ad-hoc routing motivation ansätze aus dem festnetz reaktive ansätze positionsbasierte ansätze...
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Ad-Hoc Routing
Ad-Hoc Routing
Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze
9.0.2
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
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
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
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!
Ad-Hoc Routing
Reaktives Ad-Hoc-Routing
Folien von Nitin H. Vaidya.
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
Ad-Hoc Routing
Anteil erfolgreich zugestellter Pakete
Ad-Hoc Routing
Routing Overhead
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
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
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
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
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
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)
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
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)
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
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
Ad-Hoc Routing
GLS Location Query - Beispiel
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
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
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)
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
Ad-Hoc Routing
GPSR Beispiel
Ad-Hoc Routing
Problem bei Greedy Forwarding
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
Ad-Hoc Routing
Perimeter Routing Beispiel
Achtung: in GPSR würde hierkein perimeter routing verwendetwerden, sondern nur greedy forwarding
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
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
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
Ad-Hoc Routing
Netzwerkcharakteristika
4000 m
2
0 m
20
m
Ad-Hoc Routing
Netzwerkcharakteristika II
durc
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nitt
lich
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Par
titi
onen
(10
km)
Übertragungsreichweite (m)
Richtungen getrennt
Richtungen gemeinsam
Ad-Hoc Routing
Simulationsergebnisse
Zus
tell
rate
maximale Kommunikationsdistanz (m)
Positions-basiert
Ad-Hoc Routing
Simulationsergebnisse II
Anz
ahl v
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unge
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maximale Kommunikationsdistanz (m)
Positionsbasiert (Beacon-Intervall)
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
Ad-Hoc Routing
DREAM – Weiterleiten von Paketen