Drahtlose Netzwerke. Grundlagen und Einsatzfelder. Ad-Hoc Netzwerke

Transkript

1 rahtlose Netzwerke Grundlagen und Einsatzfelder d-hoc Netzwerke

2 Was ist ein d-hoc Netzwerk? Ein Netzwerk, welches bei edarf entsteht Nicht von existierender Infrastruktur unterstützt lternative ezeichnungen: Instant Infrastructure (Mobile-) Mesh Networking Packet Radio Network (PRNet) Forschungen seit 972 (o)

3 nwendungen I lles, wozu existierende Netzwerke benutzt werden: Telefonie (GSM, UMTS, POTS, PSTN) Internetanbindung... Weitere nwendungen Spontane Treffen Ubiquitous Computing Katastrophenfall Militär

4 nwendungen II d-hoc Netzwerke zur Versorgung unterversorgter Gebiete Telefon (VoIP), Internet Private Initiativen oder kleine Firmen Kostengünstige lternative zur Infrastruktur Ortsabhängige ienste (Location-ased Services) Ubiquitous Computing Computer überall Kommunikation bei Katastrophenfällen

5 rahtgebunden vs. rahtlos () rahtgebundenes Netzwerk: Jede Station kann jede andere direkt erreichen oder Router sorgt für Weiterleitung an unbekannte Stationen E C nderes Netz F

6 rahtgebunden vs. rahtlos (2) rahtloses Netzwerk: Eingeschränkte Erreichbarkeit Jede Station ist ein (potenzieller) Router C E nderes Netz?? F

7 Klassifikationen von d-hoc Netzwerken Hop vs. Multi-Hop Sensornetzwerk vs. MNET Sensornetzwerk utonome Sensoren Statisches Netzwerk Netzwerk zum uslesen der Sensoren Mobile d-hoc NETwork (MNET) Ps, Laptops, Mobiltelefone,... (zumeist) dynamisches Netzwerk Jeder will mit jedem kommunizieren können

8 Routing im Internet () istance Vector Routing (distributed ellman-ford F, Ford-Fulkerson) asierend auf lokalem Wissen Entscheidungen nur aufgrund von Umgebungsinformationen Geringer ufwand Schlechtes Verhalten bei Stationsausfall C E F nach C E F von über Kosten

9 Routing im Internet () istance Vector Routing Count-to-Infinity Problem usfall von Links braucht sehr lange zum Entdecken Kurz- und langfristige Schleifen möglich! C E F nach C E F von über Kosten , 2, 3,

10 Routing im Internet (2) Link State Routing asierung auf globalem Wissen asierend auf kürzeste-wege-lgorithmus von ijkstra Schnelle Konvergenz Schleifenfrei (nur kurzlebige Schleifen möglich) großer ufwand Jeder Router braucht vollständiges Wissen z.. in: IS-IS (Intermediate System to Intermediate System Protocol) OSPF (Open Shortest Path First)

11 Routing im Internet (3) Link State Routing rbeitsweise Nachbarn erkennen Latenz messen link-state-packet (LSP) mit Nachbarn erzeugen Fluten des LSP an alle (!) Router Routing Table erzeugen aufgrund der LSPs He llo

12 Kürzeste-Wege (ijkstra)

13 Proaktives vs. reaktives Routen Proaktive Protokolle besitzen jederzeit vollständiges Wissen + tabellengesteuertes Routen - viele und periodische Nachrichtenübermittlungen notwendig Reaktive Protokolle Routen erst bei edarf gesucht (on demand) + Wenige Nachrichtenübermittlungen notwendig - hohe Latenz uch: Hybride nsätze

14 Struktur reaktiver Protokolle Reaktive Protokolle zumeist zweigeteilt: Finden von Routen (Route iscovery) S will ein Paket zu senden, kennt aber keinen Weg Vorgehen: Zumeist Fluten Pflege von Routen (Route Maintenance) S kennt schon eine Route zu, stellt aber fest, dass sich die Topologie signifikant geändert hat

15 eispiel: ynamic Source Routing (SR) SR ist vollständig reaktiv (on demand) Keinerlei periodische Nachrichten irgendwo im Netzwerk Finden von Routen (Route iscovery) Netzwerk geflutet Jeder Hop schreibt sich in den Header Kompletter Pfad entsteht im Header Pflege von Routen (Route Maintenance) Im Fehlerfall Route Error (RERR) Paket an Sender zurück Sender sucht neue Route Senden von Paketen Quelle schreibt Pfad vor

16 Einschub: Fluten (am eispiel SR) Fluten (flodding) zur Pfadsuche geeignet Sehr sinnvoll, wenn gar kein Wissen vorab existiert Sender startet Suchvorgang mit Route Request (RREQ) lle Empfänger leiten RREQ weiter Ziel antwortet mit Route Reply (RREP) sucht Route nach E: C (C), () C (C), C E (CE), C (C) E (CE), E antwortet (CE) C verwirft (C) C E F

17 Optimierungen bei SR () enutzung von Routen-Caches Cachen von mitgehörten Routing-Informationen C X Y Z eantworten von Route Requests nur ohne uplikate Sonst anfällige Routen E Suche in einem sich erweiternden Ring C F

18 Optimierungen bei SR (2) Retten von Routen ei RERR testen ob eigener Pfad gecached C E utomatisches Verkürzen von Routen F Caching von negativen Informationen eispiel: CE ist sehr instabil: Nach Möglichkeit vermeiden

19 sp.: d-hoc On-emand istance Vector OV ist reaktiv (on demand) Tabellengesteuert Sequenzgesteuert ( lter von Routen) Nur symmetrische Verbindungen berücksichtigt Finden von Routen (Route iscovery) Netzwerk geflutet Merken von Rückrouten bei Empfang von RREQ ntwort RREP von jedem, der Weg zum Ziel kennt Falls ntwort (RREP), Vorwärtsroute etablieren Falls mehrere ntworten: Erste senden Neuere nur, falls größere Sequenznummer, oder kleinere Hopzahl C E F

20 sp.: OV (2) Pflege von Routen (Route Maintenance) Im Fehlerfall Route Error (RERR) Paket an Sender zurück V Eintrag entlang Route als ungültig markiert Sender sucht neue Route Optimierung: Lokale Reparatur C E Senden von Paketen nhand Tabelle (distance vector) F Weitere Erweiterungen MOV, OMV, QoS

21 sp: Optimized Link-State Routing OLSR ist proaktiv Optimierung von LSR für wenig andbreite Tabellengesteuert Nur symmetrische Verbindungen berücksichtigt Optimierung durch uswahl von Multipoint-Relays (MPR) MPR so gewählt, dass alle 2-Hop-Nachbarn erreichbar

22 rbeitsweise Routenfindung (Route iscovery): Nachbarn erkennen Multipoint-Relays (MPR) auswählen Topology-Informationen versenden (fluten nur über MPR) Routingtabellen aufbauen Nachbarerkennung: sp: OLSR (2) Per Hello-Paket Unterscheidung bidirektional und unidirektional He llo He llo

23 Weitere Forschung Skalierbarkeit Wie groß kann ein d-hoc Netzwerk werden? Quality of Service (QoS) udio-, Videoübertragungen? Ist das Client-Server-Modell angebracht? Was ist ein Server in einem d-hoc Netzwerk? Sicherheit (security) Sicherheits-Infrastruktur passt nicht ins Modell Interoperabilität mit dem Internet Wie kann ein d-hoc Netzwerk sich mit dem Internet verbinden? Stromsparen Wie kann die Laufzeit maximiert werden?