Desafios e propostas para o futuro da Internet

(1)

Desafios e propostas para o

futuro da Internet

Adriana Viriato Ribeiro

Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação

Universidade Federal da Bahia

(2)

Agenda

• Desafios da Internet Atual

• Redes Centradas no Usuário

• Redes Centradas na Informação

• Mestrado: mobilidade + offloading + ICN

• Pesquisas INSERT-UFBA

(3)

Desafios enfrentados pela arquitetura atual

• Escalabilidade

• Mobilidade

• Caminhos programáveis

• Segurança

• Gerenciamento

• Etc

(4)

Alternativas em Internet do Futuro

• Redes Definidas por Software (Software Defined Networks – SDN)

• Redes Centradas no Usuário (User-Centric Networks – UCN)

• Redes Centradas na Informação (Information-Centric Networks – ICN)

• Internet das Coisas (Internet of Things – IOT)

(5)

Alternativas em Internet do Futuro

• Redes Definidas por Software (Software Defined Networks – SDN)

• Redes Centradas no Usuário (User-Centric Networks – UCN)

• Redes Centradas na Informação (Information-Centric Networks – ICN)

• Internet das Coisas (Internet of Things – IOT)

(6)

(7)

UCN: Contexto

• Disseminação de Dispositivos Móveis

• Aumento do tráfego

• Surgimento de Aplicações “Famintas por Banda”

• Investimentos não suprem a necessidade dos usuários

• Como controlar o crescimento?

• Limitação do Serviço

(8)

UCN

• Surgiram como premissa de Compartilhamento de Rede e Serviços

• Alternativa para redução da sobrecarga

• Expansão do backbone

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(10)

Modelos de UCN

• Hotspots UCN

• Redes FON

• MESH UCN

• Wray Village

• Social Networking UCNs

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Desafios em UCN

• Dispositivos com recursos limitados:

• Armazenamento

• Processamento

• Energia

• Carência de software de gerenciamento

• Algoritmos de roteamento eficientes + diminuição de tarefas de alto

consumo

• Mecanismos de Incentivo e Reputação

• Eleição de Provedores potenciais

• Segurança e Confidencialidade

(12)

Ambientes de experimentação

• Mininet

• User-Centric Wireless Testbed

(13)

UCN: Conclusões

• Tema novo pouco explorado no Brasil

• Presente nas principais chamadas dos periódicos e conferências

• Diversos desafios mapeados

• Trabalhos de Mestrado e Doutorado

• Propõe soluções para o Offloading de dados

• Um dos problemas atuais em redes móveis

• Considerado pela Academia como uma das principais premissas para Internet

do Futuro

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ICN: Contexto

(15)

(16)

Arquitetura Atual

(17)

Arquitetura atual

192.168.10.15 Marron5CD 192.168.104.3 Marron5CD 192.102.15.37 Marron5CD

(18)

Arquitetura atual

192.168.10.15 Marron5CD 192.168.104.3 Marron5CD 192.102.15.37 Marron5CD Eu quero o CD do Marron5 18

(19)

Arquitetura atual

192.168.10.15 Marron5CD 192.168.104.3 Marron5CD 192.102.15.37 Marron5CD Requisição para 192.168.10.15

(20)

Arquitetura atual

192.168.10.15 Marron5CD 192.168.104.3 Marron5CD 192.102.15.37 Marron5CD

X

20

(21)

Arquitetura atual

192.168.10.15 Marron5CD 192.168.104.3 Marron5CD 192.102.15.37 Marron5CD ? ? ?

(22)

Usuário não foi servido!

(23)

ICN: Ideia geral

Marron5CD Marron5CD Marron5CD Eu quero o CD do Marron5

(24)

ICN: Ideia geral

Marron5CD Marron5CD Marron5CD Requisição: Marron5CD 24

(25)

ICN: Ideia geral

Marron5CD Marron5CD Marron5CD Requisição: Marron5CD

(26)

ICN: Ideia geral

Marron5CD Marron5CD Marron5CD

X

26

(27)

ICN: Ideia geral

Marron5CD

Marron5CD Marron5CD

(28)

ICN: Ideia geral

X

Marron5CD 28

(29)

ICN: Ideia geral

X

Marron5CD Marron5CD

(30)

ICN: Ideia geral

X

Marron5CD Marron5CD Eu quero o CD do Marron5 30

(31)

ICN: Ideia geral

X

(32)

ICN: Ideia geral

X

Marron5CD Marron5CD Marron5CD 32

(33)

ICN: Características gerais

• Principais características:

• Separação entre identificação e localização

• Segurança

• Mobilidade

• Multihoming

• Não há necessidade de saber onde o conteúdo está

• Conectar consumidores a produtores

• Disponibilidade da informação

• Disseminação da informação

• Facilidade de acesso à informação

• Aumento do desempenho

(34)

ICN: arquitetura geral

34 Identificador de host Identificador de conteúdo

(35)

Não tenho mais o endereço do servidor

...

(36)

Não sei onde está o conteúdo

...

(37)

(38)

Vamos voltar um pouco!

(39)

Formato do pacotes

• Pacote de Interesse

• Nome do Conteúdo

• Pacote de Dados

• Nome do Conteúdo

• Conteúdo

(40)

Formato do pacotes

• Pacote de Interesse

• Nome do Conteúdo

• Pacote de Dados

• Nome do Conteúdo

• Conteúdo

40 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1 Prefixo

(41)

Formato do pacotes

• Pacote de Interesse

• Nome do Conteúdo

• Pacote de Dados

• Nome do Conteúdo

• Conteúdo

ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1 Prefixo Nome do Conteúdo

(42)

Para onde encaminho as requisições??

Para o produtor associado ao prefixo do

conteúdo que eu quero!

(43)

Mas como vou saber quem é esse

produtor?

(44)

FIB: Forwarding Information Base

44

Prefixo Interface de Saída

ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 3 prefeitura/salvador/carnaval 1 youtube/videoaulas 2 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1 Prefixo Nome do Conteúdo

(45)

FIB

prefeitura/salvador/carnaval Eu quero saber a programação do carnaval de Salvador! 1 ₂ 3 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 5 4 6

(46)

FIB

46 prefeitura/salvador/carnaval 1 ₂ 3 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes Requisição: prefeitura/salvador/carnaval/programacao 5 4 6

(47)

FIB

prefeitura/salvador/carnaval

1 ₂

3

ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes

prefeitura/salvador/carnaval 1 5

4 6

(48)

FIB

48 prefeitura/salvador/carnaval 1 ₂ 3 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes

prefeitura/salvador/carnaval 1

ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 3 5

4 6

(49)

FIB

1 ₂

3

5

4 6

(50)

FIB

50 prefeitura/salvador/carnaval 1 ₂ 3 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes

5

4 6

(51)

FIB

1 ₂

3

5

4 6

(52)

Como o conteúdo irá retornar?

(53)

Formato do pacotes

• Pacote de Interesse

• Nome do Conteúdo

• Pacote de Dados

• Nome do Conteúdo

• Conteúdo

(54)

PIT: Pending Interest Table

54

Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes

ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1 8 prefeitura/salvador/carnaval/programacao 4,6

(55)

PIT

prefeitura/salvador/carnaval 1 ₂ 3 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 5 4 6

(56)

PIT

56 prefeitura/salvador/carnaval 1 ₂ 3 ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 5 4 6

(57)

PIT

(58)

PIT

(59)

PIT

(60)

PIT

(61)

PIT

(62)

PIT

(63)

PIT

(64)

CS: Content Store

64

Nome do Conteúdo Conteúdo

ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1 [...] prefeitura/salvador/carnaval/programacao [...]

(65)

CS

(66)

CS

prefeitura/salvador/carnaval/programacao [...] 9

(67)

ICN: Desafios

• Nomeação de Conteúdo

• Plana

• Hierárquica • Com atributos

• Roteamento baseado em nome

• Plano • Hierárquico

• Segurança

• Escalabilidade

• Mobilidade

• Gerenciamento de Cache

(68)

ICN: Desafios

• Nomeação de Conteúdo

• Roteamento baseado em nome

• Segurança

• Escalabilidade

• Mobilidade

• Gerenciamento de Cache

• CCN/NDN

68

(69)

Mestrado: mobilidade + offloading + ICN

• Aumento do tráfego nas redes móveis:

• Densificação de redes

• ICN

Content centric

+

Cache

(70)

Mestrado: mobilidade + offloading + ICN

 Diversidade no perfil dos usuários

 Usuários distintos : Interesses distintos

 Alta rotatividade de conteúdo no cache

 iSim (interests’ Similarity):

 Arquitetura ICN

 Afinidade entre usuários

 Formação de agrupamentos

 Descarregamento de dados na estação principal, aumento da taxa de acerto

nas estações secundárias

(71)

Mestrado: mobilidade + offloading + ICN

Macro Base Station – MBS

Dispositivo Móvel – DM

Small Cell Base Station – SCBS

• Armazena todos os

conteúdos disponíveis

• Requisita Conteúdo

• Armazena uma porcentagem

(72)

Mestrado: mobilidade + offloading + ICN

 Pacotes de Interesse

 Pacotes de Dados

 Pacotes de Controle

(Vazio) Cabeçalho Conteúdo Cabeçalho Dados de manutenção da rede Cabeçalho

(73)

iSim: Função de Similaridade

Índice de Jaccard Conteúdos solicitados em comum Quantidade de conteúdos solicitados em comum Quantidade de todos os conteúdos solicitados

Similaridade do cosseno

Frequência dos conteúdos solicitados em comum Frequência dos conteúdos em comum em i

Frequência dos conteúdos em comum em j Peso













_



























j i j i j i j i j i

F

C

S

_,



(

1 

)

(74)

iSim: Função de Similaridade













_



























j i j i j i j i j i

F

C

S

_,



(

1 

)

redes1 redes2 redes3 redes4 redes5

dev1 8 1 0 0 0

(75)

iSim: Função de Similaridade













_



























j i j i j i j i j i

F

C

S

_,



(

1 

)

dev1 8 1 0 0 0

dev2 0 1 2 2 8

(76)

iSim: Função de Similaridade













_



























j i j i j i j i j i

F

C

S

_,



(

1 

)

dev1 8 1 0 0 0

dev2 0 1 2 2 8

(77)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

Solicitações são feitas à MBS

Envio das tabelas de requisições pelos DMs Aplicação da função de similaridade par a par Cálculo da média de similaridade entre cada nó e os demais Identificação do nó

com maior média de similaridade

(líder) Formação do grupo

com o nó líder e os seus k vizinhos mais

próximos Retirada dos nós

que já estão agrupados

(78)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

78

(79)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

(80)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

80

Envio das tabelas de requisições pelos DMs Aplicação da função de similaridade par a par Cálculo da média de similaridade entre cada nó e os demais Identificação do nó com maior média

de similaridade (líder)

Formação do grupo com o nó líder e os seus k vizinhos mais

(81)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

Envio das tabelas de requisições pelos DMs Aplicação da função de similaridade par a par Cálculo da média de similaridade entre cada nó e os demais Identificação do nó com maior média

de similaridade (líder)

(82)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

82

(líder)

próximos

Retirada dos nós que já estão

(83)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

próximos

Retirada dos nós que já estão

(84)

iSim: Algoritmo de Similaridade e

Agrupamento

84

(85)

Avaliação Experimental: Métricas

rMax

rMin

rMax

off

 100





c

i

match

hr

Re

100 



Offloading na MBS rMax : todos os interesses feitos na MBS rMin : interesses feitos com uso de SCBS

Taxa de Acerto na SCBS

match : interesses resolvidos localmente iRec : todos os interesses recebidos

(86)

Avaliação Experimental: Parâmetros

Parâmetro Valor

Quantidade de dispositivos móveis na rede 30 15

Quantidade de MBS 1 1

Quantidade de SCBS 3 3

Quantidade de conteúdos disponíveis 100 30

Política de descarte de cache LFU

Modelo de mobilidade Mass Mobility

Tipo de propagação Constant Speed Propagation

Frequência 2.4GHz

Perda Free Space Path Loss

Ruído -110 dBm

86

ElBamby et al., 2014

(87)

Avaliação Experimental: Parâmetros

Parâmetro Valor

Quantidade de dispositivos móveis na rede 30

Quantidade de MBS 1

Quantidade de SCBS 3

Quantidade de conteúdos disponíveis 100

Política de descarte de cache LFU

Modelo de mobilidade Mass Mobility

Tipo de propagação Constant Speed Propagation

Frequência 2.4GHz

Perda Free Space Path Loss

Ruído -110 dBm

(88)

Relação entre tamanho do cache,  e Taxa de

Acerto

(89)

(90)

(91)

Relação entre tamanho do cache,  e Taxa de

Acerto

(92)

Relação entre tamanho do cache,  e Taxa de

Acerto

(93)

Relação entre tamanho do cache,  e Taxa de

Acerto

(94)

Relação entre Similaridade e Comunicação na Taxa

de Acerto e no Descarregamento de Dados

(95)

Relação entre Similaridade e Comunicação na Taxa

de Acerto e no Descarregamento de Dados

(96)

Relação entre Similaridade e Comunicação na Taxa

de Acerto e no Descarregamento de Dados

(97)

Relação entre Similaridade e Comunicação na Taxa

de Acerto e no Descarregamento de Dados

(98)

Relação entre Similaridade e Comunicação na Taxa

de Acerto e no Descarregamento de Dados

(99)

iSim: Contribuições

 Contribuições

da proposta:

 Melhores taxas de acerto na SCBC

 Provê descarregamento de dados na MBS

 Permite economia de recursos

 Definir agrupamentos a partir de um limiar de similaridade

√

 Avaliação do impacto da entrada/saída de dispositivos móveis na rede

√

 Avaliação da necessidade do recálculo dos grupos

√

(100)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN

(101)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas

(102)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Cleber Araujo: eficiência energética

(103)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética

(104)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS

(105)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética

(106)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética Matheus Vagner Lucas Souza

(107)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética Matheus Vagner Lucas Souza Rafael Costa

(108)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética Matheus Vagner Lucas Souza Rafael Costa Nilton Seixas: DDoS

(109)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética Matheus Vagner Lucas Souza Rafael Costa Nilton Seixas:

(110)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética Matheus Vagner Lucas Souza Rafael Costa Nilton Seixas: DDoS Francisco Renato: mobilidade de produtores Mateus Souza: VANETs

(111)

INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)

SDN UCN ICN Igor Caldeira: tolerância a falhas Dimitri Anjos: eficiência energética Cleber Araujo: eficiência energética Eliseu Torres: alocação de banda e QoS Wallas Fróes: eficiência energética Matheus Vagner Lucas Souza Rafael Costa Nilton Seixas: Francisco Renato: mobilidade de

produtores Adriana Viriato: _{mobilidade e}

(112)