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Álvarez Alex Protocolos de Enrutamiento Inalámbrico

Protocolos de enrutamiento inalámbrico-Redes Mesh Inalámbricas

Universidad Politécnica SalesianaQuito, Ecuador

Taller de Comunicaciones – Decimo Nivel - Telecomunicaciones

AlvarezChamorro Alex Guillermo1

[email protected] ¹

RESUMEN: En este documento se describen los protocolos de enrutamiento dinámicos de mayor implementación en redes inalámbricas, enfocándose en la clasificación de estos protocolos por el método en que descubren las rutas hacia sus vecinos ad-hoc para el enrutamiento de paquetes sobre la red. En este trabajo se describen los protocolos proactivos BATMAN, OLSR, DSDV, PWRP, MMRP a su vez los protocolos que actualizan sus rutas cuando se requiere el servicio protocolos reactivos AODV, DSR, TORA y los protocolos híbridos que unifican características de los protocolos anteriormente nombrados.

PALABRAS CLAVE: Mesh, Enrutamiento, BATMAN, OLSR, DSDV, PWRP, MMRP, AODV, DSR, TORA

I. INTRODUCCIÓN

La mayoría de las redes inalámbricas actuales dependen en gran medida de la presencia de un punto de acceso. Una red basada en puntos de acceso se dice que opera en modo infraestructura, donde el punto de acceso opera como maestro, y el resto de los equipos como clientes. Este tipo de tecnología es la más extendida en las zonas urbanas, lo que permite al usuario de esas áreas ubicarse siempre cerca de un punto de acceso. Sin embargo, los puntos de acceso no son un elemento esencial de las redes inalámbricas y su utilidad es limitada en zonas poco pobladas. Un modo de operación alternativo es el modo ad-hoc.

En modo Ad-hoc las estaciones se conectan entre ellas, punto a punto, para formar una WLAN.Cada STA actúa como emisor, receptor y transmisor de información, por lo que se hacen necesarios protocolos de enrutamiento específicos que permitan a los nodos reenviar paquetes. Un conjunto de estaciones que forman una red ad-hoc se denomina IBSS (Independent Basic Service Set).

Una red ad-hoc es aquella en la que los nodos se interconectan directamente, de forma inalámbrica, sin

necesidad de dispositivos especiales que centralicen la gestión de la red.Una red ad-hoc móvil, o MANET, es un tipo de red ad-hoc en la que las estaciones tienen propiedades de autoconfiguración y movilidad. Es decir, están montadas sobre plataformas móviles. Los dispositivos, al moverse, cambian sus enlaces con los demás dinámicamente, según la potencia de la señal, el estado del enlace o el ancho de banda del mismo. Cada dispositivo inalámbrico que forma una red MANET debe ser capaz de enrutar paquetes hacia otros nodos de la red. El mayor reto de este tipo de redes es, por lo tanto, mantener la información acerca de la topología de la red correcta y actualizada en todos los nodos a medida que estos se van desplazando.

II. METODOLOGIA

REDES INALÁMBRICAS MALLADAS

Redes mesh

Dentro de las redes ad-hoc, existe un tipo especial llamado mesh, en el que se centra nuestro trabajo. La topología mesh combina las características de los modos infraestructura y ad-hoc.Un conjunto de dispositivos conectados de manera inalámbrica de forma distribuida, sin estructuras centrales que gestionen el funcionamiento y el tráfico de datos. Pero aparte de los nodos mesh básicos, encargados de enrutar el trafico y de actualizar la información sobre la topología de la red, existen algunos nodos que pueden funcionar como AP's a los que se conectan clientes equipados con interfaces inalámbricas. Además, algunos nodos pueden funcionar como pasarela hacia otro tipo de redes.

Arquitectura de redes mesh inalámbricas

Mesh Station (Mesh STA): unidad básica de la red. Una mesh STA puede comunicarse con otras mesh

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STA de la red. Pero, al contrario que otros dispositivos 802.11, pueden intercambiar paquetes a través de varios saltos inalámbricos, permitiendo alcanzar mesh STA que no están dentro del rango propio de cobertura inalámbrica. Como un punto de acceso, una mesh STA tiene la capacidad de reenviar (y por lo tanto enrutar) tramas de datos para las que dicha mesh STA no es la destinataria.

Mesh Gate: dispositivo encargado de integrar una red mesh con un sistema de distribución (Distribution System, DS). De esta manera, la red puede conectarse con redes 802.11 cuyos puntos de acceso formen parte del DS.

Estos son los dispositivos que son exclusivos de arquitecturas mesh 802.11s. existe la posibilidad de integrar en un mismo dispositivo cualquier combinación de mesh STA, punto de acceso, mesh gate y portal

IEEE 802.11s define 3 clases de nodos

Mesh Point (MP)

Mesh Portal (MPP) Mesh Access Point (MAP)

MESH POINT (MP): Es el encargado de descubrir vecinos y mantener un seguimiento de estos.

Mesh Access Point (MAP): es una mesh STA con funcionalidades de punto de acceso. Es decir, además de las tareas propias de una mesh STA, un MAP tiene la capacidad de interconectar dispositivos inalámbricos 802.11, formando una WLAN, y añadirlos a la red mesh.

Mesh Portal (MPP): permite conectar la red mesh con otras redes que no son 802.11. Una red Ethernet cableada.

Fig 2.- red ad-hoc mesh

PROTOCOLOS DE ENCAMINAMIENTO

Los protocolos clásicos de encaminamiento no encajan bien en las redes malladas inalámbricas, debido a que pueden cambiar su topología dinámicamente, no existe una jerarquía o estructura y el medio inalámbrico es inherentemente poco fiable. Las redes malladas inalámbricas han de ser diseñadas y dimensionadas

teniendo en cuenta unos determinados parámetros de servicio. La elección de un protocolo de encaminamiento u otro hace variar mucho los parámetros de servicio que una red puede ofrecer.

Fiabilidad.-capacidad de la red de reconfigurarse rápidamente ante fallos de nodos y soportar múltiples pasarelas.

Escalabilidad.- soportar el incremento de nodos Calidad de servicio.- Ofrecer servicios de calidad

al usuario Transparencia.- acceso a la red por distintos

puntos de acceso

CLASIFICACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO POR DESCUBRIMIENTO DE RUTAS

Proactivos

Son aquellos que buscan mantener permanentemente las tablas de encaminamiento actualizadas de tal manera que las solicitudes de transmisión de paquetes sean atendidas inmediatamente y exista un conocimiento total sobre el estado de la red. Para ello se requiere de la transmisión de paquetes, de forma periódica o como respuesta a algún evento, con información de actualización de rutas o estados.

La desventaja que presenta este tipo de protocolos son la generación de tráfico de mantenimiento y actualización de las tablas de enrutamiento, que disminuye el throughput (aprovechamiento real del ancho de banda de la red), y la lenta reacción ante cambios o fallos en la topología. Entre los protocolos proactivos más utilizados se encuentran:

B.A.T.M.A.N. OLSR DSDV PWRP MMRP.

Reactivos

Son aquellos que incluyen nuevas rutas en las tablas de encaminamiento en el momento en el que se vayan a utilizar, por lo que se agrega un retardo significativo adicional cuando pretende encaminar un paquete cuya ruta no se conoce previamente. Estos protocolos envían información de control solo en el proceso de descubrimiento de una nueva ruta, y al no requerir del intercambio permanente de paquetes sobre la red, son más adecuados en entornos en los cuales el ahorro de energía es vital.

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Las desventajas de los protocolos reactivos son el alto tiempo de latencia hasta que la ruta es descubierta y la posibilidad de saturación de la red debida a la técnica de flooding que emplean estos protocolos, entre los protocolos reactivos mas utilizados se encuentran:

AODV DSR TORA.

Híbridos: Combinan elementos proactivos y reactivos.

PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO PROACTIVOS

BATMAN (Better Approach To Mobile Adhoc Networks)

Tipo: Proactivo. Nivel OSI: Nivel de Red. Conocimiento de la topología: Parcial, solo

vecinos.

Es un protocolo de encaminamiento dinámico y proactivo para redes malladas ad-hoc que utiliza las tablas de encaminamiento para las decisiones de encaminamiento. ningún nodo tiene la información completa de la topología de la red. Para construir su tabla de enrutamiento, almacena la mejor dirección para llegar a cada nodo, el enlace inalámbrico de un salto que conecta a un nodo con otro. Para cada enlace inalámbrico de un salto, se cuentan los paquetes que llegan de cada nodo. El enlace por el que lleguen más paquetes de un nodo en concreto, será el mejor enlace para enviar paquetes a dicho nodo. De esta manera, se \comparte" el conocimiento de la topología de la red, y cada nodo solo almacena la mejor dirección para cada destinatario.

La función de B.A.T.M.A.N. es encontrar otros nodos B.A.T.M.A.N. y definir el mejor vecino para llegar a ellos. Realiza un seguimiento de los nuevos nodos e informa a sus vecinos de su existencia.

Fig 3.- formato de paquete BATMAN

Características: Protocolo Batman

Paquetes de datos contienen poca información generalmente 52 bytes

B.A.T.M.A.N. distingue entre nodos e interfaces. Un nodo puede tener más de una interfaz formando parte de la red.

El paquete utilizado para informar a los demás sobre la presencia de un nodo se llama OGM (OriGinator Message).

Se utilizan números de secuencia para diferenciar información nueva y obsoleta.

Se hace uso de una ventana deslizante para almacenar los números de secuencia, hasta que son considerados fuera de rango (fuera del borde inferior de la ventana). El tamaño de la ventana es configurable mediante la constante WINDOW SIZE.

La cantidad de números de secuencia almacenados en la ventana se usa como métrica para determinar la calidad de los enlaces y rutas.

Protocolo en desarrollo busca reemplazar a OLSR Integración con un servidor de visualización Puede ser utilizado en redes cableadas.

Generación Y Difusión De Paquetes OGM en Batman

Utiliza paquetes OGM para anunciar su presencia al resto de la red. Esto lo hace de forma periódica. El intervalo entre la emisión de los paquetes OGM se define en la variable ORIGINATOR INTERVAL. El OGM es retransmitido a todos sus vecinos. Estos, a su vez, lo retransmiten a los suyos. El número de paquetes OGM recibidos de un nodo dado a través de cada vecino se usa para calcular la calidad de la ruta

El paquete OGM está formado por:

Tiempo de vida: Define un número máximo de saltos que el OGM puede atravesar.

Pasarela: Si el nodo emisor del OGM es una pasarela hacia Internet, codifica el ancho de banda aproximado de subida y de bajada.

Número de secuencia: Número de secuencia del OGM. Sirve para determinar si la información que transporta el OGM es nueva o está obsoleta.

Dirección del origen: Dirección IPv4 de la interfaz por la que el origen envió el OGM.

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Fig 4.- formato del mensaje OGM

Mantenimiento Y Actualización De Rutas

Para registrar y mantener actualizada la información sobre las rutas se utiliza una lista, en la que se registran todos los nodos de los que hemos recibido por lo menos un OGM. Para ello se guardan, entre otras cosas, su dirección IP, el tiempo transcurrido desde que se recibió el último OGM, su actual número de secuencia y una lista de información de vecinos. En esta lista se mantiene, para cada vecino del nodo, una estructura de ventana deslizante que va almacenando los últimos paquetes OGM recibidos.La ventana deslizante tiene un tamaño determinado por la variable WINDOW SIZE. En ella se guarda el número de secuencia del último OGM recibido y los WINDOW SIZE-1 números anteriores.

Una ruta hacia un nodo será borrada cuando no se reciba un nuevo OGM de dicho nodo por un tiempo superior a WINDOW SIZE y al intervalo PURGE TIMEOUT.

Selección De Gateway En Batman

El protocolo B.A.T.M.A.N. permite anunciar una conexión a Internet, e informa del ancho de banda disponible, la velocidad de bajada y de subida, se selecciona el Gateway en función de:

Fast Internet Connection: Considera la calidad del enlace y la clase de gateway. Mantiene la conexión hasta que ya no se puede.

Stable Internet Connection: Elige la conexión mas estable hacia la gateway y la mantiene hasta que ya no se puede.

Fast-switching: Elige la conexión mas estable hacia la gateway pero la cambia cuando encuentra otra mejor.

Late-switching : Elige la conexión mas estable hacia la gateway pero la cambia cuando encuentra otra conexión con X veces más calidad

Servidor de visualización BATMANLos nodos BATMAN no contiene la topología completa de la red, cada nodo envía su vista local de sus vecinos al servidor de visualización y éste con todos los envíos de

cada nodo hace una recopilación y los incluye permitiendo una visualización de red total de la red.

Fig

OLSR

Desarrolladores: T. Clausen y P. Jacquet Fecha de la primera versión: Noviembre de

1998 Versión actual: RFC-3626, Octubre de 2003 Tipo: Proactivo Nivel OSI: Nivel de Red Conocimiento de la topología: Completa

OLSR es un protocolo proactivo que se basa en el estado de los enlaces. Es una optimización del algoritmo de estado de enlaces pero reduciendo el tamaño de las tablas de encaminamiento y el número de retransmisiones de mensajes broadcast.

OLSR es adecuado para redes en las que el tráfico se produce entre un gran conjunto de nodos, y no entre un pequeño grupo solamente. Cuanto mayor es la red, en número de nodos y en densidad, mayor es la optimización de OLSR

Los nodos intercambian mensajes de Hello para saber que están en funcionamiento. Se utiliza la técnica MPR (Multipoint Relaying) que consiste en elegir un conjunto de nodos vecinos que cubran el acceso de nodos distantes a 2 saltos o más. OLSR se adapta bien en redes con un gran número de nodos y de alta movilidad.

MPR (Multipoint relay): Nodo seleccionado por su vecino, nodo X, encargado de retransmitir todos los mensajes broadcast que reciba del nodo X.

MPR selector (MS): Nodo que ha seleccionado a un vecino como MPR.

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El nodo central selecciona nodos MPR. La característica de estos nodos es que son capaces de llegar a todos los nodos que se encuentran a dos saltos de distancia y siendo el mínimo conjunto, es decir, evitando tener varios nodos que lleguen a los mismos vecinos innecesariamente. Los envíos broadcast solo serán retransmitidos por aquellos nodos que hayan sido declarados como MPR por el nodo emisor.

OLSR utiliza el encaminamiento salto a salto, es decir, utiliza su información local para encaminar los paquetes.

Figxx.- formato paquete OLSR

Se diseño para trabajar en un ambiente completamente distribuido, sin necesidad de una entidad central. Tampoco requiere que la transmisión de los paquetes del protocolo se realice de forma fiable. Dichos paquetes se envían periódicamente, y se asume que algunos se perderán, algo que ocurre con frecuencia en redes inalámbricas.

El protocolo OLSR tiene un núcleo de funcionalidades que siempre es requerido, además de un grupo de funcionalidades auxiliares.

Funcionamiento del núcleoEl núcleo especifica el comportamiento de un nodo que tiene interfaces OLSR. Se basa en las siguientes funcionalidades:

Formato de paquete y retransmisión: El formato del paquete es igual para todos los datos del protocolo OLSR, facilitando la extensión del protocolo. Los paquetes se envían como datagramas UDP. El nodo descarta el paquete en las siguientes situaciones:

1) Si el paquete no contiene mensaje o el tamaño es demasiado pequeño.

2) Si el valor del TTL es menor o igual a 0.

Condiciones de retransmisión: Cuando un mensaje es duplicado no se retransmite.

Percepción del enlace: Para saber el estado de un enlace se envían mensajes HELLO. Cada nodo tiene asociado a cada vecino el estado del enlace.

Detección de vecino: Cuando un nodo detecte la aparición de un nuevo vecino se debe incluir una nueva entrada a la tabla de enrutamiento e incluir el estado del enlace. Además si se detecta una variación en el estado de un enlace, se debe comprobar en la tabla de enrutamiento que el cambio ha sido reflejado. Si no se recibe información de un enlace durante un tiempo determinado se elimina de la tabla de enrutamiento el enlace y el vecino correspondiente.

Selección y señalización de MPR: Los MPR sirven para seleccionar los nodos vecinos que van a realizar el broadcast de los mensajes de control. La señalización se realiza mediante mensajes de HELLO.

Difusión de mensajes de control de la topología: Estos mensajes son denominados TC (Topology Control) y contienen información sobre los enlaces de los vecinos que puede alcanzar. Este mensaje se envía a los MPR para que el resto de nodos conozcan a los vecinos que puede alcanzar el nodo origen.

Calculo de rutas: Cada nodo contiene una tabla de encaminamiento con el estado del enlace y el nodo. El estado del enlace se mantiene debido al intercambio de mensajes periódicos. La tabla de encaminamiento se actualiza si se detecta algún cambio en el campo de enlace, de vecino, de vecino de dos saltos o en la topología.

Funciones auxiliaresExisten situaciones donde es necesario utilizar funciones auxiliares, por ejemplo en un nodo con múltiples interfaces donde algunas de ellas se conectan a otras redes. Para conseguir la conectividad entre las

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interfaces OLSR y el resto de interfaces se requiere información externa del encaminamiento de la red. Para conseguir esto las interfaces no OLSR crean un mensaje HNA (Host and Network Association) que contiene la información necesaria para poder crear nuevas rutas.

OLSR no trabaja con la información de la capa de enlace, pero si está disponible se utiliza para mantener la información de los vecinos y de los MPR. Para proveer de redundancia a la red se emite información del nodo con todos los enlaces hacia sus vecinos. Existen tres posibles niveles de redundancia:

Sin redundancia: La información se emite a los nodos que le han elegido como MPR.

Redundancia media: Además de emitir a los nodos que le han elegido como MPR emite a los nodos que el nodo ha elegido como MPR.

Redundancia alta: Se emite información de todos los enlaces hacia los vecinos.

DSDV (Destination Sequenced Distance Routing)

DSDV es un protocolo unicast proactivo adaptado del protocolo RIP. Añade al protocolo RIP el número de secuencia, que es un nuevo atributo que se incluye en la tabla de encaminamiento. Esta información es útil para detectar la información mas reciente y para evitar bucles. La tabla de enrutamiento de cada nodo presenta los siguientes datos:

Posibles destinos el siguiente salto Número de secuencia Coste TTL.

La tabla de enrutamiento se actualiza cuando se reciben mensajes periódicos de nodos nuevos o cuando se produce un cambio en la topología. Para mantener una información coherente en las tablas de encaminamiento, cuando se produce un cambio en la topología se envían mensajes con la nueva información de encaminamiento de manera rápida y frecuente.

Este protocolo utiliza dos tipos de mensajes de actualización:

Full dump: Este tipo de mensajes envía toda la información contenida en la tabla de enrutamiento de cada nodo. El uso de este tipo de mensaje es reducido. Incremental: Este tipo de mensaje es enviado con mayor frecuencia debido a que transporta únicamente la información contenida en la tabla de enrutamiento de un nodo que ha variado desde que el último paquete full dump fue enviado. Este tipo de mensaje optimiza el uso de ancho de banda debido a que no es enviado de forma

periódica con información de las tablas de enrutamiento enteras.

Selección de ruta

Cada nodo perteneciente a la red tiene una tabla de enrutamiento que indica para cada destino cuantos saltos (hop) hacen falta atravesar y cuál es el sucesivo. Derivando del Distance Vector, la actualización de las tablas de enrutamiento se producen mediante el intercambio de información entre nodos cercanos y reaplicando los algoritmos de camino mínimo a menor costo. Cada camino viene etiquetado con un número de secuencia (sequence number), que da una indicación temporal sobre la validez de aquel camino: a números de secuencia más altos corresponden caminos más fiables. Cuando dos caminos tienen el mismo número de secuencia viene elegido aquel que tiene el menor costo (por ejemplo el que menor número de saltos tenga que atravesar). En caso de que un nodo notase que un trayecto hacia un destino no funciona, asigna al número de salto un valor alto (que significa infinito) y al número de secuencia un número impar. Un número de secuencia identificado con un número impar señala que aquel camino es inalcanzable mientras que, por el contrario, un número par indica que el destino sí es alcanzable

PWPR (Predictive Wireless Routing Protocol)

Desarrolladores: Tropos Networks Tipo: Proactivo

PWPR es un protocolo de enrutamiento desarrollado específicamente para redes inalámbricas. Además de validar el estado del enlace, como todos los demás protocolos, valida la calidad del enlace.Este protocolo recalcula 4 veces por segundo el estado de los enlaces de toda la red mallada. Y selecciona la ruta en función del estado de la red mallada en cada momento.Este funcionamiento soporta las redes dinámicas y nos proporciona la ruta mas optima en cada momento.

PWRP no solo se basa en el conteo de saltos para detectar vías de transmisión, también compara las tasas de error de paquetes y otros condiciones de la red para determinar la mejor ruta en un momento dado. Basado en el historial de estas mediciones, PWRP sintoniza dinámicamente la selección de las trayectorias múlti saltos de las rutas disponibles en la red de malla inalámbrica. Al estimar el rendimiento de cada ruta alternativa utilizando avanzadas métricas multi salto, PWRP asegura que selecciona constantemente caminos entre las mejores rutas disponibles con el fin de obtener una tasa de rendimiento estable y alta para los clientes de red inalámbrica.

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Protocolo de enrutamiento inalámbrico y dinámico que permite que los routers de malla realicen mediciones de extremo a extremo de la calidad de la ruta y las utilicen para tomar decisiones de enrutamiento cuyo resultado es un rendimiento máximo.

Se basa en algoritmos patentados de enrutamiento que maximizan el rendimiento y la resistencia de las redes inalámbricas de malla.

La red se pueden ampliar con rapidez mediante routers móviles de la misma línea de productos.

Utiliza algoritmos patentados para optimizar de forma continua y dinámica el uso del espectro disponible a) PowerCurveTM: este algoritmo distribuido

aumenta o disminuye dinámicamente los niveles de potencia de transmisión y adapta las tasas de datos de enlace para mantener la fiabilidad de cada enlace inalámbrico y maximizar el número de enlaces simultáneos.

b) Airtime Congestion Control™ (ACC): ACC se ha diseñado para facilitar un rendimiento uniforme a un gran número de usuarios, especialmente en redes muy saturadas, superando de este modo una deficiencia conocida de 802.11 MAC.

c) Inmunidad al ruido adaptativa (ANI): ANI ajusta los parámetros de detección de paquetes a nivel de chip en tiempo real para minimizar los sucesos de detección en falso y maximizar la sensibilidad del receptor.

MMRP (Multiple Metric Routing Protocol)

Utiliza en el proceso de descubrimiento una inundación de paquetes de búsqueda de ruta. El nodo destino responde al paquete que contenga un coste acumulativo menor.Existen variantes multi salto que intentan reducir la inundación de mensajes, ya que provocan congestión en el canal y consumo energético.

La primera propuesta se denomina D_MM (Direccionalidad) y utiliza para el proceso de búsqueda de una ruta el conocimiento de la ubicación del nodo destino. De modo que cada salto supone una progresión hacia el nodo destino y por tanto se reduce la inundación de mensajes. Y de todas las rutas disponibles hacia el nodo destino se selecciona la que minimice el coste.

La segunda propuesta se denomina Dx-MM (Direccionalidad con x-permisos) considera la dirección entre los nodos origen y destino en el proceso de búsqueda de la ruta. El paquete RREQ contiene un campo

que indica el número de saltos permitidos en la dirección contraria al destino. El paquete RREQ se propaga a medida que la ruta avanza hacia el nodo destino y siempre que no se sobrepase el número de saltos permitidos por el nodo origen.

La tercera propuesta se denomina hrD-MM (Direccionalidad hibrida) busca el compromiso entre el rendimiento del algoritmo MM y la eficiencia de D-MM. Primero se realiza la búsqueda de la ruta utilizando el algoritmo D-MM y si no es capaz de crear una ruta se utiliza el algoritmo MM. Y de esta manera se aumenta las probabilidades de creación de la ruta.

PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO REACTIVOS

AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)

Desarrolladores: C. Perkins, E. Belding-Royer y S. Das

Fecha de la primera versión: Noviembre de 1997 Versión actual: RFC-3561, Julio de 2003 Tipo: Reactivo Nivel OSI: Nivel de Red Conocimiento de la topología: Parcial, solo

vecinos.

AODV es un protocolo diseñado para redes móviles auto configurables con demanda del vector de distancia. Permite el encaminamiento dinámico, auto configurable y multi salto entre nodos.

Es una mejora del protocolo proactivo DSDV es que minimiza el número de broadcast requeridos para crear rutas. Esto es así porque al tratarse de un protocolo bajo demanda los nodos que no están en el camino elegido no tienen que mantener la ruta ni participar en el intercambio de las tablas de encaminamiento.

Características

Ningún nodo tiene conocimiento total de la topología de la red. Un nodo solo tiene conocimiento de los nodos con los que necesita comunicarse. AODV encamina salto a salto, es decir, no se sabe la ruta que van a seguir los paquetes cuando se generan, sino que cada nodo, cuando recibe un paquete, decide cual es el próximo salto para que la información llegue a su destino final.

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Toda información acaba caducando, es decir, cada conocimiento que se tiene de la red se desechará si no es renovado antes de un tiempo especificado.

FuncionamientoCuando un nodo quiere transmitir y no encuentra una ruta valida en su tabla de encaminamiento comienza con el proceso de descubrimiento (Path Discovery).Entonces se realiza un broadcast de mensajes RREQ a sus vecinos hasta que alcance al destino o a algún nodo intermedio que tenga la ruta hacia el destino creada recientemente. Para identificar si las rutas son recientes utilizamos los números de secuencia.

Cuando el mensaje de RREQ llega al destino o a un nodo con una ruta reciente hacia el destino, responde enviando un mensaje de RREP al vecino del que recibió el primer RREQ.El mensaje RREP utiliza el camino establecido desde el origen al nodo que envía el RREP y todos los nodos intermedios anotan la ruta como la más reciente hacia el destino. Por este motivo AODV solo puede emplearse en enlaces bidireccionales.

También se utilizan mensajes de Hello (broadcast periódicos) para informar a un nodo móvil sobre todos los nodos vecinos. Si un enlace se rompe, el nodo que detecta la caída envía un mensaje de Route Error. La manera de detectar un enlace caído puede ser por el continuo envió de mensajes de Hello para confirmar la conectividad. Si en un tiempo establecido no se recibe ningún mensaje de Hello, se asumirá que el enlace se ha caído. Otro mecanismo para detectarlo es la transmisión sin éxito de las tramas.

DSR (Dynamic Source Routing)

Desarrolladores: D. Johnson, Y. Hu y D. Maltz

Fecha de la primera versión: Marzo de 1998 [20]

Versión actual: RFC-4728, Febrero de 2007 [8]

Tipo: Reactivo Nivel OSI: Nivel de Red Conocimiento de la topología: Parcial, con

rutas completas.

DSR es un protocolo de enrutamiento muy similar a AODV. En el protocolo DSR cuando un nodo fuente tiene un paquete para enviar, lo primero que hace es buscar en su tabla de rutas un camino hacia el destino. Si lo tiene, crea un nuevo paquete añadiendo a la cabecera la ruta completa, en donde se indican los saltos que debe seguir hasta llegar al destino y finalmente lo envía.

De modo que no se necesita de mensajes periódicos y se disminuye la sobrecarga de mensajes de control. Además ofrece la posibilidad de obtener con una solicitud de una ruta, múltiples caminos hacia el destino.

Cada nodo dispone de una memoria cache de rutas donde almacena las rutas descubiertas, ya sea por procesos propios del nodo o por escuchas en la red.

Características: Dsr

Funciona bajo demanda, es decir, solo se buscarán rutas cuando sea necesario enviar información a un nodo.

Detecta rápidamente cambios en la arquitectura de la red adaptándolas rutas cuando estos se producen.

Trabaja bien incluso en condiciones donde la movilidad es alta.

Permite tener varias rutas para un mismo destino permitiendo balanceo de carga y mayor robustez.

Encaminamiento de paquetes, incorpora toda la ruta completa con todos los nodos por los que pasara hasta llegar al destino. Un nodo puede obligar que sus mensajes pasen forzosamente por determinados nodos o evitar que sus mensajes transiten algún nodo.

Su diseño no es escalable, por lo que a partir de un número de nodos las cabeceras crecen demasiado y deja de funcionar correctamente.

Funcionamiento: Dsr

El protocolo presenta dos fases: descubrimiento y mantenimiento de rutas.

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Descubrimiento de rutas.- El nodo fuente envía un paquete por broadcast denominado Route Request (RREQ), el cual es recibido por todos los nodos que se encuentren dentro del rango de transmisión del nodo fuente.El mensaje RREQ contiene:-La dirección de destino.- La dirección del nodo origen.- El número de identificación.

Cuando un nodo recibe un RREQ y comprueba que no es el destino de la ruta, mira si ya ha recibido recientemente otro RREQ con la misma fuente, destino e identificación o si su propia dirección ya aparece en el paquete. En cualquiera de los dos casos el nodo descarta el paquete silenciosamente. También se comprueba que no aparezcan en la ruta que se ha ido construyendo para evitar que se produzcan bucles

Cuando un nodo recibe el paquete RREQ por primera vez, comprueba su tabla de rutas si existe alguna hacia el nodo destino. Si fuera así, el nodo responde con un Route Reply (RREP) hacia el origen

Mantenimiento de Rutas

Cuando se envía un paquete a través de una ruta, cada nodo es responsable de confirmar que el paquete se ha recibido en el siguiente nodo. Este reconocimiento se suele hacer a nivel de enlace. Después de haber retransmitido un paquete un número máximo de veces, si el paquete no ha podido ser recibido por el siguiente salto, entonces el nodo considera que el enlace esta roto. En ese caso, el nodo debe eliminar ese enlace de su caché y enviar un Route Error (RERR) a cada nodo que haya enviado un paquete con una ruta que use el enlace roto.

TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm)

Es un protocolo de encaminamiento reactivo que se basa en ofrecer al nodo origen múltiples trayectos para alcanzar al destino.

Este protocolo fue propuesto para redes muy dinámicas. Cuando se detecta un cambio en la topología se generan mensajes de control en un pequeño conjunto de nodos cercanos al cambio. Para utilizar estas funciones básicas TORA define tres tipos de paquetes de control:

- QUERY (QRY)- UPDATE (UPD)- CLEAR (CLR)

En las fases de creación y mantenimiento el paquete QRY se utiliza como petición y el paquete UPD se utiliza como respuesta. Cuando un nodo necesita descubrir una ruta hacia un destino se hace un envió broadcast de mensajes QRY. El destino o un nodo que posea una ruta valida hacia el destino le responde con un mensaje UPD. Y el paquete CLEAR se utiliza como broadcast para eliminar las rutas invalidas cuando un nodo es inaccesible.

El protocolo TORA desempeña tres actividades

Creación de rutas Mantenimiento de la ruta Eliminar rutas cuando no son validas

Características TORA Altamente Adaptivo Eficiente y escalable Funciona en redes móviles extensas y con alta

cantidad de usuarios Mantiene varias rutas a cada destino

PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO HÍBRIDOS

IEEE 802.11s - HWMP

Desarrollador: IEEE 802.11s Task Group. Fecha de la primera versión: Septiembre de 2003 Versión actual: Draft 10.01, Abril de 2011 Tipo: Híbrido. Nivel OSI: Nivel de Enlace de Datos. Conocimiento de la topología: Parcial, solo

vecinos.

El enrutamiento se hace mediante HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol).

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Este protocolo debe ser implementado obligatoriamente por todos los nodos mesh, aunque se permite usar protocolos adicionales. Introduce un mecanismo de enrutamiento en la capa 2 (MAC), haciéndolo aparecer como un sistemaLAN (802.x) para protocolos de capas superiores. Además, define aspectos como acceso al medio, sincronización o seguridad, no solo cuestiones de encaminamiento mesh.

HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol)

HWMP combina características del protocolo AODV y técnicas de enrutamiento basadas en árbol. La combinación de elementos proactivos y reactivos permite una óptima y eficiente seleccion de ruta en una amplia variedad de redes mesh (con y sin infraestructura).

HWMP utiliza un conjunto de mensajes basados en los que utiliza el protocolo AODV, adaptado al direccionamiento MAC de la capa 2, para el descubrimiento de rutas reactivamente. Adicionalmente, se usan otros mensajes para, de forma proactiva, construir un árbol de vectores distancia a partir de un nodo raíz. Este último método necesita que el nodo a partir del cual se calculará el árbol esté configurado como root o raíz. Pueden existir varios nodos raíz en una misma red. Esta técnica suele utilizarse para construir árboles de rutas hacia nodos que cumplen un papel especial dentro de la red, como por ejemplo los nodos que actúan como portal (MPP) hacia otras redes.

Se contemplan dos modos de funcionamiento, dependiendo de la configuración del MP:

bajo demanda construcción proactiva de árbol

Los dos modos no son excluyentes, se pueden usar de forma simultánea.Los dos modos de funcionamiento utilizan mensajes y reglas de control comunes:

Los mensajes de control de HWMPA. Path Request (PREQ).B. Path Reply (PREP).C. Path Error (PERR).D. Root Announcement (RANN).

La métrica para medir el coste de cada enlace determina la elección de la ruta. Para propagar esta información sobre la métrica de cada enlace, se usa un campo en los mensajes PREQ, PREP y RANN.

Para mantener la red libre de mensajes en bucle, cada MP utiliza un número de secuencia que se propaga a otros MP en los mensajes de control.

Modo bajo demanda o reactivo

Cuando un MP necesita encontrar una ruta mediante el modo bajo demanda, propaga a toda la red un mensaje PREQ con el MP destino y con número de secuencia 0Al recibir un PREQ, un MP intermedio crea una ruta hasta el MP origen o actualiza la que ya tenía y propaga el PREQ si este contiene un número de secuencia mayor, o si el número de secuencia es igual pero el PREQ ofrece una métrica mejor que la ruta actualmente almacenada. Es decir, un mensaje PREQ no solo permite al nodo que lo origina encontrar una ruta al destino, sino que sirve para que los nodos intermedios por los que pasa actualicen su ruta hacia el nodo emisor del PREQ.

Una vez que el mensaje ha llegado al nodo destino, _este genera un mensaje de respuesta PREP destinado exclusivamente al origen. Es decir, el PREP no inunda toda la red, solo sigue el camino inverso al trazado por el PREQ.

Construcción proactiva de árbol

Existen dos mecanismos que permiten propagar información de enrutamientopara alcanzar el nodo raíz de forma proactiva. El primero utiliza mensajes PREQ proactivos para crear rutas entre el nodo raíz y todos los demás nodos de la red. El segundo método usa mensajes RANN (Root Announcement) para diseminar la información de ruta hacia el nodo raíz.Un nodo configurado como raíz, enviará periódica y reactivamente mensajes PREQ o RRAN.

CEDAR (Core-Extraction Distributed Ad-hoc Routing)

CEDAR se trata de un protocolo de encaminamiento con soporte de QoS basado en tres pilares básicos. En primer lugar la extracción de núcleo permite identificar un conjunto mínimo de nodos en la red que formarán parte del núcleo. Todo nodo debe formar parte del núcleo o ser vecino de un nodo del núcleo.

CEDAR propone un algoritmo para la elección de los nodos que compondrán el núcleo de la red, y define un

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proceso de pseudo-broadcast para el intercambio de información entre los nodos del núcleo

Otro de los pilares que componen CEDAR es la propagación del estado de enlace, cuyo objetivo es que cada nodo del núcleo conozco el estado y topología de los enlaces locales, así como de los enlaces más lejanos pero estables y con gran ancho de banda.

El tercer pilar de la propuesta CEDAR es el cálculo de la ruta. Cuando una fuente desea enviar tráfico a un destino, previamente manda un mensaje indicando. Esta información se propaga por el núcleo a través del pseudo-broadcast, hasta que alcanza el destino, mientras los nodos intermedios comprueban la disponibilidad de ancho de banda en cada salto intermedio.

ZRP (zone routing protocol)

ZRP es un protocol híbrido que combina las ventajas de ambos protocolos proactivos y reactivos, esta clasificado como enrutamiento entre zona. ZRP utiliza el conteo de saltos hacia los vecinos utilizando técnicas proactivas y enrutamiento entre zona, el cual incluye el resto de la red excluyendo lo n-vecinos utilizando técnicas reactivas. En enrutamiento anycast los paquetes son enrutados al grupo anycast mas cercano, de esta manera el paquete puede ser enviado a otro miembro del grupo anycast que se encuentre más cerca al nodo de destino

ZRP es apropiado para una amplia variedad de redes ad-hoc especialmente para aquellas con diversos patrones de movilidad. Cada nodo proactivamente mantiene las rutas dentro de una región local red (zona de enrutamiento). El conocimiento de esta topología de enrutamiento de zona es aprovechado por el ZRP para mejorar la eficiencia de un mecanismo de petición y respuesta de ruta.El mantenimiento proactivo de las zonas de enrutamiento ayuda a mejorar la eficiencia para el descubrimiento de rutas, haciéndolas más robustas a los cambios en la topología de la red.ZRP puede ser configurado para una red a partir de la selección de un parámetro especial el radio de la zona de enrutamiento

III. DISCUSION

IV. CONCLUSIONES

V. REFERENCIAS

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protocolos de enrutamiento inalambrico.docx

Documents

redes ad

tipo de red ad

modo ad

tipo de redes

red manet

protocolos hbridos

red correcta

red basada