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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.55.2012.tde-19022013-151520
Documento
Autor
Nome completo
Bruno Yuji Lino Kimura
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Moreira, Edson dos Santos (Presidente)
Batista, Daniel Macedo
Fonseca, Nelson Luis Saldanha da
Guardia, Hélio Crestana
Ueyama, Jo
Título em português
Sessões de comunicações tolerantes a rupturas: uma camada de Socket para aplicações cientes de mobilidade na Internet
Palavras-chave em português
API de Sockets
Aplicações cientes de mobilidade
Computação móvel
Gerenciamento de mobilidade IP
Sessões tolerantes a atrasos e rupturas
Resumo em português
Com a heterogeneidade de tecnologias de comunicação sem fio presentes na borda de redes de acesso, serviços providos na Internet podem ser acessados de forma quasi ubíqua através de dispositivos móveis ou portáteis. O acesso a esses serviços, contudo, está associado a atrasos e rupturas frequentes na comunicação devido a razões inerentes à mobilidade do dispositivo, como: i) perda de sinal em locais onde há pouca ou nenhuma cobertura de acesso móvel; ii) erros no quadro de dados durante a transmissão e, consequentemente, perdas de pacotes, que podem ser ocasionados por interferência no sinal ou enfraquecimento deste pelo distanciamento do dispositivo em relação à Estação Base; iii) mudanças de endereços IP durante transmissões em andamento causadas pela migração do dispositivo entre diferentes redes. Como consequência, aplicações falham com a ruptura de comunicações orientadas a conexão. Tratar a mobilidade de forma transparente à aplicação é um dos desafios da Computação Móvel e Ubíqua que vem sendo pesquisado ao longo da última década. Soluções foram propostas para operarem desde a Camada de Enlace à Aplicação. Muitas delas, entretanto, exigem modificações na pilha de protocolos TCP/IP e adição de infraestrutura específica de rede no suporte à comunicação fim-a-fim. Além de elevar o custo das etapas de implantação e manutenção, estratégias intrusivas e dependentes de infraestrutura adicional podem não apresentar desempenho satisfatório. Nesse contexto, propomos tratar a mobilidade no nível da própria aplicação através de Sessões de Comunicação que não falham com atrasos e desconexões. Operando somente nos nós-fim e de modo transparente às Camadas adjacentes de Aplicação e Transporte, as sessões não requerem infraestrutura adicional para intermediar ou controlar a comunicação entre pares, tampouco modificações em protocolos legados da pilha TCP/IP. O conceito de Sessões Tolerantes a Rupturas é implementado através de uma API de propósito geral em sistemas Linux que estende a interface de Sockets. A API é, na prática, uma camada transparente sobre o Socket que provê Ciência de Mobilidade à aplicação através de mecanismos para: acompanhar a localização de nós ao longo da duração de uma sessão; detectar rupturas nas transmissões causadas pela mobilidade do nó ou de seu par remoto; suspender e retomar sessões de forma eficiente, segura e confiável. Experimentos conduzidos em ambientes emulados e reais com equipamentos de uso comercial mostram a eficiência das sessões. Além de introduzir baixa degradação na vazão fim-a-fim, rupturas na transmissão podem ser detectadas em microssegundos e sessões suspensas são reabertas em milissegundos. Com um desempenho superior a solução de mobilidade geral da Camada IP, as sessões não necessitam de adaptações de software em equipamentos de rede
Título em inglês
Disruption-tolerant sessions: a socket layer for mobility-aware applications on the internet
Palavras-chave em inglês
Delay/Disruptions tolerant sessions
IP mobility management
Mobile computing
Mobility-aware applications
Sockets API
Resumo em inglês
Nowadays services available on the Internet can be accessed from mobile devices while they roam across heterogeneous wireless networks. Due to the inherent reasons of device mobility, however, the access to such services is frequently involved with delay and disruptions. The most common reasons are: i) losing radio signal at places where mobile access coverage area is not available; ii) frame error, losses, and fading on the radio signal when the mobile device moves away from the Base Station; iii) changes on the devices IP address over ongoing transmission, while the mobile node migrates among different wireless networks. As result, networked application fails with disruptions on TCP connections established in the mobile users path. Handling seamlessly mobility on the Internet is a technical challenge of the Mobile Computing Paradigm. It has been widely researched over the last decade. Several solutions have been proposed to work from the Link Layer to the Application Layer. Most of them, however, work intrusively and require modifications in the classical TCP/IP protocol stack, as well as rely on additional network infrastructure to support mobile end-to-end communication. Besides increasing the cost of deployment and maintenance, intrusive and infrastructure dependent strategies may not present suitable performance. In this sense, we devised an architecture to handle mobility at the Application level by means of communication sessions that do not fail with delay, disruption or disconnection. Such sessions work only at the end-systems in a such way that: are fully transparent to the adjacent layers of Transport and Application; do not require additional network infrastructure to forward and manage the communication between two mobile peers; and do not impose any modification on the legacy protocols from the TCP/IP stack. The concept of Disruption-Tolerant Sessions is implemented in Linux by means of a general purpose API extended from the Socket interface. Such API is a transparent layer placed on top of the Socket to provide mobility awareness to the Application Layer. To do so, session services are provided for: tracking mobile peers along the session duration; detecting disruptions over TCP connection caused by mobility of the local or remote peer; suspending and resuming sessions with efficiency, security and reliability. Experiments conducted in emulated and real systems (off-the-shelf hardware and open source software) showed the desired efficiency. Besides introducing little overhead on the goodput, disruptions are detected in a range of microseconds and suspended sessions are resumed in milliseconds. With performance greater than the general IP layer mobility solution, the proposed sessions do not require software adaptation in the core of the network infrastructure
 
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kimurarevisada.pdf (1.98 Mbytes)
Data de Publicação
2013-02-19
 
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