[论文解读] 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 3

一句话总结

UDTNSim v0.1 是一个开源的面向对象的都市迟延容忍网络（DTN）仿真器，可在真实的都市道路环境中仿真移动性模型和DTN路由协议。它支持六种移动性模型和三种路由协议，具备模块化架构以支持可扩展性，并配备图形用户界面（GUI）以实现可视化仿真，在拥有地图信息的情况下可实现高达90%的数据交付率。

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.

研究动机与目标

• 解决在高移动性和间歇性连接的都市环境中仿真迟延容忍网络的挑战。
• 为测试新型移动性模型和DTN路由协议，提供一个灵活的开源仿真框架。
• 实现对都市道路网络中数据交付性能的可视化与量化评估。
• 支持利用移动代理和传感器数据采集技术的应急响应系统研究。

提出的方法

• 仿真器采用面向对象的架构，将移动性模型、路由协议、事件处理和GUI等组件模块化。
• 支持六种移动性模型：静止型、简单随机型、基于路径类型的路径记忆型、基于路径记忆的路径类型型、带受限移动的路径类型型，以及带等待移动的路径类型型。
• 实现了三种路由协议：爆发式路由、仅上级切换和上级对等切换，采用存储-转发机制并遵循捆绑层语义。
• 仿真器使用基于XML的配置文件管理仿真参数，并包含解析器以实现动态参数加载。
• 图形用户界面（GUI）可可视化道路网络、移动节点和仿真事件，并具备实时报告功能。
• 系统采用共享参数对象（global_params）集中管理仿真配置和事件。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有间歇性连接的都市DTN中，不同移动性模型如何影响数据交付性能？
• RQ2 在移动数据采集场景中，地图信息的可用性对交付率有何影响？
• RQ3 在交付率和开销方面，爆发式、仅上级切换和上级对等切换等路由协议的性能如何比较？
• RQ4 具备真实都市道路网络和移动模式的仿真器在多大程度上能提升DTN协议的评估效果？
• RQ5 在应急响应场景中，路径重规划模型如最小偏离行走（Minimum Deviated Walk）和正交行走（Ortho Walk）的效率如何？

主要发现

• 当拥有地图信息时，最小偏离行走（MW）和正交行走（OW）等移动性模型可实现超过90%的交付率，显著优于无地图数据的模型。
• 在缺乏预先地图信息的情况下，基于路径类型的路径记忆型移动性模型的交付率仅降至20%。
• 仿真器的模块化面向对象设计可高效支持新移动性模型和路由协议的扩展与集成。
• GUI和报告模块提供实时可视化和详细日志，有助于仿真分析与调试。
• 通过使用共享参数对象和基于XML的配置，提升了仿真环境的可配置性和可维护性。
• 仿真器支持具备不同类型道路和基于代理的移动性的真实都市道路网络仿真，可实现对应急响应系统的评估。