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Redes Ad Hoc Sem Fio

Prof. Marco Aurélio Spohn

UFCG/DSC

2010.1

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Informações para contato Professor: Marco Aurélio Spohn

E-mail: maspohn@dsc.ufcg.edu.br

Sala: DSC 214

Página do curso:

http://www.dsc.ufcg.edu.br/~maspohn/teaching.html

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Objetivo do curso Introdução a redes ad hoc sem fio

(Mobile Ad Hoc Networks, MANETs)

Ênfase nas camadas:

Enlace (MAC)

Rede (Roteamento)

Transporte

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Tópicos Introdução.

Questões de nível MAC

Roteamento:

unicast

multicast

broadcasting (“roteamento?!”)

Questões do nível de transporte

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MANETs Mobile, (wireless), multi-hop ad-hoc networks.

Comunicação sem fio (“wireless”): transmissão de ondas de rádio

Não assume nenhuma infraestrutura de apoio

Fonte de energia limitada (i.e., baterias)

Rotas entre nós podem conter múltiplos saltos (“hops”)

Nós tem a liberdade de locomoção:

rotas podem mudar ao longo do tempo!

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Multi-hop Pode ser necessário trafegar por

múltiplos nós intermediários

para chegar ao

destino

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Multi-hop A mobilidade dos nós pode afetar as

rotas

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Por que MANETs ? Implantação:

Fácil

Rápida

Pouca ou nenhuma dependência de infraestrutura fixa!!!

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Aplicações Ambiente militar:

Soldados, tanques, aviões.

Ambiente civil:

Rede de taxi

Salas de reunião, conferências

Estádios de esporte

Operações de emergência:

Procura-e-Resgate

Policiamento e bombeiros

Monitoramento e Vigilância

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Muitas variantes Ambiente totalmente simétrico

todos os nós tem as mesmas capacidades e responsabilidades:

Bateria (energia)

Rádio (alcance de transmissão)

Processamento

Roteamento

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Muitas variantes (cont.) Capacidades assimétricas:

Alcance de transmissão e rádios podem diferir

Vida da bateria pode diferir

Nós podem ter diferentes capacidades de processamento

Nós podem ter diferentes padrões de velocidade e mobilidade

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Muitas variantes (cont.)

Responsabilidades assimétricas: Somente alguns nós podem rotear

pacotes

Alguns nós podem atuar como líderes para outros nós próximos (e.g., cluster-head)

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Muitas variantes (cont.) Características de tráfego podem diferir em

diferentes redes ad hoc:.

Taxa de transmissão (i.e., bit rate)

Limitações de pontualidade

Requisições de confiabilidade

Unicast, multicast, broadcast

Podem coexistir e cooperar com uma rede baseada em infraestrutura fixa!

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Muitas variantes (cont.)

Padrão de mobilidade pode diferir:

Pessoas sentadas na sala de espera em um aeroporto

Taxistas em uma cidade

Estudantes se deslocando no campus

Movimentos de militares

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Muitas variantes (cont.) Características de mobilidade

Velocidade,

Predição de movimento

direção

padrão

Uniformidade (ou não) das características de mobilidade entre os nós

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Desafios

Os membros da rede devem coordenar-se sem utilizar nenhuma infraestrutura fixa:

descobrir vizinhança

roteamento

controle de topologia

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Desafios

Transmissão com alcance (radio range) limitado

Transmissão “broadcast” por natureza (assumindo antenas omnidirecionais!)

Problema do terminal escondido (“hidden terminal problem”)

Perda de pacotes devido a erros de transmissão:

Multi-path fading (devido a obstáculos) Outras fontes de interferência

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Desafios (cont.)

Perda de pacotes devido a mobilidade dos nós:

Vizinhos movendo além do “alcance” de

transmissão!

Mudanças de rota devido a mobilidade dos nós:

Suscetível a mudanças na topologia!

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Desafios (cont.)

Limitações de energia (battery constraints)

minimizar a transmissão de

pacotes de controle Problemas de segurança intrínsecos

a transmissão sem fio

“todos podem escutar o meio”

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Hidden Terminal Problem

Nós A e C não podem “ouvir” um ao outro

Transmissões originadas em A ou C podem colidir em B

Nós A e C estão escondidos um do outro (hidden from each other)

BA C

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Somente Carrier Sense não funciona!

Antes de começar a transmitir um nó evita colisões sentindo o meio.

A contençao é relevante no receptor, não no transmissor.

Colisões acontecem quando múltiplos sinais interferem no receptor.

Carrier Sense não pode evitar colisões no receptor!

BA C

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Terminais expostos (exposed terminals)

BA C

• B sends to A, C wants to send to D• C senses an “in-use” medium, thus C waits• But A is outside the radio range of C, therefore waiting is not necessary•Therefore, C is “exposed” to B

D

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MANET: pesquisa X interesses

Quem tem Interesse: Nos EUA, provavelmente os mais

interessados são o próprio governo e os militares: maior parte do fomento à pesquisa vem do governo e agências militares!

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MANET: pesquisa X interesses

Pesquisa: Variações em capacidades &

responsabilidades

Variações nas características de tráfego, modelos de mobilidade, etc.

Critérios de desempenho: otimizar vazão, reduzir consumo de energia, reduzir latência, overhead, etc.

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“One-size-fits-all”?

Talvez utilizando uma abordagem híbrida que possa se adaptar a uma situação em particular.

Difícil solução!

As soluções existentes geralmente cobrem um sub-espaço do domínio do problema.

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Referências (parcial) Tutorial elaborado por Nitin Vaidya (“search

google”).

Slides das disciplina “Wireless and mobile networking” e “Wireless and mobilie networks”, Profa. Katia Obraczka, University of California at Santa Cruz (UCSC)