[論文レビュー] Urban Delay Tolerant Network Simulator (UDTNSim v0.1)

Sarath Babu, Gaurav Jain+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2017

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks被引用数 3

ひとこと要約

UDTNSim v0.1 は、都市部の遅延耐性ネットワーク（DTN）を対象としたオープンソースでオブジェクト指向のシミュレータであり、現実的な都市道路環境における移動モデルとDTNルーティングプロトコルのシミュレーションを可能にしている。6つの移動モデルと3つのルーティングプロトコルをサポートし、拡張性を考慮したモジュラーなアーキテクチャとGUIを備え、地図情報が利用可能な場合、最大90％の配信レートを達成している。

ABSTRACT

Delay Tolerant Networking (DTN) is an approach to networking which handles network disruptions and high delays that may occur in many kinds of communication networks. The major reasons for high delay include partial connectivity of networks as can be seen in many types of ad hoc wireless networks with frequent network partitions, long propagation time as experienced in inter-planetary and deep space networks, and frequent link disruptions due to the mobility of nodes as observed in terrestrial wireless network environments. Experimenting network architectures, protocols, and mobility models in such real-world scenarios is difficult due to the complexities involved in the network environment. Therefore, in this document, we present the documentation of an Urban Delay Tolerant Network Simulator (UDTNSim) version 0.1, capable of simulating urban road network environments with DTN characteristics including mobility models and routing protocols. The mobility models included in this version of UDTNSim are (i) Stationary Movement, (ii) Simple Random Movement, (iii) Path Type Based Movememt, (iv) Path Memory Based Movement, (v) Path Type with Restricted Movement, and (vi) Path Type with Wait Movement. In addition to mobility models, we also provide three routing and data hand-off protocols: (i) Epidemic Routing, (ii) Superior Only Handoff, and (iii) Superior Peer Handoff. UDTNSim v0.1 is designed using object-oriented programming approach in order to provide flexibility in addition of new features to the DTN environment. UDTNSim v0.1 is distributed as an open source simulator for the use of the research community.

研究の動機と目的

• 高密度な移動性と途切れのある接続性を示す都市環境における遅延耐性ネットワークのシミュレーションの課題に対処すること。
• 新しい移動モデルやDTNルーティングプロトコルのテストが可能な柔軟でオープンソースのシミュレーションフレームワークを提供すること。
• 都市部の道路網におけるデータ配信性能の視覚的および定量的評価を可能にすること。
• モバイルエージェントとセンサデータ収集を用いた緊急対応システム分野における研究を支援すること。

提案手法

• シミュレータはオブジェクト指向アーキテクチャを採用し、移動モデル、ルーティングプロトコル、イベント処理、GUIなどのコンponentをモジュラー化している。
• 6つの移動モデルをサポートしている：静止型、シンプルランダム型、経路タイプベース型、経路記憶ベース型、制限移動付き経路タイプ型、待機移動付き経路タイプ型。
• 3つのルーティングプロトコルを実装している：エピデミックルーティング、スーパーイアのみハンドオフ、スーパーイアピアハンドオフ。ストアアンドフォワード方式を採用し、バンドルレイヤーの意味論を用いている。
• シミュレーションパラメータのためのXMLベースの設定を採用し、動的パラメータロード用のパーサーを内蔵している。
• グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）は、道路網、移動ノード、シミュレーションイベントを可視化し、リアルタイムでのレポート機能を備えている。
• シミュレーション設定とイベント管理を一元化するための共有パラメータオブジェクト（global_params）を採用している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる移動モデルが、途切れのある接続性を示す都市部DTNにおけるデータ配信性能に与える影響は何か？
• RQ2 地図情報の可用性が、モバイルデータ収集シナリオにおける配信率に与える影響は何か？
• RQ3 エピデミック、スーパーイアのみハンドオフ、スーパーイアピアハンドオフといったルーティングプロトコルは、配信率とオーバーヘッドの観点からどのように比較できるか？
• RQ4 現実的な都市道路網と移動パターンを備えたシミュレータは、DTNプロトコルの評価をどの程度向上できるか？
• RQ5 緊急対応シナリオにおいて、パスリスケジューリングモデル（最小ずれ歩行、直交歩行）はどの程度有効か？

主な発見

• 地図情報が利用可能な場合、最小ずれ歩行（MW）や直交歩行（OW）といった移動モデルは90％を超える配信率を達成し、地図データなしのモデルを著しく上回っている。
• 事前に地図情報が得られない状況では、経路タイプベース型や経路記憶ベース型の移動モデルを用いた場合、配信率はたったの20％にまで低下する。
• シミュレータのモジュラーでオブジェクト指向の設計により、新しい移動モデルやルーティングプロトコルの効率的な拡張と統合が可能である。
• GUIおよびレポートモジュールにより、リアルタイムでの可視化と詳細なログ記録が可能となり、シミュレーションの分析やデバッグが容易になった。
• 共有パラメータオブジェクトとXMLベースの設定の採用により、シミュレーション環境の設定可能性と保守性が向上した。
• シミュレータは、異なる道路タイプとエージェントベースの移動を備えた現実的な都市道路網シミュレーションをサポートしており、緊急対応システムの評価が可能である。