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Manuel Beetz Marcus Gottwald

Ad-hoc-Netzwerke und Routing in Ad-hoc-Netzwerken. Manuel Beetz Marcus Gottwald. Ad-hoc-Netzwerke. „Ad hoc“: [lat] aus dem Moment heraus (entstanden) Netzwerke mit nicht gleichbleibender Infrastruktur Wired/wireless, mobile/immobile „MANET“: Mobile Ad-hoc NETwork, üblicherweise schnurlos

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Presentation Transcript

  1. Ad-hoc-NetzwerkeundRouting inAd-hoc-Netzwerken Manuel Beetz Marcus Gottwald

  2. Ad-hoc-Netzwerke • „Ad hoc“: [lat] aus dem Moment heraus (entstanden) • Netzwerke mit nicht gleichbleibender Infrastruktur • Wired/wireless, mobile/immobile • „MANET“: Mobile Ad-hoc NETwork, üblicherweise schnurlos • Autokonfiguration • Relaying

  3. Anwendungen 1 • Conferencing:Administrativa, Beispiele, Netzwerkzugriff • Home Networking:LAN-Partys, Kühlschrank-Inhalt, Notebooks • Personal Area Networks:Handy, PDA, Notebook; Bluetooth • Emergency/Disaster:Feuerwehr, Polizei, Netzausfälle

  4. Anwendungen 2 • Verkehr:Stau, Unfall, Routenplanung, Blitzer, Parkplatz, Unterhaltung, Tourismus, ... • Terminodes, Prenzlnet, WaveWAN:großflächige Netzwerk-Versorgung • Electronic Dust • Militärische Nutzung:line of sight, temporäre Lager

  5. Herausforderungen • Energieverbrauch:Forwarding, Beaconing • Abdeckung (Coverage):asymmetrische Funkverbindungen • Netzwerk-Verkehr:Daten-Verlust auf Funkstrecken • Vermittlung und Wegewahl (Routing):Dynamik, später mehr

  6. Sicherheit der Daten • Sicherheit = Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit • Vertraulichkeit: Verschlüsselung • Verschlüsselung:Rechenleistung, Ende-zu-Ende? • Integrität:auf Schicht 1 oder bei Verschlüsselung • Verfügbarkeit: großes Problem

  7. Sicherheit 2 • Sicherheit für mobile Teilnehmer:Relaying • Sicherheit für vorhandene Infrastruktur:unbefugter Zugriff auf Ad-hoc-Netz, • Interessenkonflikt: Autokonfiguration/Sicherheit

  8. Techniken • IEEE 802.11b:„Wavelan“, „Orinoco“ • Bluetooth:Personal Operating Space;Pikonetze, Scatternets • IEEE 802.15:Wireless Personal Area Networks

  9. Routing • Warum Routing? • Warum neue Verfahren? • Warum nicht RIP oder OSPF?

  10. Routing — Ad-hoc-Netze • Besonderheiten in Ad-hoc-Netzwerken: • Meist beschränkte Ressourcen (Energie, Sendeleistung) • Dynamische Netztopologie • Asymmetrie der Verbindungen • Interferenzen und Störungen

  11. Verfahren

  12. Link-State • Jede Station erzeugt Sicht auf das gesamte Netzwerk • Wegewahl durch geeignete Algorithmen (Dijkstra) • Nicht geeignet für hochdynamische Netze

  13. Distance-Vector • Nur lokale Informationen notwendig • Austausch von Informationen zur Wegewahl nur mit den Nachbarn • Gefahr von Kreisen • Count-to-Infinity-Problem

  14. Proactive / Reactive • Proactive: • Wege werden im Voraus ermittelt • Geringe Latenz • Viele überflüssige Routen gespeichert • Reactive: • Wege werden nach Bedarf ermittelt • Höhere Latenz • Kleine Routing-Tabellen

  15. Modellierung als Graph • Stationen im Netzwerk = Knoten im Graph • Funkverbindung zwischen Stationen= Kante im Graph • Routing im Netzwerk = Wegewahl im Graph

  16. Routing-Algorithmen • Destination-Sequenced Distance-Vector (DSDV) • Dynamic Source Routing (DSR) November 2001 • Ad-Hoc On-Demand Distance-Vector (AODV) Januar 2002 • Zone Routing Protocol (ZRP) Juni 2001

  17. Verfahren

  18. DSDV —Routing-Tabelle Destination-Sequenced Distance-Vector • Routing-Tabelle:ein Eintrag für jeden bekannten Teilnehmer • Routing-Eintrag • Destination • Metric • Destination Sequence Number

  19. DSDV —Funktionsweise Destination-Sequenced Distance-Vector • Periodischer Austausch von Routing-Tabellen mit allen Nachbarn (ähnlich RIP) • Umgehende Benachrichtigung aller Nachbarn bei bedeutenden Veränderungen • Unterscheidung alter und neuer Nachrichten mittels vom Absender mitgeschickter Sequence Number

  20. DSDV — Bewertung Destination-Sequenced Distance-Vector • Vorteile: • Routen jederzeit verfügbar • Schnelle Reaktion auf Veränderungen • Nachteile: • Hoher Steuerungsaufwand • Permanenter Netzwerk-Verkehr auch ohne zu übertragende Nutzdaten

  21. Verfahren

  22. DSR — Funktionsweise Dynamic Source Routing • Routen nur nach Bedarf ermittelt • Nutzung einer Route bis zum Auftreten eines Fehlers • Wegewahl allein durch Absender

  23. DSR — Route Request Dynamic Source Routing • Aussenden eines „Route Request“-Pakets • Weiterleitung von Requests mittels Broadcast (Fluten des Netzes)

  24. DSR — Route Reply Dynamic Source Routing • Zielstation sendet „Route Reply“ an Initiator der Suche über gefundenen Weg.

  25. DSR — Route Maintenance Dynamic Source Routing • „Route Error“-Paket bei Unterbrechung der vorgegebenen Route („Source Route“)

  26. DSR — Bewertung Dynamic Source Routing • Vorteile: • Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr • Erhöhte Sicherheit durch Source Routing • Nutzung unidirektionaler Funkverbindungen möglich • Nachteile: • Größere Latenz

  27. Verfahren

  28. AODV — Funktionsweise Ad-hoc On-Demand Distance-Vector • Distance-Vector-Verfahren • Austausch von Routing-Tabellen nur bei Bedarf

  29. AODV — Reverse Path Ad-hoc On-Demand Distance-Vector • Aussenden eines „Route Request“-Pakets • Jeder Empfänger merkt sich vorläufig den Weg zur suchenden Station und leitet die Anfrage weiter.

  30. AODV — Forward Path Ad-hoc On-Demand Distance-Vector • Zielstation sendet „Route Reply“ über gefundenen Weg an Initiator der Suche. • Gefundener Weg wird damit bestätigt • Unbenutzte Wege verfallen

  31. AODV — Maintenance Ad-hoc On-Demand Distance-Vector • Funkverbindungen auf bestätigten Wegen werden mittels „hello messages“ überwacht. • Bei Unterbrechung wird ein Update der Routing-Tabelle ausgesandt. • Bei Bedarf wird eine neue „Route Discovery“ ausgeführt.

  32. AODV — Bewertung Ad-hoc On-Demand Distance-Vector • Vorteile: • Geringere Latenz • Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr • Nachteile: • ???

  33. ZRP — Funktionsweise Zone Routing Protocol • Setzt sich zusammen aus: • IntrAzone Routing Protocol (IARP) • IntErzone Routing Protocol (IERP) • Bordercast Routing Protocol (BRP)

  34. ZRP — Verfahren Zone Routing Protocol

  35. ZRP — IARP IntrAzone Routing Protocol • Verwendet Link-State-Verfahren für Stationen in der eigenen Routing-Zone

  36. ZRP — IERP IntErzone Routing Protocol • Verwendet Distance-Vector-Verfahren für Stationen außerhalb der eigenen Routing-Zone

  37. ZRP — BRP Bordercast Routing Protocol • Erreichen von Stationen außerhalb der Routing-Zone mittels Weiterleitung über Bordernodes

  38. ZRP — Bewertung Zone Routing Protocol • Vorteile: • Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr • Geringe Latenz • Robuste Routen • Nachteile: • Aufwendig zu implementieren

  39. Routing-Algorithmen • Wahl des Routing-Verfahrens abhängig von: • Dynamik der Teilnehmer • Ressourcen der Geräte • Größe des Netzwerks

  40. Cluster-Based Networks • Unterteilung von Netzwerken in kleine administrative Einheiten • Stationen übernehmen spezielle Aufgaben in der Einheit • Cluster-Hierarchien können Routing vereinfachen • Clusterbildung und Aufgabenverteilung erfolgt automatisch.

  41. Alternative Metriken Least Interference Routing • Bisher: Metrik = #Hops • Wegewahl anhand der geringsten Interferenz • Maß für Interferenz einer Station: Anzahl der Nachbarstationen

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