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Ad-Hoc Routing Ad-Hoc Routing Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze 9.0.2

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Page 1: Ad-Hoc Routing Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze 9.0.2

Ad-Hoc Routing

Ad-Hoc Routing

Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze

9.0.2

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Ad-Hoc Routing

Ad-Hoc-Netzwerke

Ad-Hoc-Netzwerke benötigen keine feste Infrastruktur alle Knoten sind Mobil abgelegene Gegenden, spontane Treffen, Katastrophen,

Kommunikation zwischen Fahrzeugen auch Kosten können gegen eine Infrastruktur sprechen

Hauptproblem: Wegwahl keine Standard-Router vorhanden potentiell muß jeder Knoten weiterleiten können

A B C

9.17.1

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Ad-Hoc Routing

Traditionelle (Proaktive) Routing-Algorithmen

Distance Vector periodischer Austausch mit den physikalischen Nachbarn wer über

welche Distanz erreicht werden kann Auswahl des kürzesten Pfades bei Wegalternativen

Link State periodische Benachrichtigung aller Router über den Zustand aller

physikalischen Verbindungen Router erhalten also ein „vollständiges“ Bild des Netzes

Beispiel RIP (Distance Vektor), DSDV (für Ad Hoc Netze verbessert) OSPF (Link State)

Proaktiv die Wege durch das Netz konstant aufrechterhalten, egal ob sie zur

zeit verwendet werden oder nicht.

9.18.1

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Ad-Hoc Routing

Probleme traditioneller Routing-Algorithmen

Dynamik der Topologie häufige Änderung der Verbindungen, Teilnehmer,

Verbindungsqualitäten systeminhärent

Begrenzte Leistung der mobilen Geräte periodische Aktualisierungen der Routing-Tabellen benötigt viel

Energie ohne Nutzdaten zu senden, Ruhemodus unmöglich ohnehin begrenzte Bandbreite der Geräte zusätzlich durch

Austausch der Routing-Information geschmälert Verbindungen können asymmetrisch sein, d.h. richtungsabhängige

Übertragungsqualitäten besitzen

Problem Protokolle wurden für Festnetze mit relativ seltenen Änderungen

entworfen und gehen meist von symmetrischen Verbindungen aus

9.19.1

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Ad-Hoc Routing

Ad-Hoc-Routing

Drei Klassen von Routing Protokollen für Ad-Hoc-Netze:

- proaktiv: Anpassung der Verfahren aus dem Festnetz, hier nicht weiter betrachtet.

- reaktiv: die Bestimmung von Routen geschieht nur dann, wenn Daten gesendet werden sollen.

- positionsbasiert: Pakete werden anhand der physikalischen Position des Zieles weitergeleitet, es gibt keine Routen mehr!

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Ad-Hoc Routing

Reaktives Ad-Hoc-Routing

Folien von Nitin H. Vaidya.

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Ad-Hoc Routing

Evaluation der Reaktiven Ansätze

Quelle: J. Broch et. al.: A Performance Comparison of Multi-Hop Wireless Ad Hoc Network Routing Protocols. In Proc. of MobiCom, 1998.

Vergleich von DSR, TORA, DSDV und AODV mittels Simulation in ns-2.

Parameter:- Schicht 2: IEEE802.11- Gebiet: 1500m x 300m- Knoten Bewegen sich zu einem Punkt mit konstanter Geschwindigkeit (20 m/s) pausieren dort und wählen einen neuen Punkt aus.- Daten: Constant Bitrate mit 10-30 Quellen mit je bis zu 64 kbit/s

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Ad-Hoc Routing

Anteil erfolgreich zugestellter Pakete

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Ad-Hoc Routing

Routing Overhead

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Ad-Hoc Routing

Positionsbasiertes Ad-Hoc Routing

Vorgehensweise:

- alle Knoten kennen ihre eigene Position (GPS)

- alle Knoten kennen die Position ihrer Nachbarn (durch regelmäßige 1-Hop Broadcasts)

- im ersten Schritt bestimmt der Sender die Position des Empfängers: Positionsdienst

- dann werden Pakete geschickt, die von den Knoten mit einer gewissen Strategie in die richtige Richtung weitergeleitet werden

- Adresse: eindeutiger Identifizierer + Position

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Ad-Hoc Routing

Positionsbasiertes Routing

Idee: jeder Knoten kennt seine

geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner

Nachbarn(durch „Beaconing“)

bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers

Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

Page 12: Ad-Hoc Routing Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze 9.0.2

Ad-Hoc Routing

Positionsbasiertes Routing

Idee: jeder Knoten kennt seine

geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner

Nachbarn(durch „Beaconing“)

bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers

Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

Page 13: Ad-Hoc Routing Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze 9.0.2

Ad-Hoc Routing

Positionsbasiertes Routing

Idee: jeder Knoten kennt seine

geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner

Nachbarn(durch „Beaconing“)

bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers

Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

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Ad-Hoc Routing

Positionsbasiertes Routing

Keine Routen!

Idee: jeder Knoten kennt seine

geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner

Nachbarn(durch „Beaconing“)

bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers

Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

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Ad-Hoc Routing

Positionsdienste

Naheliegende Idee: Positionsänderungen werden im Netz geflutet

- einfach,

- aber ineffizient!

Bessere Strategien:

- Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM)

- Grid Location Service (GLS)

- Homezone

- Reactive Location Service (RLS)

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Ad-Hoc Routing

Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM)

Der „Distance Effect“:

- bei Bewegung der Knoten ändert sich die Richtung zu einem weit entfernten Knoten weniger schnell, als zu einem nahen Knoten:

DREAM:

- das Fluten der Positionsinformationen hat unterschiedliche Reichweiten: kurz=häufig, weit=selten

- die Frequenz des Flutens hängt von der Bewegung des Knotens ab: schnell=häufig, langsam=selten

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Ad-Hoc Routing

Homezone

Vorgehensweise:

- der eindeutige Identifizierer eines Knotens wird auf eine Region abgebildet (hashing)

- wenn sich ein Knoten bewegt, sendet er ein Update seiner Position an alle Knoten in dieser Region

- wenn man einen Knoten erreichen möchte, dann fragt man in der zugehörigen Region nach seiner Position

Problem: was tun, wenn die Region keinen Knoten enthält?

- Größe der Region dynamisch anpassen

- Mehrere Regionen pro Identifizierer (Redundanz)

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Ad-Hoc Routing

Grid Location Service (GLS)

Prinzipielle Vorgehensweise:

- das Gebiet des ad hoc Netzes wird in Quadrate zerlegt

- die hierarchische Anordnung der Quadrate bildet einen Quadtree

- jeder Knoten hat eine eigene Sicht auf den Quadtree:

- in jedem Element des Quadtrees soll es einen „location server“ für den Knoten geben

- „location server“ = Knoten mit der nächsthöheren ID in diesem Element des Quadtrees

1. Ordnung

2. Ordnung

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Ad-Hoc Routing

GLS Location Query

Annahme: es seien die Positionsinformationen über die Knoten wie beschrieben verteilt.

Algorithmus zum Auffinden von der Position von Knoten A:

- ist man selbst Positionsserver für A: trivial

- sonst suche in Element 1. Ordnung den Knoten dessen ID am wenigsten die von A überschreitet – möglich, da man alle Knoten im Element 1. Ordnung kennt

- dieser Knoten MUSS ein Positionsserver für den Knoten sein, der im Element 2. Ordnung am dichtesten über der ID von A liegt.

- führe dies fort, bis man einen Positionsserver von A erreicht

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Ad-Hoc Routing

GLS Location Query - Beispiel

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Ad-Hoc Routing

GLS – Location Update

Ein Knoten verteilt Infos über seine Position an:

- alle Knoten im selben Quadtree Element in dem er sich befindet

- an die Positionsserver in den anderen Quadtree Elementen

- dazu wird die Position mittels Positionsbasiertem Routing an einen beliebigen Knoten im entsprechenden Quadtree Element geleitet

- dann wird der gleiche Algorithmus wie bei der Suche nach einem Positionsserver verwendet

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Ad-Hoc Routing

Reactive Location Service

Idee: gehe wie bei DSR/AODV vor:

- statt einem Verbindungsaufbauwunsch: Ortsanfrage fluten

- der gesuchte Knoten antwortet

- oder ein anderer Knoten der weis wo das Ziel ist

- exponentielles Ringfluten zur Reduktion von Nachrichten

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Ad-Hoc Routing

Strategien zur Paketweiterleitung

2 Ansätze:

- greedy forwarding

- Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR)

- restricted directional flooding

- Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM)

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Ad-Hoc Routing

Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR)

Vogehen:

- jeder Knoten kennt die Position seiner Nachbarn (periodischer 1-Hop Broadcast)

- die Position des Empfängers steht im Header des Paketes

- zum Weiterleiten wird ein Nachbar ausgesucht, der:

- den weitesten Fortschritt zum Empfänger erzielt (GPSR)

- oder der am nächsten am weiterleitenden Knoten liegt

- oder der am besten die Richtung zum Empfänger annähert

- oder ein zufälliger Nachbar mit Fortschritt

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Ad-Hoc Routing

GPSR Beispiel

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Ad-Hoc Routing

Problem bei Greedy Forwarding

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Ad-Hoc Routing

Lösung für das Problem in GPSR

Parimeter Routing (um Funklöcher „herumrouten“):

- bestimme Verbindungslinie vom momentanen Knoten zum Empfänger

- forwarde das Paket über die Kante die als nächstes gegen den Uhrzeigersinn von der Verbindungslinie liegt

- im nächsten Knoten forwarde das Paket über die nächste Kante gegen den Uhrzeigersinn von der Kante über die das Paket erhalten wurde

- wenn diese neue Kante die Verbindung (erster Schritt) schneiden würde nimm die nächste Kante gegen den Uhrzeigersinn

- wenn ein Knoten erreicht wird, der näher am Ziel ist als der Eintrittsknoten für das Perimeter Routing benutze wieder greedy

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Ad-Hoc Routing

Perimeter Routing Beispiel

Achtung: in GPSR würde hierkein perimeter routing verwendetwerden, sondern nur greedy forwarding

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Ad-Hoc Routing

Perimeter Routing

Wichtig:

- alle Informationen stehen lokal zur Verfügung oder werden im Paket gespeichert, keine globale Sicht notwendig

- wenn keine Route zum Ziel existiert wird dies bemerkt, weil dann das Paket in einem Polygon kreist, dann wird das Paket verworfen

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Ad-Hoc Routing

GPSR Anmerkungen

GPSR wurde von den Autoren evaluiert:

- in allen wesentlichen Kriterien besser als DSR

- aber es war Vorraussetzung, daß die Position des Empfängers dem Sender immer exakt bekannt ist

- interessant wäre eine integrierte Untersuchung von Positionsdienst und GPSR

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Ad-Hoc Routing

Leistungsbewertung

Problem: abhängig von Netzwerkdynamik und –struktur

Bisher: zufällige Knotenbewegungen auf rechteckiger Grundfläche dann simulativer Vergleich mit ns-2 unzureichend

Verbesserter Ansatz: Verwendung eines Simulators für Fahrzeugbewegungen Einsatz der Ergebnisse dieses Simulators für ns-2

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Ad-Hoc Routing

Netzwerkcharakteristika

4000 m

2

0 m

20

m

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Ad-Hoc Routing

Netzwerkcharakteristika II

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Par

titi

onen

(10

km)

Übertragungsreichweite (m)

Richtungen getrennt

Richtungen gemeinsam

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Ad-Hoc Routing

Simulationsergebnisse

Zus

tell

rate

maximale Kommunikationsdistanz (m)

Positions-basiert

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Ad-Hoc Routing

Simulationsergebnisse II

Anz

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aket

über

trag

unge

n

maximale Kommunikationsdistanz (m)

Positionsbasiert (Beacon-Intervall)

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Ad-Hoc Routing

Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM)

Prinzipielle Idee:

- berechne eine Region (Kreis) in der sich der Empfänger wahrscheinlich aufhält:

- der Kreis hat die zuletzt bekannte Position des Empfängers als Mittelpunkt

- der Radius des Kreises wird berechnet mit der maximalen Geschwindigkeit eines Knoten multipliziert mit der Zeit die seit dem letzten Positionsupdate vergangen ist

- das Paket wird an alle Knoten weitergeleitet, die in Richtung des Kreises liegen

- dabei wird die lokale Information verwendet, je näher man dem Ziel kommt, desto genauer sollte sie also werden

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Ad-Hoc Routing

DREAM – Weiterleiten von Paketen