Manuel Beetz Marcus Gottwald
Ad-hoc-NetzwerkeAd-hoc-Netzwerkeundund
Routing inRouting inAd-hoc-NetzwerkenAd-hoc-Netzwerken
Folie 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
Folie 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
Folie 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
Folie 5
Herausforderungen
Energieverbrauch:Forwarding, Beaconing
Abdeckung (Coverage):asymmetrische Funkverbindungen
Netzwerk-Verkehr:Daten-Verlust auf Funkstrecken
Vermittlung und Wegewahl (Routing):Dynamik, später mehr
Folie 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
Folie 7
Sicherheit 2
Sicherheit für mobile Teilnehmer:Relaying
Sicherheit für vorhandene Infrastruktur:unbefugter Zugriff auf Ad-hoc-Netz,
Interessenkonflikt: Autokonfiguration/Sicherheit
Folie 8
Techniken
IEEE 802.11b:„Wavelan“, „Orinoco“
Bluetooth:Personal Operating Space;Pikonetze, Scatternets
IEEE 802.15:Wireless Personal Area Networks
Folie 9
Routing
Warum Routing?
Warum neue Verfahren?
Warum nicht RIP oder OSPF?
Folie 10
Routing — Ad-hoc-Netze
Besonderheiten in Ad-hoc-Netzwerken:
Meist beschränkte Ressourcen (Energie, Sendeleistung)
Dynamische Netztopologie
Asymmetrie der Verbindungen
Interferenzen und Störungen
Folie 11
Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
Folie 12
Link-State
Jede Station erzeugt Sicht auf das gesamte Netzwerk
Wegewahl durch geeignete Algorithmen (Dijkstra)
Nicht geeignet für hochdynamische Netze
Folie 13
Distance-Vector
Nur lokale Informationen notwendig
Austausch von Informationen zur Wegewahl nur mit den Nachbarn
Gefahr von Kreisen
Count-to-Infinity-Problem
Folie 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
Folie 15
Modellierung als Graph
Stationen im Netzwerk = Knoten im Graph
Funkverbindung zwischen Stationen= Kante im Graph
Routing im Netzwerk = Wegewahl im Graph
Folie 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
Folie 17
Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
Folie 18
DSDV — Routing-Tabelle
Routing-Eintrag
• Destination
• Metric
• Destination Sequence Number
Destination-Sequenced Distance-Vector
Routing-Tabelle:ein Eintrag für jeden bekannten Teilnehmer
Folie 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
Folie 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
Folie 21
Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
Folie 22
DSR — Funktionsweise
Dynamic Source Routing
Routen nur nach Bedarf ermittelt
Nutzung einer Route bis zum Auftreten eines Fehlers
Wegewahl allein durch Absender
Folie 23
DSR — Route Request
Dynamic Source Routing
Aussenden eines „Route Request“-Pakets
Weiterleitung von Requests mittels Broadcast (Fluten des Netzes)
Folie 24
DSR — Route Reply
Dynamic Source Routing
Zielstation sendet „Route Reply“ an Initiator der Suche über gefundenen Weg.
Folie 25
DSR — Route Maintenance
Dynamic Source Routing
„Route Error“-Paket bei Unterbrechung der vorgegebenen Route („Source Route“)
Folie 26
DSR — Bewertung
Dynamic Source Routing
Vorteile:
• Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr
• Erhöhte Sicherheit durch Source Routing
• Nutzung unidirektionaler Funkverbindungen möglich
Nachteile:
• Größere Latenz
Folie 27
Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
Folie 28
AODV — Funktionsweise
Ad-hoc On-Demand Distance-Vector
Distance-Vector-Verfahren
Austausch von Routing-Tabellen nur bei Bedarf
Folie 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.
Folie 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
Folie 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.
Folie 32
AODV — Bewertung
Ad-hoc On-Demand Distance-Vector
Vorteile:
• Geringere Latenz
• Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr
Nachteile:
• ???
Folie 33
ZRP — Funktionsweise
Zone Routing Protocol
Setzt sich zusammen aus:
IntrAzone Routing Protocol (IARP)
IntErzone Routing Protocol (IERP)
Bordercast Routing Protocol (BRP)
Folie 34
ZRP — Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive IARP BRP
Reactive IERP
Zone Routing Protocol
Folie 35
ZRP — IARP
IntrAzone Routing Protocol
Verwendet Link-State-Verfahren für Stationen in der eigenen Routing-Zone
Folie 36
ZRP — IERP
IntErzone Routing Protocol
Verwendet Distance-Vector-Verfahren für Stationen außerhalb der eigenen Routing-Zone
Folie 37
ZRP — BRP
Bordercast Routing Protocol
Erreichen von Stationen außerhalb der Routing-Zone mittels Weiterleitung über Bordernodes
Folie 38
ZRP — Bewertung
Zone Routing Protocol
Vorteile:
• Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr
• Geringe Latenz
• Robuste Routen
Nachteile:
• Aufwendig zu implementieren
Folie 39
Routing-Algorithmen
Wahl des Routing-Verfahrens abhängig von:
• Dynamik der Teilnehmer
• Ressourcen der Geräte
• Größe des Netzwerks
Folie 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.
Folie 41
Alternative Metriken
Least Interference Routing
Bisher: Metrik = #Hops
Wegewahl anhand der geringsten Interferenz
Maß für Interferenz einer Station: Anzahl der Nachbarstationen