Ad-hoc-Netzwerke und Routing in Ad-hoc-Netzwerken Manuel Beetz Marcus Gottwald

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

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

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

Herausforderungen Energieverbrauch: Forwarding, Beaconing Abdeckung (Coverage): asymmetrische Funkverbindungen Netzwerk-Verkehr: Daten-Verlust auf Funkstrecken Vermittlung und Wegewahl (Routing): Dynamik, später mehr

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

Sicherheit 2 Sicherheit für mobile Teilnehmer: Relaying Sicherheit für vorhandene Infrastruktur: unbefugter Zugriff auf Ad-hoc-Netz, Interessenkonflikt: Autokonfiguration/Sicherheit

Techniken IEEE 802.11b: „Wavelan“, „Orinoco“ Bluetooth: Personal Operating Space; Pikonetze, Scatternets IEEE 802.15: Wireless Personal Area Networks

Routing Warum Routing? Warum neue Verfahren? Warum nicht RIP oder OSPF?

Routing — Ad-hoc-Netze Besonderheiten in Ad-hoc-Netzwerken: Meist beschränkte Ressourcen (Energie, Sendeleistung) Dynamische Netztopologie Asymmetrie der Verbindungen Interferenzen und Störungen

Verfahren Link-State Distance-Vector Proactive OSPF RIP, DSDV Reactive DSR AODV

Link-State Jede Station erzeugt Sicht auf das gesamte Netzwerk Wegewahl durch geeignete Algorithmen (Dijkstra) Nicht geeignet für hochdynamische Netze

Distance-Vector Nur lokale Informationen notwendig Austausch von Informationen zur Wegewahl nur mit den Nachbarn Gefahr von Kreisen Count-to-Infinity-Problem

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

Modellierung als Graph Stationen im Netzwerk = Knoten im Graph Funkverbindung zwischen Stationen = Kante im Graph Routing im Netzwerk = Wegewahl im Graph

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

Verfahren Link-State Distance-Vector Proactive OSPF RIP, DSDV Reactive DSR AODV

DSDV — Routing-Tabelle Destination-Sequenced Distance-Vector Routing-Tabelle: ein Eintrag für jeden bekannten Teilnehmer Routing-Eintrag Destination Metric Destination Sequence Number

Destination-Sequenced Distance-Vector 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

Destination-Sequenced Distance-Vector 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

Verfahren Link-State Distance-Vector Proactive OSPF RIP, DSDV Reactive DSR AODV

Dynamic Source Routing DSR — Funktionsweise Dynamic Source Routing Routen nur nach Bedarf ermittelt Nutzung einer Route bis zum Auftreten eines Fehlers Wegewahl allein durch Absender

Dynamic Source Routing DSR — Route Request Dynamic Source Routing Aussenden eines „Route Request“-Pakets Weiterleitung von Requests mittels Broadcast (Fluten des Netzes)

Dynamic Source Routing DSR — Route Reply Dynamic Source Routing Zielstation sendet „Route Reply“ an Initiator der Suche über gefundenen Weg.

DSR — Route Maintenance Dynamic Source Routing „Route Error“-Paket bei Unterbrechung der vorgegebenen Route („Source Route“)

Dynamic Source Routing DSR — Bewertung Dynamic Source Routing Vorteile: Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr Erhöhte Sicherheit durch Source Routing Nutzung unidirektionaler Funkverbindungen möglich Nachteile: Größere Latenz

Verfahren Link-State Distance-Vector Proactive OSPF RIP, DSDV Reactive DSR AODV

Ad-hoc On-Demand Distance-Vector AODV — Funktionsweise Ad-hoc On-Demand Distance-Vector Distance-Vector-Verfahren Austausch von Routing-Tabellen nur bei Bedarf

Ad-hoc On-Demand Distance-Vector 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.

Ad-hoc On-Demand Distance-Vector 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

Ad-hoc On-Demand Distance-Vector 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.

Ad-hoc On-Demand Distance-Vector AODV — Bewertung Ad-hoc On-Demand Distance-Vector Vorteile: Geringere Latenz Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr Nachteile: ???

ZRP — Funktionsweise Zone Routing Protocol Setzt sich zusammen aus: IntrAzone Routing Protocol (IARP) IntErzone Routing Protocol (IERP) Bordercast Routing Protocol (BRP)

ZRP — Verfahren Zone Routing Protocol Link-State Distance-Vector Proactive IARP BRP Reactive IERP

IntrAzone Routing Protocol ZRP — IARP IntrAzone Routing Protocol Verwendet Link-State-Verfahren für Stationen in der eigenen Routing-Zone

IntErzone Routing Protocol ZRP — IERP IntErzone Routing Protocol Verwendet Distance-Vector-Verfahren für Stationen außerhalb der eigenen Routing-Zone

Bordercast Routing Protocol ZRP — BRP Bordercast Routing Protocol Erreichen von Stationen außerhalb der Routing-Zone mittels Weiterleitung über Bordernodes

ZRP — Bewertung Zone Routing Protocol Vorteile: Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr Geringe Latenz Robuste Routen Nachteile: Aufwendig zu implementieren

Routing-Algorithmen Wahl des Routing-Verfahrens abhängig von: Dynamik der Teilnehmer Ressourcen der Geräte Größe des Netzwerks

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.

Least Interference Routing Alternative Metriken Least Interference Routing Bisher: Metrik = #Hops Wegewahl anhand der geringsten Interferenz Maß für Interferenz einer Station: Anzahl der Nachbarstationen