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Comparativa de los protocolos AODV y OLSR en redes Moviles Ad hoc (MANET)
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Comparativa de los protocolos AODV y OLSR en redes Moviles Ad hoc (MANET)

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  • 1. Comparativa de los protocolos AODV y OLSR en redes Moviles Ad hoc (MANET) Diana Yacchirema Vargas Facultad de Ingeniería en Sistemas Informáticos y de Computación Escuela Politécnica Nacional Ladrón de Guevara E11 - 253. Quito, Ecuador diana.yacchirema@epn.edu.ec Resumen La constante movilidad de los terminales en una red Ad hoc supone un continuo cambio de la topología de lared e implica una nueva configuración de las tablas de encaminamiento de los nodos a la hora de encaminar lospaquetes de información. Actualmente se está investigando mucho en los protocolos de encaminamiento paramejorar los resultados obtenidos hasta el momento. En el presente trabajo se aborda con detalle elfuncionamiento de los protocolos AODV (Ad-Hoc on- Demand Distance Vector) y OLSR (Optimized Link StateRouting) con la finalidad de establecer una comparativa entre ellos en cuanto a la utilización de recursos, anchode banda, energía y escalabilidad.Palabras Claves: Redes Ad hoc, protocolos de encaminamiento, AODV, OLSR. Abstract The constant mobility of terminals in an ad hoc network is a continuously changing network topology andimplies a new configuration of the routing tables of the nodes when routing data packets. Much research iscurrently in the routing protocols to improve the results obtained so far. This paper addresses in detail theoperation of the protocols AODV (Ad-Hoc on-Demand Distance Vector) and OLSR (Optimized Link State Routing)in order to establish a comparison between them in terms of resource utilization, width bandwidth, power andscalabilityKey words: Ad hoc networks, routing protocols, AODV, OLSR.
  • 2. 1. Introducción 2. Redes MANET En los últimos años se ha podido apreciarcómo las tecnologías inalámbricas están cobrando Una red ad-hoc [5] (Mobile Ad-hoc Networkfuerza, sobre todo en lo referente a las redes de o Manet) es un conjunto de nodos o hosts que seacceso. Las redes ad hoc (o MANET, del inglés comunican entre sí mediante enlaces wireless, sin laMobile Ad hoc Network) son redes inalámbricas que necesidad de una infraestructura de red fija. Cadano requieren ningún tipo de infraestructura fija ni nodo actúa como router y va encaminando losadministración centralizada. De esta forma, son los distintos paquetes entre los diferentes terminales, sinpropios nodos quienes además de ofrecer la necesidad de que exista un alcance directo entre lafuncionalidades de estación final deben proporcionar fuente y el destino.también servicios de encaminamiento, retransmitiendopaquetes entre aquellas estaciones que no tienenconexión inalámbrica directa. El principal reto de las redes MANET estribaen los continuos e impredecibles cambios de latopología de la red debido a la movilidad de susestaciones, lo cual crean nuevos desafíos deinvestigación que permitan ofrecer soluciones deencaminamiento eficientes para superar estosproblemas. Hace un par de años se estaban evaluandoentre la comunidad investigadora cerca de 60propuestas de encaminamiento diferentes. Sinembargo, solamente las siguientes cuatro propuestashan resistido la fuerte competencia: el protocolo “Ad Figura 1. Red MANEThoc On Demand Distance Vector” (AODV) [1], elprotocolo “Dynamic Source Routing for ProtocolMobile Ad hoc Networks” (DSR) [2], el protocolo Los nodos de una MANET utilizan tablas de“Optimized Link State Routing Protocol” (OLSR) [3], encaminamiento para enviarse los paquetes de datosy el protocolo “Topology Broadcast based on enrutándolos salto a salto.Reverse-Path Forwarding” (TBRPF) [4]. De estoscuatro, los protocolos AODV y OLSR han alcanzado 2. 1 Características de una Red MANETel nivel de RFC (Request for Comment). Por ello eneste trabajo, se describe los aspectos más relevantes Las principales características de una redrelacionados con las características y funcionamiento MANET son:de estos dos tipos de protocolos y se establece unacomparativa entre los mismos.  Terminales autónomos: Cada Terminal se comporta como un nodo autónomo que puede Con este propósito, el artículo se ha funcionar como emisor, receptor oorganizado de la siguiente manera: en la primera encaminador.sección, se realiza una conceptualización de las redesMANET y se presentan sus principales características,  Funcionamiento distribuido: No existeasí como también sus aplicaciones; en la segunda ningún elemento central que se encargue desección, se explican los protocolos de la gestión y el control de la red, todos losencaminamiento en los cuales se centra el proyecto; nodos son iguales y por lo tanto la gestiónen la tercera sección, se realiza una comparativa de está distribuida.estos dos protocolos. Finalmente, se presentan algunasconclusiones sobre el tema tratado.  Encaminamiento multisalto. Los paquetes realizan uno o varios saltos para llegar de la fuente al destino.
  • 3.  Topología dinámica: Como no existe ninguna Una característica especialmente importante infraestructura fija y además los nodos son de los protocolos de encaminamiento para redes ad móviles, la topología de la red puede hoc es que deben poder adaptarse rápidamente a los ser altamente cambiante, cambios continuos de la red, con el fin de mantener introduciendo una cierta complejidad las rutas entre los nodos que se están comunicando. al realizar el encaminamiento. De manera general, los protocolos de  Conexiones inalámbricas: Al n o encaminamiento para redes ad hoc se clasifican en dos existir ningún tipo de infraestructura categorías principales: proactivos y reactivos, aunque fija, los terminales usan el aire como también existen otras clasificaciones. canal de comunicación. 3.1 Protocolos Proactivos  Consumo de energía: Los nodos son móviles por lo tanto funcionan con baterías de Los protocolos proactivos tratan de vida limitada, por esa razón es muy mantener la información necesaria para el importante que el consumo de energ ía encaminamiento continuamente actualizado mediante se reduzca lo máximo posible. el uso de tablas. Cada nodo tiene una o varias tablas en las que guarda la ruta que debe utilizar para llegar a2. 2 Aplicaciones de las redes MANETs cualquier nodo de la red. Cuando la topología sufre una modificación (un nodo se incorpora, deja de Las redes ad-hoc encuentran sus aplicaciones formar parte o cambia de posición) se inunda la red deen diversas áreas, en las que la infraestructura de red mensajes en modo broadcast para actualizar las rutases insuficiente o carecen completamente de ella. Por de todas las tablas.ejemplo en lugares donde la concentración de gente eselevada (hotspots) como aeropuertos, campos de En este trabajo se estudiará el protocolofútbol cafeterías, bibliotecas, universidades o OLSR (Optimized Link State Routing) como ejemplosituaciones de desastre (después de terremotos, de los protocolos proactivos.inundaciones, tsunamis) donde generalmentecualquier infraestructura es severamente dañada o 3.1.1 OLSR (Optimized Link State Routingincluso totalmente devastada. En este caso, un número Protocol)de dispositivos se pueden conectar para formar unared ad hoc inalámbrica que permita la comunicación OLSR es un protocolo pensado paraentre rescatistas, policías, bomberos e incluso MANETs (Mobile Ad hoc Networks) cuyo estándarvíctimas. es el RFC 3626 [6].3. Encaminamiento de redes MANETs Este protocolo se basa en tablas de enrutado. Una de sus características más importantes es que es En las redes MANETs el encaminamiento de proactivo [7], lo que quiere decir que cada nodopaquetes entre cualquier par de nodos llega a dispone en cada momento de toda la información delconvertirse en una tarea comprometida, porque los estado y disposición de los nodos de la red.nodos se pueden mover de manera aleatoria dentro dela red. OLSR funciona bien en redes con alto número de usuarios (nodos) y con una topología Un camino que se consideraba óptimo en un cambiante. Para llevar un control, se intercambianpunto dado del tiempo podría no funcionar en periódicamente mensajes de tal forma que se vaabsoluto en unos pocos momentos después. aprendiendo la topología de la red y el estado de los nodos vecinos. En relación a las redes cableadas, las redes adhoc presentan cambios de topología frecuentes e Mensajes OLSRimpredecibles debido a la movilidad de sus estaciones.Estas características impiden la utilización de OLSR utiliza un único formato para todos losprotocolos de encaminamiento desarrollados para mensajes relacionados con este protocolo, de estaredes cableadas. forma se facilita la extensión del protocolo sin problemas de compatibilidad con versiones anteriores.
  • 4. Los paquetes se transmiten por la red, encapsulados En la Figura2, se puede ver como seen paquetes UDP utilizando el puerto 698 asignado selecciona un conjunto de nodos, MPR.por IANA. Una característica importante de estosmensajes es que incluyen un campo de número desecuencia, lo que permite a los nodos averiguar quéinformación es más actual. Los tres tipos de mensajes que hacen posibleel funcionamiento del protocolo son los siguientes: - Mensajes HELLO: Realizan las funcionesde descubrimiento de nodos, de detección de estadode enlaces y de señalización y elección de MPRs. - Mensajes TC (Topology Control): Realizanla función de declaración de la topología de la red.Cada nodo guarda información de la topología de lared para poder realizar cálculos de tablas deencaminamiento. - Mensajes MID: Realizan la función de Figura 2. Selección de nodos MPR [8].descubrimiento de la presencia de múltiples interfacesen un nodo. El nodo central (nodo A) selecciona el mínimo número de nodos a un salto de distancia El intercambio de tantos paquetes, (nodos B, C, K, N), capaces de llegar a todos loscongestiona la red y supone un grave problema en las nodos que se encuentran a dos saltos de distancia. Encomunicaciones. Para solucionar esto, OLSR utiliza la el ejemplo el nodo A selecciona su lista de nodostécnica de MPR (Multi Point Relay). Gracias a esta MPR con los cuales sólo se enviará informacióntécnica se reduce el número de retransmisiones. evitando así la inundación de mensajes por toda la red.Técnica MPR 3.2 Protocolos Reactivos La técnica MPR consiste en seleccionar un A diferencia de los protocolos proactivos, losmínimo conjunto de nodos vecinos a un salto de reactivos buscan como llegar al nodo destino cuandodistancia, que sean capaces de llegar a todos los nodos quieren iniciar una comunicación. Estos vanvecinos que se encuentran a dos saltos de distancia. descubriendo la ruta para cada comunicación entre un nodo fuente y un nodo destino; esto es lo que les ha De esta forma, un nodo selecciona su llevado a conocerse como protocolos bajo demanda.conjunto de nodos MPR, y sólo puede intercambiarmensajes de control con ellos. Así se evita el enviar de Estos protocolos optimizan los recursosforma masiva mensajes de broadcast. evitando el envío de paquetes de forma innecesaria. Como contrapartida sufren una pérdida de tiempo Para confeccionar la lista, cada nodo utiliza cada vez que realizan el descubrimiento de la ruta.el mensaje “HELLO” que envía a todos los nodosvecinos. Este paquete tiene un campo conocido como En este trabajo se estudiará en detalle eltiempo de vida (TTL, Time To Live), que es de valor ejemplo más representativo de este tipo de protocolos,1. Al tener el TTL un valor de 1, el mensaje sólo que es conocido como AODV (Ad-Hoc On-Demandllega a los nodos que se encuentran a un salto de Distance Vector).distancia y no es retransmitido por la red. De estamanera cada nodo puede conocer a sus nodos vecinos 3.2.1 AODV (Ad-Hoc On-Demand Distancey a los vecinos de estos. De esta forma se puede saber Vector)que nodos conviene seleccionar como conjunto MPR. Fue creado por Charles E. Perkins como evolución de su anterior protocolo DSDV
  • 5. (Destination-Sequenced Distance-Vector). El DSDV Figura 3. Descubrimiento de Ruta. Iniciar el envío deinundaba la red de mensajes de control, de forma que datos del nodo S al nodo D [8].la red se congestionaba y limitaba la duración de las En el ejemplo de la Figura 3, se quiere iniciarbaterías de los terminales. una comunicación entre el nodo S y el nodo D. Para ello el nodo S inicia un descubrimiento de ruta El AODV es uno de los protocolos más enviando un mensaje en modo broadcast a sus nodosutilizados de los algoritmos reactivos, siendo idóneo vecinos. Estos nodos vecinos irán reenviando elpara las redes Ad hoc. Este protocolo intercambia mensaje hasta llegar al destino. Todos los nodosmensajes cuando necesita establecer una mientras se va realizando el proceso de búsqueda, vancomunicación, es decir, envía mensajes a los vecinos actualizando las tablas de encaminamiento.para calcular cada ruta. En el formato del paquete RREQ del Cada nodo tiene asociada una tabla de protocolo de encaminamiento AODV, nosencaminamiento que utiliza para poder establecer encontramos los siguientes campos: Dirección IPenlaces con otros nodos. origen, número de secuencia del origen, dirección IP del destino, número de secuencia del destino, RREQ Cuando un nodo quiere transmitir un paquete Identificador y contador de saltos (hop count).a un destino, lo primero que debe hacer es buscar ensu tabla de encaminamiento a ver si existe una ruta El campo “RREQ Identificador”, es elhacia este destino previamente calculada. En el caso identificador que se va modificando cada vez que sede encontrarla no iniciaría ningún proceso de genera un envío de RREQ. Esto sirve para que losdescubrimiento de ruta, supondría que la que tiene nodos que lo vaya recibiendo (nodos intermedios)almacenada en su tabla de encaminamiento es correcta sepan si el paquete es idéntico al anterior (tiene ely está actualizada. En el caso contrario, comenzará el mismo identificador) y deben descartarlo, o por elproceso de descubrimiento de ruta (Route Discovery) contrario, si deben retransmitirlo (porque elpara encontrar un camino válido. identificador de paquetes es distinto).Descubrimiento de Ruta En la Figura 4, se ve el funcionamiento del campo “RREQ Identificador”. El proceso comienza con el envío de unpaquete RREQ (Route Request) en modo broadcast.Este paquete llega a los nodos vecinos que seencuentran a un salto de distancia y estos a su vez loreenvían a sus vecinos y así sucesivamente hastallegar al destino. Cualquier nodo que durante elproceso de búsqueda conozca la ruta hacia el destino,puede contestar con un paquete de RREP al nodoorigen indicando la ruta que necesita. En la Figura 3, se indica el descubrimiento de Figura 4. Descubrimiento de ruta. Reserva de camino.una ruta. En el ejemplo de la Figura 4, el nodo C vuelve a recibir el paquete en modo broadcast de los nodos H y G, pero detecta que el mensaje lo había recibido anteriormente y lo descarta sin reenviar nuevamente. Cuando el mensaje llega al nodo destino, este responde al RREQ enviando de forma unicast un mensaje RREP (Route Reply). El mensaje RREP contiene la ruta hacia el origen invirtiendo el camino del RREQ.
  • 6. envía un RERR con valor de hop count hacia la fuente de valor infinito, lo que hace que cualquier otra ruta sea mejor y deban reencaminarse los paquetes por otro sitio. De esta manera, el nodo fuente decide si ha terminado la comunicación con el nodo destino o si por el contrario debe iniciar un nuevo proceso de descubrimiento de ruta. En la Figura 6, el mensaje de RERR hace el camino invertido, de forma que recorre todos los nodos desde el F al nodo S. Así todos los nodos intermedios borran la ruta errónea, actualizando las Figura 5 Descubrimiento de ruta. Envío del RREP e tablas. inicio del envío de Datos [8]. AODV presenta una serie de opciones de En la figura 5, se ve como el RREP sabe el optimización, como la posibilidad de reparar a nivelcamino hasta el nodo S al invertir la secuencia del local un enlace roto que forma parte de una rutaRREQ de llegada. Una vez seleccionado el camino, ya activa. Cuando se rompe un enlace, en lugar de enviarse inicia el envío de datos. un paquete de RERR a la fuente, el nodo que ha detectado la rotura puede intentar repararlo localmenteMantenimiento de Rutas enviando un RREQ con el número de secuencia del destino incrementado en uno hacia ese destino. Cuando una ruta es encontrada se le da untiempo de vida y se considera útil hasta que este Los paquetes de datos se quedantiempo no expira. Esto se utiliza para no tener que almacenados en este nodo esperando recibir un RREPiniciar un descubrimiento de ruta para cada mensaje con una nueva ruta disponible hacia el destino. Si estede información que se quiere enviar. nuevo procedimiento de descubrimiento de ruta no tiene éxito y el RREP no llega, entonces sí que será Durante una comunicación entre el nodo necesario informar a la fuente acerca de la rotura delfuente y el destino pude ocurrir que alguno de los enlace enviándole un paquete RERR.nodos modifique su posición. Esto puede dar lugar aque se rompa el enlace y que la ruta quede inutilizada. 4. Comparativa de los protocolos OLSR Y AODV OLSR es un protocolo proactivo eficiente en redes con alta densidad de nodos y con tráfico muy esporádico, pero su escalabilidad está limitada cuando el tamaño de la red aumenta ya que ello conlleva al aumento de forma no lineal de la tabla de encaminamiento y los mensajes de control pueden bloquear los paquetes de datos. El protocolo OLSR necesita utilizar continuamente el ancho de banda y necesita más energía y más consumo de recursos porque está constantemente actualizando las tablas Figura 6. Mantenimiento de ruta. Envío del RERR. encaminamiento, esta actualización a su vez supone una ventaja ya que la topología de la red se conoce previamente y no es necesario calcularla antes de El nodo vecino al enlace roto debe ser el enviar cada paquete, por lo que OLSR no necesitaencargado de informar al resto. Para ello se utiliza el tiempo extra para el descubrimiento de ruta y no hayenvío del mensaje RERR (Route Error). sobrecarga adicional sobre todo cuando el conjunto de MPRs es lo más pequeño posible. El mensaje viene a ser igual que el mensajeRREP pero con un número de salto (hop count) igual OLSR no debe ser utilizado cuando losa infinito. Es decir, el nodo que detecta roto el enlace recursos son críticos.
  • 7. El protocolo AODV se comporta mejor en encaminamiento y los mensajes deredes con tráfico estático y con un número de nodos actualización de la topología.relativamente pequeño. Utiliza menos recursos que elOLSR porque el tamaño de los mensajes de control es 6. Referenciaspequeño necesitando menos ancho de banda paramantener las rutas y la tabla de encaminamiento. [1] Mobile Ad Hoc Networking Working Group, Ad hoc On-Demand Distance Vector El protocolo AODV puede ser usado en (AODV) Routing for IP version 6, 2000.entornos con recursos críticos. El principalinconveniente es la sobrecarga relacionada con el [2] Network Working Group, The Dynamicdescubrimiento de ruta y la actualización de las Source Routing Protocol (DSR) for Mobilemismas. AODV necesita descubrir la ruta antes de Ad Hoc Networks for IPv4, 2007.enviar los datos, aumentando de esta manera el tiempode latencia. [3] Philippe Jacquet, Optimized Link State Routing for mobile ad hoc networks, 2010.5. Conclusiones [4] Juan-Carlos Cano, Carlos T. Calafate,  El encaminamiento en las redes Ad hoc o Manuel P. Malumbres, Pietro Manzoni, MANET es un factor importante ya que cada Redes Inalámbricas Ad Hoc como vez más, las aplicaciones demandan la Tecnología de Soporte para la Computación movilidad de los nodos. Esto obliga a Ubicua, 2011. implementar mecanismos de encaminamiento que faciliten la comunicación entre ellos, y [5] Paul Chan Ye, Redes inalámbricas ad hoc, que se adapten a las particularidades de este 2008. tipo de medios. Es por ello que en este tipo de redes no se pueden utilizar los protocolos [6] Network Working Group, Optimized Link clásicos de encaminamiento, los protocolos State Routing Protocol (OLSR), 2003. necesitan ser adaptados teniendo en cuenta las características de estos entornos [7] Clausen, T. and P. Jacquet, Eds., "Optimized cambiantes sobre todo la topología dinámica Link State Routing Protocol (OLSR)", RFC de la red. 3626, 2003. http://www.faqs.org/rfcs/rfc3626.html  Después de comparar y evaluar los pro- tocolos seleccionados en este articulo, se [8] Alejandro Medina Santos, Comparativa de puede evidenciar que el protocolo AODV los protocolos AODV y OLSR con un requiere menos consumo de recursos que el emulador de redes Ad hoc, 2006 protocolo OLSR debido a que el tamaño de los mensajes de control es pequeño, por lo este protocolo (AODV) puede ser utilizado en aplicaciones de tiempo real. Como contraparte el protocolo OLSR tiene la ventaja de ser más rápido que el protocolo AODV, ya que la topología de la red se conoce previamente y no es necesario calcularla antes de enviar cada paquete.  Tanto el protocolo OLSR como el protocolo AODV tienen una escalabilidad restringida debido a sus características proactivas y reactivas. En el protocolo AODV es la sobrecarga de la inundación de mensajes en las redes con elevada movilidad, en el protocolo OLSR es el tamaño de la tabla de

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