Manet Mobile Ad Hoc Network

Alma Mater Studiorum – Università di Bologna

FACOLTA’ DI INGEGNERIA

Corso di Sistemi di comunicazione Multimediali LS

A cura di:

Michele Zanelli

Anno Accademico 2007/2008 – ciclo secondo

COSA SONO LE RETI MANET?

WHY MANET?

DIFFERENZE CON RETI WIRELESS TRADIZIONALI

PANORAMICA GENERALE SUI PROTOCOLLI DI ROUTING

ESEMPLIFICAZIONI: DSDV (Proactive), DSR (Reactive), ZRP (Hybrid)

MANET E MULTIMEDIALITA’: UN FUTURO INSIEME?

Sistemi di comunicazione multimediali LS Mobile Ad-hoc NETwork

Mobile Ad-hoc NETwork

Sistema autonomo di router mobili connessi mediante collegamenti wireless,
l’unione dei quali forma una grafo arbitrario.


OPPORTUNITA’

• Portano con se tutti i vantaggi delle reti wireless tradizionali (a cella)
• Indipendenza da infrastrutture fisse
• Facilità e rapidità di messa in opera
• Costi di implementazione irrisori

APPLICAZIONI

• Personal Networking: call phone, laptop, …
• Military Environments: soldiers, tanks, …
• Civilian Environments: taxi cab networks, meeting rooms, …
• Emergency operations: search-and-rescue, policing, …
•…


 NO infrastrutture, NO access point
• La rete è creata dalla disposizione dei vari apparecchi
• Connettività basata sulla reciproca vicinanza dei dispositivi
• La rete non è conosciuta a priori dai router che devono scambiarsi onerosi pacchetti di route discovery

 I Router sono liberi di muoversi e organizzarsi arbitrariamente
• I confini della rete non sono definiti
• La topologia della rete può cambiare velocemente e imprevedibilmente
• Frequenti partizioni e fusioni di clusters
• Perdita di pacchetti inviati

 Peculiarità dei dispositivi portatili
• La durata limitata della batteria causa limitata disponibilità del nodo
• Dispositivi eterogenei dispongono di potenzialità diverse

I protocolli dovranno supportare una rete la cui topologia è ignota e in continua evoluzione,
formata da dispositivi eterogenei che si connettono e disconnettono frequentemente.
In particolare i protocolli a liv. RETE dovranno riuscire a conoscere il suo stato
(route discovery) e gestire il suo cambiamento


• Struttura della rete

Flat Gerarchici
Tier-2 network

• Conoscenza della rete
Proactive Reactive Hybrid
Mantengono costantemente Determinano il percorso di routing
aggiornate le informazioni di solo nel momento in cui un Effettua una ricerca proattiva solo nei
instradamento tramite scambi pacchetto deve essere trasmesso nodi “vicini” e reattiva fra i nodi “lontani”
periodici di pacchetti dedicati

Richieste evase velocemente Minimizza il traffico Unisce i vantaggi di entrambi

Genera traffico Latency time Aumenta complessità


E
CAMBIAMENTO DELLA TOPOLOGIA

A B C D

DEST NEXT H HOPS SEQ. N DEST NEXT H HOPS SEQ. N DEST NEXT H HOPS SEQ. N

A A 0 A-286 A A 1 A-286 A B
C 2
3 A-286

B B 1 B-124
B-122 B B 0 B-124
B-122 B B
C 1
2 B-124
B-122

D B 2
3 D-392 D D
C 1
2 D-392 D D 0 D-392

Ogni nodo mantiene una tabella contenente: Il nodo B se ne accorge (caso event-driven)
OPPURE
• Destinazioni disponibili
Il nodo B deve trasmettere info periodiche
• Prossimo passo per raggiungerle (caso time-driven)
• Distanza in n° di passi
• N sequenza (modificato dalla destinazione per gli aggiornamenti)

Il nodo B:
1. Aumenta il suo sequence number e aggiorna la sua
tabella
2. La trasmette in broadcast ai vicini START procedura di aggiornamento
3. I vicini, vedendo il SEQ.N incrementato, aggiornano i
valori delle rispettive tabelle


<A,B>
C
B H Ogni nodo ha una
ROUTE CACHE
D DEST ROUTE
A
E L H E,D,H
G E,A,F,G

<A,F,G> … ….
F G I
A differenza delle tabelle di routing
contiene solo ALCUNE destinazioni

A deve trasmettere un pacchetto a L

• A invia in broadcast un pacchetto di RReq*
• Ogni nodo intermedio aggiunge il suo ID e inoltra la RReq
Ho già un percorso NO ROUTE • la RReq arriva a L
nella mia route cache? DISCOVERY • L invia ad A un pacchetto di RRep**
• la RRep arriva a A
• A mette nella cache il percorso trovato
SI • A invia il pacchetto DATI includendo nell’header l’intero percorso

Invio il pacchetto per il percorso
noto inserendo lo stesso nell’header
*RReq **RRep

SEQ N ID SORG ID ATTRAVERSATI SEQ N ID SORG PERCORSO


Soluzione di alcuni problemi durante il ROUTE DISCOVERY

1. Ri-Trasmissione di RReq (broadcasting) Non inoltro RReq se stesso SEQ N

2. Ricezione di percorsi diversi Inoltro solo RReq con percorso più breve

3. Generazione traffico inutile Ottimizzazione:
• Inoltro con probabilità p
• Limite n° inoltri dallo stesso nodo
• Limite hops, poi delete


ZRP nasce per unire i vantaggi di protocolli proattivi e reattivi.

Lo fa utilizzando il concetto di Routing Zone di un nodo = Insieme dei
nodi la cui minima distanza in hop da esso ≤ del “raggio della zona”
Nodi Periferici = nodi la cui distanza minima è uguale al raggio

Per la trasmissione di pacchetti ZRP usa principalmente due protocolli:
• Il protocollo Proattivo IARP (IntrAzone Routing Protocol)
all’interno della Routing Zone
• Il protocollo Reattivo IERP (IntErzone Routing Protocol)
all’esterno della Routing Zone

Come avviene la comunicazione:
 S vuole comunicare con W
 Ogni nodo conosce la sua Routing Zone (NDP – Neighbour
Discovery Protocol, IARP)
 Se W non è nella sua Routing Zone invia RReq ai nodi periferici
 I non trova W nella sua zona e quindi invia a sua volta la RReq ai
propri nodi periferici (IERP)
 T si accorge che W e’ nella sua zona e quindi invia ad S la RREP
 S invia pacchetti DATI a W aggiungendo nell’ header il percorso


DIMENSIONAMENTO DEL RAGGIO DELLA ZONA

RAGGIO GRANDE

Comunicazioni frequenti
Topologia relativamente stabile

RAGGIO PICCOLO

Comunicazioni occasionali
Topologia relativamente instabile


“Mobile realtime multimedia group cooperation software”


Avvio di una sessione

Ogni nodo contiene un Proxy SIP
Alcuni nodi contengono in aggiunta un Registrar Server (RS)
La sessione di comunicazione ha inizio dal Proxy SIP Locale
Il Proxy SIP dell’utente che vuole comunicare informa tutti i RS
Se il RS conosce l’indirizzo IP dell’utente, manda un messaggio al nodo cercato
La risposta del nodo ricevente viene inviata direttamente al richiedente

Multimedia Streaming
Media Encoding
Scelta del canale (multicast)
Qualità dei collegamenti
Conoscenza spinta della rete
Durata connessione, larghezza di banda, …
Multimedia trasferito su RTP attraverso il canale multicast
RTP basato a liv 4 su UDP (no ritrasmissione di pacchetti)
Protocolli liv 3 Proactive!


Side-effects

 Delle connessioni wireless
• Banda ridotta
• Stabilità dei collegamenti ridotta

 Delle reti MANET
• Frequenti cambiamenti nella topologia Effetti sulla disponibilità
• Traffico da messaggi di gestione della rete dei collegamenti
• Variazione della banda

 Dei file multimediali (High Quality)
• File generalmente pesanti
• Richiedono banda elevata
• Richiedono perdita di pacchetti limitata


Sistemi Wireless Avanzati - Andrea Conti - IEIIT-BO/CNR

Routing in MANET – Prof Tebaldi, Università di Milano

Routing in MANET – Prof Gianuzzi, Università di Genova

Collaboration in Mobile Ad-Hoc Environments – D. Bottazzi, DEIS Unibo

Side-effects of MANET characteristics on real-time cooperation – Fudickar, University of Potsdam

Analysis of TCP and UDP Traffic in MANETs - Thomas D. Dyer, Rajendra V. Boppana -
University of Texas at San Antonio


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