[논문 리뷰] Urban Delay Tolerant Network Simulator (UDTNSim v0.1)

Sarath Babu, Gaurav Jain외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 17.

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks인용 수 3

한 줄 요약

UDTNSim v0.1은 실생활 도시 도로 환경에서 이동성 모델과 DTN 라우팅 프로토콜을 시뮬레이션할 수 있는 오픈소스이자 객체지향적 시뮬레이터이다. 이 시뮬레이터는 여섯 종류의 이동성 모델과 세 가지 라우팅 프로토콜을 지원하며, 확장성을 고려한 모듈식 아키텍처와 시각적 시뮬레이션을 위한 GUI를 제공하여 지도 정보가 있는 경우 최대 90%의 전달 비율을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 높은 이동성과 간헐적인 연결성을 가지는 도시 환경에서 지연 내성 네트워크(DTN)를 시뮬레이션하는 데 도전하는 문제를 해결하기 위해.
• 새로운 이동성 모델과 DTN 라우팅 프로토콜을 테스트하기 위한 유연하고 오픈소스 기반의 시뮬레이션 프레임워크를 제공하기 위해.
• 도시 도로 네트워크에서의 데이터 전달 성능에 대한 시각적 및 정량적 평가를 가능하게 하기 위해.
• 모바일 에이전트와 센서 데이터 수집을 활용한 비상 대응 시스템 연구를 지원하기 위해.

제안 방법

• 시뮬레이터는 이동성 모델, 라우팅 프로토콜, 이벤트 처리, GUI 등의 구성 요소를 모듈화하기 위해 객체지향 아키텍처를 사용한다.
• 여섯 종류의 이동성 모델을 지원한다: 정적, 단순 랜덤, 경로 유형 기반, 경로 메모리 기반, 제한 이동 기반 경로 유형, 대기 이동 기반 경로 유형.
• 세 가지 라우팅 프로토콜이 구현되어 있다: 전파 라우팅, 최상위 전달 전환 전용, 최상위 피어 전달 전환, 스토어 앤 포워드 방식을 사용하며 번들 레이어 의미 체계를 적용한다.
• 시뮬레이션 파라미터를 XML 기반으로 설정하고 동적 파rameter 로딩을 위한 파arser를 포함한다.
• 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 도로 네트워크, 이동 노드, 시뮬레이션 이벤트를 시각화하며 실시간 보고 기능을 제공한다.
• 공유 파라미터 객체(global_params)를 활용하여 시뮬레이션 설정과 이벤트 관리를 중앙 집중화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 이동성 모델은 간헐적인 연결성을 가지는 도시 DTN 환경에서 데이터 전달 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 지도 정보의 가용성이 이동 데이터 수집 시나리오에서 전달 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전파, 최상위 전달 전환 전용, 최상위 피어 전달 전환과 같은 라우팅 프로토콜은 전달 비율과 오버헤드 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 실제 도시 도로 네트워크와 이동 패턴을 반영한 시뮬레이터가 DTN 프로토콜 평가에 얼마나 향상된 성능을 제공하는가?
• RQ5 비상 대응 시나리오에서 경로 재설계 모델인 최소 이격 걷기(Minimum Deviated Walk)와 수직 걷기(Ortho Walk)는 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 지도 정보가 제공되는 경우, 최소 이격 걷기(MW) 및 수직 걷기(OW)와 같은 이동성 모델이 90% 이상의 전달 비율을 달성하여 지도 데이터 없이 사용하는 모델보다 뚜렷이 뛰어난 성능을 보인다.
• 사전 지도 정보가 없는 경우, 경로 유형 기반 및 경로 메모리 기반 이동성 모델을 사용할 때 전달 비율이 단지 20%로 떨어진다.
• 시뮬레이터의 모듈식이고 객체지향적인 설계 덕분에 새로운 이동성 모델과 라우팅 프로토콜의 효율적 통합 및 확장이 가능하다.
• GUI 및 보고 모듈은 시뮬레이션 분석과 디버깅을 위한 실시간 시각화와 상세 로그를 제공한다.
• 공유 파라미터 객체와 XML 기반 설정을 활용함으로써 시뮬레이션 환경의 구성 유연성과 유지보수성 향상이 가능하다.
• 시뮬레이터에서는 다양한 도로 유형과 에이전트 기반 이동성을 고려한 실제 도시 도로 네트워크 시뮬레이션을 지원하여 비상 대응 시스템 평가가 가능하다.