Ad-Hoc Routing Motivation Ansätze aus dem Festnetz Reaktive Ansätze Positionsbasierte Ansätze 9.0.2

Ad-Hoc Routing Ad-Hoc-Netzwerke Ad-Hoc-Netzwerke benötigen keine feste Infrastruktur alle Knoten sind Mobil abgelegene Gegenden, spontane Treffen, Katastrophen, Kommunikation zwischen Fahrzeugen auch Kosten können gegen eine Infrastruktur sprechen Hauptproblem: Wegwahl keine Standard-Router vorhanden potentiell muß jeder Knoten weiterleiten können ABC

Ad-Hoc Routing Traditionelle (Proaktive) Routing-Algorithmen Distance Vector periodischer Austausch mit den physikalischen Nachbarn wer über welche Distanz erreicht werden kann Auswahl des kürzesten Pfades bei Wegalternativen Link State periodische Benachrichtigung aller Router über den Zustand aller physikalischen Verbindungen Router erhalten also ein vollständiges Bild des Netzes Beispiel RIP (Distance Vektor), DSDV (für Ad Hoc Netze verbessert) OSPF (Link State) Proaktiv die Wege durch das Netz konstant aufrechterhalten, egal ob sie zur zeit verwendet werden oder nicht

Ad-Hoc Routing Probleme traditioneller Routing-Algorithmen Dynamik der Topologie häufige Änderung der Verbindungen, Teilnehmer, Verbindungsqualitäten systeminhärent Begrenzte Leistung der mobilen Geräte periodische Aktualisierungen der Routing-Tabellen benötigt viel Energie ohne Nutzdaten zu senden, Ruhemodus unmöglich ohnehin begrenzte Bandbreite der Geräte zusätzlich durch Austausch der Routing-Information geschmälert Verbindungen können asymmetrisch sein, d.h. richtungsabhängige Übertragungsqualitäten besitzen Problem Protokolle wurden für Festnetze mit relativ seltenen Änderungen entworfen und gehen meist von symmetrischen Verbindungen aus

Ad-Hoc Routing Ad-Hoc-Routing Drei Klassen von Routing Protokollen für Ad-Hoc-Netze: - proaktiv: Anpassung der Verfahren aus dem Festnetz, hier nicht weiter betrachtet. - reaktiv: die Bestimmung von Routen geschieht nur dann, wenn Daten gesendet werden sollen. - positionsbasiert: Pakete werden anhand der physikalischen Position des Zieles weitergeleitet, es gibt keine Routen mehr!

Ad-Hoc Routing Reaktives Ad-Hoc-Routing Folien von Nitin H. Vaidya.

Ad-Hoc Routing Evaluation der Reaktiven Ansätze Quelle: J. Broch et. al.: A Performance Comparison of Multi-Hop Wireless Ad Hoc Network Routing Protocols. In Proc. of MobiCom, Vergleich von DSR, TORA, DSDV und AODV mittels Simulation in ns-2. Parameter: - Schicht 2: IEEE Gebiet: 1500m x 300m - Knoten Bewegen sich zu einem Punkt mit konstanter Geschwindigkeit (20 m/s) pausieren dort und wählen einen neuen Punkt aus. - Daten: Constant Bitrate mit Quellen mit je bis zu 64 kbit/s

Ad-Hoc Routing Anteil erfolgreich zugestellter Pakete

Ad-Hoc Routing Routing Overhead

Ad-Hoc Routing Positionsbasiertes Ad-Hoc Routing Vorgehensweise: - alle Knoten kennen ihre eigene Position (GPS) - alle Knoten kennen die Position ihrer Nachbarn (durch regelmäßige 1-Hop Broadcasts) - im ersten Schritt bestimmt der Sender die Position des Empfängers: Positionsdienst - dann werden Pakete geschickt, die von den Knoten mit einer gewissen Strategie in die richtige Richtung weitergeleitet werden - Adresse: eindeutiger Identifizierer + Position

Ad-Hoc Routing Positionsbasiertes Routing Idee: jeder Knoten kennt seine geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner Nachbarn (durch Beaconing) bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

Ad-Hoc Routing Positionsbasiertes Routing Idee: jeder Knoten kennt seine geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner Nachbarn (durch Beaconing) bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

Ad-Hoc Routing Positionsbasiertes Routing Idee: jeder Knoten kennt seine geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner Nachbarn (durch Beaconing) bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

Ad-Hoc Routing Positionsbasiertes Routing Keine Routen! Idee: jeder Knoten kennt seine geografische Position jeder Knoten lernt die Position seiner Nachbarn (durch Beaconing) bei unicast: der Sender erfragt die Position des Empfängers Pakete werden in Richtung des Empfängers weitergeleitet

Ad-Hoc Routing Positionsdienste Naheliegende Idee: Positionsänderungen werden im Netz geflutet - einfach, - aber ineffizient! Bessere Strategien: - Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM) - Grid Location Service (GLS) - Homezone - Reactive Location Service (RLS)

Ad-Hoc Routing Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM) Der Distance Effect: - bei Bewegung der Knoten ändert sich die Richtung zu einem weit entfernten Knoten weniger schnell, als zu einem nahen Knoten: DREAM: - das Fluten der Positionsinformationen hat unterschiedliche Reichweiten: kurz=häufig, weit=selten - die Frequenz des Flutens hängt von der Bewegung des Knotens ab: schnell=häufig, langsam=selten

Ad-Hoc Routing Homezone Vorgehensweise: - der eindeutige Identifizierer eines Knotens wird auf eine Region abgebildet (hashing) - wenn sich ein Knoten bewegt, sendet er ein Update seiner Position an alle Knoten in dieser Region - wenn man einen Knoten erreichen möchte, dann fragt man in der zugehörigen Region nach seiner Position Problem: was tun, wenn die Region keinen Knoten enthält? - Größe der Region dynamisch anpassen - Mehrere Regionen pro Identifizierer (Redundanz)

Ad-Hoc Routing Grid Location Service (GLS) Prinzipielle Vorgehensweise: - das Gebiet des ad hoc Netzes wird in Quadrate zerlegt - die hierarchische Anordnung der Quadrate bildet einen Quadtree - jeder Knoten hat eine eigene Sicht auf den Quadtree: - in jedem Element des Quadtrees soll es einen location server für den Knoten geben - location server = Knoten mit der nächsthöheren ID in diesem Element des Quadtrees 1. Ordnung 2. Ordnung

Ad-Hoc Routing GLS Location Query Annahme: es seien die Positionsinformationen über die Knoten wie beschrieben verteilt. Algorithmus zum Auffinden von der Position von Knoten A: - ist man selbst Positionsserver für A: trivial - sonst suche in Element 1. Ordnung den Knoten dessen ID am wenigsten die von A überschreitet – möglich, da man alle Knoten im Element 1. Ordnung kennt - dieser Knoten MUSS ein Positionsserver für den Knoten sein, der im Element 2. Ordnung am dichtesten über der ID von A liegt. - führe dies fort, bis man einen Positionsserver von A erreicht

Ad-Hoc Routing GLS Location Query - Beispiel

Ad-Hoc Routing GLS – Location Update Ein Knoten verteilt Infos über seine Position an: - alle Knoten im selben Quadtree Element in dem er sich befindet - an die Positionsserver in den anderen Quadtree Elementen - dazu wird die Position mittels Positionsbasiertem Routing an einen beliebigen Knoten im entsprechenden Quadtree Element geleitet - dann wird der gleiche Algorithmus wie bei der Suche nach einem Positionsserver verwendet

Ad-Hoc Routing Reactive Location Service Idee: gehe wie bei DSR/AODV vor: - statt einem Verbindungsaufbauwunsch: Ortsanfrage fluten - der gesuchte Knoten antwortet - oder ein anderer Knoten der weis wo das Ziel ist - exponentielles Ringfluten zur Reduktion von Nachrichten

Ad-Hoc Routing Strategien zur Paketweiterleitung 2 Ansätze: - greedy forwarding - Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) - restricted directional flooding - Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM)

Ad-Hoc Routing Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) Vogehen: - jeder Knoten kennt die Position seiner Nachbarn (periodischer 1- Hop Broadcast) - die Position des Empfängers steht im Header des Paketes - zum Weiterleiten wird ein Nachbar ausgesucht, der: - den weitesten Fortschritt zum Empfänger erzielt (GPSR) - oder der am nächsten am weiterleitenden Knoten liegt - oder der am besten die Richtung zum Empfänger annähert - oder ein zufälliger Nachbar mit Fortschritt

Ad-Hoc Routing GPSR Beispiel

Ad-Hoc Routing Problem bei Greedy Forwarding

Ad-Hoc Routing Lösung für das Problem in GPSR Parimeter Routing (um Funklöcher herumrouten): - bestimme Verbindungslinie vom momentanen Knoten zum Empfänger - forwarde das Paket über die Kante die als nächstes gegen den Uhrzeigersinn von der Verbindungslinie liegt - im nächsten Knoten forwarde das Paket über die nächste Kante gegen den Uhrzeigersinn von der Kante über die das Paket erhalten wurde - wenn diese neue Kante die Verbindung (erster Schritt) schneiden würde nimm die nächste Kante gegen den Uhrzeigersinn - wenn ein Knoten erreicht wird, der näher am Ziel ist als der Eintrittsknoten für das Perimeter Routing benutze wieder greedy

Ad-Hoc Routing Perimeter Routing Beispiel Achtung: in GPSR würde hier kein perimeter routing verwendet werden, sondern nur greedy forwarding

Ad-Hoc Routing Perimeter Routing Wichtig: - alle Informationen stehen lokal zur Verfügung oder werden im Paket gespeichert, keine globale Sicht notwendig - wenn keine Route zum Ziel existiert wird dies bemerkt, weil dann das Paket in einem Polygon kreist, dann wird das Paket verworfen

Ad-Hoc Routing GPSR Anmerkungen GPSR wurde von den Autoren evaluiert: - in allen wesentlichen Kriterien besser als DSR - aber es war Vorraussetzung, daß die Position des Empfängers dem Sender immer exakt bekannt ist - interessant wäre eine integrierte Untersuchung von Positionsdienst und GPSR

Ad-Hoc Routing Leistungsbewertung Problem: abhängig von Netzwerkdynamik und –struktur Bisher: zufällige Knotenbewegungen auf rechteckiger Grundfläche dann simulativer Vergleich mit ns-2 unzureichend Verbesserter Ansatz: Verwendung eines Simulators für Fahrzeugbewegungen Einsatz der Ergebnisse dieses Simulators für ns-2

Ad-Hoc Routing Netzwerkcharakteristika 4000 m 20 m

Ad-Hoc Routing Netzwerkcharakteristika II durchschnittliche Anzahl an Partitionen (10km) Übertragungsreichweite (m) Richtungen getrennt Richtungen gemeinsam

Ad-Hoc Routing Simulationsergebnisse Zustellrate maximale Kommunikationsdistanz (m) Positions- basiert

Ad-Hoc Routing Simulationsergebnisse II Anzahl von Paketübertragungen maximale Kommunikationsdistanz (m) Positionsbasiert (Beacon-Intervall)

Ad-Hoc Routing Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM) Prinzipielle Idee: - berechne eine Region (Kreis) in der sich der Empfänger wahrscheinlich aufhält: - der Kreis hat die zuletzt bekannte Position des Empfängers als Mittelpunkt - der Radius des Kreises wird berechnet mit der maximalen Geschwindigkeit eines Knoten multipliziert mit der Zeit die seit dem letzten Positionsupdate vergangen ist - das Paket wird an alle Knoten weitergeleitet, die in Richtung des Kreises liegen - dabei wird die lokale Information verwendet, je näher man dem Ziel kommt, desto genauer sollte sie also werden

Ad-Hoc Routing DREAM – Weiterleiten von Paketen