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Facoltà di Ingegneria Corso di Studi in Ingegneria Ele5ronica A.A. 2011/2012 Roma,
27/02/2013
1
Sommario •  Introduzione alle VANET (Vehicular Ad‐hoc NETworks) o  Applicazioni
o  Comunicazioni
V2V
e
V2I
•  ReH Peer‐to‐Peer o  Presentazione
del
modello
P2P
o  Confronto
tra
modello
Client‐Server
e
Peer‐to‐Peer
o  Protocolli
di
file
sharing
•  Analisi di prestazioni di BitTorrent in reH VANET o  Simulatore
PeerSim
o  Scenari
AnalizzaE
•  Conclusioni e sviluppi futuri 2
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Introduzione alle VANET Le
VANET
(Vehicular
Ad‐hoc
NETwork)
sono
una
classe
di
reE
MANET
dove
i
nodi
mobili
sono
veicoli
capaci
di
comunicare
con
i
propri
vicini
entro
un
range
di
comunicazione
(DSRC
–
Dedicated
Short
Range
CommunicaEons).
OBIETTIVI: •  Diminuzione
delle
viVme
stradali
•  Aumento
della
sicurezza
stradale
•  Riduzione
del
traffico
•  Applicazioni
commerciali
CARATTERISTICHE: •  Topologia
di
rete
dinamica
•  Rete
frequentemente
disconnessa
•  Veicoli
equipaggiaE
con
tecnologie
emergenE
(on‐board
unit)
•  Diffusione
daE
in
broadcast
Source:
hHp://www.autoblog.com/2007/10/12/nissan‐
releases‐details‐about‐around‐view‐monitor
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
3
Roma,
27/02/2013
Protocolli V2V‐V2I PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE: •  V2V (Vehicle‐to‐Vehicle)
•  V2I
(Vehicle‐to‐Infrastructure)
SCENARI DI TRAFFICO: •  Rurale
•  Extraurbano •  Urbano •  Rush
4
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
ReH Peer‐to‐Peer Definizione di Peer‐to‐Peer Il
modello
peer‐to‐peer (P2P)
è
un
paradigma
di
progeHazione
per
le
applicazioni
distribuite.
In
un
sistema
P2P
le
enEtà
partecipanE
condividono
le
proprie
risorse
per
contribuire
aVvamente
alla
fornitura
del
servizio.
•  In
un
sistema
peer‐to‐peer
ogni
enEtà
(peer)
partecipa
alla
pari
alla
fornitura
del
servizio.
•  Il
servizio
è
fornito
in
modo
distribuito e
decentralizzato.
5
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Confronto tra archite5ure Resource
server
Resource
server
Individual
user
Individual
user
Individual
user
Individual
user
Individual
user
Individual
user
Individual
user
Individual
user
TradiHonal traffic model P2P traffic model La decentralizzazione conferisce al modello P2P alcune importanti proprietà:
•  scalabilità,
•  condivisione/riduzione dei costi,
•  disponibilità del servizio,
•  autonomia, anonimato/privacy, …
6
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Protocolli di file sharing File‐sharing La
condivisione
di
file
è
l'applicazione
P2P
più
conosciuta
ed
uElizzata.
Si
traHa
di
condivisione
a
livello directory:
l’utente
specifica
una
cartella
del
proprio
filesystem
in
cui
pubblica
i
propri
file
Alcuni
esempi
sono:
•  Napster,
•  Gnutella,
•  Edonkey,
•  BitTorrent,
•  …
7
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Protocollo BitTorrent •  In
BitTorrent,
NON
esistono
database
centrali
ed
ogni
nodo
(peer)
contribuisce
alla
diffusione
del
file.
o  Si
traHa
di
un
sistema
di
rete
P2P
totalmente
decentralizzato.
•  L’idea
alla
base
di
BitTorrent
è
la
suddivisione
del
file
da
condividere
in
parE
più
piccole
scaricabili
contemporaneamente
ad
altre.
Ciò
riduce
di
molto
i
tempi
di
download.
•  Un
file
è
suddiviso
in
parE
di
ugual
dimensione
(256KB)
chiamate
chunck.
Ogni
chunck
è
a
sua
volta
suddiviso
in
parE
da
16
KB
(pezzi).
o  I
peer
della
rete
condividono
i
chunck
che
già
possiedono.
o  Es.
Un
file
da
100
MB
è
suddiviso
in
390
chunck.
Pezzi Chunck 16KB
256KB
512KB
8
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
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Archite5ura BitTorrent Terminologia di BitTorrent •  Tracker:
server
che
Eene
traccia
dei
peer
che
partecipano
alla
condivisione
dei
file.
o  Un
peer
contaHa
il
tracker
per
ricevere
la
lista
di
nodi
che
posseggono
chunck
del
file
desiderato.
•  Vi
sono
due
Epi
di
peer
all’interno
della
rete
BitTorrent:
o  Seeder:
peer
che
possiede
la
totalità
dei
chunck
di
un
file
o  Leecher:
peer
che
possiede
in
parte
i
chunck
di
un
file
•  L’insieme
dei
peer
presenE
nella
rete
forma
lo
swarm.
•  Ogni
peer
stabilisce
le
connessioni
con
gli
altri
peer.
L’insieme
di
queste
connessioni
è
deHo
peer‐set.
9
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
BitTorrent applicato alle VANET Lavoro svolto •  Applicazione
del
protocollo
BitTorrent
a
scenari
veicolari
per
favorire
lo
scambio
di
file
di
grandezze
anche
considerevoli.
o  Es.
applicazioni
per
disposiEvi
mobili,
giochi,
Mp3
o
film.
•  Creazione
di
diversi
scenari
veicolari
su
cui
simulare
l’efficacia
del
protocollo
BitTorrent.
o  Rurale,
o  Sparso,
o  Urbano,
o  Rush
•  UElizzo
del
simulatore
PeerSim
per
l’implementazione
del
protocollo
BitTorrent
o  Solware
OpenSource
sviluppato
in
Java.
Offre
la
possibilità
di
simulare
reE
con
un
elevato
numero
di
nodi.
10
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Impostazioni preliminari Parametri fondamentali uHlizzaH nelle simulazioni I
seguenE
parametri
sono
staE
impostaE
idenEcamente
per
ogni
scenario
simulato:
•  Tempo di simulazione = ​10↑6 Eck
(1
Eck
=2
ms) •  Grandezza del file da condividere =
100
MB •  Area delimitante lo scenario = 1
​𝑘𝑚↑2 •  Percentuale di seeder presenH nella rete = 5% •  Step di frequenza di aggiunta/rimozione nodi = ​10↑5 Eck •  Impostazione del cluster
Nelle
VANET
si
parla
di
cluster
per
riferirsi
al
modo
in
cui
i
diversi
peer
sono
raggruppaE
tra
loro.
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
250
m
Rappresentazione
del
cluster
implementato
nelle
simulazioni
11
Roma,
27/02/2013
Presentazione degli scenari Scenari simulaH 1. 
2. 
3. 
4. 
Scenario Rurale: bassa
densità
di
nodi
ed
un
solo
cluster;
Scenario Sparso: media
densità
di
nodi
e
tre
cluster;
Scenario Urbano: medio‐alta
densità
di
nodi
e
cinque
cluster;
Scenario Rush: alta
densità
di
nodi
e
nove
cluster. •  Oltre
a
quesE
ho
simulato
anche
uno
scenario
in
condizioni
parEcolari
per
evidenziare
determinate
specifiche
del
sistema
creato.
•  Per
la
realizzazione
di
ogni
scenario,
ho
impostato
alcune
regole
che
hanno
stabilito
il
valore
dello
swarm e
del
peerset.
o  Ho
seHato
tali
valori
sempre
in
modo
proporzionale
al
numero
di
nodi
presenE
nella
rete
e
quindi
anche
ai
cluster.
Peerset = (10 ! C ) " ( C " 1) ,
dove
C
è
il
numero
di
cluster
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V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (1/10) Scenario Rurale
Parametri
Valori
Network size (Net)
11
Scenario Rurale
Parametri
Valori
Seeder iniziali
0
Seeder finali
0
Swarm Size
2×Net
Peerset Size
10
#Peer che superano 390/2=195 chunck (soglia)
0
Minima Size
2
Valore medio chunck scambiati tra i nodi
3
Add/Remove
0/2
#peer che superano la soglia / #nodi rete
0
Parametri
uElizzaE
Analisi
dei
risultaE
13
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (2/10) Scenario Rurale Il
grafico
mostra
il
numero
di
chunck
posseduE
da
ogni
peer
in
funzione
del
tempo
di
simulazione.
BitTorrent
è
limitato
dalla
natura
di
questo
scenario.
14
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (3/10) Scenario Sparso
Parametri
Scenario Sparso
Valori
Network Size inizio
31
Network Size fine
21
Parametri
Valori
Network size (Net)
31
#nodi aggiunti
20
Swarm Size
2×Net
#nodi rimossi
30
Peerset Size
28
Nodi presenti nella rete per l’intera simulazione
14
Minima Size
21
Nodi che hanno partecipato allo scambio di dati
51
Add/Remove
5/5
Seeder iniziali
2
Seeder finali
10
Seeder aggiunti
6
Seeder rimossi
4
#peer possedenti almeno 195 chunck (soglia) alla fine
31
Parametri
uElizzaE
Analisi
RisultaE
#peer che superano la soglia / #nodi rete
61%
Valore medio dei chunck scambiati tra i nodi
148.4
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
15
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (4/10) Scenario Sparso Il
grafico
mostra
il
numero
di
chunck
posseduE
da
ogni
peer
in
funzione
del
tempo
di
simulazione.
Escludendo
quelli
che
abbandonano
la
rete,
si
vede
che
quasi
la
totalità
dei
peer
raggiunge
la
soglia
di
195
chunck.
16
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (5/10) Scenario Urbano
Parametri
Scenario Urbano
Valori
Network Size inizio
51
Network Size fine
40
Parametri
Valori
Network size (Net)
51
#nodi aggiunti
40
Swarm Size
2×Net
#nodi rimossi
51
Peerset Size
46
Nodi presenti nella rete per l’intera simulazione
19
Minima Size
41
Nodi che hanno partecipato allo scambio di dati
91
Add/Remove
10/10
Seeder iniziali
5
Seeder finali
11
Seeder rimossi
7
#peer possedenti almeno 195 chunck (soglia) alla fine
34
Parametri
uElizzaE
#peer che superano la soglia / #nodi rete
37%
Valore medio dei chunck scambiati tra i nodi
114.1
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Analisi
dei
risultaE
17
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (6/10) Scenario Urbano I 19 peer che partecipano allo scambio dati per l’intera durata della
simulazione posseggono tutti un numero di chunck superiore alla soglia.
Sei di questi diventano anche seeder.
18
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (7/10) Scenario Rush
Parametri
Scenario Rush
Parametri
Valori
Network size (Net)
91
Swarm Size
2×Net
Peerset Size
81
Minima Size
71
Add/Remove
20/20
Parametri
uElizzaE
Valori
Network Size inizio
91
Network Size fine
110
#nodi aggiunti
100
#nodi rimossi
81
Nodi presenti nella rete per l’intera simulazione
35
Nodi che hanno partecipato allo scambio di dati
191
Seeder iniziali
7
Seeder finali
27
Seeder rimossi
13
#peer possedenti almeno 195 chunck (soglia) alla fine
65
#peer che superano la soglia / #nodi rete
34%
Valore medio dei chunck scambiati tra i nodi
90.74
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Analisi
dei
risultaE
19
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (8/10) Scenario Rush Questo
scenario
ha
risultaE
condizionaE
dalla
forte
dinamicità
della
rete.
Si
nota
come
sia
molto
elevato
il
numero
di
peer
aggiunE
e
rimossi,
ma
comunque
è
evidente
un
buon
tasso
di
scambio
daE.
20
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (9/10) Scenario Sparso (caso particolare)
Parametri
•  Medesima
configurazione
dello
scenario
sparso,
ma
con
due
seeder
che
abbandonano
la
rete
dopo
poco
tempo.
o  Ciò
incide
in
modo
parEcolare
sulle
prestazioni
della
rete.
Valori
Network Size inizio
31
Network Size fine
20
#nodi aggiunti
10
#nodi rimossi
21
Nodi presenti nella rete per l’intera simulazione
12
Nodi che hanno partecipato allo scambio di dati
41
Seeder iniziali
2
Seeder finali
1
Seeder rimossi
2
#peer possedenti almeno 195 chunck (soglia) alla fine
13
#peer che superano la soglia / #nodi rete
31%
Valore medio dei chunck scambiati tra i nodi
103
Analisi
dei
risultaE
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
21
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH (10/10) Scenario Sparso (caso parHcolare) A
causa
della
precoce
rimozione
dei
due
seeder
di
partenza,
il
tasso
di
scambio
daE
è
minimo,
in
parEcolar
modo
nelle
prime
parE
della
simulazione.
Sono
pochi
i
peer
che
superano
la
soglia.
22
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
RisultaH simulaH – Confronto Confronto tra i risultaH Parametri
Scenario
Rurale
Sparso
Sparso (c.p.)
Urbano Rush
%peer che superano la soglia
0%
61%
31%
37%
34%
Valore medio chunck scambiati
3
148.4
103
114.1
90.7
•  Risulta
evidente
la
totale
incompaEbilità
dello
scenario
rurale
con
l’uso
di
BitTorrent;
al
contrario,
lo
scenario
sparso
è
molto
efficiente.
•  Prestazioni
inversamente
proporzionali
al
numero
di
nodi
aggiunE/
rimossi.
•  La
rimozione
di
seeder
riduce
le
prestazioni.
23
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Conclusioni e sviluppi futuri •  Implementazione
e
uElizzo
del
protocollo
BitTorrent
in
reE
veicolari,
tramite
il
simulatore
PeerSim.
•  Analisi
e
confronto
delle
prestazioni
di
rete
in
differenE
scenari
veicolari
(rurale,
sparso,
urbano,
rush).
o  Tranne
nello
scenario
rurale,
l’applicazione
del
protocollo
BitTorrent
alle
reE
VANET
fornisce
buone
prestazioni
di
rete.
•  Sviluppi
futuri:
o  Modifica
del
protocollo
BitTorrent
per
scenari
veicolari
ibridi
(V2V/V2I)
o  UElizzo
dell’informazione
di
posizione
dei
nodi
per
migliorare
lo
scambio
di
daE.
24
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013
Grazie
per
l’aHenzione!
25
V.
Ronga,
"
Condivisione
daE
su
reE
veicolari
ad
architeHura
Peer‐to‐Peer"
Roma,
27/02/2013