Redes Ad-Hoc

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Introdução as Redes Ad-hoc, uma abordagem básica de diversas aplicações das Redes Ad-Hoc.
Breve apresentação das vantagens, desvantagens, aplicações, desafios e técnicas de roteamento.

Apresentação realizada em Outubro de 2014 em Santa Rita do Sapucaí - MG durante a FETIN (Feira Tecnológica do Inatel)

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Redes Ad-Hoc

  1. 1. Eng. Caio Pereira Especialista em Sistemas Inatel Competence Center Redes Ad-Hoc FETIN 2014
  2. 2. Redes Ad-Hoc  Uma coleção de “nós” geograficamente distribuídos que se comunicam uns aos outros através de um meio sem fio  Foi desenvolvido para fins militares  Normal as redes Ad-hoc são dinâmicas
  3. 3. http://en.wikipedia.org/wiki/File:SRI_Packet_Radio_Van.jpg http://www.rockwellcollins.com/~/media/Files/Unsecure/Products/Product%20Brochures/Communcation%20and%20Networks/Communication%20Radios/VRC-100%20data%20sheet.aspx http://alpsayin.com/master_thesis/literature/Low%20Cost%20Packet%20Radio.pdf História  As pesquisas em redes sem fio Ad hoc móveis iniciaram-se em 1972 com o projeto PRNet(Packet Radio Network) desenvolvido pela DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).  Em 1983 o projeto PRNet foi estendido para SURAN (Survivable Radio Networks) com objetivo de resolver problemas pendentes como escalabilidade, segurança, gerenciamento de energia, trabalho com clusters dinâmicos e utilização de tecnologia Low- cost Packet Radio a (LPR).
  4. 4. http://gestaodeti.net/redes-ethernet/ Infraestrutura: Rede Ethernet
  5. 5. http://iee.ucsb.edu/research/computing/projects/low-cost-cellular-networks-remote-areas Infraestrutura: Telefonia Móvel
  6. 6. Características / Vantagens • Topologia Dinâmica • Autonomia e ausência de Infraestrutura • Roteamento distribuído através de múltiplos saltos • Mobilidade • Robustez • Operação com restrições de energia • Instalação rápida e de baixo custo
  7. 7. Características / Desvantagens • Complexidade das estações • Baixa taxa de transmissão • Rápida mudança de topologia • Grande variação das condições do meio de transmissão
  8. 8. Tipos de redes Ad-Hoc • MANET (Mobile Ad-hoc NETworks) • VANETs (Vehicular Ad-hoc NETworks) • WSN (Wireless Sensor Networks) • WMN (Wireless Mesh Networks)
  9. 9. Aplicações  Redes Táticas – Comunicações Militares no campo de batalha.  Rede de Sensores – Sensores que possibilitam a monitoração e coleta de dados que possuem restrições de consumo de energia e baixa mobilidade.  Serviços de emergência – Missões de busca e salvamento em casos de desastres e catástrofes naturais.  Redes Veiculares – Informações de trânsito, acidentes e anúncio de serviços.  Uso pessoal ou corporativo – Utilização para comunicação entre dispositivos tais como: Notebooks, smartphones e dispositivos “wearables”.
  10. 10. *https://www.rockwellcollins.com/~/media/Files/Unsecure/Products/Product%20Brochures/Communcation%20and%20Networks/Networks/Tactical%20Targeting%20Network%20Technology/TTNT%20brochure.aspx Redes Táticas (MANET)
  11. 11. http://www.dadychery.org/wp-content/uploads/2012/10/TowerCollapse_Vietnam.jpg Serviço de Emergência (MANET)
  12. 12. http://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2010_2/lemos/introducao.html Redes Veiculares (VANET)
  13. 13. http://www.sfu.ca/~lfz2/index3.html Redes de Sensores (WSN)
  14. 14. Uso Pessoal (WMN)
  15. 15. Eficiência da rede Ad-hoc Existem certas características que podem determinar a eficiência e eficácia de uma rede Ad-hoc.  Tempo de estabilização da rede  Tempo de entrada/saída de um “nó” participante  Tempo de recuperação das rotas  Frequência de atualização da topologia  Mobilidade (velocidade)  Quantidade de memória / processamento requerido  Escalabilidade da Rede  Segurança de Rede  Possibilidade de trafegar áudio/vídeo em tempo real  Restrições de consumo de energia
  16. 16. Modelo OSI
  17. 17. Medium Access Control (MAC)  MAC – Medium Access Control: A Camada MAC é responsável por controlar e regular o compartilhamento do meio físico (canal de rádio) entre os participantes.  A Performance da rede Ad-hoc é extremamente dependente da eficiência do protocolo MAC utilizado.  Classificação: Transmissão agendada • FDMA – Frequency Division Multiple Access • TDMA – Time Division Multiple Access • CDMA – Code Division Multiple Access Acesso Aleatório:  CSMA-CA - Carrier Sense Multiple Access – Colision Avoidance  (Utilizando nos padrões Wifi e Bluetooth)
  18. 18. Protocolo MAC CSMA / CA – Carrier Sense Multiple Access Collision (Acesso Múltiplo com Verificação de Portadora com prevenção de Colisões)
  19. 19. Nest/Home – Dispositivo de origem da informação Food – Destino final da informação Obstacle – Obstáculos físicos que dificultam ou impossibilitam a comunicação Formigas – Nós da rede Ad-Hoc Roteamento e Mobilidade  Uma breve comparação entre Formigas e Roteamento em redes Ad- hoc:
  20. 20. Roteamento e Mobilidade  Três características importantes para a Formiga:  Descoberta da Rota (Route Discovery)  Busca de lugares aonde há comida.  Encaminhamento de pacotes (Packet Forwarding)  Retornar com a comida para o ninho.  Manutenção de Rotas (Route Maintenance)  Quando a comida muda de lugar.
  21. 21. Roteamento Ad-hoc  Os algoritmos convencionais de roteamento não são eficientes para as Redes Ad-hoc devido a necessidade de atualização de rotas constante através transmissão de conteúdo constante em broadcast.  Problemas:  Atualizações periódicas da topologia de rede aumenta o overhead da rede  Transmissão de informação tem alto custo energia  A quantidade de informação de sincronização é proporcional ao número de nós da rede, prejudicando portanto a escalabilidade  Rotas redundantes acumulam-se sem necessidade  Tempo de resposta às rápidas mudanças na topologia de rede
  22. 22. Roteamento Ad-hoc Mobilidade vs Eficiência Espectral • Os algoritmos de roteamento Ad-hoc são específicos para cada finalidade. • Quanto maior o dinamismo da rede, mais frequente as atualizações de roteamento devem ocorrer. Roteamento Eficiênte = Desafio
  23. 23.  Algoritmos Reativos (On Demand)  São conhecidos como protocolos reativos, pois as rotas somente são estabelecidas quando isto é solicitado  Algoritmos Pró-ativos (Table Driven)  São conhecidos como protocolos pró-ativos porque informações sobre as rotas são negociadas mesmo que as rotas nunca tenham sido utilizadas • Geográficos • Hierárquicos • Outros.... Tipos de algoritmos de roteamento
  24. 24. Tipos de Algoritmos de Roteamento
  25. 25. Protocolo Reativo: AODV
  26. 26. Protocolo Pró-Ativo: OLSR Envio de mensagem broadcast Envio de mensagem através de MPR’s
  27. 27. Modelo OSI (Teórico) Otimização Cross-Layer Otimização Cross-Layer  Para aumentar a eficiência da rede Ad-hoc é necessário a integração e adaptação entre as camadas, Física, MAC, Rede , Transporte e Aplicações para obter maior desempenho da rede.
  28. 28. Redes IP
  29. 29. Otimizações do protocolo IP • Compressão de cabeçalho do protocolo IP • Adaptação do endereçamento • Adaptação de QoS • Compressão de cabeçalhos dos protocolos de transporte (TCP, UDP) • Adaptação do protocolo TCP (Controle de Fluxo, Ack, SYNC...) • Adaptação das aplicações de “serviço de rede” (DHCP, DNS) • Adaptação de Codecs de áudio e vídeo
  30. 30. Protocolo TCP
  31. 31. Acelerador do Protocolo TCP
  32. 32. Emuladores/Simuladores  Emuladores  CORE  Cooja  Simuladores  NS2  NS3  Opnet  OMneT++
  33. 33. Emulador  CORE – Common Open Research Emulator
  34. 34. Perguntas ?
  35. 35. Obrigado! caiortp@gmail.com

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