ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ «ΠΡΟΗΓΜΕΝΕΣ ΔΙΚΤΥΑΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ» “AD HOC ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ” Απρίλιος 2003 Νάσος Bάιος

Location-Aided Routing (LAR) Reactive αλγόριθμος Χρησιμοποιεί πληροφορία θέσης (GPS) Κάθε κόμβος ορίζει 2 ζώνες για εύρεση δρόμου: 1. Ζώνη όπου αναμένεται ο προορισμός 2. Ζώνη αίτησης για διαδρομή

LAR: Ζώνη Προορισμού Ο κόμβος Α θέλει να επικοινωνήσει με τον κόμβο Β Υποθέτουμε ότι ο κόμβος Α γνωρίζει τη θέση του Β τη στιγμή t0 Ο Α καθορίζει την ζώνη στην οποία βρίσκεται ο προορισμός Η ζώνη αυτή είναι απλά μία εκτίμηση του κόμβου Α +Όταν η πληροφορία θέσης σωστή, ταχύτητα στην αποκατάσταση κλήσης - Όταν η πληροφορία θέσης λάθος, απόδοση όμοια της πλημμύρας V(t1-t0) Β

LAR: Ζώνη Αίτησης Ο κόμβος Α ψάχνει το προορισμό ορίζοντας μία ζώνη Κάθε κόμβος προωθεί μια αίτηση αν βρίσκεται στα όρια αυτής της ζώνης Η ζώνη αίτησης περικλείει τη ζώνη προορισμού Β Β Α Α

LAR: Σχήμα 1 A(ΧD-R, ΥD+R) B(ΧD+R, ΥD+R) A(ΧS, ΥD+R) B(ΧD+R, ΥD+R) P(ΧD, ΥD+R) P(ΧD, ΥD+R) Ζώνη προορισμού Ζώνη προορισμού S(ΧS, ΥS) R R Q(ΧD+R, ΥD) Q(ΧD+R, ΥD) Q(ΧD-R, ΥD) (ΧD, ΥD) (ΧD, ΥD) G(ΧD-R, ΥD-R) T(ΧD, ΥD-R) C(ΧD+R, ΥD-R) Ε(ΧΕ, ΥΕ) F(ΧF, ΥF) C(ΧD+R, ΥS) S(ΧS, ΥS) Ζώνη αίτησης Ζώνη αίτησης Δικτυακός Τόπος Δικτυακός Τόπος

LAR: Σχήμα 2 Κάθε αίτηση δρόμου περιλαμβάνει δύο πληροφορίες: --Συνιστώσες του προορισμού --Απόσταση προορισμού από το κόμβο πηγής, DISTs Κάθε κόμβος i που δεχεται την αίτηση, την προωθεί μόνο όταν: --Δεν είναι ο προορισμός --Δεν έχει προωθήσει στο παρελθόν την ίδια αίτηση --Για κάποιες παραμέτρους, α και β, α(DISTs) + β > DISTi

LAR: Σχήμα 1 & 2 Ζώνη προορισμού (ΧD, ΥD) DISTi (ΧD, ΥD) DISTn N N I I DISTk K K S(ΧS, ΥS) S(ΧS, ΥS) DISTs Ζώνη αίτησης Δικτυακός Τόπος Δικτυακός Τόπος

LAR: Προβλήματα & Ιδέες Καθορισμός παραμέτρων: --α, β για το σχήμα 2 --καθορισμός και προσαρμογή ζωνών για το σχήμα 1 Πιθανότητα σφαλμάτων στην εκτίμηση θέσης Εμβέλεια εκπομπής και πυκνότητα κόμβων Μετάδοση πληροφορίας σε κάθε πακέτο (piggy-backing) Τοπική αναζήτηση (συνδυασμός με Time-To-Live) Χρησιμοποίηση κατευθυντικών κεραιών Συγχρονισμός

ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ 1. Ελαχιστοποίηση της συνολικής ενέργειας Πρόβλημα: Συχνή χρήση των ίδιων δρόμων 2. Μεγιστοποίηση του χρόνου ζωής του συστήματος

ΕΝΕΡΓΕΙΑ (1) Πρόβλημα υψηλού φόρτου ------------DSR-------------- A B T S C D E Πρόβλημα υψηλού φόρτου ------------DSR--------------

ΕΝΕΡΓΕΙΑ (2) A B S T C D E Παράδειγμα δικτύου Επίπεδο ενέργειας 5 2 (S,C,D,B,T):αγνοείται A B 4 S T P1= (S,A,B,T) 3 P2 = (S,C,D,E,T) C D E 3 5 4 Παράδειγμα δικτύου Επίπεδο ενέργειας T1 < T2 E1 > E2

AD-HOC ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ BLUETOOTH HOMERF HIPERLAN 2 IEEE 802.11

LAN/WLAN Συνδεσιμότητα σε τοπικά επίπεδα οργάνωσης Ευκολία εγκατάστασης Κινητικότητα Φορητά συστήματα Ελαστικότητα Εφαρμογές σε χώρους με πυκνότητα χρηστών --αεροδρόμια, συνεδριακούς τόπους, πανεπιστήμια... Πρόσβαση οποιαδήποτε στιγμή στο ‘δίκτυο’

IEEE 802.11 Πρότυπο Η IEEE ανέπτυξε και καθόρισε το πρώτο διεθνώς αναγνωρισμένο πρότυπο για WLANs Η IEEE έκδοσε το 802.11 το 1997, μετά από εφτά χρόνια δουλειάς Η πιο ισχυρή – τουλαχιστον εμπορικά – προδιαγραφή για WLANs μέχρι σήμερα Ο σκοπός του IEEE 802.11 περιορίζεται στο Φυσικό Επίπεδο και στο Επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων

Πλεονεκτήματα 802.11 Προτύπου Λειτουργία σε συνεργασία με υπάρχοντα συστήματα Ταχεία ανάπτυξη Σταθερή μελλοντική απορρόφηση νέων εφαρμογών Μείωση κόστους Tο 802.11 συνυπολογίζει τις παρακάτω σημαντικές παραμέτρους σε σχέση με τα ενσύρματα τοπικά δίκτυα: Διαχείριση ισχύος Ασφάλεια μεταδόσεων Χωρητικότητα-εύρος ζώνης

Ορολογία στο 802.11 Σημείο πρόσβασης (AP): Ένας σταθμός που παρέχει πρόσβαση στο σύστημα διανομής (DS) Oμάδα βασικής υπηρεσίας (BSS): Μία ομάδα από σταθμούς που ελέγχονται από ένα AP Σύστημα διανομής (DS): Ένα σύστημα για τη διασύνδεση BSS για την δημιουργία ομάδας εκτεταμένης υπηρεσίας (ESS) Ομάδα εκτεταμένης υπηρεσίας (ESS): Δύο ή περισσότερα BSS διασυνδεδεμένα από το DS Χρήση ανεξάρτητης ομάδας υπηρεσίας για ad hoc εφαρμογές (IBSS)

Αξιόπιστη Παράδοση Δεδομένων Απώλεια πλαισίων εξαιτίας του θορύβου, παρεμβολών και επιπτώσεων απο τα μοντέλα διάδοσης Πρωτόκολλο ανταλλαγής πλαισίων Ο σταθμός της πηγής μεταδίδει δεδομένα Ο προορισμός απαντά με την αποστολή επιβεβαίωσης (ACK) Αν η πηγή δεν λάβει ACK, επαναμεταδίδει το πλαίσιο Ανταλλαγή τεσσάρων πλαισίων - αξιοπιστία Η πηγή στέλνει μια αίτηση αποστολής δεδομένων (RTS) Ο προορισμός απαντά (CTS) Η πηγή μεταδίδει τα δεδομένα της Ο προορισμός επιβεβαιώνει τη λήψη τους (ACK)

Έλεγχος πρόσβασης Κατανεμημένη λειτουργία συντονισμού (DCF) Κατανεμημένο πρωτόκολλο πρόσβασης Στηρίζεται στη λογική του ανταγωνισμού Χρησιμοποιεί το CSMA/CA έναντι του CSMA/CD Κατάλληλο για ad hoc δίκτυα και συνηθισμένη ασύγχρονη κίνηση Σημειακή λειτουργία συντονισμού (PCF) Εναλλακτική μέθοδος πρόσβασης πάνω απο το DCF Κεντρικοποιημένο πρωτόκολλο πρόσβασης Ελεύθερο ανταγωνισμών Λειτουργεί με τη λογική του ‘polling’ Κατάλληλο για υπηρεσίες φωνής ή πολυμέσων

CSMA/CD ή CSMA/CA; CSMA/CD – CSMA/Collision Detection Ενσύρματη επικοινωνία Όχι έλεγχος πριν τη μετάδοση Παράγει συγκρούσεις CSMA/CA – CSMA/Collision Avoidance Ασύρματη επικοινωνία Αποφυγή συγκρούσεων πριν τη μετάδοση Διαφορές στην ενέργεια/ισχύ για εκπομπή και λήψη Δυσκολία διαχωρισμού μεταξύ εισερχομένων ασθενών σημάτων, θορύβου, και επιπτώσεων των μεταδόσεών του DIFS= Distributed interframe Space PIFS=Point Coordination Interframe Space SIFS=Short Coordination Interframe Space

RTS-CTS-DATA-ACK DIFS: Distributed Inter Frame Space Εκπομπός SIFS SIFS SIFS CTS ACK Λήπτης NAV (RTS) DIFS Backoff NAV (CTS) Άλλος Ανταγωνισμός DIFS: Distributed  Inter Frame Space RTS: Request  To  Send SIFS: Short  Inter Frame Space CTS: Clear  To  Send ACK: Acknowledgement NAV: Network  Allocation  Vector DCF: Distributed  Coordination  Function

IEEE 802.11a, 802.11b IEEE 802.11b 2.4 GHz Ρυθμός δεδομένων: 5.5 και 11 Mbps Σχήμα διαμόρφωσης με κλείδωμα συμπληρωματικού κώδικα (CCK) IEEE 802.11a 5 GHz Ρυθμοί δεδομένων:6, 9 , 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps Χρησιμοποιεί πολυπλεξία με διαίρεση ορθογωνίων συχνοτήτων (OFDM) Ποιο από τα δύο; Απόδοση, παρεμβολές, εφαρμογές (πυκνότητα χρηστών/ανάγκη για ταχύτητα), εύρος κάλυψης, κόστος

“Κρυμμένο” Τερματικό A B C Μεταδίδει Θέλει να μεταδώσει στο B Σύγκρουση

ΛΥΣΗ: ΙΕΕΕ 802.11 Οι Α και C θέλουν να μεταδώσουν στο B Ο Α αρχικά στέλνει ένα RTS Ο C περιμένει μέχρι να λάβει CTS από τον Β RTS A B C CTS CTS

“ΕΚΤΕΘΕΙΜΕΝΟ” ΤΕΡΜΑΤΙΚΟ Θέλει να μεταδώσει στο D Μεταδίδει Α B C D Αδυναμία μετάδοσης στο D λόγω ανίχνευσης φέροντος

ΛΥΣΗ: ΙΕΕΕ 802.11 Ο Β θέλει να μεταδώσει στον Α Ο C θέλει να μεταδώσει σε κάποιο τέταρτο κόμβο Ο C δεν χρειάζεται να περιμένει γιατί δεν μπορεί να λάβει CTS από τον Α CTS RTS A B C RTS

QoS (1) ( Απόφαση δρομολόγησης ) Network Καθυστέρηση πακέτου MAC MAC D_i Καθυστέρηση πακέτου MAC MAC Χωρητικότητα ζεύξης R_i PHY SNR_i SNR πληροφορία Channel

QoS (2) Α SRC DEST B t0 t1 t2 t3 t4 χρόνος RTS ΔΕΔΟΜΕΝΑ CTS ACK NAV1 NAV2 Τ(CTS) T(RTS) B t0 t1 t2 t3 t4 χρόνος

QoS (3) Μετρικά δρομολόγησης: Εύρος ζώνης Παρεμβολή Συμφόρηση

TDMA (1α) Α B C Ελεύθερη χρονοθυρίδα Απασχολημένη χρονοθυρίδα 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ελεύθερη χρονοθυρίδα Απασχολημένη χρονοθυρίδα

TDMA (1b) Α B C Χρονοθυρίδα που παραχωρείται Ελεύθερη χρονοθυρίδα 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Χρονοθυρίδα που παραχωρείται Σύνολο 3 χρονοθυρίδες (Α στο C) Ελεύθερη χρονοθυρίδα Απασχολημένη χρονοθυρίδα

TDMA (1c) Α B C Χρονοθυρίδα που παραχωρείται Ελεύθερη χρονοθυρίδα 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Χρονοθυρίδα που παραχωρείται Σύνολο 2 χρονοθυρίδες (Α στο C) Ελεύθερη χρονοθυρίδα Απασχολημένη χρονοθυρίδα

“ΚΡΥΜΜΕΝΟ – ΕΚΤΕΘΕΙΜΕΝΟ” ΤΕΡΜΑΤΙΚΟ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Χρονοθυρίδα αποστολής Χρονοθυρίδα λήψης 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 D C A E B 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Χρονοθυρίδα αποστολής Χρονοθυρίδα λήψης

AD-HOC ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ BLUETOOTH HOMERF HIPERLAN 2 IEEE 802.11

HIPERLAN 2 Τεχνικά Χαρακτηριστικά: Συχνότητα: 5 GHz . Υποστηρίζονται κανάλια των 20ΜΗz με 52 φέροντα (για δεδομένα 48) Ταχύτητα Μετάδοσης: 54 Mbps στο φυσικό επίπεδο και 32 Mbps στο επίπεδο δικτύου Εμβέλεια: από 30 μέχρι 150 m Τεχνολογία Φυσικού Επιπέδου: Διαμόρφωση OFDM MAC: Time Division Multiple Access / Time Division Duplex (TDMA/ TDD)

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Υψηλή Ταχύτητα Μετάδοσης Υπηρεσίες με σύνδεση QoS Αυτόματη Παραχώρηση Συχνοτήτων Ασφάλεια Υποστήριξη Κινητικότητας Προσαρμοστικότητα Οικονομία Ενέργειας

ΣΤΟΙΒΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ DLC user Connection Control Ελέγχει και παραχωρεί πόρους για τις συνδέσεις μεταξύ των κόμβων Association Control Function Σχετίζεται με όλες τις διαδικασίες που αφορούν την σύνδεση και αποσύνδεση των κόμβων από το δίκτυο, π.χ πιστοποίηση,κρυπτογράφηση Radio Resource Control Είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο των πόρων του δικτύου Handover DFS MT alive Power save Error Control Αύξηση της αξιοπιστίας της ραδιοζεύξης Radio Link Control Υπηρεσία μεταφοράς για τις μονάδες σηματοδοσίας

HIPERLAN/2 MAC ΠΛΑΙΣΙΟ Πλαίσιο Πλαίσιο Πλαίσιο Πλαίσιο BCH FCH ACH DL phase DiL phase UL phase RCHs BCH: Broadcast Channel FCH: Frame Channel ACH: Association Channel RCH: Random CHannel DiL: Direct Link DL: Down Link UL: Up Link

. . . . ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΓΚΛΙΣΗΣ Packet based Convergence Layer Common Part Ethernet Service Specific Convergence Sublayer xxx Service Specific Convergence Sublayer xxx Service Specific Convergence Sublayer Common Part Common Part Convergence Sublayer Segmentation and Re-assembly

(Home Environment Extension -HEE) ΟΙΚΙΑΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (Home Environment Extension -HEE) Είδη Κόμβων: WT --Έχουν τη δυνατότητα να επικοινωνούν με τους υπόλοιπους κόμβους άμεσα, χωρίς την επέμβαση του σταθερού δικτύου CC – enabled --Έχουν τη δυνατότητα να δημιουργούν τοπικό δίκτυο αλλά και να λειτουργούν ως απλοί κόμβοι WT

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΚΤΥΟΥ Δυναμική επιλογή ως Central Controller (CC) ενός από τους κόμβους με αυτή τη δυνατότητα -- Η μεταβίβαση του CC από ένα κόμβο σε άλλο είναι διαφανής Επιλογή στοιχείων συγχρονισμού: συχνότητα (μέσω DFS), δομή πλαισίου, κ.α Μετάδοση στοιχείων συγχρονισμού Αποδοχή στοιχείων από κόμβους WT εντός της εμβέλειας του CC – δημιουργία τοπικού δικτύου - ανάθεση 8 bit MAC ID

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Σταθερό LAN CC AP AP Κεντρικοποιημένος τρόπος Απευθείας τρόπος

ΕΙΔΗ AD HOC ΔΙΚΤΥΩΝ Αποκεντρικοποιημένο -- διαχείριση δικτύου -- σχήμα πρόσβασης στο μέσο Πλεονέκτημα: απλότητα και ευρωστία απέναντι στα σφάλματα Παράδειγμα: IEEE 802.11 Κεντρικοποιημένο -- συγκεκριμένες λειτουργίες από συγκεκριμένους κόμβους Πλεονέκτημα: ευκολότερη ικανοποίηση στόχων για QoS Παράδειγμα: ΗIPERLAN/2

AD HOC - HEE Επιλογή CC Mεταβίβαση σε άλλον CC

ΣΕΝΑΡΙΟ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΑΛΜΑΤΩΝ Τερματικό Ενδεχόμενος νέος CC Κεντρικός Ελεγκτής - CC Κόμβος προώθησης

ΒΑΣΙΚΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ LID (Lowest ID) LDV (Lowest Distance Value) ICT (Highest-In-Cluster Traffic)

ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΠΑΚΕΤΩΝ f1 f2 Κόμβος προώθησης f1 f2 Ts Τw Ts Tw Τw: χρόνος αναμονής μέχρι την έναρξη του επόμενου πλαισίου MAC

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΟΜΑΔΟΠΟΙΗΣΗ Ταυτόχρονοι Στόχοι: ελάχιστος αριθμός αλλαγών ελάχιστος αριθμός ομάδων βέλτιστη παραχώρηση χωρητικότητας ελάχιστος αριθμός αποτυχημένων συνδέσεων βέλτιστη δρομολόγηση εγγυημένη διασύνδεση των ομάδων

ΛΟΓΟΙ ΕΠΑΝΑΟΜΑΔΟΠΟΙΗΣΗΣ Διακοπή λειτουργίας του επιλεγμένου CC Περιορισμοί ισχύος για έναν CC Άσχημες συνθήκες σύνδεσης Περιορισμοί στην χωρητικότητα Νέες ή τερματιζόμενες συνδέσεις Κινητικότητα των σταθμών

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΥΠΟ-ΟΜΑΔΩΝ ΜΑC πλαίσια Χρόνος απουσίας FN1 CC1 (1) (2) (3) FN1 Συχνότητες αλλαγής FN2 (3) (1) (2) CC2 (1): RLC_MT_ABSENCE (3): RLC_MT_ALIVE FN: Forwarder Node CC: Central Controller (2): RLC_MT_ABSENCE_ACK