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Adhoc NetzwerkeMehdi Harounabadi
Page 1Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/icsProf. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Integrated HW/SW Systems GroupSelf-Organization
21 November 2018 1
Page 1 International Graduate School on Mobile Communications
Adhoc Netzwerke
Presenter:Mehdi Harounabadi
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Page 2Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Inhalt• Der Begriff der Adhoc Netzwerke• Szenarien der Ad hoc Netzwerke• Technologien der Adhoc Netzwerke• Herausforderungen• Adhoc Routing Protokole
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Page 3Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Drahtloses Infrastrukturnetz• Kommunikation zwischen Endgeräte durch Basisstation• Vorausgehende Plannung• Zentrale Verwaltung• Feste infrastruktur zwichen Basisstationen
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Page 4Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Der Begriff von Adhoc Netzwerke• Drahtlose Netzwerk:
– ohne Infrastrukture– ohne Zentrale Verwaltung (Selbstorganization)– Direkt Kommunikation zwischen Knoten
• Alle Drahtlose Knoten sind:– Endgrät (Quell/ Ziel von Nachrichten)– Router (Nachrichten weiterleiten)
• Multi-hop Kommunikation
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Page 5Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Mobile Adhoc NETzwerke (MANET)• Eigenschaften:
– Dynamische Topologie• Wegbrechen der Routen• Entstehung der neuen Routen
– Multi-hop Kommunikation– Asymmetriche Verbindungen
• Unterschiedliche Sendeleistungen– Beschrankte Moglichkeit der Energieversorgung
• Abhängigkeit von Batterien
C
A
B
D
NM
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Page 6Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Beispiele Szenarien• Vehicular Adhoc NETzwerke (VANET)• Anwendungen:
– Sicherheit– Vekehrsteuerung
• Herausforderungen:– Hohe Mobilität– Viele Teilnehmer
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Beispiele Szenarien (2)• Wireless Sensor Networks (WSNs)• Anwendungen:
– Überwachung– Gesundheitswesen– Brandmeldungen
• Herausforderungen– Energy– Begrenzte Verarbeitung
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Andere Anwendungendevice‐to‐device Kommunikation (4G/5G)militäriche Kommunikation
interaktive VorlesungenInternet‐of‐Things (IoT)
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Page 9Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Technologien IEEE 802.11 /WiFi• Wireless Local Area Network (WLAN)• Infrastruktur- und Ad-hoc-Netze• Funkübertragung auf ISM (2,4 GHZ, 5 GHZ) • IEEE 802.11p für ITS (Intelligent Transportation
Systems)• Übertragungraten von 1 Mbit/s (1997) bis 100Gbit/s
(802.11 ay- 2017)
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Page 10Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Technologien (2) Bluetooth• Basierend auf IEEE 802.15.1• Kurzdistanz (0.5 meter bis 100 meter) Funkübertragung• Übertragungraten
– 1 Mbps Bluetooth 1.1 – 24 Mbps Bluetooth 3.0, 4.0
• Funkübertragung auf ISM band (2,4 GHZ)• Piconetz: ein Master und bis 7 Slaves
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Page 11Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Technologien (3)IEEE 802.15.4 /ZigBee• Für drahtlose Sensornetze• Kommunikation mit geringster Leistungsaufnahme• Funkübertragung auf ISM band (868/915 MHZ und 2,4
GHZ)• Verschiedene Gerätearten (Endgerät, Router,
Koordinator)
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Page 12Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Herausforderungen• Nachbar und Toplogieerkennung
– Periodische Hello Nachrichten• Entdeckung der Änderungen• Gefahr der Kollisionen
• Limitierte Ressourcen– Bandbreite der Funkkanäle– Batterielaufzeit– Rechenleistung
• Notwendige Optimierungen– Interval der Hello Nachrichten– Schlafperioden
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Page 13Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Adhoc Routing • Klassische Routingprotokolle (aus dem Festnetzbereich)
– Zu langsame Konvergenz– Zu großer Overhead– Wichtige Metriken werden ignoriert
• Batterielaufzeit der Knoten• Zeit des Zusammenhalts der Knoten• Zuverlässigkeit der Knoten• Energiebedarf
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Page 14Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Adhoc Routing (2)• Hohe Skalierbarkeit• Flexibilität• Effizienz
– Komplexität– Energieverbrauch– Speicherverbrauch
Command Center
Rescue Teams
Victims
UAV
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Page 15Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Adhoc Routingprotokolle• Topology-basiert
– Proaktiv• OLSR, FSR, …
– Reaktiv• AODV, DSR, …
– Hybrid• ZRP
• Geographisch– GPSR, Geocast, LAR, …
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Page 16Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Proaktiv Routingprotokolle• immer bereite Routen nach alle Ziele• Tauschen periodisch Kontrollnachrichten
– Linkstate-Protokolle• Jeder Router kennt die komplette Topologie (Zustand der
Verbindungen im Netzwerk)– Distanzvektor-Protokolle
• Jeder Router Kennt alle im netzwerk vorhanden Knoten, aberin form des nächsten hops und Länge des weges
• Austauch der kompletten Routingtabelle• Brauchen viel Bandbreite• Großer Overhead• Beispiel: OLSR
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Page 17Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Optimized Link State Routing (OLSR)• Erweitert Link-State-Protokolle• Vereinfacht die komplexität der Linkstate-Protokolle• Eigenchaften:
– Jeder Knoten hat Globalen Überblick– Jeder Knoten berechnet die Route– Alle Knoten haben nicht die gleichen Aufgaben– Route wird Über “Shotest Path Algorithm” berechnet
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Page 18Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
OLSR (2)• Nachbarknoten werden mit Hello Nachrichten gefunden• Periodische Kontrollpakete
– Topology information• Shortest Path Route wird berechnet unter Verwendung
dijkstra's algorithm • Unterschied zu anderen Linkstate Algorithmen?
– Nur Multi-Point-Relay Knoten weiterleiten Kontrollpakete
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Page 19Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Reaktiv Routingprotokolle• Tauschen Kontrollnachrichten nur aus, wenn eine Route
benuzt werden soll• Vorteile:
– Brauchen weniger bandbreite– weniger Kontroll-Nachrichten Austauch
• Nachteile:– mehr Verzögerung als Proaktiv-Protokolle– Keine bereite Routen nach alle Ziele
• Beispiel: AODV
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Page 20Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
Adhoc On-demand Distance Vector (AODV)• Knoten kennen nur nächsten hop einer Route und die
Länge der Route• Definiert zwei Routingmechanismen
– Route discovery• RREQ: Route Request
– Source and destination ID– Hop count– Sequence number
• RREP: Route Reply– Route Maintenance
• RERR: Route ERRor
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Page 21Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs IRoute discovery from S to T:
Nodes in mutual transmission range (bidirectional links)
Nodes that have already received RREQ
BA
E
F
H
C
G
DSource
Destination
S
T
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Page 22Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs II
• RREQ is transmitted by broadcast– Received by all nodes in transmission range
BA
E
F
H
C
G
D
Broadcast
S
T
RREQ
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Page 23Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs III
• Every node that receives RREQ forwards it by broadcast and increases the hop count– Of course S does not forward its own RREQ
• Intermediate nodes do not increase the sequence number in a RREQ when they forward it
– A source node increases the sequence number when it wants to build a new route for a specific destination
BA
E
F
H
C
G
D
S
T
RREQ
RREQ
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Page 24Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs IV
• Nodes remember “from where” the RREQ was received– If multiple RREQ are received the one with the lowest hop count is
selected– Reverse path is constructed
BA
E
F
H
C
G
D
Constructed reverse path
S
T
RREQ
RREQ
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Page 25Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs V
• Duplicate RREQ are detected by sequence numbers and discarded
BA
E
F
H
C
G
D
Constructed reverse path
S
T
RREQ
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Page 26Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs VI
• Destination T has received the RREQ– Complete reverse path from T to S has been constructed
BA
E
F
H
C
G
D
S
T
RREQ
Constructed reverse path
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Page 27Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs VII
BA
E
F
H
C
G
D
S
T
RREPRREP
RREP
RREP
RREQ
Constructed reverse path
• Node T replies with RREP to S using reverse path– Each hop on reverse path can be directly addressed (no broadcast)
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Page 28Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV: Flooding of RREQs VIII
BA
E
F
H
C
G
D
S
T
Constructed forward path
Constructed reverse path
• Forward path from S to T is constructed– Can be used for data transport between S and T (bidirectional)
• Unused reverse path entries will be discarded after timeout
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Page 29Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics
AODV Route Maintenance• RERR
– Wegbrechen von Routen• mit Hello Nachrichten erkannt werden
– Nach ‘Source’ Knoten– ‘Source’ Knoten baut neue Route auf
A B C D
E
RERRRERR
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Zusammenfassung• Adhoc Nezwerke
– viele Anwendungen– Schnell aufbauen– Billiger– Selbsorganiziert
• Adhoc routing protokolle– Multi-hop Kommunikation– Flexibel– Effizient:
• Resourcen verbrauch
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Visitors address:
Technische Universität IlmenauHelmholtzplatz 5Zuse Building, room 1032/1070D‐98693 Ilmenau
fon: +49 (0)3677 69 2819/4123fax: +49 (0)3677 69 1226e‐mail: mitsch, mehdi.harounabadi@tu‐ilmenau.de
www.tu-ilmenau.de/ics
Integrated Communication Systems GroupIlmenau University of Technology
Prof. Dr.‐Ing. habil. Andreas Mitschele‐ThielMSc. Mehdi Harounabadi