MANET útvonalválasztás

1. MANET útvonalválasztás Távközlési és Médiainformatikai Tans`zék Felhasznált fóliák: Nitin H. Vaidya (http://www.crhc.uiuc.edu/~nhv)

2. LAR Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

3. Routing üzenetek elárasztása • Korlátozni/csökkenteni az elársztott területet • LAR • Keresések lokalizálása • Csökkenteni a redundáns broadcast-ot • Broadcast Storm simon@tmit.bme.hu

4. Location-Aided Routing (LAR) • A célállomás helyzet-információját használja az elárasztás területének korlátozására • Helyzetinformációt pl. GPS-el lehet szerezni • Háromszögeléssel bázisantennákat használva • Bevezeti a Várható Zóna (Expected Zone)fogalmát • Várható Zóna = az a terület, ahol valószínűleg a célállomás tartózkodik • A célállomás korábban ismert tartózkodási helyét és mozgási irányát, sebességét használják fel a becslésre • RREQ csak az ún. Request Zone-n belül továbbítják. • A Request Zone tartalmazza az Expected Zone-t, illetve a forrástól az Expected Zone-ig húzódó tartományt simon@tmit.bme.hu

5. LAR Expected Zone X = a D célállomás utolsó, ismert tartozkódási helye t0 időpontban Y = a D célállomás jelenlegi, S forrás számára Ismeretlen tartozkódási helye t1 időpontban r = (t1 - t0) * [D sebességének becsült értéke] X r Y Expected Zone simon@tmit.bme.hu

6. LAR Request Zone Teljes hálózat kiterjedése Request Zone X r B A Y S simon@tmit.bme.hu

7. LAR Request zone (2) • Csak a Request Zone-n belüli állomások továbbítják a RREQ-t • A Request Zone lehet például az Expected Zone-t és a forrást magába foglaló legkisebb téglalap, melynek oldalai parhuzamosak az X és Y tengelyekkel • Pl. az előbbi példán B továbbítja a RREQ-t, de A nem • Request zone explicit módon meg van határozva a RREQ üzenetben • Minden állomásnak ismernie kell saját helyzetét, hogy eldönthesse, beleesik a Request Zone-ba vagy sem simon@tmit.bme.hu

8. LAR Request zone (3) • Ha a forrás nem helyesen becsülte meg a célállomás helyzetét, a Request Zone nem tartalmazza azt • Ekkor az útvonalfelderítés nem lesz sikeres • A forrás timeout után új keresést indít • Növeli a Request Zone területet • Néhány lépésben a teljes hálózatot Request Zone-ként jelöli meg • A LAR útvonalfelderítésének további lépései megegyeznek a DSR-ben leírtakkal simon@tmit.bme.hu

9. LAR változatok: Adaptív Request Zone • Az RREQ-ben tárolt Request Zone-t minden belső állomás módosíthatja • Amennyiben frissebb/pontosabb információja van a célállomásról • ÉS amennyiben az eredmény egy kisebb Request Zone lesz B S B által változtatott Request zone Az S forrás által kijelölt Request zone simon@tmit.bme.hu

10. LAR változatok: Implicit Request Zone • Eddig a RREQ explicit módon tartalmazta a Request Zone -t • Egy másik megközelítés: X belső állomás csak akkor továbbítja az Y szomszédjától kapott RREQ-t, ha X úgy ítéli meg, hogy közelebb van D-hez, mint Y • A cél, hogy lépésenként finomítsuk a keresést • A RREQ-t fizikailag közelítjük a célállomáshoz simon@tmit.bme.hu

11. LAR célállomás helyzetének ismerete • Az alapváltozat szerint a forrás az útvonalfelderítés lépései során ismeri meg a többi állomás helyzetét • Ezeket az információkat későbbi útvonalkeresései alkalmával használni fogja • Ezáltal minél többet működik egy adott állomás, annál többet tanul, így hatékonyabb lesz a keresés Változatok • A helyzet-infot csatolni lehet az adatcsomagokhoz • Gyorsabb tanulás • Proaktív módon külön üzentben terjeszteni a helyzet-infot • Következőkben ismertetett DREAM és GLS protokolloknál simon@tmit.bme.hu

12. Location Aided Routing (LAR) • Előnyei • Csökkenti az elárasztott területet • (Csökkenti az útvonal felderítési „overhead”-et) • Hátrányai • Az állomásoknak ismerniük kell saját helyzetüket • A GPS költséges • Nem veszi figyelembe a rádiós környezetet zavaró akadályokat • Pl. egy árnyékolt fallal elválaszott két állomás hiába van fél méteren belül, rádiós szempontból nem szomszédok simon@tmit.bme.hu

13. Location Aided Routing (LAR) • Y. Ko and N. H. Vaidya, "Location-Aided Routing (LAR) in Mobile Ad Hoc Networks," MOBICOM '98, Dallas, TX, 1998. • http://citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/3972/http:zSzzSzwww.cs.tamu.eduzSzpeoplezSzyoungbaezSzpsfilezSzmobicom98.pdf/ko98locationaided.pdf simon@tmit.bme.hu

14. További változatok helyzetinformációt használó MANET routingra

15. Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM) • S. Basagni, I. Chlamtac, V.R. Syrotiuk, B.A. Woodward, A distance routing effect algorithm for mobility (DREAM), Proc. MOBICOM, 1998, 76-84. • Mobilitásra alkalmazott Távolsági Routing-Hatás Algoritmus • Helyzetinformációt és sebesség információt használ • LAR-hoz hasonlóan • DREAM elárasztással terjeszti az adatcsomagokat is • LAR-al ellentétben • Helyzetinfót használ az adatcsomagok elárasztási területének behatárolására simon@tmit.bme.hu

16. DREAM lokalizálás Expected zone („LAR értelemben”) Az A belső állomás a jelzett (A csúccsal rendelkező) kúpon belüli szomszédainak továbbítja az adatcsomagot D A S S forrásaz S csúccsal rendelkező (nagyobb) kúpon belüli szomszédainak küldi ki az adatcsomagot simon@tmit.bme.hu

17. DREAM távolsági hatás • Az állomások periodikusan hirdetik saját helyzetüket (broadcast üzenetekben) • Szomszéd állomások gyakrabban, távoliak ritkábban frissítik az információkat • Távolsági hatás (Distance effect) • A távolabbi állomások alacsonyabb szögsebeséggel mozognak • Helyzet frissítő üzenetek time-to-live (TTL) mezőt használnak a terjedés szabályozására simon@tmit.bme.hu

18. Geographic Distance Routing (GEDIR) • X. Lin and I. Stojmenovic. Geographic distance routing in ad hoc wireless networks. Technical report, Computer Science SITE, University of Ottawa, December 1998. • Földrajzi-helyzet alapú Távolsági Routing • Feltételezzük, hogy a célállomás helyzete ismert • Minden állomás ismeri szomszédja helyzetét • Minden állomás a célhoz legközelebb eső állomásnak továbbít minden csomagot • Pl. a nyilak az S és Dközti útvonalat jelölik H D A B E S F C G akadály simon@tmit.bme.hu

19. Geographic Distance Routing (GEDIR) • Az algoritmus leáll, ha kétszer használja ugyanazt a linket • Pl. az algoritmus nem találja az S ésEközti utat • Ga célállomáshoz legközelebb eső szomszédja C-nek • G nem ismer E-hez vezető utat H D A B E S F C G akadály simon@tmit.bme.hu

20. Routing with Guaranteed Delivery • P. Bose, P. Morin, I. Stojmenovi c, and J. Urrutia, Routing with guaranteed delivery in ad hoc wireless networks, in Proc. of Discrete Algorithms and Methods for Mobility (DIALM'99), 1999, pp. 48--55. http://citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/29556/http:zSzzSzwww.site.uottawa.cazSzzCz7EivanzSzBMSU.pdf/bose01routing.pdf • Garantált Kézbesítéses Routing • Egy javított GEDIR változat • Garantálja a csomag kézbesítését • Amennyiben létezik egy útvonal a célállomáshoz • Helyzet-infót használ • Kikerüli az esetleges akadályokat • Pl. a fenti esetben C-től folytatta volna a keresést simon@tmit.bme.hu

21. Query Localization

22. Query Localization (QL) • Keresés lokalizálása • Útvonaljavítás esetére • Gyakori eset MANET-ekben • Feltételezett útvonal = egyenes lánc B C A D S simon@tmit.bme.hu

23. QL és a közelség fogalma • Elárasztást korlátoz • Nem használ fizikai helyzet-infot • A RREQ csak a korábbi útvonalhoz közeli állomásokhoz jut el • A közelségi viszonyt nem helyzetmeghatározással határozzák meg • Útvonal lokalizálására: heurisztika (path locality heuristic) simon@tmit.bme.hu

24. Path Locality Heuristic • Olyan új útvonalat kell keresni, amelyik max. k új állomást tartalmaz • Új állomás = nem volt tagja az eredeti útvonalnak • Az eredeti útvonalat tartalmaznia kell a RREQ-nek • Hasonló mechanizmus a Source Routinghoz • RREQ-et csak akkor továbbítják a belső állomások, ha max. k új állomás van az új útvonalban • Ez a PLH korlátozási mechanizmus simon@tmit.bme.hu

25. QL példa F már nem továbbítja a RREQ-t, mivel B és E már k=2 új állomás az eredeti útvonalhoz képest G G F F E E D D elmozdul B C B C Eredeti S-D útvonal Új állomások max száma k = 2 A S A D S simon@tmit.bme.hu

26. QL áttekintés • Előnyei • Csökkenti az útvonalfelderítés költségeit • Nem használ (költséges) fizikai helyzetmeghatározást • Gyors útvonaljavítás az akadályok szomszédságában (kikerüli az akadályokat) • Hátránya • A LAR-nál hosszab útvonalakat eredményezhet • Lokális optimum rosszabb mint a globális optimum simon@tmit.bme.hu

27. Lokális optimalizálás hátránya G S G S F F F F Az optimális útvonal E E E E B C B C A javított útvonal A D A D simon@tmit.bme.hu

28. Broadcast Storm Hatás

29. D B C A Broadcast Storm Hatás • A keresi a D célállomást, RREQ üzenetettel árasztja el a hálózatot • B és C is megkapja a RREQ-t • Valószínű, hogy egy időben kapják meg • B és C is továbbítja a RREQ-t • Körülbelül egy időben továbbítják • Nagy valószínűséggel ütközést okoz simon@tmit.bme.hu

30. D B C A Broadcast Storm Hatás • Redundancia = egy belső állomás többszöt fogadhatja ugyanazt a RREQ üzenetet • Pedig egy RREQ elég lenne • D együtt kaphatja B-tőlés C-től simon@tmit.bme.hu

31. Broadcast Storm javítások • Valószínűségi alapon • Egy belső állomás kap egy RREQ-t, elárasztással kell továbbítsa • A továbbküldés csak p valószínűséggel történik meg • Újraküldéskor egy ütközés elkerülő (collision avoidance) technikát használni • Véletlenszerű késleltetés (random delay) küldés előtt • B és C valószínűleg különböző időpontokan küldi a RREQ-t, így azok nem ütköznek simon@tmit.bme.hu

32. D E B C F A Broadcast Storm javítások • Számlálással • Ha E belső állomás k-nál többször szomszédjától hallja, hogy azok elküldték már a RREQ-t • E már nem továbbítja a RREQ-t • E feltételezi, hogy a k szomszéd együttesen már minden más szomszédjának elküldte a RREQ-t simon@tmit.bme.hu

33. Broadcast Storm javítások • Távolsági becsléssel • E belső állomás meghallja, hogy Z szomszédja újraküldte a RREQ-t • Ha Z és E közti távolság kisebb egy d küszöbnél, E nem küldi tovább a RREQ-t • E és Z annyira közel vannak egymáshoz, hogy a lefedettségi területük majdnem megegyezik • Ha E szintén elküldi a RREQ-t, kicsi a nyereség (kevés új állomás hallaná a RREQ-t) E Z <d simon@tmit.bme.hu

34. Elárasztáson alapuló MANET routingok áttekintése

35. DSR • Sok MANET routing használ elárasztást, pl. DSR • Elársztás jellemző hibái: • Ütközés • Redundancia, felesleges terhelés • “jittering”, random delay – ütközések elkerülésére • Redundanciát szelektív újraküldéssel lehet csökkenteni simon@tmit.bme.hu

36. DSR • Route Requests (RREQ) elárasztás • RREQ újraküldésél frissíteni az útvonal-listát • szimmetrikus (bi-directional) link • RREQ a célállomásnál egy Route Reply (RREP) üzenetet generál • RREP a reverse-pathon megy végig • Minden üzenet tartalmazza a teljes útvonalat simon@tmit.bme.hu

37. AODV • DSR adatcsomag a teljes útvonalat tartalmazza • Túl nagy fejléc, ami csökkenti a teljesítményt • Kis adatcsomagok • Hosszú útvonalak • Minden egyes csomagban benne van, nem elég az útvonal felderítésnél megjegyezni • AODV javít a DSR-n, mivel routing táblákat tart fenn minden állomáson • Nem kell az útvonalat a csomagba tenni • AODV is egy on-demand routing protokoll simon@tmit.bme.hu

38. Helyzet-info alapon • GPS-alapúhelyzet meghatározás(LAR, DREAM) • Becsült mozgási sebesség • Becsült jelenlegi helyzet = terület (zone) • A forrás és a becsült terület közti sáv • Rádiós terjedés ≠ fizikai közelség (GEDIR) • Lokális út-javítás (QL) simon@tmit.bme.hu

39. TORA => lásd később