AdhocNetzwerke - tu-ilmenau.de€¦ · AdhocNetzwerke Mehdi Harounabadi Page 31 Integrated Communication Systems Group Contact Visitors address: TechnischeUniversitätIlmenau

Adhoc NetzwerkeMehdi Harounabadi

Page 1Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/icsProf. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel

Integrated HW/SW Systems GroupSelf-Organization

21 November 2018 1

Page 1 International Graduate School on Mobile Communications

Adhoc Netzwerke

Presenter:Mehdi Harounabadi

[email protected]


Page 2Integrated Communication Systems Groupwww.tu-ilmenau.de/ics

Inhalt• Der Begriff der Adhoc Netzwerke• Szenarien der Ad hoc Netzwerke• Technologien der Adhoc Netzwerke• Herausforderungen• Adhoc Routing Protokole



Drahtloses Infrastrukturnetz• Kommunikation zwischen Endgeräte durch Basisstation• Vorausgehende Plannung• Zentrale Verwaltung• Feste infrastruktur zwichen Basisstationen



Der Begriff von Adhoc Netzwerke• Drahtlose Netzwerk:

– ohne Infrastrukture– ohne Zentrale Verwaltung (Selbstorganization)– Direkt Kommunikation zwischen Knoten

• Alle Drahtlose Knoten sind:– Endgrät (Quell/ Ziel von Nachrichten)– Router (Nachrichten weiterleiten)

• Multi-hop Kommunikation



Mobile Adhoc NETzwerke (MANET)• Eigenschaften:

– Dynamische Topologie• Wegbrechen der Routen• Entstehung der neuen Routen

– Multi-hop Kommunikation– Asymmetriche Verbindungen

• Unterschiedliche Sendeleistungen– Beschrankte Moglichkeit der Energieversorgung

• Abhängigkeit von Batterien

C

A

B

D

NM



Beispiele Szenarien• Vehicular Adhoc NETzwerke (VANET)• Anwendungen:

– Sicherheit– Vekehrsteuerung

• Herausforderungen:– Hohe Mobilität– Viele Teilnehmer



Beispiele Szenarien (2)• Wireless Sensor Networks (WSNs)• Anwendungen:

– Überwachung– Gesundheitswesen– Brandmeldungen

• Herausforderungen– Energy– Begrenzte Verarbeitung



Andere Anwendungendevice‐to‐device Kommunikation (4G/5G)militäriche Kommunikation

interaktive VorlesungenInternet‐of‐Things (IoT)



Technologien IEEE 802.11 /WiFi• Wireless Local Area Network (WLAN)• Infrastruktur- und Ad-hoc-Netze• Funkübertragung auf ISM (2,4 GHZ, 5 GHZ) • IEEE 802.11p für ITS (Intelligent Transportation

Systems)• Übertragungraten von 1 Mbit/s (1997) bis 100Gbit/s

(802.11 ay- 2017)



Technologien (2) Bluetooth• Basierend auf IEEE 802.15.1• Kurzdistanz (0.5 meter bis 100 meter) Funkübertragung• Übertragungraten

– 1 Mbps Bluetooth 1.1 – 24 Mbps Bluetooth 3.0, 4.0

• Funkübertragung auf ISM band (2,4 GHZ)• Piconetz: ein Master und bis 7 Slaves



Technologien (3)IEEE 802.15.4 /ZigBee• Für drahtlose Sensornetze• Kommunikation mit geringster Leistungsaufnahme• Funkübertragung auf ISM band (868/915 MHZ und 2,4

GHZ)• Verschiedene Gerätearten (Endgerät, Router,

Koordinator)



Herausforderungen• Nachbar und Toplogieerkennung

– Periodische Hello Nachrichten• Entdeckung der Änderungen• Gefahr der Kollisionen

• Limitierte Ressourcen– Bandbreite der Funkkanäle– Batterielaufzeit– Rechenleistung

• Notwendige Optimierungen– Interval der Hello Nachrichten– Schlafperioden



Adhoc Routing • Klassische Routingprotokolle (aus dem Festnetzbereich)

– Zu langsame Konvergenz– Zu großer Overhead– Wichtige Metriken werden ignoriert

• Batterielaufzeit der Knoten• Zeit des Zusammenhalts der Knoten• Zuverlässigkeit der Knoten• Energiebedarf



Adhoc Routing (2)• Hohe Skalierbarkeit• Flexibilität• Effizienz

– Komplexität– Energieverbrauch– Speicherverbrauch

Command Center

Rescue Teams

Victims

UAV



Adhoc Routingprotokolle• Topology-basiert

– Proaktiv• OLSR, FSR, …

– Reaktiv• AODV, DSR, …

– Hybrid• ZRP

• Geographisch– GPSR, Geocast, LAR, …



Proaktiv Routingprotokolle• immer bereite Routen nach alle Ziele• Tauschen periodisch Kontrollnachrichten

– Linkstate-Protokolle• Jeder Router kennt die komplette Topologie (Zustand der

Verbindungen im Netzwerk)– Distanzvektor-Protokolle

• Jeder Router Kennt alle im netzwerk vorhanden Knoten, aberin form des nächsten hops und Länge des weges

• Austauch der kompletten Routingtabelle• Brauchen viel Bandbreite• Großer Overhead• Beispiel: OLSR



Optimized Link State Routing (OLSR)• Erweitert Link-State-Protokolle• Vereinfacht die komplexität der Linkstate-Protokolle• Eigenchaften:

– Jeder Knoten hat Globalen Überblick– Jeder Knoten berechnet die Route– Alle Knoten haben nicht die gleichen Aufgaben– Route wird Über “Shotest Path Algorithm” berechnet



OLSR (2)• Nachbarknoten werden mit Hello Nachrichten gefunden• Periodische Kontrollpakete

– Topology information• Shortest Path Route wird berechnet unter Verwendung

dijkstra's algorithm • Unterschied zu anderen Linkstate Algorithmen?

– Nur Multi-Point-Relay Knoten weiterleiten Kontrollpakete



Reaktiv Routingprotokolle• Tauschen Kontrollnachrichten nur aus, wenn eine Route

benuzt werden soll• Vorteile:

– Brauchen weniger bandbreite– weniger Kontroll-Nachrichten Austauch

• Nachteile:– mehr Verzögerung als Proaktiv-Protokolle– Keine bereite Routen nach alle Ziele

• Beispiel: AODV



Adhoc On-demand Distance Vector (AODV)• Knoten kennen nur nächsten hop einer Route und die

Länge der Route• Definiert zwei Routingmechanismen

– Route discovery• RREQ: Route Request

– Source and destination ID– Hop count– Sequence number

• RREP: Route Reply– Route Maintenance

• RERR: Route ERRor



AODV: Flooding of RREQs IRoute discovery from S to T:

Nodes in mutual transmission range (bidirectional links)

Nodes that have already received RREQ

BA

E

F

H

C

G

DSource

Destination

S

T



AODV: Flooding of RREQs II

• RREQ is transmitted by broadcast– Received by all nodes in transmission range

BA

E

F

H

C

G

D

Broadcast

S

T

RREQ



AODV: Flooding of RREQs III

• Every node that receives RREQ forwards it by broadcast and increases the hop count– Of course S does not forward its own RREQ

• Intermediate nodes do not increase the sequence number in a RREQ when they forward it

– A source node increases the sequence number when it wants to build a new route for a specific destination

BA

E

F

H

C

G

D

S

T

RREQ

RREQ



AODV: Flooding of RREQs IV

• Nodes remember “from where” the RREQ was received– If multiple RREQ are received the one with the lowest hop count is

selected– Reverse path is constructed

BA

E

F

H

C

G

D

Constructed reverse path

S

T

RREQ

RREQ



AODV: Flooding of RREQs V

• Duplicate RREQ are detected by sequence numbers and discarded

BA

E

F

H

C

G

D


S

T

RREQ



AODV: Flooding of RREQs VI

• Destination T has received the RREQ– Complete reverse path from T to S has been constructed

BA

E

F

H

C

G

D

S

T

RREQ




AODV: Flooding of RREQs VII

BA

E

F

H

C

G

D

S

T

RREPRREP

RREP

RREP

RREQ


• Node T replies with RREP to S using reverse path– Each hop on reverse path can be directly addressed (no broadcast)



AODV: Flooding of RREQs VIII

BA

E

F

H

C

G

D

S

T

Constructed forward path


• Forward path from S to T is constructed– Can be used for data transport between S and T (bidirectional)

• Unused reverse path entries will be discarded after timeout



AODV Route Maintenance• RERR

– Wegbrechen von Routen• mit Hello Nachrichten erkannt werden

– Nach ‘Source’ Knoten– ‘Source’ Knoten baut neue Route auf

A B C D

E

RERRRERR



Zusammenfassung• Adhoc Nezwerke

– viele Anwendungen– Schnell aufbauen– Billiger– Selbsorganiziert

• Adhoc routing protokolle– Multi-hop Kommunikation– Flexibel– Effizient:

• Resourcen verbrauch



Contact

Visitors address:

Technische Universität IlmenauHelmholtzplatz 5Zuse Building, room 1032/1070D‐98693 Ilmenau

fon: +49 (0)3677 69 2819/4123fax: +49 (0)3677 69 1226e‐mail: mitsch, mehdi.harounabadi@tu‐ilmenau.de

www.tu-ilmenau.de/ics

Integrated Communication Systems GroupIlmenau University of Technology

Prof. Dr.‐Ing. habil. Andreas Mitschele‐ThielMSc. Mehdi Harounabadi

Documents

AdhocNetzwerke - tu-ilmenau.de€¦ · AdhocNetzwerke Mehdi Harounabadi Page 31 Integrated Communication Systems Group Contact Visitors address: TechnischeUniversitätIlmenau