetrabalhosenquantoeufreqüentavaimportantíssimas

onferênias de eonomia em Salvador. Um agradeimento espeial também ao professor

1 Introdução 1

1.1 Publiar/Assinar- Fundamentos . . . 3

1.2 Caraterização do Problema . . . 6

1.3 Utilizando aMobilidade . . . 7

1.4 Organização doTexto . . . 7

2 Trabalhos Relaionados 8 2.1 RedesCabeadas. . . 8

2.2 RedesSemFio . . . 10

2.3 RedesMóveis Ad Ho . . . 11

2.4 Comparação oma ArquiteturaProposta . . . 12

3 Solução Proposta 13 3.1 ConsideraçõesIniiais . . . 13

3.2 Arquitetura . . . 14

3.3 BuerdePubliações. . . 16

3.4 Tabela de Assinaturas . . . 17

3.5 Protoolo . . . 18

4 Experimentos 22 4.1 DesriçãodoCenário Simulado . . . 22

4.2 Métriase Fases deExperimentação . . . 24

4.3 Calibragemde Parâmetros . . . 25

4.3.1 Buerde Publiações . . . 25

4.3.2 Tabelade Assinaturas . . . 27

4.4 Análisede Desempenho . . . 32

4.4.1 Variando aIntensidade de Movimentação . . . 35

5 Considerações Finais 38 5.1 Contribuições doTrabalho . . . 38

5.2 TrabalhosFuturos . . . 39

4.1 Resultados dosexperimentos dealibragem doBuerde Publiações . . . 28

4.2 Resultados dos experimentos de alibragem da Tabela de Assinaturas para

dife-rentes

A

ttl

. . . 29

4.3 Resultados dos experimentos de alibragem da Tabela de Assinaturas para

dife-rentes

A

prob

. . . 30

4.4 Resultados dosexperimentos dasolução baseada no Gossip . . . 33

4.5 Resultados dos experimentos da PSAMANET para diferentes valores de pausa

4.1 Parâmetros doNS-2 . . . 23

4.2 Parâmetros paraomodelode movimentação Random Waypoint . . . 24

4.3 Congurações dopar

(

BP

tam

, BP

max

)

. . . 26

4.4 Congurações daPSAMANET onsideradas paraa Análisede Desempenho . . . 31

3.1 Reeberuma mensagem . . . 18

3.2 Tratar assinatura . . . 19

3.3 Tratar publiação . . . 20

3.4 Pararde mover . . . 20

Introdução

É evidente a resente popularização do uso de dispositivos omputaionais portáteis omo

notebooks,elulares e PDAs- abreviaturadoinglêsPersonal DigitalAssistants -onheidos

omoPalmtops ouomputadoresdemão. Alémdoresimentodesuautilização,atenologia

relaionada aessetipodedispositivovemsedesenvolvendorapidamente,levandoaaparelhos

adavezmaispoderososemdiversosaspetos: proessamento,memória,apaidadede

arma-zenamento,display,usabilidade elargurade banda. Dessaforma,umanova gamade serviços

e apliações tornaram-se possíveisprinipalmente quando ombinados om amobilidade dos

usuários e suasloalizações.

Juntamente omoavançotenológiodosdispositivos,diversasinterfaesdeomuniação

sem ovêmsedesenvolvendo,muitasvezesomobjetivosdistintos. Porexemplo,Bluetooth,

Wi-Fi e WiMax são projetadas para onetar dispositivos em esferas diferentes, pessoal, de

umedifíioedeumaidade,respetivamente. Cadaumadessasinterfaesfoa-seemdesaos

espeíosparaada umdessesenários.

Existemduasformasdeonetar dispositivosqueutilizaminterfaesdeomuniaçãosem

o: infra-estruturada e ad ho. A primeira é onde ada dispositivo utiliza seu rádio para

omuniar om um ponto de aessoque fornee uma infra-estrutura responsável pela

omu-niação entre eles próprios e até mesmo entre o dispositivo sem o e a uma rede abeada.

Essa forma deaessoé a quetem sidomaisutilizada ultimamente pois possibilita a onexão

imediata desses dispositivos om a Internet ou outras redes já onsolidadas. Um exemplo

desse modelo de omuniação é a rede de elulares onde ada aparelho oneta-se om uma

antenaqueentão, por umaredeabeada (eoauxílio de outrasantenas),oneta a umoutro

aparelho, à rededetelefonia xaou atéàInternet.

Aoutramaneiradeonetaressesdispositivoséatravésdeomuniaçõesentreospróprios

dispositivos. Na omuniação ad ho não existe qualquer infra-estrutura que auxilie esse

proesso. Essa forma de omuniação é muito mais omplexa, pois a tarefa de onetar

remetente e destinatário torna-se difíil dado que muitas vezes eles não estão próximos o

suiente paraseomuniarem utilizandoapenasosseus rádios.

Diversos desaos surgem em redes ad ho e várias propostas vêm sendo desenvolvidas.

esala-bilidade, restriçõesdeenergia,segurança etopologia extremamentedinâmia. Esalabilidade

está relaionada a diuldade no desenvolvimento de soluções que sejam esaláveis para um

grandenúmerodeusuáriosespalhadosporumagrandeáreafísia,enárioomumaapliações

que utilizamessetipode dispositivo. Por seremportáteis edesonetados defontesexternas

de energia, os dispositivos móveis utilizados normalmente ontam apenas om a bateria

in-terna e,portanto,propostas paraesse ambiente devemprourareonomizar energia. Comoo

meio deomuniação utilizado éaberto(nãorestrito aos),a segurançaé umaquestão

om-plexa quandoinformaçõesrítiasousigilosaspreisamserenviadas. Ograndedinamismoda

topologia estáligadoàmobilidade dosusuáriosquearregamosdispositivosoqueinviabiliza

amanutenção derotasestátiasomoéfeitoemredesxas. Outrodesaoaindaéodeomo

riar apliaçõesquepermitamaosdispositivosmudaremasinterfaesdeomuniaçãosemo

sem afetar oseufunionamento.

Todosesses desaos questionam a apliabilidade de paradigmas de omuniação omo o

baseado na arquitetura TCP/IP.Omeanismo de omuniação via endereços xose através

do estabeleimento de onexões robustas não é a melhor opção para um enário onde esses

endereços não ajudam na loalização dos usuários e a onetividade deles é extremamente

intermitente.

Diante disso, um paradigma de omuniação hama a atenção. O paradigma

Publi-ar/Assinar(P/A)utilizaummeanismodiferente deomuniação dotradiionalremetente/

destinatário. Nesseparadigma, a omuniação é feita baseada emaraterístias da própria

informaçãoenviada. Osusuáriosinformamaosistemaotipodeinformaçãoquetêminteresse

e entãoquandoumanovainformaçãoéproduzidaeenviada aosistema,esseseresponsabiliza

por enontrar os interessados e entregá-la a eles. Um exemplo de um serviço que utiliza o

paradigmaP/Aéodeumhospitalondemédiosinformamaosistemaospaientespelosquais

são responsáveis eentãomudanças perebidas por monitores desinais vitaisdessespaientes

podemserenaminhadas aosrespetivosmédios.

Essetipodeomuniação setorna bastanteatraentepararedesmóveis adho(em inglês

Mobile Ad ho Networks -MANETs)pois aspartesenvolvidas naomuniaçãonão preisam

seonheeremenemmesmoestaremonetadosnomesmoinstante. Dessaforma,problemas

omo o de endereçamento e de onexão intermitente podem ser tratados mais failmente.

PorémodesenvolvimentodeumaarquiteturaP/AemumaMANETdevesoluionarodesao

de enontrar osusuários interessados. Esse problema é omplexo já que não existe qualquer

infra-estrutura quefailiteesseproesso. Portanto,osnóspreisamagirdeformaooperativa

para queaspubliaçõesalanem osnósinteressados.

Estetrabalhopropõeumaarquiteturapubliar/assinarpara redesmóveisadhoquevisa

utilizar a mobilidade inerente a esse tipo de redepara realizar a tarefa de levar informações

aos usuáriosinteressados. Aarquitetura proposta, hamada de PSAMANET,foiprojetada para

apliaçõesassínronasquesuportam longos atrasosomoorreioeletrnio, sinronizaçãode

bano de dados e alguns tipos de serviçosde notiação. A proposta visa fazer om que os

A próxima seção introduz os oneitos importantes sobre o paradigma Publiar/Assinar

queserão utilizadosnestetexto. ASeção1.2apresenta umadenição detalhadado problema

abordado. Aimportâniadautilizaçãodamobilidade emsoluçõespararedesmóveisadhoé

desrita naSeção1.3e,nalmente, naseção seguinteé apresentadoomo orestantedotexto

está organizado.

1.1 Publiar/Assinar - Fundamentos

Nesta seção serão apresentados diversos oneitos fundamentais do paradigma

Publi-ar/Assinar. Alguns termossãotratados dediferentes formasnaliteratura, e estaseção visa

denir omo esses termos serão onsiderados no restante do trabalho evitando assim

qual-quer ambigüidade. Os oneitos foram agrupados emino onjuntos diferentes: entidadese

mensagens, serviçode notiação, estruturas, dimensõesde desassoiação e expressividade.

Entidades e mensagens

Oparadigma Publiar/Assinartrata-sede umparadigma deomuniação no qualatroade

mensagens é feita baseada no asamento entre seuonteúdo e o interesse de usuários

one-tados ao sistema. A infra-estrutura responsável por prover os meanismos que possibilitam

essa forma deomuniação éhamada dearquitetura Publiar/Assinar.

Aspartesenvolvidasnaomuniaçãoreebemdiferentesnomes. Oremetenteéusualmente

hamado de publiador ou produtor de informação, enquanto o destinatário é onheido

omo assinante ou onsumidor de informação. O ato do produtor enviar ao sistema a

informaçãoproduzidaéhamadodepubliar,eoobjetopubliação. Aação deumusuário

informar ao sistemaseuinteresseé hamadade assinar,e oobjeto assinatura.

Alémdosdoistiposfundamentaisdemensagens,publiaçõeseassinaturas,existemoutros

tiposde mensagem que normalmente sãousados para melhorar o desempenho dos sistemas.

Omaisomumdessestiposdemensagenséoanúnio. Umanúnioéumamensagemenviada

pelospubliadores que informaao sistemaotipode informaçãoqueeleenviaráfuturamente.

Arquiteturas queutilizam anúnio podem tanto limitaros produtores a publiarem somente

informaçõesque foram anuniadas, ou simplesmenteutilizar oanúnio omouma indiação.

Eles normalmente são utilizados para riar árvores de roteamento entre o publiador e os

assinantesantesmesmo doenvio depubliações.

Para algumas formas de se denir assinaturas é possível utilizar ltros para melhor

de-nir o interesse dos usuários. Um filtro é simplesmente um onjunto de restrições onde

publiaçõespodem ou não atendê-las. Usualmente, esses ltrossão intervalos de valores

de-nidos através de operadoresomuns (porexemplo,

=

,

6

=

,

<

,

>

,

≤

,

≥

) quepodemaindaser

ombinadas logiamente (por exemplo, e, ou). Esses ltros podem tanto ser o onteúdo de

assinaturas quanto podemser usadospara tornarmaiseienteosalgoritmos deroteamento

de publiações eassinaturas.

asem om alguma dasassinaturas, tambémasem omo ltro. Éimportante ressaltar que

existem publiaçõesqueasam om oltro porém não asam omnenhumadasassinaturas.

Se não existir publiação que ase om o ltro e não ase om nenhuma assinatura, essa

junção é hamada de junção perfeita. Junções podem agrupar também ltros, ontanto

que o ltro originado satisfaça a ondição de asar om qualquer publiação que os ltros

unidos asem. A importânia de junções se deve à possibilidade de diminuir o número de

veriaçõesseumapubliação asaomas assinaturasemumnó da rede. Um ltroque éo

resultado dajunção de diversasassinaturaspodedispensar aneessidade de veriarseada

uma delasasa omumapubliação, quando apubliação nãoase omo ltro.

Serviço de Notiação

Um serviço de notifiação, ou serviço de notifiação de eventos trata de um

sis-tema que provê aosseus usuários a funionalidade de poderem publiar informações (geram

eventos) e de requisitar por informações (assinar). Temos que um eventoé simplesmentea

informação produzida, enquanto notifiar é o ato(o objeto é notifiação) da entrega da

informação ao onsumidor interessado.

Para forneer essas funionalidades aosseus usuários, o serviço de notiaçãofaz usode

umaarquiteturaPubliar/Assinarresponsávelpelosprotoolos deomuniação epolítiasde

armazenamento e organização de assinaturas e publiações. Este trabalho tem omo

obje-tivo propor de uma arquitetura Publiar/Assinar, pois, omo será disutido no Capítulo 3,

onsideraçõesimportantes paraumompleto serviçode notiação nãoforam tratadas.

Carzaniga etal. (2001 ) identiam as duas atividades básias de um serviço de

notia-ção: seleçãoe entregade notiações. Oprimeiro,a seleção de notifiações,onsiste na

tarefa de enontrar asassinaturas que asam o interesse do usuário om o onteúdo de uma

publiação reebida pelo sistema. Dessa forma uma notiação é gerada e então é

neessá-rio realizar a segunda atividade, entrega de notifiações, que é a ação de enaminhar a

notiação geradaaosrespetivosassinantes.

Estruturas

UmaestruturamuitoutilizadaemarquiteturasP/Aéadeumbroker. Umbroker éum

aglo-merado de dispositivos omputaionais que é utilizado para reeber, armazenar e organizar

asassinaturasenviadasporusuários. Alémdisso,ospubliadores enviamsuaspubliaçõesao

sistema através dobroker, que tementãoa responsabilidade de enontrar asassinaturas que

asam omessa publiação, gerar as devidasnotiações e entregar aos respetivos

assinan-tes. Usualmente, o broker é formado por omputadores om mais reursos, dado que ele é

enarregado dasatividadesmaisomplexas dosistema.

Conheidosna literaturaomoRendezvous Points(emportuguês,Pontosde Enontro),

esses são loais onde assinaturas e publiações se enontram. Muitas arquiteturas utilizam

Dimensões de Desassoiação

Uma outra araterístiaque diferenia oparadigma P/A dosdemais é suastrês dimensões

de desassoiação(Eugsteret al.,2003 ): temporal, espaial esínrona.

A desassoiação temporal aontee devido à não obrigação de manter as duas partes

de umaomuniação (remetenteedestinatário) on-lineaomesmotempo. Em P/Aé possível

que o produtor envie sua mensagem ao sistema em um momento em que o onsumidor não

está onetado. Quando um onsumidor interessado se onetar, o sistema identiará um

asamento entre o interesse desse e a informação publiada anteriormente. Então, nesse

momento, uma notiação é gerada eentregue aesse onsumidor,mesmo que o produtorjá

tenha sedesonetado.

Além disso,produtores e onsumidoresnão preisam seonheer parase omuniar,essa

é a desassoiação espaial. Diferentemente de outros paradigmas tradiionais onde o

re-metentedeveonheeroendereçododestinatário, emP/Aoprodutorsimplesmentesubmete

a mensagem ao sistema e esse se enarregará de enontrar os onsumidores interessados e

entregar a eles amensagem enviada.

Ainda temosa desassoiação sínronaque trata-se do fatodas partes envolvidas não

preisarem pararem suas atividades aguardando por respostas da outraparte para terminar

o proesso de omuniação. Issoquer dizer queo uxode onsumo não depende do uxode

produção de informação. A ordenação dos uxos pode tanto ser feita pelo próprio sistema

P/A ou pela apliação.

Essastrês dimensõesde desassoiaçãopermitemaosprojetistasdesenvolveremapliações

onde a omuniação entre entidadesé muito mais exível do que a tradiional omuniação

remetente/destinatário.

Expressividade

A maneira omo asassinaturassão relaionadasàspubliaçõesé fundamental paradenir o

poderdeexpressividadedoserviçodenotiaçãoenvolvido. Aexpressividadedeumserviço

de notiação é a apaidade de desrever om preisão o interesse dos usuários através de

assinaturas. Asdiversasmaneirasexistentes podemserdividas emtrêsgrupos: baseadas em

tópios (ou assuntos),baseadas em tipose baseadas emonteúdo.

Serviçosdenotiaçãoomassinaturasbaseadas em tópiossãoosmaissimpleseneles

ada publiação é de um tópio e os onsumidores requisitam publiações através de uma

assinatura para ada um dos tópios de seuinteresse. É possível fazer omque publiações

sejam de mais de um tópio, porém a arquitetura desse serviços de notiação será mais

omplexa paratratar esse meanismo.

O funionamento de assinaturas baseadas em tipos é semelhante ao das baseadas em

tópios. Entretanto, tipos podem formar uma hierarquia onde um tipo (por exemplo,

Es-portes) pode ter diversos subtipos (por exemplo, Futebol, Basquete, Natação), que também

deumaassinatura,elereeberáqualquerpubliaçãoenviadaaosistemaquesejadessetipoou

de qualquer tipo de sua subárvore. Por exemplo, uma assinatura parao tipo Futebol asará

om publiaçõesdesse tipo oudo tipo Futebol deSalão,Futebol de Campo,et.

Os serviços de notiação baseados em onteúdo possibilitam aos usuários que

desre-vamseuinteressebaseadoempropriedadesdasinformaçõesquedesejam. Diferentementedas

outras formas, esse meanismo não limita o usuário a denir suas assinaturas através de

es-truturaspreviamente denidasporoutros(omotópiosetipos). Aformaomooonteúdoé

tratadodependemuitodaprópriaestruturadapubliação. Serviçosdessegruponormalmente

utilizam publiações que são organizadas em ampose as assinaturas denem intervalos ou

onjuntos de valoresparaesses amposparadesrevero interesse dosusuários. Essas

restri-ções, omo nos ltros, podem ser ombinadas om operadores lógios (por exemplo, e, ou)

aumentandoaindamaiso poderde expressãodesse modelode assinaturas.

Assinaturas baseadas em tipos e onteúdos podem utilizar ltros para melhor expressar

o interesse de seus usuários, porém as baseadas em tópios não podem pois a únia junção

possívelseria a de ombinações lógias das assinaturas que é exatamente o mesmo trabalho

de veriar todasasassinaturas.

Portanto,osprojetistasdevemonsiderarotrade-o entreexpressividadeeomplexidade

dessas diferentes formas de denir assinaturas. Os serviços baseados em tópios, apesar de

restringiremmuitoaexpressividade,possibilitamodesenvolvimento dearquiteturas

extrema-menteeientes. Osquesãobaseados emtipojápossuemumpodermaior deexpressividade

atravésda hierarquiade tipose,no entanto, não possuemomplexidade muito superior ada

baseada em tópios. Somente osbaseados em onteúdo possibilitam a denição do interesse

dos usuários de uma forma não estátia. Entretanto, essas são de maior omplexidade para

serem tratadas,o queaarreta emumaltousto omputaional.

1.2 Caraterização do Problema

A motivaçãodestetrabalho éa utilizaçãodoparadigmapubliar/assinaremredes móveisad

hoomoumasoluçãoparaosdiversosdesaospresentesnessetipoderede. Carzaniga etal.

(2001 ) identiam as duasatividades básias para serviços de notiação: seleção da

noti-ação eentrega danotiação.

No modelo de rede tratado o maior desao é o de entregar as publiações aos usuários

interessados. Adiuldadenarealização dessaatividade deve-seao fatode,devido àfaltade

umainfra-estrutura prévia, nãoexistirumaentidade entral apazdeauxiliarpubliadores e

nós intermediários a enontrar osnósinteressados. Atémesmoa denição de umaestrutura

distribuídaestávelosuienteparaqueaspubliaçõessejamenaminhadasorretamenteaos

assinantesinteressadosé difíilpoisa topologia daredeestá onstantemente semodiando.

Portanto, o problema aqui abordado é o de omo, em uma rede móvel ad ho, levar as

publiações aos usuários interessados sem utilizar qualquer estrutura que neessite

1.3 Utilizando a Mobilidade

A mobilidade é uma araterístia importante em redes móveis ad ho. Ela faz om que a

topologia da rede sofra onstantes modiações tornando nós muitas vezes até inaessíveis.

Poréma mobilidade tambémpodeserutilizada nodesenvolvimento desoluçõesnessasredes.

Grossglausere Tse (2002 ) fazem um detalhado estudo teório e empírio de omo a

mo-bilidade aumenta a apaidade de redes sem o ad ho. Esse trabalho baseia-se no oneito

de queessasredessãolimitadasporinterferêniasmútuas ausadasportransmissões

onor-rentes. Grossglauseretal. avaliam essa apaidade baseando-se nothroughput em diferentes

modelosde redes semo.

Emredes ondeosnóssãoxos,osresultadosemGupta(2000 )mostram queothroughput

diminui aproximadamente na proporção

1

/

√

n

(onde

n

é o número de nós por unidade de

área, densidade). Dessaforma,paravaloresgrandes de

n

,o throughput tendeazero.

O trabalho de Gupta et al. (Gupta , 2000) onsidera redes sem o xas. Quando a

mobilidade éadiionada o trabalho de Grossglauseretal. (Grossglausere Tse , 2002 ) mostra

que o omportamento é diferente. Porém, eles mostram que aso não sejam utilizados nós

intermediários (nós só se omuniam em algum momento que a origem e o destino estão

próximos), o throughput também tendea zero.

Entretanto,asosejamutilizadosnósintermediários(notrabalhoémenionadoqueapenas

umnóintermediárioéneessário), othroughput mantém-se onstante,independentementedo

aumento do valor de

n

.

Esseéumimportanteresultadopoisfoimostradoqueamobilidadeajudanaesalabilidade

emredes semoadho. Mesmoparaumnúmero maiorde nós,othroughput émantido aso

sejam utilizadosnós intermediários paraaomuniação entre aorigem e odestino.

A arquitetura proposta neste trabalho de dissertação utiliza a mobilidade para que

pu-bliações alanem todos os nós interessados em seu onteúdo. São utilizados também nós

intermediários entreopubliador eoassinanteparaaumentar aprobabilidade deuma

publi-ação hegar auminteressado e tornar aarquitetura esalável.

1.4 Organização do Texto

Esse apítulo introduziu o problema tratado, desreveu superialmente a solução proposta

e deniu termos que serão utilizado por todo o texto. No Capítulo 2 são apresentados os

trabalhos propostos na literatura relaionados ao onteúdo desse trabalho. A arquitetura

proposta e todososseus detalhessão desritosno Capítulo 3. No Capítulo 4 sãodesritosa

preparação,exeuçãoeresultadosdosexperimentosrealizadosparaavalidaçãodaarquitetura.

Trabalhos Relaionados

O paradigma Publiar/Assinar já foi extensivamente estudado nos mais diversos enários,

paradiferentesapliaçõesediferentesmodelosderede. Esseapítulovisaanalisaraevolução

dostrabalhossobreoparadigma P/A.Para isso,ostrabalhos serãoagrupadosemtrêsseções

de aordo omomodelode redeao qualseapliam.

O primeiro ambiente para o qual esse paradigma foi projetado é o de redes abeadas

ompostas por nósxos e normalmente sem restriçõesde proessamento, memória e largura

de banda. Nesseenário, diversosoneitos fundamentais foram desenvolvidos e foinele que

os primeiros sistemas e apliações surgiram, alguns deles são desritos na Seção 2.1. Redes

que seguem esse modelosãonormalmente ompostas por omputadores de grande porte que

formamobroker daarquiteturaeporterminaisumpouomenospoderososomopubliadores

e/ou assinantes.

NaSeção2.2sãodesritostrabalhosquepassaramaabordarasdiuldadesdeseutilizar

o paradigma P/A em redes sem o. A maior diferença é que, agora, existem pelo menos

alguns nósna redequepossuemrestriçõesmaisseverasdeproessamento,memória elargura

de banda. Além disso, os nós que se omuniam via o meio sem o apresentam também

problemasdedesonexãoonstantes,devidoainterferênias,estarforadealanedequalquer

ponto de aesso, et. Dispositivos omputaionais omuns a esse ambiente são semelhantes

aos de redes abeadas, porém agora, existem outros tipos de publiadores e assinantes que

utilizam dispositivosomo notebooks, PDAs e elulares que seomuniam via meio sem o

(por exemplo,Wi-Fi, WiMax, Bluetooth).

Emummodeloomaindamaisrestrições,aSeção2.3obreostrabalhosqueapliamP/A

em redes móveis ad ho. Nessas redes,os nósenvolvidos podemse movimentar e não existe

nenhuma infra-estrutura previamentedisponível. Essasredes são ompostas uniamentepor

dispositivoslimitadosomo PDAse elulares ouaté omrestriçõesmaiores,omo sensores.

2.1 Redes Cabeadas

O primeiro trabalho a introduzir osoneitos de Publiar/Assinar foi a proposta de

semelhantesasde publiareassinar. Além dissojámostraomo épossívelatingir as

dimen-sõesdedesassoiaçãotemporaleespaialapesardeaindanãoserpossívelobterdesassoiação

sínrona dado que o proesso de leitura (assinatura) é bloante até que umasamento seja

enontrado.

Eugster etal. (2003 ) apresentam um trabalho detalhado sobre os diversos empregos do

paradigmaPubliar/Assinarnaliteratura. Esseestudoanalisaosdiversostrabalhosda

litera-turabaseando-senautilizaçãodastrêsdimensõesdedesassoiaçãomenionadasnaSeção1.1:

temporal, espaial e sínrona. Esse trabalho, ainda, disorre sobre as diversas variações de

arquiteturas P/A(i.e.,formadeomuniação,expressividade)esobrequestõesde

implemen-tação.

Carzaniga etal. (2001 ) desenvolveram um sistema detalhado de notiação de eventos

que é esalável paragrandes áreas om um grande número de usuários. Nessetrabalho eles

desrevem o projeto e a análise do sistema que desenvolveram, hamado de Siena. Dado o

alto níveldedetalhamento do sistemadesenvolvido, esse trabalho é umaexelentereferênia

paraentendertodososprinípiosefundamentosdoparadigma Publiar/Assinar. Otrabalho

identia asduasprinipaisatividades de umsistemadesse tipo: seleção da notiação, que

envolve o proesso de enontrar as assinaturas que asam om uma publiação submetida

ao sistema; e entrega da notiação, que é todo o proesso de enaminhar a notiação

gerada por um asamento para o respetivo assinante. Portanto, o trabalho vai desde a

denição deumalinguagem paraespeiaçãodeassinaturase publiaçõesatéosalgoritmos

deroteamentoparaentregadanotiação. Otrabalhotambémmostraomoutilizaranúnios

(veja Seção 1.1 ) para otimizar o funionamento do sistema. Eles são utilizados para que

assinaturas sejam propagadas apenas para nósque demonstraram, através de anúnios, que

podemenviar publiações que asam om essas assinaturas. Várias outras onsiderações de

otimizações, tantoparameanismosdeseleçãoquanto deentregade notiação,sãotratadas

nesse trabalho.

Cabreraetal. (2001 ) apresentam uma proposta, hamada de Herald, que visa utilizar o

suesso da Internet e da Web para servir de base para o desenvolvimento de umserviço de

notiação para seter umaesalabilidade suiente e suportar um grandenúmero de

publi-adores e assinantes mantendo boastaxas de entrega. O sistemaé baseado na utilização de

RendezvousPoints quesãoloaisondeassinantespodemseinsreverepubliadoressubmeter

suas publiações. Todas aspubliações enviadas a umRendezvous Point são enaminhadas

a todos osassinantes que se insreveram nele. Portanto, esse trabalho não sepreoupa om

ltros, anúnios ou mesmoom assinaturas pariais. O objetivo dosautores é simplesmente

denir e analisar uma estrutura apaz de tratar o trabalho de direionar as publiações aos

respetivos assinantes utilizando polítiasde tolerânia a falhas,esalabilidade e entrega

rá-pida.

Nos trabalhos de Rowstronetal. (2001 ) e Castroetal. (2002 ), é desrita uma

infra-estrutura de notiação de eventos amplamente esalável. Essa infra-estrutura, hamada

tópio. O Sribe é desenvolvido a partir de um sistema denominado de Pastry. O Pastry

é um sistema par-a-par esalável e auto-organizável e, além disso, é uma amada de

rotea-mento omboas propriedadesde loalidade 1

. Como o Herald,o Sribe é desenvolvido om

a preoupação de tratar diversos problemas que possam aonteer (por exemplo,

desone-tividade, ordenação de entrega) através de algumas polítias de tolerânia a falhas. Outra

semelhança om o Herald é a utilização de Rendezvous Points, porém, diferentemente dele,

uma publiação quando hega a algum desses pontos é direionada apenas a assinantes do

tópio da publiação. Ou seja, um Rendezvous Point pode ser responsável por maisde um

tópio. Entretanto, o Sribe não possuihierarquia de tópios ou qualquer meanismo para

junção de assinaturas.

Existem diversos outros trabalhos que utilizam o paradigma Publiar/Assinar em redes

xas(Terpstra etal. ,2003;Mühl,2001 ;Gruberetal. ,1999 )porémosdesaosesoluçõesmais

omuns nesse ambiente foram desritosaima.

2.2 Redes Sem Fio

A adequada apliação dearquiteturas Publiar/Assinar emredes sem o requerumuidado

espeial para lidar om os novos desaos existentes neste enário. Neste modelo de rede,

dispositivos quese omuniam pelo meio sem o sofremperíodosmaiores e maisfreqüentes

dedesonexão,sejaporumeventualmomento deinterferêniaouporestarforadoalanede

qualquer ponto de aesso. Além disso,muitas vezes essesnósqueestãoforada redeabeada

podemsemovere troarem de ponto de aesso.

Cugolae Jaobsen(2002 )mostram queousodeummiddleware deomuniaçãobaseado

no paradigma Publiar/Assinar pode ser a solução para os diversos desaos existentes no

ambiente móvel sem o. Os autores mostraram omoutilizar asdimensões de desassoiação

temporal e espaial para lidar om problemas omo onexão intermitente e diuldade de

endereçamento.

Asprimeiras propostas pararedes semo visavamutilizar soluções existentes pararedes

abeadasetratarlientesqueseonetamviapontosdeaessosaosistema(Caporusio etal.,

2003 ; Fiegeetal.,2003 ; Huang e Garia-Molina ,2004 ). Caporusioetal. (2003 )

desenvolve-ram uma arquiteturagenéria queprovê métodos paragarantir que lientesmóveis reebam

suas notiações e que as reebam apenas uma vez. A arquitetura proposta utiliza uma

ar-quitetura Publiar/Assinar já desenvolvida para redes abeadas paraarmazenar e organizar

assinaturas e publiações(realizando asatividadesde seleção e entrega de notiações). Ela

é genériapoisa intenção dosautores é queasua adaptaçãoparaqualquer arquitetura para

redes abeadasna parte estruturada seja direta, ou om mínimo trabalho. Os autores

utili-zam proxies, loalizados em ada ponto de aesso, para armazenar notiações que hegam

1

Loalidadeéaaraterístiadeumalgoritmorotearmensagensonsiderandoumamétriadeproximidade

(porexemplo,distâniafísia,númerodehops). OPastrypossuiduasimportantespropriedadesdeloalidade

que sãodequeoaminhototalperorridoédenomáximo66%superioràdistâniaentredoisnós,eque o

a lientes que estão desonetados para quando se onetarem novamente poderem reeber

devidamente essas notiações. A arquitetura também trata o proesso de troa de pontos

de aessos. Nessetrabalho é apresentada a avaliação dessa arquitetura quanto à apaidade

de adaptarautilizaçãode dispositivosmóveis,a portabilidadeda arquiteturaparadiferentes

sistemas,sinronismo e avalidade do serviço paradiferentes tenologiasde redes.

Algumas propostas ressalvam que, no enário de redes sem o, a loalização do usuário

pode ser utilizada para o desenvolvimento de apliações antes impossíveis em redes xas

(Munson eGupta , 2002 ; Fiegeetal., 2003). Serviços que fazem uso desse tipo de apliação

sãoonheidosomoserviços baseado em loalização. Munsone Gupta(2002 )mostram

quaistiposde apliaçõespoderiamfazerusodenotiaçõesbaseadas emloalizaçãoe quala

diuldade dasredesatuais forneerem de formaadequada a loalizaçãode seus usuários.

Todasessas soluções sebaseiam em um modelo de rede misto, omposto tanto por uma

parte abeada robusta e por uma parte sem o onde os dispositivos apresentam diversas

restrições de onetividade, endereçamento, largura de banda e proessamento. Na seção

seguinte serão apresentadas as propostas de arquiteturas Publiar/Assinar paraum modelo

de redeompostauniamente pelaparte semo.

2.3 Redes Móveis Ad Ho

Redes Móveis Ad Ho são redes que não possuem nenhuma infra-estrutura previamente

es-tabeleidae emqueosnósqueasompõemsãomóveise seomuniamsem o. Esse tipode

rede neessita de soluções diferentes das previamente mostradas pois não é possível utilizar

sistemas desenvolvidos pararedesabeadasparalidar omasatividadesde seleçãoeentrega

de notiações.

Huang eGaria-Molina (2004 ) fazem umaextensa disussão sobre o desenvolvimento de

arquiteturas Publiar/Assinar em MANETs mostrando desde as propostas para redes xas,

passando por redes móveis que possuem uma infra-estrutura até hegar nas redes ad ho.

Na solução apresentada, são onstruídas árvores para a disseminação de publiações. Os

autores identiam que o objetivo é enontrar a árvore geradora mínima (e não árvores de

Steiner) já que é importante que todos os nós sejam alançados. Em um outro trabalho,

(Huang eGaria-Molina, 2003) desrevem detalhadamente o proesso de onstrução dessas

árvores.

Baehni etal.(2005 ) fazemusodamobilidade dosnósemMANETsparaajudar na

disse-minação de publiações. Eles desenvolveram uma arquitetura Publiar/Assinar baseada em

tópioseelafunionabaseadaemomuniaçõesonstantesomvizinhosparaidentiar

inte-ressessemelhantesenotiaçõesaindanãoreebidas. Oalgoritmoprinipalpossuiduasfases:

na primeira assinaturas sãotroadas entre vizinhos om mesmos interesses. Apósa troa de

assinaturas, aindanaprimeira fase,osnóstambémtroamosidentiadores dasnotiações

que possuem e que são de interesse de ambos. Na segunda fase, os nós veriam se existe

o vizinho que reebe poderá hear se existe algum vizinho na sua tabela que tem interesse

na nova notiação,queaindanão tenhareebidoequenão estejana listadevizinhos donó

iniial.

Algoritmos de disseminação epidêmia (Khelilet al. , 2002 ; Eugster etal. , 2004 ;

Haas etal. ,2006 )tambémpodemsersoluçõesparaadisseminaçãodepubliaçõesparatodos

osnósinteressados. Porém essassoluçõesnãotratamdevidamenteodinamismodatopologia

de MANETs.

2.4 Comparação om a Arquitetura Proposta

A solução propostanesta dissertaçãovisatambémutilizar a mobilidade paraadisseminação

de publiações pela rede. Porém, diferentemente do trabalho em Baehni etal. (2005), a

arquiteturapropostanãoneessitaqueumgrandeperentualdaredetenhainteressesomuns

e nem de umatroa onstante de mensagenspara manter atualizadas astabelas de vizinhos

existentes. A solução emHuang e Garia-Molina(2004 ) apresenta umgrande problema que

é o daneessidade de reonstruçãoontínua dasárvoresgeradoras devidoao alto dinamismo

da topologia das MANETs. Esta dissertaçãodesenvolve umaarquitetura quenão faz usode

Solução Proposta

Este trabalho propõe umaarquitetura Publiar/Assinar para MANETs, onsiderando todas

as araterístia que denem esse modelo de rede. O objetivo é ter uma arquitetura que

não só trate os desaos existentes em MANETs mas também utilize a movimentação, uma

araterístia inerente aesse modelo, paramelhorar o desempenho do sistema.

A idéia é utilizar a movimentação dos nós para auxiliar a disseminação de publiações

por toda a rede. Dessaforma, assinaturasque asam om essaspubliaçõespoderão ser

en-ontradas e, portanto, seus usuários devidamente notiados. A movimentação é utilizada

para quepubliaçõesreebidas loalmente possam serpropagadas emregiõesdistantes após

a movimentação de algum nó. Areditamos que a disseminação ao longodo aminho apesar

de ajudar a alançar nós interessados levaria a um número maior de transmissões além de

em implementações reaisfaria omque onúmero de olisões aumentasseatrapalhando a

o-muniação entre osdemais nósda rede. Com movimentação suiente, todasaspubliações

serãodistribuídasportodaaáreadarede, mesmoasmaisdistantesdopontoondeelasforam

iniialmente publiadas. O objetivo é que a movimentação atue não apenas na

dissemina-ção das publiações mas que ajude a minimizar o número de transmissões, já que essas são

muitas vezes asmaiores responsáveis pelo onsumo de energia (normalmente restrito nesses

ambientes).

3.1 Considerações Iniiais

Uma importante suposição deste trabalho é de que os nós onseguem identiar se

es-tão se movendo ou se estão parados. Existem trabalhos que disutem métodos que

pro-vêem essa funionalidade para dispositivos móveis (Oliveira etal., 2007 ; Kime Noble,2001 ;

Narasimhan e Cox. , 1999 ). Por exemplo, Oliveira etal. (2007 ) desenvolveram um meio que

atravésdaanálisedosinalquereebememseusrádios,nóspodemidentiar on-line seestão

movendo ousofrendo interferênia.

Mesmoonsiente de queaexpressividade deumserviço denotiaçãoé essenialparaa

suaapliabilidade,estetrabalhofoasomente nodesaodepropagartodasaspubliaçõesaos

de um serviço de notiaçãoé normalmente denidapelopoderde expressaro interesse dos

usuários atravésde assinaturas. Portanto, elaestá extremamente ligada à organização e

lin-guagemutilizada pelasassinaturas. Porém,oproblemadedesenvolver serviçosdenotiação

para MANETs omalto poderde expressividade ésemelhanteao problemaemredes xas,e

esse último já foiextensivamente estudado naliteratura (Demers etal. ,2006 ; Eugster etal.,

2003 ; Carzaniga etal., 2001). Com isso, este trabalho busa soluionar um problema que

neessita de propostas espeíasparaMANETs: ode disseminarpubliaçõesparaqueessas

alanem todosos usuáriosinteressados. Esse é partiularmente umgrande desaoem

MA-NETs já que nela não existe nenhuma infra-estrutura que ajude na loalização de usuários

interessados (prinipalmente aquelesforado alane donó publiador).

Devidoàformaomoamobilidadeéutilizada,aarquiteturapropostaéviávelapenaspara

apliações assínronas o suiente para suportar atrasos de entrega de dezenas de minutos.

Apesar de ser uma forte restrição, existem diversas apliações que permitem esse tipo de

atraso. Um bom exemplo é o de um serviço de notiação de um ampus que visa notiar

disentes, doentesefunionários interessadossobreinformaçõesreferentesaassuntosligados

àuniversidadeeàidade,omoagendamento deprovasetrabalhos,disponibilidadedenotas,

shows,festas, feriados,formaturas,vagasdeemprego, reuniões, aulasaneladas, et. Nesses

enários, asinformaçõespodemserentreguesomatéhorasdeatrasodesdeasuapubliação.

O modelo de rede onsiderado neste trabalho é de uma MANET omposta por nós

ho-mogêneos apazes derealizar asduasoperações: assinar epubliar. Os nóssãoonsiderados

homogêneos no sentido que todos são móveis e todos apresentam as mesmas restrições. As

restrições onsideradas são moderadas, onde todos nósestão sujeitos a períodos de

desone-xão (quandoestão longedo alane dequalquer outronó) e possuemrestriçõesde energia (e

porissotransmissõesexessivasdevemserevitadas),porém,osnóspossuemumaapaidade

de armazenamento suiente paraguardarpubliaçõesantigas. A solução proposta podeser

diretamente apliada em um enário om nós heterogéneos desde que os nós mais restritos

não ofereçamrestriçõesmais severas do queasaquiidentiadas.

3.2 Arquitetura

Este trabalho apresenta uma arquitetura Publiar/Assinar baseada em onteúdo para

MA-NETs hamadade PSAMANET(abreviaçãodo inglêsPublish/Subsribe Arhiteture for Mobile

AdHo Networks). A PSAMANETébaseada emonteúdopoisassinaturasdesrevemomo

deve ser o onteúdo das publiaçõesque interessam aosseus usuários. Além disso, as

publi-açõessão organizadas de uma maneira que o seu onteúdo pode failmente ser omparado

às deniçõesdas assinaturas. Como a expressividadenão é o foodeste trabalho, utilizamos

um modelode assinaturase publiaçõesextremamente simples.

Publiações sãosimplesnúmerosreais não negativos elimitados a um valor máximo de

publiação

R

. Assinaturas, então, denem o interesse dosusuários através de intervalos de

quesãosimplesnúmeros. Porém,aarquiteturapropostapodeserestendidaparaoutrostipos

dedadosdesdequeoprojetistasepreoupeomaoperaçãodeveriaçãodeasamentoentre

osnovostiposdeassinaturas epubliações.

Publiações e assinaturas são identiadas pela ombinação de dois identiadores. Em

ada nó, as assinaturas e publiações riadas por ele são identiadas ada uma por um

ontadordistinto(

a

id

,

p

id

). Eainda,paraadistinçãodessasemoutrosnósdarede,éutilizado

também oidentiador do nó,

n

id

. Portanto, umapubliaçãoé identiada na redepelopar

identiador do nó de origem e identiador da publiação,

(

n

id

, p

id

)

. Uma assinatura é

identiada pelopar identiadordo nóde origeme identiador da assinatura,

(

n

id

, a

id

)

.

Assinaturas podem ser de dois tipos: loais ou estrangeiras. Uma assinatura loal

é uma assinatura que dene um interesse do nó que a armazena. E uma assinatura

estrangei-ra é uma assinatura que dene o interesse de um nó diferente do que o que a

estáarmazenando. Portantoumaassinaturaéloalouestrangeiradependendodesuaorigem

e deonde está armazenada. Umaassinatura loala umnóé estrangeiraparaqualqueroutro

nó que a reeba e a armazene. É importante distinguir esses dois tipos de assinaturas pois

eles serão tratadasdiferentementepelaPSAMANET.

Assinaturassãoenviadasemdoismomentosdistintosepubliaçõesemquatro. Assinaturas

são enviadasa vizinhos (i) quando sãoriadas e (ii)todas asvezes queum nó,apóster se

movido,pára. Publiaçõessãopropagadas (i)quandosãoriadas,(ii)apósamovimentação

do nó (também após ele parar de se movimentar), (iii) quando o nó tem uma publiação

ujo onteúdoaseomumanovaassinatura reebidae(iv)quandoumnóreebeumanova

publiação ujo onteúdo asaom algumaassinatura armazenada, ainda válida.

Então, umapubliação podeperorrera redenosseguintes passos:

•

Primeiramente, elaé propagadapelopróprio nó publiador.

•

Emseguida,todososvizinhosquereebemapubliaçãoaarmazenameveriamseeles

possuem alguma assinatura que gera um asamento om a publiação reebida. Caso

algum asamento sejaidentiado,a publiaçãoé imediatamente propagada.

•

Quandoalgum dessesvizinhossemover,logoqueeles pararem,apubliaçãoserá

nova-mente propagada, agoranumaregião diferente darede.

Dessa forma, a movimentação dos nós ajuda na disseminação da publiação por toda a

rede eainda utilizando pouastransmissões(ela não épropagada hop ahop).

Nasduasseções,aseguir,serãodesritasduasimportantesestruturasutilizadaspela

PSA-MANET. Umaé responsávelpeloarmazenamento e organização daspubliações enquanto a

outra das assinaturas. Na Seção 3.5 será apresentado o protoolo que desreve o

3.3 Buer de Publiações

O Buffer de Publiações é a estrutura utilizada para armazenar publiações reebidas.

Cada nó tem seu próprio Buer de Publiações e todas as publiações inéditas quehegam

ao nó sãoadiionadas aele.

Odesempenho da PSAMANET depende da sua habilidade de fazer om que nós

propa-guem publiações reebidas loalmente em uma região diferente da rede. Para isso, é

im-portante então que os nóspossam armazenar publiações reebidas para que após moverem

possamretransmití-las.

O Buer de Publiações tem tamanho restrito devido à apaidade de armazenamento

que os dispositivos omputaionais tratados neste trabalho normalmente possuem. Ele se

omporta omo uma la enadeada seguindo a polítia de substituição FIFO, ou seja, aso

uma nova publiação sejaadiionada e o buerjá esteja lotado, a publiaçãomais antiga (a

primeira a hegar) é retirada e a nova é adiionada no nal da la. Portanto, onsiderando

que o Buer de Publiações é limitado à

BP

tam

publiações, ele armazena as

BP

tam

mais

reentes publiações reebidas por um nó. Polítias diferentes de substituição poderiamser

utilizadas(omo LRUe LFU)busandomelhorataxa deasamento obtidapelaarquitetura.

Porém,nessetrabalhoonsideramosumenárioondeaspubliaçõessãohomogêneaspoissão

do interesse do mesmo perentual de nós e têm a mesma prioridade. Portanto, a polítia

FIFOéa maisadequada porquepermitequeaspubliaçõespermaneçamnoBuera mesma

quantidadede tempo.

OBuerde Publiaçõesé aessadoquandonovaspubliaçõessãoreebidas pelonó

(mo-mentonoqual aspubliaçõessãoadiionadas),quandoumanovaassinatura éreebida(eleé

utilizado paraa prourade publiaçõesujo onteúdo asaoma nova assinatura)equando

um nópára(aspubliaçõesontidas nobuer sãopropagadas).

O tamanho do buffer,

BP

tam

, tem um impato dual no desempenho da PSAMANET.

Por um lado, quanto maior for o buer, mais tempo as publiações permaneem no nó,

aumentando então a abrangênia dessas publiações. No entanto, valores altos de

BP

tam

aarretam emum grandenúmero de transmissõesapósada movimentação do nó. Por isso,

foi determinado um máximo de transmissões de publiações que um nó pode realizar em

ada momento. Apóso nó parar ouquando o nóreebe umaassinatura, no máximo

BP

max

publiaçõespodemserenviadas, mesmoqueobuerontenhamaisde

BP

max

publiaçõesou

quemaisde

BP

max

publiaçõesasemomaassinaturareebida. Aspubliaçõesenviadassão

esolhidas aleatoriamente seguindo uma distribuição uniforme. Portanto, aso umnó tenha

que enviar

n

publiações (om

BP

max

< n

≤

BP

tam

),

BP

max

publiações são esolhidas

aleatoriamente das

n

possíveis. Assim é possível ao mesmo tempo permitirque publiações

durem mais tempo no Buerde Publiaçõesdo nó (o que aumenta a taxa de asamento 1

) e

evitarumnúmeroexessivodetransmissões. Outrasfunçõesdedistribuiçãodeprobabilidade

poderiamser utilizadasjá quea polítiade substituição do buer é aFIFO. Poderia-se,por

exemplo, utilizar uma distribuição onde as publiações mais antigas tenham probabilidades

maioresdeserempropagadasjáqueembreveserãoremovidasdobuer. Ouentão,publiações

reentes poderiam ser priorizadas para que publiações que foram propagadas menos vezes

tivessem maiores hanes. Porém, nenhuma dessas polítias foi implementada e pode no

futuro seremomparadasom adistribuição uniforme.

O Buer de Publiações tem um grande impato no desempenho da PSAMANET. Sua

onguração afeta tanto ataxa deasamento quanto onúmero detransmissões. Alémdisso,

omo ele é responsável por armazenar aspubliaçõesem seuformato original,ele faz usode

grande partesdosreursos dememória dosdispositivosomputaionais utilizados. Portanto,

osvaloresde

BP

tam

e

BP

max

devemonsiderararelaçãoentreataxadeasamento,onúmero

de transmissõese aapaidade de armazenamento dosdispositivosonsiderados.

3.4 Tabela de Assinaturas

Outra estrutura importanteno funionamento daPSAMANET éa Tabela de Assinaturas

responsável pelo armazenamento de assinaturas. A tabela possui duas outras funções: ela

é responsável por enontrar asassinaturas que geram asamento omo onteúdo de alguma

publiação espeiada e aindade ontrolar otempode validade de ada assinatura.

Cada tipo de assinatura deve ser armazenada por motivos diferentes. Assinaturas loais

devem serarmazenadas paraque os nóspossamonstantemente transmití-las om o intuito

deinformaraosnósvizinhososseusinteresses. Oarmazenamentodeassinaturasestrangeiras

é importante para que quando umnó reeberuma publiação ele possa veriar seela é do

interesse de algum vizinho.

Além disso, apesar da proposta nesse trabalho não tratar expressividade, a Tabela de

Assinaturas é importante para failitar trabalhos futuros que deidirem investir no

desen-volvimento de linguagens e meanismos para aumentar o poder de expressão do serviço ou

otimizar oproesso de identiaçãode asamentos.

ATabeladeAssinaturaimplementadanaPSAMANETéumalistaenadeada"ilimitada".

O tamanho da tabela não preisa ser limitado pois as assinaturas são desartadas em dois

momentos que onstantemente oorrem narede. Umdessesmomentos é assoiadoao tempo

de validade

A

ttl

que ada assinatura possui - a sigla ttl vem do inglês time-to-live que

signia tempo-de-vida. Esse parâmetro é importante pois dado o grande dinamismo da

topologia deMANETs,onstantemente a relaçãode vizinhançaentredoisnóssemodia. O

segundo momento onde assinaturassãodesartadas équando onósemove. Nessemomento,

todasasassinaturasestrangeirassãodesartadaspoiséonsideradoquetodaavizinhançado

nósemodiou. Odesartedeassinaturaspelosnóséimportantepoisasoissonãoaonteça,

om o passar do tempo, todos os nós terão assinaturas que geram asamento om qualquer

publiação. Comisso,apósqualquertransmissãodeumapubliaçãoumooding seriagerado

levando anúmeroexessivo e desneessáriode transmissões.

Uma outra medida utilizada para evitar transmissões desneessárias de publiações é o

essesvizinhos,queelesenviemapubliaçãoparaonóinteressado. Porém,sóéneessárioque

um dos vizinhos envie a publiação, e não múltiplos envios que levam a um desperdíio de

reursos. Paradiminuir a oorrênia de múltiplos envios, ada nó tem umaprobabilidade

de aeitação

A

prob

deonsiderar uma assinaturareebida.

Portanto, a Tabela de Assinatura desempenha umpapel fundamental na organização de

assinaturas esuas operações.

3.5 Protoolo

OfunionamentodaPSAMANETpodeserdesritopelasaçõestomadasdadosertoseventos.

ExistemquatroeventosqueoorremnaredequedisparamaçõesnaPSAMANET:assinatura,

publiação, reebimento de mensagem eparada apósmovimentação.

A maneira omo a PSAMANET lida om essas ações é sempre baseada no objetivo de

aumentara taxade asamento utilizando o menornúmero possívelde transmissões 2

.

Quandoumnó neessitarealizarumaassinaturaouenviarumapubliação,eleapenas

a envia através de um broadast e armazena a assinatura ou publiação gerada na devida

estrutura (publiações noBuerde Publiaçõese assinaturas naTabelade Assinaturas).

Asmensagens que umnó pode reeber na PSAMANET sãoou umapubliação ou uma

assinatura. Ao reeber uma mensagem, um nó hea se já reebeu essa assinatura ou

pu-bliação, aso já tenha reebido ela é simplesmente desartada. 3

Esse omportamentos está

desrito no Algoritmo3.1.

Algoritmo 3.1Reeberumamensagem

Entrada: Mensagem

m

1: se

m

é umaassinatura então

2: se Assinatura

m

não foireebidaainda então 3: Tratar assinatura

m

.

4: senão

5: Desarta

m

. 6: m se

7: senãose

m

é umapubliação então

8: se Publiação

m

não foireebidaaindaentão 9: Tratar publiação

m

.

10: senão

11: Desarta

m

. 12: m se

13: mse

O proedimento tomado quando a mensagem reebida é uma assinatura é mostrado no

Algoritmo 3.2 . Se o nó reeber uma assinatura inédita, a primeira ação é deidir se a

assi-natura reebida será aeita ou não pelo nó, baseado na probabilidade

A

prob

(linhas 1 e 2).

2

Asmétriastaxa de asamentoenúmero de transmissõesserãomelhordetalhadas noCapítulo4.

3

Caso ele deida aeitar a assinatura, ele a armazena (linha 3) e em seguida veria se

exis-tem publiações armazenadas pelo nó que possuem onteúdo que asa om essa assinatura

(linha 4). Caso o onjunto de publiações que asam om a assinatura tenha ardinalidade

inferior ou igual a

BP

max

, todas as publiações são enviadas (linhas 5 a 8). Se o tamanho

for maior,então

BP

max

publiaçõesdoonjunto sãoaleatoriamenteesolhidas,seguindo uma

distribuição uniforme (linhas 10 a 17 ). Oobjetivo dessas transmissõesé o de alançar o nó

que enviou a assinatura reebida om publiações de seu interesse. É importante ressaltar

queomotodasastransmissõessãobroadasts,aspubliaçõessãoreebidas por todososnós

vizinhos,enãosomentepelonóremetentedaassinatura. Dessaformaamesmatransmissãoé

tambémutilizadaparadisseminarpubliaçõesemoutrasregiõesdaredeapósamovimentação

desses nósvizinhos.

Algoritmo 3.2Tratar assinatura

Entrada: Assinatura

a

1:

r

⇐

númeroreal aleatório entre0 e1. 2: se

r

≤

A

prob

então

3: Adiiona

a

na Tabela de Assinaturas.

4:

P

⇐

publiaçõesnoBuffer de Publiações queasam om

a

. 5: se

|

P

| ≤

BP

max

então

6: para toda publiação

p

∈

P

faça 7: Transmite

p

.

8: mpara

9: senão

10:

n

⇐

0

11: enquanto

n < BP

max

faça

12:

i

⇐

número inteiro aleatório entre1 e

|

P

|

13: se

P

i

não foitransmitida então

14: Transmite

P

i

. 15: Inrementa

n

.

16: mse

17: menquanto

18: m se

19: mse

Seamensagemreebidaforumapubliação,aprimeiramedida éenontrarasassinaturas

loais que geram asamento om essa publiação. Caso exista alguma, a apliação é então

notiada 4

. Em seguida, ela é armazenada e, então, proura-se por assinaturas que gerem

asamentos om o onteúdo da publiação reebida. Caso algum asamento om alguma

assinatura ainda válida (a validade de uma assinatura depende se ela foi reebida a menos

tempo do que

A

ttl

) sejaenontrado, apubliação é, então, propagada. Esse omportamento

está desrito noAlgoritmo3.3 .

Após se movimentar, um nó preisa realizar duas tarefas: informar seus novos vizinhos

sobre osseus interesses(enviarassinaturas) epropagaraspubliaçõesquereebeuemoutras

4

Algoritmo 3.3Tratar publiação

Entrada: Publiação

p

1: para toda Assinaturaloal

a

na Tabela de Assinaturas talque,

p

asa om

a

faça 2: Notia apliação doasamento entre

p

e

a

.

3: mpara

4: Adiiona

p

noBuffer de Publiações

5:

A

⇐

assinaturasna Tabela de Assinaturas quegeram asamento om

p

6: se

|

A

|

>

0

então

7: Transmite

p

. 8: mse

Algoritmo 3.4Parar de mover

1: { Enviandoassinaturas }

2: Limpa Tabela de Assinaturasde assinaturasestrangeiras.

3: para toda assinatura

a

∈

Tabela de Assinaturasfaça 4: Transmite

a

.

5: mpara

6: { Enviandopubliações }

7: seNúmero de publiaçõesno Buffer de Publiações

≤

BP

max

então 8: para toda publiação

p

∈

BP

faça

9: Transmite

p

. 10: m para

11: senão

12:

n

⇐

0

13: enquanto

n < BP

max

faça

14:

i

⇐

número inteiro aleatório entre 1 e número de publiações no Buffer de Publiações.

15: se

i

-ésimapubliação doBuffer de Publiaçõesnão foitransmitida então 16: Transmite

i

-ésima publiaçãodo Buffer de Publiações.

17: Inrementa

n

.

18: mse

19: m enquanto

20: mse

regiões. OAlgoritmo 3.4 mostraomo essas duasatividades são realizadas. Primeiramente,

o nó limpa suaTabela de Assinaturas exluindo todas asassinaturas estrangeiras (linha 2).

Em seguida (linhas 3 a 5), o nó transmite todas as assinaturas que sobraram na Tabela de

Assinaturas(obviamente,todassãoassinaturasloais). Apósenviarassuasassinaturasloais

aosseusvizinhos,onóomeçaoproedimentoparaapropagaçãodepubliações. Seonúmero

de publiaçõesno BuerdePubliações forinferior, ou igual,a

BP

max

,todasaspubliações

do buer sãoenviadas (linhas8 a 10). Caso ontrário, sãoesolhidas aleatoriamente

BP

max

publiaçõespara seremtransmitidas(linhas 12a 19).

Todos os algoritmos são extremamente simples e a omplexidade de ada um

de-pende do tamanho da estrutura om que estão lidando. Operações sobre o Buer de

Publiações são normalmente de ordem

O

(

BP

tam

)

e as sobre a Tabela de Assinaturas

ilimi-tado, normalmente é bem pequeno, dadasas polítias de desartede assinaturas (a baseada

no

A

ttl

eaapósamovimentaçãodonó). Aesolhaaleatóriadas

BP

max

publiaçõesquandoo

númerode publiaçõesaseremtransmitidasémaior doqueessevalortem ordemde

omple-xidade teoriamente innita,porémosexperimentosmostraramqueoomportamento médio

Experimentos

Neste apítulo será apresentado omo a arquitetura PSAMANET foi implementada e

avali-ada. Foirealizadoumnúmerovariáveldeexperimentos,sempresuienteparaobterpequenos

intervalos de onança (normalmenteinferiores a 1%). Realizar experimentos reais

envolve-ria autilizaçãode diversosdispositivosomputaionais (por exemplo,omputadores demão,

elularesequipadosomplaasWi-Fi)edeumgrupodeolaboradores. Dessaforma,os

expe-rimentosdespenderiamumagrandequantidadedereursosdehardwarealémdedemandarem

um longoperíodo deoleta de dados.

Uma alternativa a experimentos reais é a simulação do ambiente, dos dispositivos e da

arquitetura proposta. A maioria das propostas para MANETs faz uso desse artifíio para

validarseu funionamento e desempenho. Portanto, aarquitetura proposta tambémfoi

ava-liada via simulação. O simulador utilizado foi o The Network Simulator, NS-2 (ns 2, 2007 )

- a versão utilizada foia mais reente até o omeço da exeução dos experimentos, a versão

2.31. ONS-2é osimulador de redesde omputadores maisdifundido nomeio aadêmio eé

apaz desimular todasasamadas dosmaisdiversosmodelosde rede.

4.1 Desrição do Cenário Simulado

Os experimentos foram projetados parareetir oenário de umampus om umadensidade

"razoável"de estudantes. Cada estudante está equipadoomumomputadorde mãoque ele

utiliza para a produção e o onsumo de informações. Os estudantes se movimentam om o

omputador de mãoaveloidades variáveis,desde andando lentamente atéorrendo.

Paraisso,oNS-2foiongurado paraexeutaromseusparâmetros reebendo osvalores

desritosna Tabela4.1 . Oalane dorádio deada nóe aáreada redeforamdenidos para

que onúmeromédio devizinhos de ada nósejade era de trêsvizinhos.

O modelo de simulação de movimentação utilizado nos experimentos foi o Random

Way-point, RWP. Uma importante variável da experimentação de propostas para MANETs via

simulaçãoéasimulaçãodamovimentação. AutilizaçãodomodeloRWPsedeveàpratiidade

deutilizá-lonoNS-2(umaferramenta degeraçãodoenáriodemovimentaçãojáestáinluída

Parâmetro Valor

Tipo de Canal WirelessChannel

Modelo de Propagação do Rádio FreeSpae

Interfae de Rede WirelessPhy

Protoolo MAC 802_11

Tipo de Fila da Interfae DropTail/PriQueue

Tipo de Camada de Ligação de Dados LL

Tipo de Antena OmniAntenna

Máximo de Paotes na Fila 50

Modelo de Energia EnergyModel

Alane do Rádio (RXThresh_) 7,69113e-08 (50m)

Potênia de Transmissão 0,045Watts

Potênia de Reepção 0,024Watts

Algoritmo de Roteamento DumbAgent

Número de Nós 200

Área 600m

×

600m

Tempo de Simulação 3600s

Tabela4.1: Parâmetros do NS-2

onheidos problemas, e um estudo aprofundado sobre esse modelo pode ser enontrado no

Apêndie A.

ORWPneessitaquesejaminformadosaveloidademínima,máximaeotempodepausa

médio dosnós. Além disso,a função dedistribuição utilizada paraa esolhaaleatória desses

valores pode ser também denida. A Tabela 4.2 mostra quais valores foram utilizados para

estesexperimentos.

Emrelaçãoapubliaçõeseassinaturas, oenárioplanejado étalquediversaspubliações

oorremhomogeneamentedentreosnósequeadaumasejadeinteressedeaproximadamente

20% dos usuários. Essa taxa de interesse foi denida arbitrariamente om o objetivo de

reetirumaredeomsemelhançadeinteressesrelativamentebaixa(algunstrabalhosutilizam

interessesomuns deaté80%-Baehni etal.(2005 )). Outrostrabalhosda literaturautilizam

taxasbemmaisaltas(Baehnietal. ,2005 ). Dadoqueaarquiteturaépropostaparaapliações

que suportam longos atrasos, aspubliaçõessão todaspubliadas durante osprimeiros 1200

segundos (20 minutos), o restante do tempo (40 minutos) é utilizado para a disseminação

das mesmas. Nesses 20 minutos são realizadas 1000 publiações onde o nó que realiza ada

publiação é esolhido aleatoriamente (todos os nós têm a mesma probabilidade de serem

esolhidos).

Essa taxa de interesse de 20% é atingida fazendo om que o tamanho dos intervalos

I

das assinaturas seja tal que uma publiação tenha 20% de hane de ser do interesse de

qualquer nó. Cada nó realiza duas assinaturas e omo o valor máximo da publiação é

R

,

temos que:

Parâmetro Valor

Veloidade Mínima 1,5m/s

Veloidade Máxima 4,0m/s

Distribuição para Veloidade Normal

Pausa Média 300s

Distribuição para Pausa Uniforme

Tabela4.2: Parâmetros parao modelode movimentação Random Waypoint

Portanto, os intervalos

[

v

min

, v

max

]

das assinaturas são gerados esolhendo-se

aleatoria-mente

v

min

, de forma uniforme, dentro do intervalo

[0

, R

−

I

]

e denindo

v

max

=

v

min

+

I

.

Como já expliado,aspubliações sãonúmeros reaisnointervalo

[0

, R

]

.

4.2 Métrias e Fases de Experimentação

DuasmétriasavaliamodesempenhodaPSAMANET:taxadeasamentoenúmerode

trans-missões. A taxa de asamento reete o quanto aspubliações alançaram nós interessados

emseuonteúdo. Ataxavariade0a1,onde0indiaqueaspubliaçõesalançaramnenhum

dos nósinteressadosenquanto 1 india quetodasaspubliações alançaram todososnósda

rede quetinham interesseemseuonteúdo. Ataxa deasamento é amédia darazãoentreo

número de nós interessadosque reeberam ada publiaçãopelo número de nós interessados

nela, existe um valor para ada uma das mil publiações. O número de transmissões é o

número de mensagens (publiações ou assinaturas) que foram enviadas durante o tempo de

simulação 1

. O objetivo da PSAMANET é atingir altas taxas de asamento (próximas a 1)

om omenor número de transmissõespossível.

Osexperimentos foramdivididos emduasfases: umaprimeira dealibragem e apósessa

uma de análise de desempenho. Asduas prinipais estruturas da PSAMANET,o Buerde

Publiações e a Tabela de Assinaturas, demonstram desempenhos diferentes quanto a taxa

de asamento e ao número de transmissões dependendo dos valores assumidos pelos pares

(

BP

tam

, BP

max

)

e

(

A

ttl

, A

prob

)

, respetivamente. Portanto, é importante uma primeira fase

de experimentos onde ombinações diferentes desses valores são testados om o objetivo de

seleionar osmaisadequados.

Na Seção seguinte será expliado omo foram os experimentos de alibragem, enquanto

na Seção4.4serão disutidososexperimentosde análisede desempenho.

1

Onúmerodetransmissõesonsideradonosexperimentosnãoonsiderare-transmissõesdevidoaolisões

ou aqualquer outro problema durantea omuniação. O número detransmissões é asoma donúmero de