Selbstorganisierte Terminodes Juan C. Fries Lokationsbasiertes Routing in Ad-hoc-Netzen.

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1 Selbstorganisierte Terminodes Juan C. Fries Lokationsbasiertes Routing in Ad-hoc-Netzen

2 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes2 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

3 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes3 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

4 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes4 Einleitung Ad-hoc-Netze Probleme Terminodes Anwendungsszenarien

5 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes5 Ad-hoc-Netze Keine Basisstationen keine zentrale Kontrolle multi-hop-Eigenschaft Kommunikation über Funk mobil

6 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes6 Probleme Kommunikation über nur einen Kanal Routing mit unvollständiger Information wachsende Knotenanzahl und geographische Abdeckung ubiquitäre Verfügbarkeit gefordert Motivierung zur Routingunterstützung?

7 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes7 Terminodes = Terminal + Nodes wesentliche Eigenschaften autoritätenfrei (evtl. Regulierung) weit und unregelmäßig verteilt kooperativ

8 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes8 Beispiele Rettungskräfte Militär Konferenzen und Vorlesungen Sensortechnik Straßenverkehr Rooftop networks

9 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes9 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

10 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes10 Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings DSDV: ständiger Austausch mit Hilfe von Distanzvektoren DSR: Sender schreibt vollständigen Pfad in den Header ZRP: Kompromiss zwischen DSDV und DSR in wohlbekannten Routingzonen: DSDV außerhalb: DSR

11 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes11 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

12 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes12 Paketweiterleitung Jeder Terminode hat eine permanente eindeutige Endsystemkennnummer (EUI) eine ortsabhängige Adresse (LDA), mit geographischer Länge, Breite und Höhe Mehrwegrouting Kombination aus: Terminode Local Routing (TLR) Terminode Remote Routing (TRR)

13 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes13 Terminode Local Routing Greedy Forwarding: Paket wird zum Knoten geschickt, der dem Ziel am nächsten ist, sich aber (gerade) noch in Reichweite befindet. Routingtabellen Maß für die Entfernung: Hops Radius eines Knotens gemessen in Hops TLR-erreichbarer Bereich: alle im Radius befindlichen Nachbarknoten (derzeit 2-Hop-Reichweite) EUI alleiniges Weiterleitungskriterium Strategie bei gemäßigter Mobilität

14 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes14 Terminode Remote Routing TRR verbindet weit entfernte TLR-Zonen TRR Bit wird gesetzt, wenn ein Empfänger nicht mit TLR erreichbar ist nach TLR kein erneutes TRR Zyklenfreiheit Zwei Routingverfahren Geodesic Packet Forwarding (GPF) Perimeter Forwarding Routing um den Umkreis eines Knotens Ein Paket wird niemals in derselben Richtung über dieselbe Verbindung gesendet Anchored Geodesic Packet Forwarding (AGPF) postitionsbasiert: Wegwahl berücksichtigt nur aktuelle Position (LDA) eines Terminodes bedarfsgesteuert: Pfadermittlung mit Hilfe von Ankern

15 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes15 Geodesic Packet Forwarding (GPF) Kein erreichbarerKnoten liegt nochnäher am Ziel D Perimeter F. Kein erreichbarerKnoten liegt nochnäher am Ziel D Perimeter F. Sender Ziel

16 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes16 Anchored Geodesic Packet Forwarding (AGPF) D S A B AP1 AP2 S setzt Ankerpunkte in Pfadvektor A entfernt AP1 B entfernt AP2 D ist für C TLR- erreichbar C

17 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes17 Anchored Geodesic Packet Forwarding

18 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes18 Friend Assisted Path Discovery (FAPD) Pfaderkundung mit Unterstützung der Freunde und Freundesfreunde Friends Management (FM) Terminode unterhält Liste von Freunden Wahl der Freunde basierend auf Zuverlässigkeit der Verbindungen über einen längeren Zeitraum örtliche Nähe Freunde meiner Freunde sind auch meine Freunde. (Schutz vor Betrügern)

19 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes19 Pfaderkundung mit FAPD (1) Knoten A möchte ein Paket an C senden (2) A bittet Freund B um Hilfe (3) B fragt wiederum seine Freunde (4) B erhält eine positive Antwort (5) B gibt den Pfad an A weiter (6) A bedankt sich mit Nuglets

20 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes20 Restricted Local Flooding Gezielte Flutung im lokalen Bereich zwischen Wechsel von TRR zu TLR bei hoher Mobilität

21 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes21 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

22 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes22 Mobilitätsmanagement Management der Ortsangaben dynamisch skalierbar sicher fair TLR-genau Virtuelle Heimregionen (VHR)

23 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes23 Virtual Home Regions fester Mittelpunkt C VHR variabler Radius quasi konstante Knotenanzahl Hash-Funktion H(VHR) berechnet Mittelpunkte der VHR Jedem Knoten wird eine VHR zugeordnet

24 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes24 Lokalisierung mit VHR Jeder Knoten übermittelt seine aktuelle geographische Position an seine VHR in VHR lokal befindliche Knoten managen die Positionsangaben der VHR-Mitglieder Lokationsregistrierung

25 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes25 VHR-Positionsabfrage S D VHR D 1 LDA D 2 LDA D ? 3 LDA D

26 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes26 GPS-freie Positionsbestimmung GPS-Empfang nicht immer möglich Self Positioning Algorithm (SPA) Terminodes erstellen eigene lokale Koordinatensysteme (LCS) Terminode mit dichtester Nachbarschaft bildet Lokationsreferenzgruppe und bestimmt das Netzkoordinatensystem (NCS) Terminodes berechnen ihre Position im NCS Nachteil: schnelle Ortsänderungen führen zu schlechterer Routingperfomance

27 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes27 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

28 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes28 Ansporn zur Kooperation Pakete werden auf Kosten anderer Knoten weitergeleitet Jeder Knoten stellt seine Ressourcen anderen Knoten zur Verfügung (z. B. Energie, CPU- Leistung) Entschädigung nötig (in der virtuellen Währung Nuglets) vorstellbare Bezahlmodelle: Packet Purse Model Packet Trade Model

29 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes29 Packet Purse Model Sender gibt dem Paket eine Geldbörse mit Nuglets mit Paket bezahlt jeden Knoten für seinen Transport Pakete mit zu wenigen Nuglets werden verworfen Vorteil: Abschreckung gegenüber Ressourcenverschwendung Nachteil: nicht kalkulierbarer Kostenaufwand

30 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes30 Packet Trade Model Gebühr zahlt Empfänger Pakete ohne Nuglets unterwegs Knoten betreiben Pakethandel weitergebende Knoten verkaufen Pakete kostendeckend Marktwert eines Paket entspricht den Transportkosten Vorteil: einfache Multicast-Kommunkation Nachteile: mangelnder Schutz vor Datenüberflutung Knoten bleibt auf seinen Kosten sitzen, wenn der Empfänger nicht für den Marktwert des Pakets aufkommen kann

31 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes31 Sicherheit Gefahren korrumpierte Hardware (Eigentum der individuellen Benutzer) Fälschung von Nuglets Manipulation der Geldbörse unfaire (oder fiktive) Verkäufe Schutzmaßnahmen abgesicherte Hardware-Komponenten Verschlüsselung

32 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes32 Übersicht 1. Einleitung 2. Frühere Versuche des lokationsbasierten Routings 3. Paketweiterleitung 4. Mobilitätsmanagement 5. Kooperation 6. Zusammenfassung

33 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes33 Zusammenfassung Kombination aus zwei Routingprotokollen Verwendung geographischer Information robust gegenüber örtlicher Ungenauigkeit skalierbar symmetrische Verbindungen im TLR Aspekte der Sicherheit noch nicht umfassend gelöst Nuglets neue virtuelle Währung

34 30.10.2002Selbstorganisierte Terminodes34 Literatur Ljubica Blazevic, Jean-Yves Le Boudec und Silvia Giordano: A Scalable Routing Method for Irregular Mobile Ad Hoc Networks, http://www.terminodes.org [Stand 10/2002] Ljubica Blazevic, Silvia Giordano und Jean-Yves Le Boudec: Self Organized Routing in Wide Area Mobile Ad-hoc Network, IEEE Symposium on Ad-hoc Wireless Networks (Globecom 2001), San Antonio, Texas, November 2001 Srdjan Capkun, Maher Hamdi und Jean-Pierre Hubaux: GPS-free positioning in mobile Ad- Hoc networks. Proceedings of the 34th HICSS, Januar 2001 Jinyang Li u. a.: A Scalable Location Service for Geographic Ad Hoc Routing, MobiCom 2000 Silvia Giordano, Jean-Pierre Hubaux und Jean-Yves Le Boudec: Self-Organizing in Mobile Ad-Hoc Networks: the Approach of Terminodes. IEEE Communications Magazine, Juni 2001. Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, Schweiz Brad Karp und H. T. Kung. GPSR: Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks. 6th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom 2000), 2000 Guoxing Zhang: Ad-hoc Routing. ITM-Seminar Ubiquitäre Systeme, Dezember 2001 Qi Chen: Informationssysteme in ad-hoc Netzwerken, IPD-Seminar Informationszugriff in mobilen Umgebungen, Frühjahr 2002