Meego Italian Day 2011 - Prof. Carlo Caini

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Meego Italian Day 2011 - Prof. Carlo Caini - Delay-/Disruption- Tolerant Networking: dall’internet interplanetario agli smartphone.

Una testimonianza direttamente dal mondo della ricerca scientifica: ci verrà mostrato come può essere importante avere un sistema operativo completo linux-based anche su dispositivi mobili; codice sorgente C/C++ che rappresenta l’implementazione dei protocolli DTN, già scritto per normali architetture x86, ricompilato velocemente per processori ARM ed eseguito su uno smartphone.


Prof. Carlo Caini è professore associato di telecomunicazioni presso la facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna e dal 2001 fa parte del DEIS (Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica). Il suo campo scientifico di interesse sono le reti satellitari e wireless con una particolare enfasi sullo studio, la progettazione e l’implementazione dei protocolli di trasporto. Si occupa inoltre di “challenged networks”, includendo il miglioramento delle versioni di TCP, Performance Enhancing Proxies (PEPs) e Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN).

http://www.meegoit.com/2011

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Meego Italian Day 2011 - Prof. Carlo Caini

  1. 1. Delay-/Disruption- Tolerant Networking: dall’Internet interplanetaria agli smartphone C. Caini DEIS/ARCES Università di Bologna MeeGo day Università di Bologna, 18 Marzo 2011
  2. 2. Introduzione <ul><li>DTN (Delay-/Disruption-Tolerant Networking) </li></ul><ul><ul><li>Concepita per realizzare un’Internet Interplanetaria, la tecnologia DTN ha allargato il suo campo di applicazione a tutte le “challenged networks” </li></ul></ul><ul><li>“ Challenged networks” </li></ul><ul><ul><li>Una rete nella quale una o più delle usuali assunzioni alla base di Internet cessa di valere </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ritardi limitati, perdite trascurabili, connettività end-to-end </li></ul></ul></ul><ul><li>Le caratteristiche della tecnologia DTN sembrano particolarmente adatte ad affrontare i problemi di connettività degli smartphone </li></ul><ul><li>Nel seguito mostrati alcuni risultati preentati a ISWPC 2010 </li></ul><ul><li>Essenziale la possibilità di installare software scritto per GNU/Linux su uno smartphone Maemo </li></ul>
  3. 3. Ricerche in corso e possibili applicazioni <ul><li>L’interesse sulle DTN e gli smartphone è stato destato dall’annuncio di Vinton Cerf (Nov.2009) </li></ul><ul><ul><li>“ The news is that Vinton Cerf has added a DTN stack to the open source Android code, seeing uses in mobile applications for a protocol that does not assume a continuous connection” </li></ul></ul><ul><li>Ricerche in corso </li></ul><ul><ul><li>Bytewalla (KTH, Stockholm ) </li></ul></ul><ul><ul><li>DT-Talkie (Helsinki University of Technology) </li></ul></ul><ul><ul><li>Entarmbe sono applicazioni “data mule” basate sull’ interfaccia WiFi;nessun riferimento ad esperimenti 3G </li></ul></ul><ul><li>Il nostro interesse riguarda tutte le interdfacce, incluso il 3G </li></ul><ul><ul><li>“ vertical handover” (da 3G a WiFi) </li></ul></ul><ul><ul><li>Applicazioni “data mule” con anche il 3G </li></ul></ul>
  4. 4. DTN Architecture <ul><li>Bundle layer aggiunto; architetura “store-and-forward” (RFC4838) </li></ul><ul><ul><li>Le funzioni end-to-end del Trasporto sono ora confinati al’interno di un hop DTN </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Possibilità di usare protocolli I trasporto diversi su ogno hop DTN </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>L’informazione è immagazzinata nei nodi DTN (quindi dentro la rete) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Resistenza alla partizione della rete ed alle interruzioni dei collegamenti </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Frammentazione dei Bundle </li></ul></ul></ul>
  5. 5. Ambiente per i test <ul><li>Hardware </li></ul><ul><ul><li>2 PC Linux </li></ul></ul><ul><ul><li>1 Nokia N900 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>USB, WiFi e UMTS HSPA </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Maemo 5 (in futuro MeeGo) </li></ul></ul></ul><ul><li>Software </li></ul><ul><ul><li>DTN2 Bundle layer reference implementation </li></ul></ul><ul><ul><li>DTNperf_2 strumento di analisi delle prestazioni reti DTN </li></ul></ul><ul><li>Maemo essenziale per l’uso del software ufficiale (DTN2) sull’ N900 </li></ul><ul><ul><li>Maggiore affiabilità; stesso software su tutte le piattaforme (PC e smartphone) </li></ul></ul><ul><ul><li>Zero costi di sviluppo (o quasi) </li></ul></ul><ul><ul><li>Un pacchetto per l’instalazione di DTN2 su Maemo 5 sviluppato da Francesco Baldassarri (per MeeGo appena possibile) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>http://cnrl.deis.unibo.it/ </li></ul></ul></ul>
  6. 6. Primo scenario: singolo hop DTN Unique DTN hop
  7. 7. Singolo DTN hop: canale continuo <ul><li>60s di trasferimento di bundle da PC a N900 </li></ul><ul><ul><li>Bundle da 1 MB consegnati regolarmente </li></ul></ul>
  8. 8. Singolo DTN hop: canale con un’interruzione intermedia (WiFi) <ul><li>45 s di interruzione dopo 30 s dall’inizio </li></ul><ul><ul><li>Interfaccia WiFi spenta e riaccesa </li></ul></ul>
  9. 9. Singolo DTN hop: “storia” del bundle 4 <ul><li>Table II: Bundle 4 status_reports </li></ul>0 No 4 N900 DELIVERED 119.76 946070 Yes 4 N900 DELETED 119.16 0 Yes 4 N900 DELETED 119.04 946070 Yes 4 N900 CUSTODY_ACC. 118.80 946070 Yes 4 N900 RECEIVED 118.65 946070 Yes 4 PC FORWARDED 118.44 0 Yes 4 N900 CUSTODY_ACC. 85.37 0 Yes 4 N900 RECEIVED 85.22 0 Yes 4 PC FORWARDED 61.66 0 No 4 PC CUSTODY_ACC. 13.79 0 No 4 PC SENT 13.79 Frag. Offset Fragment # Report Sender Status report Time
  10. 10. Singolo DTN hop: vertical handover (UMTS/WiFi) <ul><li>La connessione inizia con UMTS acceso e WiFi spento, quindi vice versa </li></ul><ul><ul><li>Le connessioni TCP sono gestite direttamente dal bundle protocol </li></ul></ul><ul><ul><li>L’ handover causa la framentazione del secondo bundle </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Primo frammento inviato su UMTS, secondo su WiFi </li></ul></ul></ul>
  11. 11. Secondo scenario: DTN hop multipli First DTN hop (ideal) Second DTN hop (disrupted)
  12. 12. DTN hop multipli: interruzione intermedia (WiFi) <ul><li>Stesso comportamento del caso a singolo hop </li></ul><ul><ul><li>Vecchia connessione TCP chiusa dopo 30s dall’inizio dell’interruzione </li></ul></ul><ul><ul><li>Nuova connessione TCP dopo l’interuzione </li></ul></ul>
  13. 13. DTN hop multipli: mancanza di collegamento iniziale sul secondo hop (WiFi) <ul><li>Assenza iniziale di connettività end-to-end </li></ul><ul><ul><li>TCP non può stabilire una connessione </li></ul></ul><ul><ul><li>DTN store-and-forward permette il trasferimento dei bundle sul primo hop in attesa che il secondo hop diventi disponibile </li></ul></ul>
  14. 14. Terzo scenario: “data mule” <ul><li>Trasferimento di un file da 10MB (10 bundles da 1 MB) fra due nodi non interconnessi. </li></ul><ul><li>Trasferimento in tre fasi: </li></ul><ul><ul><li>L’ N900 “mulo” riceve I bundle dalla sorgente DTN e li immagazzina in un database interno (UMTS on, WiFi off) </li></ul></ul><ul><ul><li>I Bundles sono trasferiti al ricevitore DTN receiver; ricezione e immagazzinamento dei “delivered” status report (UMTS off, WiFi on). </li></ul></ul><ul><ul><li>Trasferimento dei “delivered” alla sorgente DTN sender (UMTS on, WiFi off) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Fase necessaria solo per avere conferma della cionsegna dei bundle (ricevuta di ritorno) </li></ul></ul></ul>
  15. 15. Conclusioni <ul><li>Questa attività di ricerca dimostra due cose: </li></ul><ul><ul><li>i vantaggi che possono derivare dall’utilizzo delle DTN sugli smartphone </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Primi risultati DTN su 3G </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Dimostrazioni dal vivo possibili su richiesta </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>l’importanza per la ricerca di poter disporre su uno smartphone di un sistema operativo aperto basato su GNU/Linux </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>I test effettuati non sarebbero stati possibili su sistemi chiusi </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Avrebbero richiesto sviluppo/utilizzo di software ad hoc per altri sistemi (Android, vedi progetto Bytewalla) </li></ul></ul></ul>
  16. 16. Bibliografia <ul><li>C. Caini, P. Cornice, R. Firrincieli, D. Lacamera, M. Livini, “DTN meets smartphones: future prospects and tests” in Proc. of IEEE ISWPC’10, Modena, May 2010, pp. 355 – 360. </li></ul><ul><li>DTNRG web site, http://www.dtnrg.org/wiki , </li></ul><ul><li>A. McMahon, S. Farrell, &quot;Delay- and Disruption-Tolerant Networking,&quot; IEEE Internet Comp., vol. 13, no. 6, pp. 82-87, Nov./Dec. 2009. </li></ul><ul><li>K. Fall, S. Farrell, &quot;DTN: an architectural retrospective&quot;, IEEE Journal on Selected Areas in Commun., vol.26, no.5, pp.828-836, June 2008. </li></ul><ul><li>V. Cerf , A. Hooke, L. Torgerson, R. Durst, K. Scott, K. Fall, H. Weiss “Delay-Tolerant Networking Architecture”, IETF RFC 4838, Apr. 2007. </li></ul><ul><li>K. Scott, S. Burleigh, “Bundle Protocol Specification”, IETF RFC 5050, Nov. 2007 </li></ul>

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