Um esquema para entrega de mensagens codificadas em redes DTNS

Abstract

Resumo: As redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTN) são formadas por nós móveis ad hoc cujas características de mobilidade impõem serias restrições para o encaminhamento e entrega de mensagens. Uma característica importante das DTNs e a conectividade intermitente, resultado das frequentes desconexões causadas pela mobilidade e topologia esparsa. Nesses cenários, a entrega de mensagens torna-se um desafio, pois elas podem ser retidas por longos períodos ou nunca serem entregues ao destinatário. As propostas existentes para melhorar a taxa de entrega de mensagens nesses cenários alteram os protocolos de roteamento, fazendo verificação de integridade a cada salto. Isso resulta em sobrecarga no roteamento e em um custo computacional muitas vezes impraticável. Este trabalho propõe um esquema, denominado EMCOD, que visa reduzir o tempo para entrega de mensagens e a sobrecarga de processamento, em redes caracterizadas por longos atrasos e que sofrem perdas de pacotes. O esquema utiliza codificação de rede e intercalação de dados para criação de mensagens menores que são encaminhadas pela rede. A reconstrução dos dados originais é feita a partir da recepção de algumas mensagens, não sendo necessário aguardar o recebimento de todas. Utilizando Reed-Solomon para codificação de dados, o EMCOD é capaz de reduzir o tempo para recuperação dos dados originais em mais de 50%, em cenários que sofrem altas taxas de perdas de pacotes. A sobrecarga computacional adicionada pelo processo de codificação é compensada pela capacidade de recuperação dos dados originais, sem que seja necessário reenviar as mensagens perdidas. Devido a essa capacidade, é possível reduzir a sobrecarga na rede em mais de 60%, em cenários que possuem altos índices de perda de mensagens. O EMCOD altera a estrutura da camada de agregação, mas não interfere no funcionamento das demais camadas. Assim, é possível realizar o roteamento das mensagens através de nós que não implementem o esquema proposto.

Abstract: Delay and Disruption Tolerant Networks (DTN) are made up of mobile ad hoc nodes, and it is exactly that mobility that imposes major message routing and delivery restrictions. Another important characteristic of DTNs is its intermittent connectivity, resulting from frequent disconnections, which in turn are caused by mobility and scattered topologies. In these scenarios, message delivery becomes a challenge, considering they can be detained for long periods or never get delivered to its destination. Existing solutions to improve message delivery rates in such scenarios modify routing protocols to perform integrity verification with each hop. This results in routing overloads and, too often, unrealistic processing costs. This research proposes a schema, named EMCOD, that decreases message delivery times, and also minimizes processing overloads in networks burdened by long delays and packet losses. The schema uses data encoding and interleaving to create smaller messages, which are then routed through the network. The original data is then reassembled from some of the messages received, without the need to wait for the retrieval of all messages. Using Reed-Solomon codes to encode the data, EMCOD is capable of reducing original data retrieval times by more than 50%, in scenarios with high packet loss rates. The processing overload resulting from the encoding procedures is offset by the data retrieval capabilities, without the need to resend lost messages. This capability effectively decreases network overloads by more than 60%, in scenarios subject to high message loss rates. EMCOD modifies the structure of the Bundle Layer, without interfering with the remaining layers, making it possible to route the messages through nodes that don’t implement the proposed schema.