Исследование производительности программно-конфигурируемой инфраструктуры в сетях VANET на базе моделей гибридных устройств передачи данных

Аннотация

Развитие сетей нового поколения на основе программно-конфигурируемых сетей и включение их в стек 5G требует новых подходов к изучению работы таких сетей. Большинство исследователей доверяет фреймворкам всю низкоуровневую работу, сосредотачиваясь на более высокоуровневых показателях. Однако большинство инструментов для моделирования имеет очень ограниченные возможности изучения программно-конфигурируемого оборудования, особенно задержек обработки пакетов. Также недостаточно уделено внимания моделям виртуальных сетевых устройств, которые работают не так, как физическое оборудование и имеют другие параметры производительности и зависимости от внешних факторов. Цель работы состоит в изучении внутренней структуры сетевого оборудования системы моделирования OmNET++, а также создание альтернативных моделей, учитывающих все особенности различных реализаций программно-конфигурируемого оборудования. Построены схемы работы внутренних процессо оборудования, изучены блоки системы моделирования, позволяющие описывать процессы, происходящие при обработке пакета внутри гибридного программно-управляемого оборудования. Таже изучена NFV коммутация, в которой применяются виртуальные коммутаторы, имеющие особенности обработки пакетов на основе ядра Linux. Для изучения работы моделей мыл проведен эксперимент, состоящий в измерении времени задержки пакета при обработке в реальном оборрудовании, съема параметров задержки, воспроизведении этого поведения в модели. В результате исследования созданных моделей показано улучшение точности моделирования по параметрам задержки обработки пакета по сравнению с традиционно использующимися стандартными блоками моделей сетевого оборудования. Сделан вывод о адекватности модели по зарежкам и о работоспособности метода съема характеристик реального оборудования.

Сведения об авторах

Margarita Victorovna Ushakova, Оренбургский государственный университет

старший преподаватель кафедры геометрии и компьютерных наук

Yury Alexandrovich Ushakov, Оренбургский государственный университет

доцент кафедры геометрии и компьютерных наук, кандидат технических наук, доцент

Irina Pavlovna Bolodurina, Оренбургский государственный университет

заведующий кафедрой прикладной математики, доктор технических наук, профессор

Andrey Leonidovich Konnov, Оренбургский государственный университет

доцент кафедры управления и информатики в технических системах, кандидат технических наук, доцент

Литература

[1] Barakabitze A.A., Ahmad A., Mijumbi R., Hines A. 5G network slicing using SDN and NFV: A survey of taxonomy, architectures and future challenges. Computer Networks. 2020; 167:106984. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2019.106984.
[2] Herrnleben S., Rygielski P., Grohmann J., Eismann S., Hoßfeld T., Kounev S. Model-Based Performance Predictions for SDN-Based Networks: A Case Study. In: H. Hermanns (ed.) Measurement, Modelling and Evaluation of Computing Systems. MMB 2020. Lecture Notes in Computer Science. 2020; 12040:82-98. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-43024-5_6
[3] Chaves L.J., Garcia I.C., Madeira E.R.M. OFSwitch13: Enhancing ns-3 with OpenFlow 1.3 Support. In: Proceedings of the Workshop on ns-3 (WNS3 '16). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA; 2016. p. 33-40. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1145/2915371.2915381
[4] Wang S. Comparison of SDN OpenFlow network simulator and emulators: EstiNet vs. Mininet. In: 2014 IEEE Symposium on Computers and Communications (ISCC). Funchal, Portugal; 2014. p. 1-6. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/ISCC.2014.6912609
[5] Wang S., Chou C., Yang C. EstiNet openflow network simulator and emulator. IEEE Communications Magazine. 2013; 51(9):110-117. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/MCOM.2013.6588659
[6] Erel M., Teoman E., Özçevik Y., Seçinti G., Canberk B. Scalability analysis and flow admission control in mininet-based SDN environment. In: 2015 IEEE Conference on Network Function Virtualization and Software Defined Network (NFV-SDN). San Francisco, CA, USA; 2015. p. 18-19. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/NFV-SDN.2015.7387396
[7] Asadollahi S., Goswami B., Raoufy A.S., Domingos H.G.J. Scalability of software defined network on floodlight controller using OFNet. In: 2017 International Conference on Electrical, Electronics, Communication, Computer, and Optimization Techniques (ICEECCOT). Mysuru, India; 2017. p. 1-5. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/ICEECCOT.2017.8284567
[8] Baldoni G., Lombardo A., Melita M., Micalizzi S., Rametta C., Vassallo A. An emulation framework for SDN-NFV based services. In: Proceedings of the Second International Conference on Internet of things, Data and Cloud Computing (ICC '17). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA; 2017. Article 135. p. 1-8. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1145/3018896.3036378
[9] Lee S., Ali J., Roh B. Performance Comparison of Software Defined Networking Simulators for Tactical Network: Mininet vs. OPNET. In: 2019 International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC). Honolulu, HI, USA; 2019. p. 197-202. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/ICCNC.2019.8685572
[10] Salih M.A., Cosmas J., Zhang Y. OpenFlow 1.3 Extension for OMNeT++. In: 2015 IEEE International Conference on Computer and Information Technology; Ubiquitous Computing and Communications; Dependable, Autonomic and Secure Computing; Pervasive Intelligence and Computing. Liverpool, UK; 2015. p. 1632-1637. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/CIT/IUCC/DASC/PICOM.2015.246
[11] Jia D., Sun J., Sharma A., Zheng Z., Liu B. Integrated simulation platform for conventional, connected and automated driving: A design from cyber–physical systems perspective. Transportation Research Part C: Emerging Technologies. 2021; 124:102984. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.trc.2021.102984
[12] Sommer C., German R., Dressler F. Bidirectionally Coupled Network and Road Traffic Simulation for Improved IVC Analysis. IEEE Transactions on Mobile Computing. 2011; 10(1):3-15. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/TMC.2010.133
[13] Amoozadeh M., Ching B., Chuah C.-N., Ghosal D., Zhang H.M. VENTOS: Vehicular Network Open Simulator with Hardware-in-the-Loop Support. Procedia Computer Science. 2019; 151:61-68. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2019.04.012
[14] Nardini G., Stea G., Virdis A., Sabella D. Simu5G: A System-level Simulator for 5G Networks. In: Proceedings of the 10th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications. Volume 1: SIMULTECH. 2020. p. 68-80. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.5220/0009826400680080
[15] Shi X., Wang L., Zhang F., Zheng K., Mühlhäuser M., Liu Z. PABO: Mitigating congestion via packet bounce in data center networks. Computer Communications. 2019; 140-141:1-14. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.comcom.2019.04.002
[16] Amarasinghe G., de Assunção M.D., Harwood A., Karunasekera S. ECSNeT++ : A simulator for distributed stream processing on edge and cloud environments. Future Generation Computer Systems. 2020; 111:401-418. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.future.2019.11.014
[17] Sonmez C., Ozgovde A., Ersoy C. EdgeCloudSim: An environment for performance evaluation of Edge Computing systems. In: 2017 Second International Conference on Fog and Mobile Edge Computing (FMEC). Valencia, Spain; 2017. p. 39-44. (In Eng.) DOI: http://dx.doi.org/10.1109/FMEC.2017.7946405
[18] Klein D., Jarschel M. An OpenFlow Extension for the OMNeT++ INET Framework. In: Proceedings of the 6th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques (SimuTools '13). ICST, Brussels, BEL; 2013. p. 322-329. (In Eng.) DOI: http://dx.doi.org/10.4108/icst.simutools.2013.251722
[19] Sudheera K.L.K., Ma M., Ali G.G.M.N., Han Joo Chong P. Delay efficient software defined networking based architecture for vehicular networks. In: 2016 IEEE International Conference on Communication Systems (ICCS). Shenzhen, China; 2016. p. 1-6. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/ICCS.2016.7833564
[20] Shi W., Cao J., Zhang Q., Li Y., Xu L. Edge Computing: Vision and Challenges. IEEE Internet of Things Journal. 2016; 3(5):637-646. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2016.2579198
[21] Sierszeń A., Przyłucki S. Software-Defined Automatization of Virtual Local Area Network Load Balancing in a Virtual Environment. In: M. Choraś, R. Choraś (ed.) Image Processing and Communications Challenges 10. IP&C 2018. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019; 892:151-160. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-03658-4_18
[22] Varga A. A Practical Introduction to the OMNeT++ Simulation Framework. In: Virdis A., Kirsche M. (ed.) Recent Advances in Network Simulation. EAI/Springer Innovations in Communication and Computing. Springer, Cham; 2019. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-12842-5_1
[23] Nkenyereye L., Nkenyereye L., Adhi Tama B., Reddy A.G., Song J-S. Software-Defined Vehicular Cloud Networks: Architecture, Applications and Virtual Machine Migration. Sensors. 2020; 20(4):1092. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3390/s20041092
[24] Jiau M., Huang S., Hwang J., Vasilakos A.V. Multimedia Services in Cloud-Based Vehicular Networks. IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine. 2015; 7(3):62-79. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/MITS.2015.2417974
[25] Bera S., Misra S., Vasilakos A.V. Software-Defined Networking for Internet of Things: A Survey. IEEE Internet of Things Journal. 2017; 4(6):1994-2008. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2017.2746186
Опубликована
2020-11-30
Как цитировать
USHAKOVA, Margarita Victorovna et al. Исследование производительности программно-конфигурируемой инфраструктуры в сетях VANET на базе моделей гибридных устройств передачи данных. Международный научный журнал «Современные информационные технологии и ИТ-образование», [S.l.], v. 16, n. 3, p. 551-563, nov. 2020. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/677>. Дата доступа: 25 sep. 2021 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.16.202003.551-563.
Раздел
Теоретические вопросы информатики, прикладной математики, компьютерных наук

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)