Cálculo científico distribuido sobre clientes móviles indeterminados en redes MANETs

Título:

Cálculo científico distribuido sobre clientes móviles indeterminados en redes MANETs

Autor:

Iuliano, Pablo José

Otros autores / Colaboradores:

 Marrone, Luis Armando; [ Director/a]  Tinetti, Fernando Gustavo; [ Director/a] 

Temas:

TECNOLOGÍA INALÁMBRICA; 

URL:

https://doi.org/10.35537/10915/139262,

Palabras clave:

redes móviles, 

Nota de tesis:

Tesis (Doctorado en Ciencias Informáticas) - Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Informática, 2021.

Extensión:

1 archivo (4,0 MB) : il. col.

Resumen:

La tecnología wireless en los últimos años ha experimentado una expansión sin precedentes, alcanzando hasta el lugar más recóndito de la tierra. La tecnología inalámbrica permite la creación de redes sin la necesidad de cables, dando al usuario de este tipo de redes la libertad de moverse por su entorno sin la restricción de movilidad asociada a tener una conexión cableada. El mejor exponente del salto tecnológico que experimentan las redes wireless son las MANET (Mobile Ad hoc Networks, Redes móviles ad hoc) que se presentan como la arquitectura de comunicación más flexible que existe actualmente. Este tipo de redes esta integrado por sistemas autónomos móviles con capacidades de enrutamiento y conectados a través de enlaces inalámbricos formando un grafo de comunicación arbitrario. Utilizar las redes móviles ad hoc para desarrollar un esquema de computación distribuida sobre dispositivos heterogéneos que pueda explotar las crecientes capacidades de cómputo de estos, es la motivación principal del estudio plasmado en este documento. La mayor dificultad que se debe superar es encontrar un mecanismo para manejar la indeterminación de las unidades de red disponibles para balancear la carga en el procesamiento distribuido. Esta indeterminación es provocada mayoritariamente por la movilidad de los nodos que conforman estas redes. En este trabajo se propone el diseño de un protocolo que combina un enfoque para lidiar con la indeterminación de clientes al momento de comenzar un cálculo científico distribuido basado en un diseño cross layer con un mecanismo que agrupa los dispositivos presentes en una MANET en clusters, sacando rédito de la heterogeneidad inherente a este tipo de redes a fin de determinar que dispositivos serán los lideres de los agrupamientos conformados. La propuesta de solución implementada se basa en el protocolo de enrutamiento reactivo AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector), la cual modifica los formatos de mensajes para dar soporte a toda la nueva funcionalidad. El método de validación de la propuesta presentada en esta investigación se delinea a través de la definición de diversas pruebas de rendimiento bajo diferentes valores en los parámetros que fijan: el número de dispositivos, la movilidad, el tamaño del área de circulación, entre otros; que al dimensionar los valores registrados vía métricas estándar permitirán arribar a los resultados de su desempeño.

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1. Introducción e información general 
1.1. Tecnología wireless
1.2. Cómputo simultaneo aplicado al cálculo científico 
1.3. Clasificación de las redes inalámbricas 
1.3.1. Clasificación basada en la arquitectura de red
1.3.2. Clasificación basada en el Área de cobertura de la comunicación
1.3.3. Resumen de las redes inalámbricas basada en el Área de cobertura de
la comunicación 
1.4. Redes móviles ad hoc
1.5. Objetivo
1.6. Solución propuesta 
1.7. Estructura general de la tesis

2. Protocolos de enrutamiento, clustering y cross layer 
2.1. Protocolos de enrutamiento para MANET 
2.1.1. AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector) 
2.1.2. Resumen de los protocolos de enrutamiento 
2.2. Clustering en MANET 
2.2.1. Ventajas del clustering
2.2.2. Clasificación de los esquemas de clustering
2.2.3. Clustering en protocolos de enrutamiento sobre MANETs 
2.2.4. Resumen de los protocolos de ruteo que utilizan clustering
2.3. Diseño cross layer
2.3.1. Comparación entre el diseño en capas y el cross layer 
2.3.2. Motivación del diseño cross layer 
2.3.3. Ventajas de utilizar una aproximación cross layer en los protocolos
de enrutamiento
2.4. Resumen

3. PROCCDIMI: PROtocolo para el Cálculo Científico Distribuido sobre clientes
Móviles Indeterminados en MANETs 
3.1. Problemas existentes en el funcionamiento de las MANET 
3.2. Soluciones a los problemas en los protocolos de red que funcionan sobre
MANETs 
3.3. Descripción de PROCCDIMI 
3.4. Formatos de paquetes utilizados por PROCCDIMI
3.4.1. Formatos de paquetes para el descubrimiento de clientes 
3.4.2. Formatos de mensajes del cómputo de distribuido
3.4.3. Resumen de los tipos de paquetes que utiliza PROCCDIMI
3.5. Tabla de clientes
3.6. Generación de los mensajes CREQ, CREP y RERR 
3.7. Generación de los mensajes CDREQ, CDREP y RERR 
3.8. Diagrama de secuencia del descubrimiento de clientes
3.9. Diagrama de secuencia del cómputo de distribuido 
3.10. Administración del clúster 
3.11. Resumen

4. Simulación
4.1. Selección del software de simulación
4.1.1. NS2 (Network Simulator version 2) 
4.1.2. NS3 (Network Simulator version 3) 
4.1.3. GloMoSim (Global Mobile Information System Simulator )
4.1.4. QualNet (QualNet® network simulation software) 
4.1.5. OPNET (Optimized Network Engineering Tools) 
4.1.6. MATLAB (MATrix LABoratory)
4.1.7. Resumen del software de simulación 
4.2. Simulador de Red NS2
4.2.1. Arquitectura de NS2
4.2.2. Formato de las trazas de NS2 
4.2.3. Script de ejemplo en OTCL
4.3. Modelos de Movilidad
4.3.1. Modelo Random Walk 
4.3.2. Modelo Random Waypoint
4.3.3. Modelo Random Direction (RD) 
4.3.4. Resumen de los modelos de movilidad 
4.4. Nodos 
4.4.1. Tipos de nodos 
4.4.2. Densidad de nodos 
4.5. Consideraciones del modelo de simulación 
4.5.1. Topología 
4.5.2. Trafico 
4.6. Escenarios de simulación
4.7. Resumen 

5. Resultados experimentales 
5.1. Métricas de rendimiento
5.1.1. Tasa de Entrega de Paquetes 
5.1.2. Carga de enrutamiento normalizada
5.1.3. Jitter
5.1.4. Throughput 
5.1.5. Costo energético promedio 
5.2. Análisis del protocolo PROCCDIMI 
5.2.1. Parámetros de la simulación
5.2.2. Modo descubrimiento de coordinador de cluster 
5.2.3. Modo asignación de tareas

6. Conclusiones y Contribuciones 
6.0.1. Resumen
6.1. Conclusión
6.2. Contribuciones
6.3. Líneas de trabajo futuras

Bibliografía