Desafios e propostas para o futuro da Internet...2017/07/21 · redes1 redes2 redes3 redes4 redes5...
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Desafios e propostas para o futuro da Internet
Adriana Viriato Ribeiro
Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação
Universidade Federal da Bahia
NetCafe – 21/07/2017
Agenda
• Desafios da Internet Atual
• Redes Centradas no Usuário
• Redes Centradas na Informação
• Mestrado: mobilidade + offloading + ICN
• Pesquisas INSERT-UFBA
Desafios enfrentados pela arquitetura atual
• Escalabilidade
• Mobilidade
• Caminhos programáveis
• Segurança
• Gerenciamento
• Etc
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)
Evolucionário x Clean Slate
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)
Evolucionário x Clean Slate
UCN: Contexto
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
• Aplicação de altos preços por dados excedentes
UCN
• Surgiram como premissa de Compartilhamento de Rede e Serviços
• Alternativa para redução da sobrecarga
• Expansão do backbone
• O usuário passa a ser um elemento central na rede
UCN
Modelos de UCN
• Hotspots UCN• Redes FON
• MESH UCN• Wray Village
• Social Networking UCNs• Wifi.com
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• Monitoração de atividade e Desempenho
Ambientes de experimentação
• Mininet
• User-Centric Wireless Testbed
• Phantomnet (Universidade de Utah)
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
ICN: Contexto
+
15
Arquitetura Atual
Arquitetura Atual
16
Arquitetura atual
192.168.10.15Marron5CD
192.168.104.3Marron5CD
192.102.15.37Marron5CD
17
Arquitetura atual
192.168.10.15Marron5CD
192.168.104.3Marron5CD
192.102.15.37Marron5CD
Eu quero o CD do Marron5
18
Arquitetura atual
192.168.10.15Marron5CD
192.168.104.3Marron5CD
192.102.15.37Marron5CD
Requisição para 192.168.10.15
19
Arquitetura atual
192.168.10.15Marron5CD
192.168.104.3Marron5CD
192.102.15.37Marron5CD
X
20
Arquitetura atual
192.168.10.15Marron5CD
192.168.104.3Marron5CD
192.102.15.37Marron5CD
??
?
21
Usuário não foi servido!
22
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
Eu quero o CD do Marron5
23
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
Requisição: Marron5CD
24
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
Requisição: Marron5CD
25
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
26
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
27
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
Marron5CD
28
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
Marron5CD
Marron5CD
29
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
Marron5CD
Marron5CD
Eu quero o CD do Marron5
30
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
Marron5CD
Marron5CDMarron5CD
31
ICN: Ideia geral
Marron5CD
Marron5CD
Marron5CD
X
Marron5CD
Marron5CDMarron5CD
32
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
33
ICN: arquitetura geral
34
Identificador de host
Identificador de conteúdo
Não tenho mais o endereço do servidor...
35
Não sei onde está o conteúdo...
36
Para onde encaminho as requisições??
37
Vamos voltar um pouco!
38
Formato do pacotes
• Pacote de Interesse
• Nome do Conteúdo
• Pacote de Dados
• Nome do Conteúdo
• Conteúdo
39
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
Formato do pacotes
• Pacote de Interesse
• Nome do Conteúdo
• Pacote de Dados
• Nome do Conteúdo
• Conteúdo
41
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1
PrefixoNome do Conteúdo
Para onde encaminho as requisições??
Para o produtor associado ao prefixo do conteúdo que eu quero!
42
Mas como vou saber quem é esse produtor?
43
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
PrefixoNome do Conteúdo
FIB
45
prefeitura/salvador/carnaval
Eu quero saber a programação do carnaval de
Salvador!
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
FIB
46
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
Requisição: prefeitura/salvador/carnaval/programacao
5
4
6
FIB
47
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
Prefixo Interface de Saída
prefeitura/salvador/carnaval 1
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 3
5
4
6
FIB
48
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
Prefixo Interface de Saída
prefeitura/salvador/carnaval 1
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes 3
5
4
6
FIB
49
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
Prefixo Interface de Saída
prefeitura/salvador/carnaval 2
5
4
6
FIB
50
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
Prefixo Interface de Saída
prefeitura/salvador/carnaval 2
5
4
6
FIB
51
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
Prefixo Interface de Saída
prefeitura/salvador/carnaval 5
5
4
6
Como o conteúdo irá retornar?
52
Formato do pacotes
• Pacote de Interesse
• Nome do Conteúdo
• Pacote de Dados
• Nome do Conteúdo
• Conteúdo
53
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
PIT
55
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
PIT
56
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
PIT
57
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
PIT
58
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes
prefeitura/salvador/carnaval/programacao 4,6
PIT
59
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes
prefeitura/salvador/carnaval/programacao 1
PIT
60
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes
prefeitura/salvador/carnaval/programacao 2
PIT
61
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes
prefeitura/salvador/carnaval/programacao 1
PIT
62
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes
prefeitura/salvador/carnaval/programacao 4,6
PIT
63
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Lista dos nós solicitantes
prefeitura/salvador/carnaval/programacao 4,6
CS: Content Store
64
Nome do Conteúdo Conteúdo
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes/ccn/aula1/parte1 [...]
prefeitura/salvador/carnaval/programacao [...]
CS
65
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Conteúdo
prefeitura/salvador/carnaval/programacao [...]
CS
66
prefeitura/salvador/carnaval
1 2
3
ufba/dcc/pgcomp/topicosemredes
5
4
6
Nome do Conteúdo Conteúdo
prefeitura/salvador/carnaval/programacao [...]
9
ICN: Desafios
• Nomeação de Conteúdo• Plana• Hierárquica• Com atributos
• Roteamento baseado em nome• Plano• Hierárquico
• Segurança
• Escalabilidade
• Mobilidade
• Gerenciamento de Cache
• Projetos: CCN/NDN, DONA, PSIRP, NetInf...
67
ICN: Desafios
• Nomeação de Conteúdo
• Roteamento baseado em nome
• Segurança
• Escalabilidade
• Mobilidade
• Gerenciamento de Cache
• CCN/NDN
68
Mestrado: mobilidade + offloading + ICN
• Aumento do tráfego nas redes móveis:• Densificação de redes
• ICN
Contentcentric+
Cache
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 acertonas estações secundárias
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 dos conteúdos disponíveis
Mestrado: mobilidade + offloading + ICN
Pacotes de Interesse
Pacotes de Dados
Pacotes de Controle
(Vazio)
Cabeçalho
Conteúdo
Cabeçalho
Dados de manutenção da rede
Cabeçalho
iSim: Função de Similaridade
Índice de JaccardConteúdos solicitados em comum
Quantidade de conteúdos solicitados em comumQuantidade de todos os conteúdos solicitados
Similaridade do cossenoFrequência dos conteúdos solicitados em comum
Frequência dos conteúdos em comum em iFrequência dos conteúdos em comum em j
Peso
ji
ji
ji
ji
jiFF
FF
CC
CCS )1(,
iSim: Função de Similaridade
ji
ji
ji
ji
jiFF
FF
CC
CCS )1(,
redes1 redes2 redes3 redes4 redes5
dev1 8 1 0 0 0
dev2 0 1 2 2 8
iSim: Função de Similaridade
ji
ji
ji
ji
jiFF
FF
CC
CCS )1(,
redes1 redes2 redes3 redes4 redes5
dev1 8 1 0 0 0
dev2 0 1 2 2 8
similaridade = 1
iSim: Função de Similaridade
ji
ji
ji
ji
jiFF
FF
CC
CCS )1(,
redes1 redes2 redes3 redes4 redes5
dev1 8 1 0 0 0
dev2 0 1 2 2 8
similaridade = 1/5 = 0.2
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
77
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
78
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
79
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
80
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
81
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
82
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
83
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
iSim: Algoritmo de Similaridade e Agrupamento
84
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
Avaliação Experimental: Métricas
rMax
rMinrMaxoff
100
ci
matchhr
Re100
Offloading na MBSrMax : todos os interesses feitos na MBSrMin : interesses feitos com uso de SCBS
Taxa de Acerto na SCBSmatch : interesses resolvidos localmenteiRec : todos os interesses recebidos
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
Tabela 2. Parâmetros de simulação
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
87
INET
Tabela 2. Parâmetros de simulação
Relação entre tamanho do cache, e Taxa de Acerto
88
89
90
Relação entre tamanho do cache, e Taxa de Acerto
91
Relação entre tamanho do cache, e Taxa de Acerto
92
Relação entre tamanho do cache, e Taxa de Acerto
93
Relação entre Similaridade e Comunicação na Taxa de Acerto e no Descarregamento de Dados
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
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 √
Variação dos parâmetros de simulação √
99
INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)
SDN UCN
ICN
INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)
SDN UCN
ICN
Igor Caldeira: tolerância a
falhas
INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)
SDN UCN
ICN
Igor Caldeira: tolerância a
falhas
Cleber Araujo: eficiência
energética
INSERT-UFBA (Leobino N. Sampaio)
SDN UCN
ICN
Igor Caldeira: tolerância a
falhas
Dimitri Anjos: eficiência
energética
Cleber Araujo: eficiência
energética
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
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
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 VagnerLucas Souza
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 VagnerLucas Souza
Rafael Costa
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 VagnerLucas Souza
Rafael Costa
Nilton Seixas: DDoS
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 VagnerLucas Souza
Rafael Costa
Nilton Seixas: DDoS
Mateus Souza: VANETs
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 VagnerLucas Souza
Rafael Costa
Nilton Seixas: DDoS
Francisco Renato: mobilidade de
produtores
Mateus Souza: VANETs
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 VagnerLucas Souza
Rafael Costa
Nilton Seixas: DDoS
Francisco Renato: mobilidade de
produtores
Mateus Souza: VANETs
Adriana Viriato: mobilidade e
offloading
Obrigada!