Übung zu Drahtlose Kommunikation. 13. Übung

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1 Übung zu Drahtlose Kommunikation 13. Übung

2 Aufgabe 1 Was zeichnet ein Multi-Hop Ad-Hoc Netzwerk aus? Welche Vorteile bietet ein solches Ad-Hoc Netzwerk? Routing is complicated because of frequent topology changes, different capabilities of the nodes, varying propagation characteristics. Furthermore, no central instance can support routing. 13. Übung Drahtlose Kommunikation 2

3 Aufgabe 1 Name the main differences between multi-hop ad hoc networks and other networks. What advantages do these ad hoc networks offer? Ad-hoc networks in general do not require an infrastructure to operate (they can be connected to an infrastructure). Multi-hop ad-hoc networks additionally do not require that all nodes can receive each other. Nodes may forward transmissions for other nodes. Advantages are the lower required transmission power (it s just like whispering into the neighbour s ear instead of shouting out loud) and the increased robustness (failure of single nodes can be tolerated). 13. Übung Drahtlose Kommunikation 3

4 Aufgabe 2 Welchen Sinn besitzen die Multipoint Relays (MPR) im OLSR Protokoll? Wie werden Multipoint Relays bestimmt? Ein im Netz teilnehmender Knoten entdeckt seine 1-Hop- und 2-Hop-Nachbarn über die periodisch verschickten HELLO-Nachrichten. Diese enthalten die IP-Adressen der bereits bekannten 1-Hop-Nachbarn sowie den Status der Verbindung zu ihnen und werden nicht weitergeleitet. Aus seinen 1-Hop-Nachbarn wählt jeder Knoten Multipoint Relays (MPRs), sodass er über sie jeden seiner 2-Hop-Nachbarn erreichen kann. Die MPRs sind die Knoten, die Broadcast-Nachrichten weiterleiten, was das Fluten effizienter macht. Sie sind es auch, die die Topology Control (TC) Nachrichten erstellen, die eine Liste mindestens der Knoten enthalten, von denen sie als MPRs gewählt wurden, sodass für jeden Knoten mindestens eine Möglichkeit bekannt ist, wie er erreicht werden kann. Diese TC-Nachrichten werden im gesamten Netzwerk verteilt. Auf diese Weise erhält jeder Knoten eine Vorstellung des Netzwerkes und kann Routingtabellen erstellen Übung Drahtlose Kommunikation 4

5 Aufgabe 2 Welchen Sinn besitzen die Multipoint Relays (MPR) im OLSR Protokoll? Wie werden Multipoint Relays bestimmt? U A F X V B C S E D W 13. Übung Drahtlose Kommunikation 5

6 Aufgabe 3 Was unterscheidet Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV) vom Standard Distanz Vektor Routing. AODV gehört zu den topologiebasierten, reaktiven Routingverfahren, d. h. Routen zu bestimmten Zielen werden erst bei Bedarf ermittelt. 13. Übung Drahtlose Kommunikation 6

7 Aufgabe 3 Was unterscheidet Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV) vom Standard Distanz Vektor Routing. Both algorithms assume a more or less stable network at least changes are very infrequent compared to routing data exchange. Furthermore, both algorithms establish routing tables independent of the necessity for communication. This not only causes a lot of unnecessary bandwidth, but may render useless if the topology changed right before communication should take place. 13. Übung Drahtlose Kommunikation 7

8 Aufgabe 3 AODV verwendet eine Sequenz Nummer in seinen Routing Nachrichten. Wofür wird diese Sequenznummer benötigt bzw. welche Vor- und Nachteile ergeben sich durch den Einsatz einer solchen Sequenznummer? Jeder Netzwerkknoten pflegt eine eigene, monoton wachsende Sequenznummer, wodurch die Schleifenfreiheit der Routen garantiert wird. Vorteil: Schleifenfreiheit, veraltete Routeninformationen können erkannt werden. Nachteil: Höherer Konvergenzzeit. Bei Ausfall einer Verbindung muss die alternative Route erst von der Quelle aus aufgebaut werden. -> da eine höhere Sequenznummer benötigt wird. 13. Übung Drahtlose Kommunikation 8

9 Aufgabe 3 Solange die Endpunkte einer Kommunikationsverbindung gültige Routen zueinander haben, spielt AODV keine Rolle. Wenn eine Route zu einem neuen Ziel benötigt wird, sendet der Ursprungsknoten eine Anfragenachricht (RREQ) per Broadcast. Eine Route wird bestimmt, wenn der RREQ entweder das Ziel erreicht oder einen Zwischenknoten mit einer neuen Route findet. Eine Route ist neu, wenn der Routeneintrag gültig ist und die eingetragene Zielsequenznummer mindestens so groß ist wie die Zielsequenznummer in der Anfragenachricht. Diese Route wird per Antwortnachricht (RREP) Unicast zurück an den Ursprung der RREQ geschickt. Dazu hat jeder Knoten, der die Anfrage empfangen und weitergeleitet hat, den Knoten gespeichert, von dem er die RREQ- Nachricht erhalten hat Übung Drahtlose Kommunikation 9

10 Aufgabe 4 Wie funktioniert Dynamic Source Routing (DSR)? Wodurch unterscheidet es sich von den anderen Routing Protokollen? DSR separates finding a route and keeping the route working. If no communication is required DSR does not try to establish any route. As soon as a route is needed, DSR tries to find one. As long as the communication keeps on going DSR tries to maintain the route. In fixed networks routes are always calculated in advance. 13. Übung Drahtlose Kommunikation 10

11 Aufgabe 4 Dynamic Source Routing (DSR) ist Routing Protokoll für Wireless mesh network. Ähnlich dem AODV-Protokoll, da die Routen erst dann gesucht werden, wenn ein Computer einen konkreten Verbindungswunsch hat (reaktives Routen). Eine bemerkenswerte Optimierung von DSR ist, dass die Computer, welche die Nutzdaten weiterleiten, keine Routingtabellen haben müssen. Stattdessen wird eine Liste aller Zieladressen in jedes Paket gepackt. Dies klingt im ersten Moment umständlich, verringert jedoch die Notwendigkeit der weiterleitenden Rechner, immer aktuelle Routingtabellen zu haben. Dies verringert die Übertragung von Routingdaten wesentlich und die weiterleitenden Computer können einfacher aufgebaut sein (geringere Hardwareanforderung) und müssen auch keine großen Speicher für die Routingtabellen besitzen. Teilnehmer belauschen den lokalen Netzwerkverkehr, um weitere Routinginformationen zu bekommen. Dies ist möglich, da in jeder übertragenen Nachricht eine Liste mit Adressen anderer Knoten steckt. Darüber hinaus erkennen sie Routenanfragen, Routenfehler und Informationen anderer Rechner. Diese können sie später selbst verwenden. DSR hat ein ähnliches Protokoll zum Auffinden von Routen wie AODV. In kleinen, weniger ausgelasteten Funknetzwerken haben die beiden Protokolle ein ähnliches Performance- Verhalten. Ist die Auslastung dagegen höher, verursacht DSR nur etwa 1/3 des Datenaufkommens. Die DSR-Knoten bekommen sehr viele Informationen durch das Belauschen des Netzwerkverkehrs und müssen so das Netz mit weniger eigenen Routenwünschen belasten. Auf der anderen Seite verursacht das Belauschen das Problem, dass viele Informationen gesammelt werden und ältere nicht mehr aktuelle Informationen erkannt und aus den Routingtabellen entfernt werden müssen Übung Drahtlose Kommunikation 11

12 Aufgabe 5 Welchen Vorteil bieten Geographische Routing Protokolle gegenüber den Topologischen Protokollen. Geographic routing is a routing principle that relies on geographic position information. It is mainly proposed for wireless networks and based on the idea that the source sends a message to the geographic location of the destination instead of using the network address. Geographic routing requires that each node can determine its own location and that the source is aware of the location of the destination. With this information a message can be routed to the destination without knowledge of the network topology or a prior route discovery Übung Drahtlose Kommunikation 12

13 Aufgabe 6 Wie funktioniert Greedy Packet Forwarding und welches Problem kann dabei entstehen? Greedy forwarding tries to bring the message closer to the destination in each step using only local information. Thus, each node forwards the message to the neighbor that is most suitable from a local point of view. The most suitable neighbor can be the one who minimizes the distance to the destination in each step (Greedy). Alternatively, one can consider another notion of progress, namely the projected distance on the source-destination-line (MFR, NFP), or the minimum angle between neighbor and destination (Compass Routing). Not all of these strategies are loop-free, i.e. a message can circulate among nodes in a certain constellation. It is known that the basic greedy strategy and MFR are loop free, while NFP and Compass Routing are not Übung Drahtlose Kommunikation 13

14 Aufgabe 6 Greedy forwarding can lead into a dead end, where there is no neighbor closer to the destination. Then, face routing helps to recover from that situation and find a path to another node, where greedy forwarding can be resumed. A recovery strategy such as face routing is necessary to assure that a message can be delivered to the destination. Face routing: A message is routed along the interior of the faces of the communication graph, with face changes at the edges crossing the S- D-line (red). The final routing path is shown in blue. 13. Übung Drahtlose Kommunikation 14

15 Aufgabe 7 Was ist ein planarer Unit Disk Graph (UDG) und wofür wird dieses Modell verwendet? In geometric graph theory, a unit disk graph is the intersection graph of a family of unit circles in the Euclidean plane. That is, we form a vertex for each circle, and connect two vertices by an edge whenever the corresponding circles cross each other Übung Drahtlose Kommunikation 15

16 Aufgabe 7 There are several possible definitions of the unit disk graph, equivalent to each other up to a choice of scale factor: An intersection graph of equal-radius circles, or of equal-radius disks A graph formed from a collection of equal-radius circles, in which two circles are connected by an edge if one circle contains the center of the other circle A graph formed from a collection of points in the Euclidean plane, in which two points are connected if their distance is below a fixed threshold r max U V r min U Unit disk graph (UDG) Quasi unit disk graph (QUDG) Übung Drahtlose Kommunikation 16