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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: [email protected]
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)