Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
AD-HOC HÁLÓZATOK
2011. május 19.,Budapest
Ad hoc hálózatok• mi az ad hoc hálózat?
• más elnevezések: multihop, önszervező, infrastruktúra nélküli
• A) mozgó készülékek által létrehozott hálózatA) mozgó készülékek által létrehozott hálózat
• a készülékek adattovábbítást is végeznek
• önszervező és átszervező
• folyamatosan változó topológia
• B) mobil készülékek + könnyen mozgatható, de a hálózat működése közben általában fix hozzáférési pontokáltalában fix hozzáférési pontok
• önszervező
• a hozzáférési pontok végeznek adattovábbítást: -> cellás hálózathoz hasonló
Ad hoc hálózatok• csomópontok: mobilok és a hordozható hozzáférési pontok
• összeköttetések: azon csomópontok között van, amelyek között a csatorna csillapítása kisebb egy küszöbnél p gy
Ad hoc hálózatok• alkalmazások
• katonai kommunikáció („smart dust”), űrkutatás
• készenléti szervek katasztrófaelhárításkészenléti szervek, katasztrófaelhárítás
• nagy tömeget vonzó események
• otthoni hálózat (intelligens ház, szg. hálózat + telekomm.+ szórakoztató ) ( ) ( )elektronika + házi automaták), járműbeli hálózat (VAN), testen viselt hálózat (BAN)
• érzékelő hálózatok, kis sebességű hálózatok
• infrastruktúra elérése, utolsó néhány csomópontinfrastruktúra elérése, utolsó néhány csomópont
• stb.
Ad hoc hálózatok• főbb problémák:
• fizikai réteg: teljesítmény takarékosság, változó topológia, asszimetrikus linkek
• adatkapcsolati réteg: közeghozzáférés-vezérlés: nincs központi egység amiadatkapcsolati réteg: közeghozzáférés-vezérlés: nincs központi egység ami felügyeli, elosztott módszer kell
• hálózati réteg: topológia felderítés, frissítés, útvonalválasztás változó topológiántopológián
• minden réteg: biztonsági kérdések, QoS biztosítása
Ad hoc MAC• többszörös hozzáférés:
• FDMA: nincs központi egység ami a frekvencia kiosztást felügyeli, minden frekvenciát hallgatni kellene, vagy külön vezérlő sávot kell létrehozni -> ezt is meg kell osztani
• TDMA: ez OK, szervezett módon: központi egység (master) kell az időrések elosztására (Bluetooth filozófia), ezt ki kell választani, masterek közti kommunikációban meg kell egyezni, gond a hálózatban az időrés-szinkronitást elérni; vivőérzékeléses eljárások: OK, de vannak problémák
• CDMA: ez OK, a kódok kiosztása a gond
• duplexitás: TDD (FDD lehet, ha vannak hozzáférési pontok vagy masterok, amik a két frekvencia között „fordítják” az adatfolyamot)
Ad hoc MAC• problémák vivőérzékeléses véletlen hozzáférés alkalmazásánál
• rejtett terminál: A ---- B ---- C : A ad Bnek, C nem hallja, ő is adást kezdeményezhet, ütközés B-ben
• kitett (exposed) terminál: A ---- B ---- C ---- D : B ad A -nak, C hallja nem ad D -nek, pedig nem lenne ütközés, kihasználtság romlik
• elfogás (capture): két terminál ad egyszerre valakinek a nagyobbelfogás (capture): két terminál ad egyszerre valakinek, a nagyobb teljesítménnyel vett adást az ütközés ellenére is venni tudja
k d h háló tb• nem csak ad-hoc hálózatban
Ad hoc MAC• a MAC minősítése:
• késleltetés:
• kihasználtság throughput: a csatorna kapacitásának hány százalékán megykihasználtság, throughput: a csatorna kapacitásának hány százalékán megy adat
• igazságos (fairness): prioritásnak megfelelő kapacitás jusson
f• stabilitás: forgalom ingadozásokat elviselje
• robosztusság a fading ellen
• ki fogyasztáski fogyasztás
• QoS, multimédia támogatás (prioritások, scheduling)
Ad hoc MAC• CSMA alapú MAC protokollok
• rejtett és kitett terminál problémája
• ütközés detektálás: nem megy adás közben venni sem lehet (időben duplexütközés detektálás: nem megy, adás közben venni sem lehet (időben duplex ált.), a vevő nem tud szólni hogy ütközés történt
• adás végén csak az ack. hiánya jelezné az ütközést: kapacitás pazarlás
/• ütközés elkerülési/érzékelési megoldások kellenek
• foglaltságjelzés egy másik frekvenciasávban (busy tone)foglaltságjelzés egy másik frekvenciasávban (busy tone)
• „kézfogásos” eljárások
Ad hoc MAC• kézfogásos módszerek
• aki küldeni akar, egy rövid RTS csomagot küld a címzett azonosítójával
• mindenki aki veszi az RTS-t nem admindenki, aki veszi az RTS t, nem ad
• a címzett az RTS vétele után válaszként CTS-t küld
• akik ezt veszik, azok se adnak
• a CTS megkapása után a küldő megkezdi az adást
Ad hoc MAC• EY-NPMA (Elimination-Yield Non-preemptive Priority Multiple Access)
• Hiperlan 1
• adó 1700 bitidőig figyeli a csatornát ha üres azonnal adni kezdadó 1700 bitidőig figyeli a csatornát, ha üres, azonnal adni kezd
• ha van rajta adás, megvárja a végét, majd megkezdődik a csatornahozzáférési periódus
• prioritások: minden csomagra eddigi várakozás alapján, maguk számolják, 0 -H-1 prioritási szint, 0 a legnagyobb
• 1. prioritizálási fázis: mindenki a saját prioritásának megfelelő időrésig (256 bitidő ké t) h ll tj t át h l ki d tt ki áll é á j köbitidő egyenként) hallgatja a csatornát, ha valaki adott, kiszáll és megvárja a köv. versenyzési fázist; ha nem, ad egy prio börsztöt, mivel a nagyobb prioritásúak hamarabb adnak, csak a legnagyobb prioritásúak mennek tovább
Ad hoc MAC• EY-NPMA (Elimination-Yield Non-preemptive Priority Multiple Access)
• 2. versenyzési fázis
• 2.a: elimináció: mindenki egy geo eloszlású számú időrésnyit ad (256 bitidő hosszú rések), utána hallgatja a csatornát, aki hallja hogy még más ad, abbahagyja és a köv ciklusban próbálkozik: akik a legnagyobb számú rést sorsolta, az megy tovább (több is lehet)
• 2.b: „termés” (yield): geo eloszlású véletlen számú időrést hallgatnak (64 bitidő hosszúak), ha addig más nem kezd adni, akkor küld egy csomagot
Ad hoc MACpélda
Ad hoc MAC
Ad hoc MAC•csomag prioritási szintek: felhasználó prioritástól (high, low) és csomag hátralévő g p p ( g , ) gélettartamától függ (NMRL = Normalized MPDU Residual Lifetime)
• legnagyobb prioritású csomag (0): high user priority és kisebb mint 10 msec NMRL
•legkisebb prioritású csomag (4): high user prioritás és több mint 80 msec NMRL•legkisebb prioritású csomag (4): high user prioritás és több mint 80 msec NMRL, alacsony user prioritás és több mint 40 msec NMRL
• 0 prioritású csak high user prioritású felhasználó csomagja lehet
Ad hoc MAC
• FPRP (Five Phase reservation Protocol)
• TDMA
• szinkronizáció van (GPS)
• a protokoll ciklusaihoz képest a topológia lassan változik
• a csp.-k ütközést tudnak észlelni
•minden csp.-nek egyedi azonosítója van
Ad hoc MAC
RS: az azonos sorszámú IS –ért lehet versenyezni itt, a következő keretek mindegyikében megkapja a győztes
minden RS valahány 5 fázisból álló figlalási ciklust tartalmazminden RS valahány, 5 fázisból álló figlalási ciklust tartalmaz
Ad hoc MAC• RR fázis: aki foglalni szeretne, p valószínűséggel küld egy RR
t többi h ll tcsomagot, a többi hallgat
• CR (Collision Report): ha egy node ütközést észlelt az RR fázisban, CR csomagot küld, ha az eredeti adó nem hall CR-t, feltételezi hogy CR csomagot küld, ha az eredeti adó nem hall CR t, feltételezi hogy kérése sikeresen átment és ő lesz az adó (TN), rejtett terminál megoldva itt
RC (Res Confirmation) TN itt RC csomaggal megerősíti a foglalását• RC (Resv. Confirmation): TN itt RC csomaggal megerősíti a foglalását (többi a környezetében ebből tudja, hogy övé az adott időrés)
• RA (Resv. Acknowledgement): mindenki, aki RC-t hallotta, küldi. Ha ( g )TN nem vesz ilyet, akkor tudja hogy el van vágva a többitől, ill a 2 hopralevők is tudják, bejegyzik az időrés foglaltságát
• P/E fázis (Packing/Elimination): minden 2 hopra levő küld akik RA t• P/E fázis (Packing/Elimination): minden 2 hopra levő küld akik RA t hallják, de RC –t nem, küld egy P csomagot, akik ezt hallják, de a többit nem, jobb eséllyel versenyezhetnek az időrésért, a foglalási valószínűségüket igazítják ehhez valamint Tn adja deadlockvalószínűségüket igazítják ehhez, valamint Tn adja deadlockfeloldásához
Ad hoc routing• cél: az ad hoc hálózat két tetszőleges csomópontja között továbbítani csomagokat, lehetőleg valamilyen szempontból optimálisan
• proaktív algoritmusok (táblázat alapú): az útvonalak az átvitel előtt ki vannak számolva, minden csp. táblázatokban tárol routing információt (milyen célcím esetén melyik a next hop, ahová küldeni kell), ezeket frissíteni kell a topológia változásakor, a frissítésnek az egész hálózatban meg kell történnie
• reaktív algoritmusok (forrás által kezdeményezett, vagy igény szerinti útvonalválasztás): a forrás kezdeményez egy útvonal keresési folyamatot a hálózatban, adás előtt. ha az útvonal megvan, útvonal-fenntartási folyamat, amíg kell az útvonalaz útvonal
• hierarchikus útvonalválasztási algoritmusok
Ad hoc routing• táblázat alapú algoritmusok:p g
• DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector routing)
• útvonal táblázatok minden csomópontban: lehetséges célhoz tartozó útvonalhoz hova kell küldeni + ugrások száma + sorszámhova kell küldeni, + ugrások száma, + sorszám
• táblázat frissítések ha valami történik: teljes (ritkán), frissítések
• a sorszám azt mutatja, hogy mennyire friss a bejegyzés
• a legfrissebb útvonalat választják
Ad hoc routing• CGSW (Clusterhead Gateway Switch Routing)( y g)
• a mobilok csoportokra, klaszterekre osztva
• minden csoportnak van „feje”, ezt a mobilok egy elosztott algoritmussal választjákválasztják
• átjáró csomópontok: amik egyszerre több csoport vezetőt is el tud érni, csomagok útja: mobil-fej-átjáró-fej stb.
• kétféle táblázat minden mobilban: klaszter vezető táblázat: minden lehetséges célhoz a legjobb úton a következő klaszter fej, útvonalválasztási tábla: a következő ugrás egy bizonyos cél eléréséig
• tábla változások üzenetszórva
• kap egy csomagot: klaszte vezető táblázatból kikeresi hogy melyiknek küldje, utána routingból hogy ehhez melyik a next hop
Ad hoc routing• WRP (Wireless routing protocol)( g p )
• minden csp-ban 4 táblázat: távolság táblázat, útv. táblázat, link költség tábla, üzenet újraküldési lista
• mobilok frissítéseket küldenek egymásnak: ök eltűnése új ök megjelenése• mobilok frissítéseket küldenek egymásnak: ök. eltűnése, új ök. megjelenése esetén; ezeket továbbküldik, illetve néhányra ACK -ot várnak
• a szomszédságot az üzenetekből, ACK -okból illetve ha ezeket nem ad, néha hellot küldhellot küld
Ad hoc routing• forrás által kezdeményezett útvonalválasztási módszerek
• AODV (Ad hoc on-demand distance vector)
• DSDV hez hasonlít, de nincs gyakran tábla frissítés, csak egy adott útvonalon található mobilok vesznek részt a frisstésben
• mobil adni akar, RREQ üzenetet küld mindenkinek, ezt mindenki továbbküldi (ha van bejegyzése a célról, de régi, akkor is)
• addig megy tovább míg a célhoz vagy egy olyan közbülsőhöz ér amelyiknek• addig megy tovább míg a célhoz, vagy egy olyan közbülsőhöz ér, amelyiknek elég friss bejegyzése van
• az RREQ továbbítása közben mindenki feljegyzi, hogy kitől kapta az első másolatát az adott üzenetnek ez egy visszaút leszmásolatát az adott üzenetnek, ez egy visszaút lesz
• a cél vagy egy közbülső egy RREP választ küld az RREQ által kijelölt útvonalon
• az RREP a forrásig megy, mindenki megjegyzi kitől kapta: útvonal
Ad hoc routing• AODV (folyt.)
• látható, hogy csak szimmetrikus linkekkel működik
• ha a forrás elmozdul: kezdeményezhet újra egy útvonalkeresést
• ha másik mozdul el: a szomszédja küld egy link failure üzenetet ezt• ha másik mozdul el: a szomszédja küld egy link failure üzenetet, ezt továbbküldik a forrásik, kezdeményezhet újat
Ad hoc routing• DSR (dynamic source routing)
• mobilokban útvonal tárolók, a teljes útvonalat tárolják minden célig
• küldeni akar és nincs útvonala: RRQ broadcast, cél címe, forrás címe, kérés azonosító
• mindenki továbbítja, aki nem tud útvonalat, a csomagban beleteszi a saját címét, csak akkor továbbítja, ha ez az első
• ha valakinek van jó útvonala a célig vagy a cél válaszol benne van a válszban• ha valakinek van jó útvonala a célig, vagy a cél válaszol, benne van a válszban a teljes útvonal (amin az RRQ jött), ill. közbülső node hozzáteszi a saját útvonalát
• a válszt küldheti egy tárolt útvonalon, ill. szimm. esetben az RRQ útvonalán, ill küldhet RRQ -t amihez csatolja a választküldhet RRQ t, amihez csatolja a választ
Ad hoc routing
• ABR (Associativity based routing)
• mérték: összeköttetés stabilitás foka -> mobilitással fordítottan arányos
• minden mobil periodikusan jelzést küld, a szomszédai ez alapján összeköttetés táblázatot frissítenek
• útvonal keresésnél: broadcast kérés, mindenki továbbítja és beleteszi címét és éd i k ó j ll őa szomszédaira vonatkozó jellemzőt
• a következő a magára vonatkozó jellemzőt hagyja csak benne majd továbbküld
• a célhoz megérkezik több útvonalon, a cél azt választja, aminek a stabilitása aa célhoz megérkezik több útvonalon, a cél azt választja, aminek a stabilitása a legnagyobb, egyenlők közül a legkevesebb ugrásból állót
• ezen az útvonalon küld választ, ezt a nodek aktívnak jelölik, a többi inaktív
Ad hoc routing
• SSR (Signal Stability routing)
• csp. közti jel erőssége és a mobil helyztének stabilitása alapján
• rreq üzenetek küldése, csak erős csatornán továbbítják, mérték: stabilitás
• legstabilabb erős csatornás útvonal választása
• ha nincs rreplay üzenet, a forrás új broadcastot kezdeményez, engedélyezve a gyenge csatornán való továbbítást
Ad hoc routing• TORA (temporally ordered routing algorithm)
• adaptív, hurkokat nem okozó, változékony mobil környezetben alkalmazható
• minden forrás-cél párhoz több útvonalminden forrás cél párhoz több útvonal
• hibrid algoritmusok
• CEDAR (core extraction distributed adhoc routing)
• ötlet:elosztott algoritmussal kiválasztják a hálózat magját, ezek vesznek részt csak az útvonalszámításban és frissítésben
• kisebb az overhead
• ZHLS (zone-based hierarchical link state)
• a hálózat zónákra van osztva, GPS alapján minden mobil tudja melyik zónában vanvan
• hierarchikus a routing: zonán belül és zónák között