O documento discute redes ad-hoc, que são redes sem fio formadas por nós móveis que se comunicam sem infraestrutura fixa. Essas redes foram desenvolvidas inicialmente para fins militares e possuem características como topologia dinâmica, mobilidade e instalação rápida. O documento também descreve protocolos de roteamento e camadas de rede relevantes para redes ad-hoc, além de aplicações e desafios dessas redes.

1. Eng. Caio Pereira
Especialista em Sistemas
Inatel Competence Center
Redes Ad-Hoc
FETIN 2014

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. 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. http://gestaodeti.net/redes-ethernet/
Infraestrutura: Rede Ethernet

5. http://iee.ucsb.edu/research/computing/projects/low-cost-cellular-networks-remote-areas
Infraestrutura: Telefonia Móvel

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. Características / Desvantagens
• Complexidade das estações
• Baixa taxa de transmissão
• Rápida mudança de topologia
• Grande variação das condições do meio de
transmissão

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. 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. *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. http://www.dadychery.org/wp-content/uploads/2012/10/TowerCollapse_Vietnam.jpg
Serviço de Emergência (MANET)

12. http://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2010_2/lemos/introducao.html
Redes Veiculares (VANET)

13. http://www.sfu.ca/~lfz2/index3.html
Redes de Sensores (WSN)

14. Uso Pessoal (WMN)

16. 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

17. Modelo OSI

18. 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)

19. Protocolo MAC
CSMA / CA – Carrier Sense Multiple Access Collision
(Acesso Múltiplo com Verificação de Portadora com prevenção de
Colisões)

20. 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:

21. 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.

22. 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

23. 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

24.  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

25. Tipos de Algoritmos de Roteamento

26. Protocolo Reativo: AODV

27. Protocolo Pró-Ativo: OLSR
Envio de mensagem broadcast Envio de mensagem através de
MPR’s

28. 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.

29. Redes IP

30. 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

31. Protocolo TCP

32. Acelerador do Protocolo TCP

33. Emuladores/Simuladores
 Emuladores
 CORE
 Cooja
 Simuladores
 NS2
 NS3
 Opnet
 OMneT++

34. Emulador
 CORE – Common Open Research Emulator

35. Perguntas ?

36. Obrigado!
caiortp@gmail.com