Ad-hoc-Netzwerke und Routing in Ad-hoc-Netzwerken

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Ad-hoc-NetzwerkeundRouting inAd-hoc-Netzwerke
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Manuel Beetz Marcus Gottwald
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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

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Anwendungen 1

• ConferencingAdministrativa, Beispiele,
  Netzwerkzugriff
• Home NetworkingLAN-Partys, Kühlschrank-Inhalt,
  Notebooks
• Personal Area NetworksHandy, PDA, Notebook
  Bluetooth
• Emergency/DisasterFeuerwehr, Polizei,
  Netzausfälle

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Anwendungen 2

• VerkehrStau, Unfall, Routenplanung, Blitzer,
  Parkplatz, Unterhaltung, Tourismus, ...
• Terminodes, Prenzlnet, WaveWANgroßflächige
  Netzwerk-Versorgung
• Electronic Dust
• Militärische Nutzungline of sight, temporäre
  Lager

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Herausforderungen

• EnergieverbrauchForwarding, Beaconing
• Abdeckung (Coverage)asymmetrische
  Funkverbindungen
• Netzwerk-VerkehrDaten-Verlust auf Funkstrecken
• Vermittlung und Wegewahl (Routing)Dynamik,
  später mehr

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Sicherheit der Daten

• Sicherheit Vertraulichkeit, Integrität und
  Verfügbarkeit
• Vertraulichkeit Verschlüsselung
• VerschlüsselungRechenleistung, Ende-zu-Ende?
• Integritätauf Schicht 1 oder bei
  Verschlüsselung
• Verfügbarkeit großes Problem

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Sicherheit 2

• Sicherheit für mobile TeilnehmerRelaying
• Sicherheit für vorhandene Infrastrukturunbefugte
  r Zugriff auf Ad-hoc-Netz,
• Interessenkonflikt Autokonfiguration/Sicherheit

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Techniken

• IEEE 802.11bWavelan, Orinoco
• BluetoothPersonal Operating SpacePikonetze,
  Scatternets
• IEEE 802.15Wireless Personal Area Networks

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Routing

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

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Routing Ad-hoc-Netze

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

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

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

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Distance-Vector

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

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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

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Modellierung als Graph

• Stationen im Netzwerk Knoten im Graph
• Funkverbindung zwischen Stationen Kante im
  Graph
• Routing im Netzwerk Wegewahl im Graph

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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

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Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
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DSDV Routing-Tabelle
Destination-Sequenced Distance-Vector

• Routing-Tabelleein Eintrag für jeden bekannten
  Teilnehmer

• Routing-Eintrag
• Destination
• Metric
• Destination Sequence Number

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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

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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

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Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
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DSR Funktionsweise
Dynamic Source Routing

• Routen nur nach Bedarf ermittelt
• Nutzung einer Route bis zum Auftreten eines
  Fehlers
• Wegewahl allein durch Absender

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DSR Route Request
Dynamic Source Routing

• Aussenden eines Route Request-Pakets
• Weiterleitung von Requests mittels Broadcast
  (Fluten des Netzes)

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DSR Route Reply
Dynamic Source Routing

• Zielstation sendet Route Reply an Initiator der
  Suche über gefundenen Weg.

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DSR Route Maintenance
Dynamic Source Routing

• Route Error-Paket bei Unterbrechung der
  vorgegebenen Route (Source Route)

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DSR Bewertung
Dynamic Source Routing

• Vorteile
• Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr
• Erhöhte Sicherheit durch Source Routing
• Nutzung unidirektionaler Funkverbindungen möglich
• Nachteile
• Größere Latenz

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Verfahren
Link-State Distance-Vector
Proactive OSPF RIP, DSDV
Reactive DSR AODV
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AODV Funktionsweise
Ad-hoc On-Demand Distance-Vector

• Distance-Vector-Verfahren
• Austausch von Routing-Tabellen nur bei Bedarf

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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.

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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

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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.

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AODV Bewertung
Ad-hoc On-Demand Distance-Vector

• Vorteile
• Geringere Latenz
• Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr
• Nachteile
• ???

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ZRP Funktionsweise
Zone Routing Protocol

• Setzt sich zusammen aus
• IntrAzone Routing Protocol (IARP)
• IntErzone Routing Protocol (IERP)
• Bordercast Routing Protocol (BRP)

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

• Verwendet Link-State-Verfahren für Stationen in
  der eigenen Routing-Zone

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ZRP IERP
IntErzone Routing Protocol

• Verwendet Distance-Vector-Verfahren für Stationen
  außerhalb der eigenen Routing-Zone

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ZRP BRP
Bordercast Routing Protocol

• Erreichen von Stationen außerhalb der
  Routing-Zone mittels Weiterleitung über
  Bordernodes

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ZRP Bewertung
Zone Routing Protocol

• Vorteile
• Wenig überflüssiger Netzwerkverkehr
• Geringe Latenz
• Robuste Routen
• Nachteile
• Aufwendig zu implementieren

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Routing-Algorithmen

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

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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.

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Alternative Metriken
Least Interference Routing

• Bisher Metrik Hops
• Wegewahl anhand der geringsten Interferenz
• Maß für Interferenz einer Station Anzahl der
  Nachbarstationen