A controller-driven approach for Opportunistic Networking

Abstract

Les xarxes oportunistes (OppNets) aprofiten les oportunitats de contacte entre els nodes, el quals utilitzen l’habilitat de comunicar-se directament entre ells, per fer fluir les dades a través d’una xarxa mancada d’infraestructura. A dia d’avui, el rendiment de les xarxes oportunistes depèn d’aplicar l’estratègia d’encaminament que més s’escaigui al tipus de xarxa oportunista en qüestió. D’altra banda, les xarxes definides per software (SDN) és un paradigma aplicat a xarxes cablejades a on se separa el pla de control del pla de dades. El pla de control supervisa la xarxa per configurar, de la manera més òptima, el pla de dades. La nostra proposta utilitza controladors semblants als de SDN per fer-se una idea parcial de la situació de la xarxa oportunista. L’estratègia d’encaminament utilitza aquesta informació contextual per obtenir una millora del rendiment de la xarxa. Com a cas d’ús de la nostra proposta, en el context d’una OppNet utilitzant un algorisme d’encaminament basat en una quota màxima de replicació, presentem una arquitectura dirigida per controladors per abordar el problema de congestió derivat de la utilització d’estratègies d’encaminament basades en multi-còpia de missatges. En particular, l’arquitectura dirigida per controladors utilitza la informació contextual de com congestionada està la xarxa per, dinàmicament, determinar quin és el límit de replicació de l’estratègia d’encaminament. Simulacions basades en traces de mobilitat reals i sintètiques mostren que la utilització de la informació contextual, proveïda pel controlador, per configurar el protocol d’encaminament, incrementa la ràtio de missatges rebuts tot mantenint una bona latència mitjana dels missatges i un cost baix d’utilització de la xarxa en comparació amb els protocols d’encaminament marc basats en multi-còpia. Els resultats obtinguts corroboren com de beneficiosa és la utilització d’informació contextual supervisada en l’estratègia d’encaminament de xarxes oportunistes.

Las redes oportunistas (OppNets) aprovechan las oportunidades de contactos entre los nodos, los cuales utilizan la habilidad de comunicarse directamente entre ellos, para hacer fluir los datos a través de una red sin infraestructura. A día de hoy, el rendimiento de las redes oportunistas depende de utilizar la estrategia de encaminamiento más conveniente al tipo de red oportunista en cuestión. Por otro lado, las redes definidas por software (SDN) es una paradigma aplicado a las redes cableadas donde se separa el plano de control del plano de datos. El plano de control supervisa la red para configurar de forma óptima el plano de datos. Nuestra propuesta utiliza controladores parecidos a los de SDN para hacerse una idea parcial de la situación de la red oportunista. La estrategia de encaminamiento utiliza esta información contextual para obtener una mejora del rendimiento de la red. Como caso de uso de nuestra propuesta, en el contexto de una OppNet que utilice un algoritmo de encaminamiento basado en una cuota máxima de replicación, presentamos una arquitectura dirigida por controladores para abordar el problema de la congestión derivado de la utilización de estrategias de encaminamiento basadas en multi-copia de mensajes. En particular, la arquitectura dirigida por controladores utiliza la información contextual de cuán congestionada está la red para, dinámicamente, determinar cuál es el límite de replicación de la estrategia de encaminamiento. Simulaciones basadas en trazas de movilidad reales y sintéticas muestran que la utilización de información contextual, proporcionada por el controlador, para configurar el protocolo de encaminamiento, incrementa la ratio de mensajes recibos manteniendo una buena latencia media de los mensajes y un coste bajo en la utilización de la red en comparación con los protocolos de encaminamiento marco basados en multi-copia. Los resultados obtenidos corroboran los beneficios de la utilización de información contextual supervisada en la estrategia de encaminamiento de las redes oportunistas.

Opportunistic networks (OppNets) leverage opportunistic contacts using a device-to-device communication scheme to flow data across an infrastructure-free network. Up to date, OppNets performance depends on applying the most suitable forwarding strategy based on the OppNet typology. On the other hand, Software Defined Networks (SDN) is a paradigm for wired networks that decouples the control and data planes. The control plane oversees the network to configure the data plane optimally. Our proposal uses SDN-like controllers to build a partial overview of the opportunistic network. The forwarding strategy uses this context information to achieve better network performance. As a use case of our proposal, in the context of an OppNet using a quota-based forwarding algorithm, we present a controller-driven architecture to tackle the congestion problem derived from multi-copy forwarding strategies. Particularly, the controller-driven architecture uses the context information of how congested the network is to dynamically determine the message replication limit used by the forwarding algorithm. Simulation based on real and synthetic mobility traces shows that using context information provided by the controller to configure the forwarding protocol increments the delivery ratio and keeps a good latency average and a low overhead compared with the baseline multi-copy-based forwarding protocols. These results strengthen the benefits of using supervised context information in the forwarding strategy in OppNets.