2011. május 19., Budapest AD-HOC HÁLÓZATOK

2011. május 19., Budapest AD-HOC HÁLÓZATOK

Ad hoc hálózatok mi az ad hoc hálózat? más elnevezések: multihop, önszervező, infrastruktúra nélküli A) 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 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

Ad hoc hálózatok alkalmazások katonai kommunikáció ( smart dust ), űrkutatás készenléti 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 csomópont stb.

Ad hoc hálózatok főbb problémák: fizikai réteg: teljesítmény takarékosság, változó topológia, asszimetrikus linkek adatkapcsolati réteg: közeghozzáférés-vezérlés: nincs központi egység ami felügyeli, elosztott módszer kell hálózati réteg: topológia felderítés, frissítés, útvonalválasztás változó topológián 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 nagyobb teljesítménnyel vett adást az ütközés ellenére is venni tudja nem csak ad-hoc hálózatban

Ad hoc MAC a MAC minősítése: késleltetés: kihasználtság, throughput: a csatorna kapacitásának hány százalékán megy adat igazságos (fairness): prioritásnak megfelelő kapacitás jusson stabilitás: forgalom ingadozásokat elviselje robosztusság a fading ellen ki 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 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) kézfogásos eljárások

Ad hoc MAC kézfogásos módszerek aki küldeni akar, egy rövid RTS csomagot küld a címzett azonosítójával mindenki, aki veszi az RTS-t 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 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 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

példa Ad hoc MAC

Ad hoc MAC

Ad hoc MAC csomag gprioritási szintek: felhasználó prioritástól (high, low) és csomag hátralévő élettartamától 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, 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 tartalmaz

Ad hoc MAC RR fázis: aki foglalni szeretne, p valószínűséggel küld egy RR csomagot, 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 kérése sikeresen átment és ő lesz az adó (TN), rejtett terminál megoldva itt 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 TN nem vesz ilyet, akkor tudja hogy el van vágva a többitől, ill a 2 hopra levők is tudják, bejegyzik az időrés foglaltságát 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 deadlock feloldásához

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 útvonal hierarchikus útvonalválasztási algoritmusok

Ad hoc routing táblázat alapú algoritmusok: DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector routing) útvonal táblázatok minden csomópontban: lehetséges célhoz tartozó útvonalhoz hova 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) a mobilok csoportokra, klaszterekre osztva minden csoportnak van feje, ezt a mobilok egy elosztott algoritmussal választják 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) minden csp-ban 4 táblázat: távolság táblázat, útv. táblázat, link költség tábla, üzenet újraküldési lista 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 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 elég friss bejegyzése van az RREQ továbbítása közben mindenki feljegyzi, hogy kitől kapta az első másolatát 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 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 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 a szomszédaira vonatkozó jellemzőt ő a következő a magára vonatkozó jellemzőt hagyja csak benne majd továbbküld a 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 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 van hierarchikus a routing: zonán belül és zónák között