[論文レビュー] Leveraging Bus Mobility to Enable Communications in Urban Areas

Sabrina Gaito, Dario Maggiorini+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2011

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks参考文献 22被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、公衆バスの移動を活用して、インフラに依存しないスケーラブルな都市通信基盤を提供するバススイッチドネットワーク（BSNs）を提案する。これにより、オポチュニスティックなデータ配信が可能となる。また、接触履歴とバス時刻表を用いて転送意思決定を行う、軽量な確率的ルーティングプロトコルであるOp-HOPを導入し、多様な都市において高い配信率（最大99.9％）と低いエンドツーエンド遅延（中央値は2時間未塔）を達成し、高いトラフィック負荷下でも安定した性能を示した。

ABSTRACT

This paper shows that the deployment of an opportunistic network on any public transportation system leads to obtain a scalable and efficient urban communication platform. We use the term Bus Switched Networks (BSNs) to indicate this urban backbone that complements the services of 3G networks and enables to meet the application level requirements for a large class of applications by ensuring high delivery ratio and acceptable delays under different conditions of packet load. We sustain these arguments by providing three contributions. The first contribution is a novel and lightweight probabilistic routing protocol for BSN which we prove to be highly effective in satisfying the loose QoS required by urban-wide delay-tolerant information services. The second contribution is the proposal of URBeS, an analysis platform that, given a specific city served by public transportation, produces real bus mobility traces and traffic analysis for any given routing protocol. The last contribution is an extensive benchmark analysis on three real cities which have been selected to explore geo and structural diversity.

研究の動機と目的

• 3Gや従来のインターネットでは対応できない都市規模の遅延耐性型モバイルアプリケーションを支援するための課題を解決すること。
• 既存の公共交通システムを活用して、スケーラブルでインフラに依存しない通信基盤を設計すること。
• 変動するトラフィック負荷下でも高い配信率と許容可能な遅延を確保するルーティングプロトコルを開発すること。
• 地理的・構造的特性が異なる都市間で、基盤の性能を評価すること。
• 実都市環境におけるBSNの展開に再利用可能な分析フレームワークを提供すること。

提案手法

• バスを移動型リレーノードとして用いることで、モバイルでオポチュニスティックなネットワークの基盤を構築するバススイッチドネットワーク（BSNs）を提案する。
• 接触履歴とバス時刻表を用いて転送意思決定を行う、軽量で確率的なルーティングプロトコルであるOp-HOPを導入する。
• エンドツーエンド経路を避ける多ホップ転送モデルを採用し、ルートに沿ってバス同士でパケットを中継する。
• 任意の都市において、現実的なバス移動トレースと交通パターンを生成できる分析プラットフォームURBeSを開発する。
• ミラノ、エドモントン、シカゴの実際の交通データを用いて、シミュレーションとルーティング性能のベンチマークを実施する。
• 配信率、エンドツーエンド遅延、バッファ使用量などの指標を用いて、トラフィック負荷（1～60パケット／バス／時間）の変動に応じた性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 公衆バスネットワークは、都市通信のためのスケーラブルでインフラに依存しない基盤として機能できるか？
• RQ2 Op-HOPルーティングプロトコルは、実都市環境において高い配信率と低い遅延を達成できるか？
• RQ3 地理的・構造的特性が異なる都市間で、BSNの性能はどのように変化するか？
• RQ4 高いトラフィック負荷下でも、性能劣化を伴わず処理できるか？
• RQ5 BSNは、コンテンツ配信やセンサデータアップロードのような遅延耐性アプリケーションをどの程度サポートできるか？

主な発見

• ミラノではOp-HOPが99.9％の配信率を達成し、エドモントンでは87.7％を記録。エピデミックプロトコルやミニマムホッププロトコルを大きく上回った。
• 全都市でエンドツーエンド遅延の中央値が2時間未塔であり、ミラノでは1.37時間、シカゴでは2.86時間であった。
• 高トラフィック下でも配信率と遅延が安定しており、シカゴでは1日あたり70万パケットを超えた場合にわずかな劣化が見られたにとどまった。
• バッファ使用量はトラフィックに比例して線形に増加したが、1GB未満という実用的な範囲内に収まり、標準的なモバイルデバイスへの展開が可能であった。
• 60パケット／バス／時間を超える高負荷環境下でも、MaxProp や Rapid よりもパケットロスが少なく、より高い配信効率を維持した。
• URBeSを用いることで、都市間での正確なベンチマークが可能となり、BSNがQoS要件が緩い都市規模のアプリケーションを信頼性高くサポートできることを確認した。