lucrare de licenŢĂ -...
TRANSCRIPT
Universitatea Politehnica Bucureşti
Facultatea de Automatică şi Calculatoare
Departamentul de Automatică şi Ingineria Sistemelor
LUCRARE DE LICENŢĂ
Monitorizarea mediului folosind
tehnologia MANET. Protocoale
proactive vs. protocoale reactive
Absolvent
Cosmin Daniel Desagă
Coordonator
Ș.L.dr.ing. Ioan Ștefan Sacală
Bucureşti, 2013
II
Cuprins
1. Introducere ........................................................................................................................... 1
2. Wireless Sensor Network (WSN) .................................................................................... 3
2.1. Definirea conceptului de wireless sensor network .................................................. 3
2.2. Caracteristicile cheie ale rețelelor WSN ..................................................................... 4
2.3. Tipuri de rețele WSN .................................................................................................... 5
2.4. Trecerea de la WSN la CPS .......................................................................................... 8
3. Mobile Ad hoc NETworking (MANET) ....................................................................... 10
3.1. Istoria si definirea conceptului MANET .................................................................. 10
3.2. Caracteristicile tehnologiei MANET ........................................................................ 11
3.2.1. Rutarea ................................................................................................................... 11
3.2.2. Descoperirea serviciilor și resurselor ............................................................... 13
3.2.3. Conectarea la Internet și adresarea IP .............................................................. 14
3.2.4. Securitatea rețelei MANET ................................................................................ 16
3.3. Protocoale de rutare folosite în MANET ................................................................. 17
3.3.1. Protocoale proactive ............................................................................................ 18
3.3.2. Protocoale reactive .............................................................................................. 22
3.3.3. Protocoale hibride ............................................................................................... 28
4. Aplicabilitatea MANET................................................................................................... 31
4.1. Tehnologia VANET .................................................................................................... 32
4.2. Tehnologia iMANET .................................................................................................. 33
5. Studiu de caz: Protocoale proactive vs. Protocoale reactive ..................................... 35
5.1. Simulatorul ViSim ....................................................................................................... 35
5.2. Simulare și rezultate .................................................................................................. 37
6. Concluzii ............................................................................................................................ 45
6.1. Perspective viitoare ..................................................................................................... 45
7. Bibliografie ........................................................................................................................ 46
Anexă ....................................................................................................................................... 48
III
Lista figurilor
Figura 2.1. Consumul de energie întro rețea WSN ............................................................. 5
Figura 2.2. O privire de ansamblu a aplicațiilor WSN ....................................................... 8
Figura 2.3. Model de arhitectură CPS ................................................................................... 9
Figura 3.1. Rețea de telefonie vs rețea mobilă ad hoc ...................................................... 10
Figura 3.2. Tabela de rutare a nodului A în funcție de tipul de rutare .......................... 12
Figura 3.3. O privire de ansamblu asupra arhitecturilor de descoperire a serviciilor si resurselor ....13
Figura 3.4. Conectarea la internet a protocoalelor MANET ............................................ 14
Figura 3.5. Conectarea la Internet folosind translatarea adreselor de retea (NAT) ..... 16
Figura 3.6. Privire de ansamblu asupra protocoalelor de rutare MANET .................... 18
Figura 3.7 Stabilirea conexiunii cu ajutorul DSR .............................................................. 26
Figura 3.8 Stabilirea conexiunii cu ajutorul AODV .......................................................... 27
Figura 4.1. Componentele necesare comunicațieie VANET ........................................... 32
Figura 4.2. Un model de topologie iMANET .................................................................... 34
Figura 5.1. Interfața simulatorului ViSim .......................................................................... 35
Figura 5.2. Algoritmul de funcționare al ViSim ................................................................ 36
Figura 5.3. Scenariile de testare ........................................................................................... 38
Figura 5.4. Throughput vs. Timp ....................................................................................... 39
Figura 5.5. Goodput (pachete) ............................................................................................. 40
Figura 5.6. Goodput (octeți) ................................................................................................. 41
Figura 5.7. Routing Load (pachete) ..................................................................................... 42
Figura 5.8. Routing Load (octeți) ......................................................................................... 43
IV
Lista tabelelor
Tabelul 2.1. O comparație între diferite tipuri de rețele wireless cu senzori ................. 6
Tabelul 3.1. Caracteristici generale ale protocoalelor de rutare proactive ................... 19
Tabelul 3.2. Compararea complexității protocoalelor de rutare proactive .................. 20
Tabelul 3.3. Caracteristici generale ale protocoalelor de rutare reactive ...................... 24
Tabelul 3.4. Compararea complexității protocoalelor de rutare reactive ..................... 25
Tabelul 3.5. Scenariu AODV ............................................................................................... 28
Tabelul 3.6. Caracteristici generale ale protocoalelor hibride ........................................ 29
Tabelul 3.7. O comparare complexă a protocoalelor hibride ......................................... 29
Tabelul 5.1 Parametrii de simulare .................................................................................... 37
V
Abrevieri
ACK – Acknowledgment
AODV – Ad hoc On-Demand Distance Vector
CPS – Cyber Physical System
DAD – Duplicate Adress Detection
DARPA – Defense Advanced Research Projects Agency
DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol
DNS – Domain Name System
DSDV – Destination-Sequenced Distance Vector
DSR – Dynamic Source Routing
GPS – Global Positioning System
GSR – Global State Routing
IETF – Internet Engineering Task Force
IP – Internet Protocol
MAC – Media Access Control Address
MANET – Mobile Ad hoc NETworking
MEMS – MicroElectroMechanical Systems
NAT – Network Adress Translation
OLSR – Optimized Link State Routing
PAN – Personal Area Network
QoS – Quality of Service
TBRPF – Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding
TCP – Transmission Control Protocol
UDP – User Datagram Protocol
UPnP – Universal Plug and Play
WRP – Wireless Routing Protocol
WSN – Wireless Sensor Network
ZRP – Zone Routing Protocol
1
1. Introducere
O rețea mobilă ad hoc (MANET) este o rețea nestructurată de noduri wireless
mobile ce folosesc protocoale ad hoc pentru a comunica între ele [1]. . Rețelele
MANET nu au la bază o infrastructură fixă ca alte tipuri de rețele wireless, topologia
acestora se poate modifica dinamic fără a ști cu exactitate poziția viitoare a unui nod.
Rețelele MANET au la baza rețelele structurate wireless (WSN), prezentate
pe larg in Capitolul 2 al acestei lucrări. O rețea WSN poate fi definită ca „o rețea de
dispozitive, numite noduri, ce pot percepe mediul în care funcționează și pot
transmite informația prelevată de la mediul monitorizat prin legături wireless.
Informațile sunt transmise mai departe, chiar și prin mai multe hop-uri, către un
centru de monitorizare care le poate folosi local sau transmite mai departe, prin
gateway, către alte rețele. Nodurile pot fi staționare sau nu, conștiente sau nu de
poziția lor geografică și pot fi omogene sau nu” [2].
Inițial, asa cum este prezentat și în Capitolul 3, rețelele MANET au fost
gândite ca rețele stand-alone, utilizate pentru comunicații temporare precum:
conferințe, operațiuni de salvare sau misiuni militare. Într-o manieră diferită de
rețelele tradiționale IP, toate nodurile rețelelor MANET comunică folosind legături
multi hop și participă în mod egal și activ la crearea și actualizarea tabelelor de
rutare necesare folosirii aceluiași protocol ad hoc. Folosirea tabelelor de rutare face ca
nodurile MANET să se difere de noduri tradiționale de rețea prin faptul ca ele
acționează atât ca nod de rețea cât și ca router. Acest comportament este necesar
datorită lipsei unei topologii fixe.
Așa cum veți descoperi și în Capitolul 4, rețelelor MANET le-au fost găsite
nenumărate întrebuințări: pornind de la sectorul Militar până la crearea metodelor de
entertainment. De asemenea, datorită interesului crescut al utilizatorului de a avea
acces la Internet prin intermediul wireless-ului, a devenit iminentă integrarea
rețelelor MANET cu rețelele cu fir Internet. Astfel, pentru a integra tehnologia
MANET cu necesitățile utilizatori-lor a apărut tehnologia iManet (Internet-based
Mobile ad hoc NETworking). iMANET poate fi definită ca o tehnică ce combină
MANET cu Internet pentru a oferi acces la informațiile necesare tuturor.
Principalele tipuri de protocoale de comunicație folosite în rețelele MANET
sunt: protocoalele proactive și protocoale reactive. Protocoalele de rutare proactive,
precum DSDV, oferă un răspuns rapid la schimbările de topologie prin păstrarea în
tabele de rutare a tuturor rutelor prezente în rețea. Pe de altă parte, protocoalele
reactive, AODV si DSR, nu păstrează informații despre rutele din rețea, ele efectuând
cereri de rută doar atunci când au nevoie. În teorie, protocoalele reactive reduc
semnificativ traficul din rețea prin reducerea pachetelor de rutare necesare
2
actualizării tabelelor de rutare, dar au dezavantajul de a avea nevoie de o perioada
mare de timp pentru a descoperi rutele dintre sursă și destinație.
În Capitolul 5, mi-am propus să realizez o comparație a performanțelor
protocoalele proactive în raport cu cele ale protocoalelor reactive. Pentru aceasta am
folosit simulatorul ViSim, deoarece pe lângă avantajul de a oferi o interfață grafică
ușor de utilizat are la bază simulatorul ns2 și ActiveTCL. Folosirea ActiveTcl face
posibilă rularea simulărilor pe sisteme de operare Windows. În urma rezultatelor
obținute voi clasifica cele 3 protocoalele comparate – AODV, DSR și DSDV – în
funcție de tipul de mediu în care se obțin cele mai bune performanțe.
3
2. Wireless Sensor Network (WSN)
2.1. Definirea conceptului de wireless sensor network
În ultimi ani, o dată cu apariția tehnologiei MEMS, care a facilitat dezvoltarea
de senzori inteligenți, mici, ieftini în comparație cu cei tradiționali și cu capacități
limitate de calcul și procesare, lumea a început să observe avantajele folosirii rețelelor
wireless cu senzori.
Nodurile unei rețele cu senzori sunt echipamente eficiente din punct de
vedere energetic, dotate cu unul sau mai mulți senzori, un procesor, memorie, o
sursă de energie, o antenă radio și un microcontroller (folosit pentru a regla diferiți
parametri ai senzorilor, a deplasa senzorii sau a monitoriza consumul de energie
electrică). O varietate de senzori mecanici, biologigi, termali, chimici, optici sau
magnetici pot fi adăugați unui nod cu senzori pentru a putea preleva informații
despre mediul în care a fost amplasat. Deoarece nodurile cu senzori au capacitate de
memorie limitată și sunt instalate în locații greu accesibile, ele sunt prevăzute cu o
antenă radio pentru comunicații wireless cu ajutorul căreia transferă informațiile
către bază (un laptop/calculator, un accces point, un dispozitiv mobil, ș.a.). De cele
mai multe ori, bateriile reprezintă singura sursă de alimentare a unui nod cu senzori,
dar nu este exclusă, dacă mediul în care se face instalarea permite, adaugarea unei
surse alternative de energie precum un panou solar sau o eoliană. În funcție de sen-
zorii folosiți, microcontroller-ul poate fi încorporat sau nu în nodurile cu senzori.[4]
O rețea WSN poate fi definită ca „o rețea de dispozitive, numite noduri, ce
pot percepe mediul în care funcționează și pot transmite informația prelevată de la
mediul monitorizat prin legături wireless. Informațile sunt transmise mai departe,
chiar și prin mai multe hop-uri, către un centru de monitorizare care le poate folosi
local sau transmite mai departe, prin gateway, către alte rețele. Nodurile pot fi
staționare sau nu, conștiente sau nu de poziția lor geografică și pot fi omogene sau
nu” (Buratti et al., 2009).
În general, o rețea WSN are o infrastructură limitată sau deloc; este formată
din o multitudine de noduri cu senzori (de la câteva zeci de noduri la cateva mii) care
colaborează pentru a monitoriza o regiune în vederea obținerii de date asupra
mediului înconjurător. Putem vorbi de două tipuri de rețele WSN: structurate și
nestructurate. O rețea WSN nestructurată conține o „plasă” densă de noduri cu
senzori ce pot fi montați în teritoriu intro manieră ad-hoc. Ulterior, rețeaua este lăsată
să își indeplinească singură funcțiile de monitorizare și raportare. Din cauza
numărului mare de noduri dintr-o rețea WSN nestructurată, este dificilă realizarea
activităților de mentenanță precum managementul conexiunilor sau observarea
deconectărilor. În schimb, o rețea WSN structurată are toate, sau o mare majoritate a
nodurilor amplasate după un model prestabilit. Principalul avantaj al rețelelor WSN
4
structurate este că pot îndeplini aceleași funcții, acoperind aceeași suprafață, la un
cost mai mic de administrare și mentenanță. În această situație pot fi folosite mai
puține noduri deoarece ele sunt amplasate strategic astfel încât să acopere întreaga
zonă, în timp ce amplasarea ad hoc poate avea zone nesupravegheate.
2.2. Caracteristicile cheie ale rețelelor WSN
Spre deosebire de rețelele ad hoc clasice, rețelele wireless cu senzori (WSN)
diferă prin următori factori [6]:
numărul de noduri dintr-o rețea WSN este mai mare;
nodurile cu senzori sunt instalate dens și de obicei în medii dificile;
nodurile cu senzori au o durată de viață limitată;
topologia rețelei se poate schimba frecvent;
WSN transmite informațiile prin broadcast în timp ce rețelele ad hoc
folosesc transmisie point to point;
rețelele WSN au resurse limitate (energie electrică, rază de acoperire);
rețelele wireless cu senzori nu au un ID global.
Realizarea unei rețele wireless cu senzori este influențată de anumite
elemente precum [2]:
1. Eficiență - abilitatea de adaptare la pierderile de conexiune fără a afecta
întreaga rețea. Eficiența poate fi calculată folosind urmatoarea ecuație:
𝑅𝑘 𝑡 = 𝑒−𝜆𝑘𝑡 (2.1)
unde: 𝑅𝑘 – este eficiența, 𝜆𝑘 – este rata de deconectări a nodului, t
perioada de timp.
2. Scalabilitatea - reprezintă capacitatea rețelei de a își modifica numărul
de participanți; scalabilitatea consideră densitatea rețelei un factor
important pentru a putea estima numărul de noduri necesare
acoperirii unei anumite zone. Densitatea poate fi calculată astfel:
𝜇 𝑅 = 𝑁𝜋𝑅2
𝐴 (2.2)
unde: N – numărul de senzori, R – raza de acoperire a senzorilor, 𝜇 𝑅
este funcția de densitate pentru a calcula numărul de senzori necesari
cunoscând raza de acoperire R, A – zona de funcționare.
3. Costurile de implementare și producție.
4. Limitările hardware - senzorii, procesorul, memoria, sursa de energie,
antena radio, microcontroller și uneori sursa de alimentare alternativă
(panou solar, eoliană ș.a.)
5. Energia consumată - în rețelele WSN există 3 consumatori:
a. Senzorii: o cantitate fixă de energie;
b. Comunicarea datelor: o mare parte din energie este folosită la acest
pas împreună cu activitatea de pornire a dispozitivului pentru a
iniția transmisia. Tensiunea de pornire poate fi calculată astfel:
𝑃𝑐 = 𝑁𝑇 𝑃𝑇 𝑇𝑂𝑁 + 𝑇𝑆𝑇 + 𝑃𝑂𝑈𝑇 ∗ 𝑇𝑂𝑁 + 𝑁𝑅 𝑃𝑅 𝑅𝑂𝑁 + 𝑅𝑠𝑡 (2.3)
5
unde: 𝑃𝑇 și 𝑃𝑅 sunt puterea consumată de transmisie și recepție,
𝑃𝑂𝑈𝑇 puterea consumata de antena de transmisie, 𝑇𝑂𝑁 și 𝑅𝑂𝑁
timpul de pornire a antenei, 𝑇𝑆𝑇 și 𝑅𝑆𝑇 durata de inițializare a
transmisiei/recepției, 𝑁𝑇 și 𝑁𝑅 numărul de porniri pe unitatea de
timp a transmisiei și recepției, care depinde de task-uri și MAC.
c. Procesarea datelor: puterea consumată de procesarea datelor este
mult mai mică decât cea consumată în timpul comunicării
datelor.
F
Figura 2.1. Consumul de energie întro rețea WSN[6]
Pe lângă factori menționați mai sus, creerea rețelelor WSN este influențată și
de factorii ce influențiază rețelele WAN: securitatea, tipul de rețea, viteza de
transmitere, capacitatea de auto-organizare, calitatea servicilor (QoS), rutarea,
modelarea, dimensiunea și aplicațiile rețelei.
2.3. Tipuri de rețele WSN
Rețelele wireless actuale sunt instalate pe sol, în subteran și în apă. În funcție
de mediul în care acționează, rețelele senzoristice sunt nevoite să facă față
provocarilor si constrângerilor impuse de acesta. În momentul de față, așa cum se
poate observa și în Tabelul 2.1, există cinci tipuri diferite de rețele WSN: WSN
terestru, WSN subteran, WSN subacvatic, multi-media WSN și WSN mobil.
Rețelele wireless terestre cu senzori sunt formate, de obicei, din sute sau mii
de noduri wireless cu senzori, amplasate fie întro zonă dată, fie intr-un mod ad-hoc
sau după un plan prestabilit. În cazul răpândirii lor într-o manieră ad-hoc, pot fi pur
și simplu aruncate la întâmplare dintr-un avion în aria în cauză. În cazul montării lor
structurate, vom avea o schemă optimă de amplasare în format 2D sau 3D.
Comunicarea eficientă este extrem de importantă în rețelele wireless terestre
cu senzori: nodurile trebuie să fie capabile să transmită informații printr-un mediu
aglomerat dar și să conserve energie. Capacitatea energetică a bateriilor este limitată,
iar bateriile s-ar putea să nu fie reîncărcabile, fapt ce determină administratorii
rețelelor să considere alimentare și cu energie alternativă, cum ar fi panourile solare,
Alimentare Energia
electrică
Transmițător
Procesor
Memorie
Senzori
Localizare
Mobilitate
6
WSN terestru WSN subteran WSN subacvatic Multimedia WSN WSN mobil
Definiție Rețea alcătuită din sute sau
mii de noduri wireless cu
senzori instalate pe sol
Rețea alcătuită din noduri
wireless cu senzori instalate
în mine, pesțeri sau în
pământ
Rețea formată din senzori
wireless si vehicule
acvatice instalate în
ocean.
Rețea alcătuită din noduri
wireless cu senzori ce au
capacitatea de a stoca,
prelucra și să înregistreze
date multimedia (video,
audio și imagini)
O rețea alcătuită din noduri
wireless cu senzori mobili ce
au abilitatea de a se deplasa
Provocări Agrearea datelor în rețea
pentru a îmbunătății
performanțele
comunicării, consumului
de energie și întârzierii
Minimizarea consumului
de energie
Reducerea traficului de
date
Determinarea rutei
optime
Distribuirea consumului
de energiei
Păstrarea conexiunii la
rețea
Eliminarea redundanței
Costuri mari de instalare și
mentenanța
Bateriile nu pot fi înlocuite
cu ușurință
Schimbările topologiei se
realizează doar cu o
planificare prealabilă
Nivel mare de atenuare a
semnalului
Pierderi dese de semnal
Dispozitivele sunt distruse
de animale
Senzori acvatici sunt
foarte scumpi
Datorită efectelor apei
(ex. coroziunea) apar
defecte hardware
Bateriile nu pot fi
înlocuite cu ușurință
Lațime de bandă
limitată
Întârzieri mari de
propagare a semnalului,
latență mare și
probleme de
interferențe
Procesarea, filtrarea si
compresia datelor
Consum mare de energie
și trafic
Instalare bazată pe
echipamente multimedia
Necesită integrarea mai
multor tehnici wireless
QoS e foarte greu de
menținut datorită
întârzie- rilor și
capacitații legăturilor
Controlul și navigarea
nodurilor mobile
Auto-organizarea
Localizarea
Minimizarea consumului
de energie
Menținerea conectivității
Procesarea datelor în rețea
Managementul mobilității
Minimizarea consumului
de energie necesar mișcării
Menținerea unei arii fixe
de acoperire
Aplicații Monitorizarea mediului
Monitorizare industrială
Explorarea solului
Monitorizarea agriculturii
Monitorizarea structurilor
subterane
Monitorizarea resurselor
subtirane precum apa,
petrolul sau minerale.
Monitorizarea granițelor
Monitorizarea poluării
Explorarea subacvatică
Prevenirea dezastrelor
ecologice
Monitorizare seismică
Roboți subacvatici
Folosit in aplicații de
supraveghere și urmărire.
Monitorizarea mediului
Monitorizarea habitatelor
Survolare militară
Urmarirea țintelor
Căutare și salvare
Tabelul 2.1 O comparație între diferite tipuri de rețele wireless cu senzori[5]
7
o soluție foarte bună. Într-o rețea terestră WSN, energia poate fi conservată utilizând
metode precum rute optime multi-hop, perioade scurte de transmisie, agrearea
datelor în rețea, eliminarea repetării transmisiei, minimizarea întârzierilor și folosind
operații foarte mici.
Rețelele WSN subterane funcționează prin amplasarea unui număr de noduri
cu senzori în subteran, sau eventual în peșteri sau mine, și sunt folosite pentru
monitorizarea condițiilor din diverse medii subterane. Noduri de legătură sunt
necesare la suprafață pentru a transmite informația de la aceste noduri cu senzori la
centrul de monitorizare. O rețea subterană este mult mai scumpă decât o rețea
supraterana din punctul de vedere al echipamentelor, al instalării și al mentenanței.
Nodurile wireless cu senzori subterane sunt mai scumpe deoarece sunt necesare
componente speciale care să asigure comunicarea prin sol, apă, rocă sau orice alt tip
de mineral. Spre deosebire de o rețea terestră, rețeau subterană necesită în prealabil o
planificare mult mai costisitoare deoarece o dată instalate, nodurile nu mai pot
beneficia de schimbarea poziției, bateriei sau altor elemente. De asemenea, în timpul
planificării trebuie ținut cont și de atenuările de comunicație și pierderile de semnal.
Astfel, pentru a conserva energia necesără prelungirii duratei de funcționare a
echipamentelor se recomandă implementarea unor protocoale de comunicație
eficiente.[5]
WSN-urile subacvatice sunt alcătuite dintr-un număr de noduri wireless cu
senzori și unele dispozitive submersibile. Spre deosebire de rețelele terestre, cele
subacvatice sunt mult mai costisitoare din punct de vedere financiar și sunt alcătuite
din mai puține noduri wireless. De cele mai multe ori, comunicația wireless
subacvatică se realizează prin intermediul undelor acustice care au o lațime de banda
limitată, întârzieri mari în propagare și pierderi serioase de semnal. În același timp,
rețelele wireless cu senzori subacvatice sunt nevoite să se auto-configureze și să se
adapteze la intemperiile provocate de mediul subacvatic. [7]
Dorința de a monitoriza și urmări diferite evenimente în format multimedia
ca video, audio sau imagini, a dus la apariția rețelelor WSN multimedia [8]. Acestea
sunt alcătuite din senzori ieftini și echipați cu camere și microfoane. Senzorii sunt
instalați într-o manieră pre-planificată pentru a putea asigura acoperirea întregii
zone și pentru a efectua cu usurință operațiile de prelucrare, de procesare și de
compresie a datelor. Principalele probleme întâmpinate în utilizarea acestui tip de
rețele sunt: necesitatea unei lațimi de bandă mari, consum mare de energie, tehnici
de compresie și prelucrare a datelor și un design pe mai multe nivele.
Rețelele WSN mobile, despre care vom vorbi mai pe larg în capitolul
următor, sunt formate dintr-o colecție de noduri wireless cu senzori care se pot
deplasa după bunul plac și pot interacționa cu mediul în care sunt instalate. Nodurile
mobile au numeroase avantaje printre care abilitatea de a comunica precum nodurile
statice, abilitatea de a se repoziționa și organiza singure în rețea. O rețea mobilă WSN
8
poate începe prin simpla instalare a câtorva dispozitive într-o zonă restransă, acestea
urmând să se împraștie pentru a preleva cât mai multe informații despre zona
monitorizată. Când se află în aria de acțiune a unui nod mobil vecin, nodul mobil
poate trimite toate informațiile strânse acestuia, astfel informațiile pot ajunge mai
rapid la centrul de monitorizare. Celelalte tipuri de rețele wireless folosesc ca metoda
de comunicație rutele statice și broadcast-ul, în timp ce WSN mobil folosește rutarea
dinamică. Principalele provocări ale acestor rețele sunt reprezentate de instalare,
localizare, auto-organizare, controlul navigației, energia folosită, mentenanța și
procesarea datelor.
Figura 2.2 O privire de ansamblu a aplicațiilor WSN[5]
Spre deosebire de alte rețele, WSN-urile au fost create pentru aplicații de
monitorizare a mediului, supraveghere a rețelelor, monitorizare a mașinilor
industriale, urmarirea țintelor militare și nu numai (vezi Figura 2.2). Fiecare aplicație
diferă prin funcționare și cerințe ceea ce crează noi dezvoltări de: protocoale de
comunicație, algoritmi și servicii.
2.4. Trecerea de la WSN la CPS
Cyber physical system (CPS) a apărut recent ca o soluție promițătoare ce
ajută la interacțiunea om-om, om-mașină, mașină-mașină atât în lumea reală cât și în
cea virtuală. CPS realizează legătura între lumea virtuală (informații, comuncații,
inteligență virtuala ș.a.) și lumea fizică prin folosirea de senzori și controlere [10].
Mai exact, CPS este alcătuit dintr-o multitudine de senzori statici și/sau mobili și
controlere de rețea aflate sub managementul unui sistem inteligent de decizie și
control. Chiar dacă se va efectua trecerea la CPS, problemele legate de: formarea
Rețea de senzori
Urmărire Monitorizare
Militare Urmărirea inamicilor
Habitat Urmărirea animalelor
Business Urmărirea oamenilor
Publice Urmărirea traficului
Urmărirea mașinilor
Militare Detectarea breșelor
de securitate
Habitat Monitorizarea animalelor
Business Inventariere
Publice/Industriale Monitorizare structuri
Monitorizare fabrici
Monitorizare mașini
Monitorizare chimicale
Sănătate Monitorizarea
pacienților
Mediu Monitorizarea mediului
(vremea, temperatura)
9
rețelei, managementul rețelei și a energiei consumate, mobilitatea și securitatea
rețelei vor ține în continuare de WSN. În schimb trecerea la CPS va aduce noi
funcționalitați precum cooperarea senzorilor pentru a stabili un domeniu de funcțio-
nare, un sistem eterogen de transfer a informației prin rețea și un sistem inteligent de
decizie. Conceptul de cyber physical system este ilustrat în Figura 2.3 [10].
Figura 2.3 Model de arhitectură CPS
De exemplu, un CPS poate fi folosit pentru management-ul unei case ecologi-
ce prin instalarea mai multor rețele WSN [11]. Fiecare rețea WSN va fi alcătuită din
mai mulți senzori și controlere ce vor pune bazele unui sistem de control al
climatului. Sistemul de control al climatului va fi alcătuit din mai multe subsisteme
cu funcții specifice de control a: luminii, încălzirii, ventilăției, umidității și nivelulului
de CO2. Pentru a putea controla toate acestea va fi nevoie de un sistem de prelevare
a informațiilor legate de nivelul fiecăreia valori ce se dorește a fi controlată. Sistemul
de decizie va compara aceste date cu cele predefinite și va trimite comenzi către
controlere pentru a menține acești paramatrii în valorile optime.
10
3. Mobile Ad hoc NETworking (MANET)
3.1. Istoria și definirea conceptului MANET
Originile retelei mobile adhoc se regăsesc în proiectul DARPA – Packet
Radio Network – din 1972; cercetarea în domeniu a continuat ulterior întrun ritm
alert în sistemul militar, iar în 1990, odată cu raspândirea tehnologiei wireless și
creerea de către IETF a grupului Mobile Ad Hoc Networking, tehnologia MANET a
fost preluată și de laboratoarele de cerecetare din domeniul wireless. Deoarece
tehnologia MANET nu necesită o infrastructură fixă și este ușor de adaptat la medii
ostile și dezorganizate a fost folosită cu succes de către armată, poliție și agențiile de
salvare. În prezent, cercetătorii în domeniu lucrează activ la implementarea
tehnologiei și respectivelor sale aplicații, în medii variate, de la servicii de urgență
(operațiuni de salvare, facilitarea comunicării între doctori și asistente in spitale) și
educație până la rețele private și entertainment.
Figura 3.1. Rețea de telefonie vs rețea mobilă ad hoc
Spre deosebire de rețelele wireless, în care fiecare utilizator este conectat la
un acces point sau un router, o rețea mobilă ad hoc, sau MANET, nu are nevoie de o
infrastructură fixă (Figure 3.1) [12]. Rețelele MANET au la bază un sistem autonom
tranzitoriu de noduri mobile care comunică între ele folosind conexiuni wireless.
Nodurile aflate unul în aria celuilalt de transmisie pot comunica direct și sunt
responsabile de descoperirea dinamică reciprocă. Pentru a putea stabili o conexiune
între două noduri aflate la distanță, nodurile intermediare funcționează ca un router
ce transmite pachetele generate de alte noduri la destinație. Toate aceste noduri sunt
alimentate prin baterii – astfel ele depind de capacitatea energetică a acestora. Pe de
alta parte, dispozitivele sunt libere să se alăture și să părăsească rețeaua oricând și se
pot deplasa aleatoriu, rezultând modificări rapide și neașteptate de topologie. În
acest mediu multi-hop, dinamic, distribuit, limitat de energie și în absența unei
11
infrastructuri fixe sau a unei administrații centrale, nodurile sunt nevoite să se
adapteze dinamic pentru a putea oferi funcționalitățile necesare rețelei.
Complexitatea și caracteristicile acestor rețele – autonome și fără
infrastructură, dependente de capacitatea energetică și lățimea de bandă care variază
in funcție de conexiune, cu o topologie dinamică și folosind rutarea multi hop – au
impus o multitudine de restricții în design-ul protocoalelor de rutare pe lângă
problemele tradiționale ale rețelelor wireless.
În ciuda tuturor limitărilor de design, rețelele MANET oferă numeroase
avantaje precum folosirea în medii lipsite de o infrastructură fixă, sigură, rentabilă
sau cu cost minim. Datorită abilităților de auto-creere, auto-organizare și auto-
administrare rețelele mobile ad hoc pot fi instalate rapid, fără o planificare inițiala și
fără a necesita intervenții majore din partea utilizatorilor. În același timp, rețelele
MANET pot fi atașate infrastructurilor deja existente, respectiv cea de Internet, de
telefonie mobilă sau a serviciului global de localizare (GPS). Datorită razei de
acțiune, consumului de energie și lățimii de bandă, rețeaua mobilă ad hoc își poate
extinde aria de acoperire și de acțiune folosind infrastructurile pre-existente. Astfel
ele pot contribui cu succes la creere de medii computerizate caracteristice arhitecturii
4G, care permit utilizatorilor să acceseze informații, să efectueze diverse task-uri și să
comunice oricând, oriunde și folosind orice dispozitiv disponibil. [12]
3.2. Caracteristicile tehnologiei MANET
Așa cum am menționat mai sus, principalele caracteristici ale tehnologiei
MANET au provocat numeroase dificultăți în proiectarea nivelelor protocoalelor de
rutare. Nivelul fizic trebuie să facă față schimbărilor rapide ale caracteristicilor
conexiunii. În ceea ce privește nivelul MAC (media acces control), acesta trebuie să
medieze diferite canale de comunicare, să minimizeze posibilitatea de coliziune între
pachete și să descopere dispozitivele ascunse sau expuse. De asemenea, la nivelul
rețea, nodurile trebuie să comunice și să calculeze cea mai bună rută spre destinație.
E necesar ca nivelul transport să rezolve problema pierderi pachetelor și întârzierilor
aferente ce sunt foarte diferite de cele din rețelele cu fir. In cele din urmă, nivelul
aplicație se va confrunta cu probleme legate de reconectare și deconectare. Pe lângă
asta, toate protocoale dezvoltate trebuie să fie compatibile cu cele tradiționale și să
aibă in vedere diverse probleme de securitate.
3.2.1. Rutarea
Protocoalele de rutare trebuie să fie extrem de eficiente in stablirea căilor de
comunicații între noduri, din cauza topologiei multi-hop ce se modifica frecvent
datorită moblității; și asta fără sa cauzeze supraîncărcarea rețelei sau a procesorului
device-ului ce are o capacitate energetică limitată. Numeroase soluții au fost propuse
12
catre IETF pentru standardizare, între care protocoalele proactive, reactive și cele
hibride. Protocoalele proactive incearcă să mențină o tabelă de rutare cu toate
nodurile care s-au connectat la rețea; astfel, ele necesită o actualizare a tabelei de
rutare periodică și de fiecare dată când un nod se alătură sau părăsește rețeaua.
Practic, acest tip de protocoale este versiunea adaptată – la cerințele dinamice ale
rețelelor mobile ad-hoc – a protocoalelor tradiționale linkstate sau distance vector
întâlnite în rețelele cu fir. Cu toate acestea, nu este necesar ca un nod să cunoască o
rută către toate destinațiile, ci doar ruta către nodurile direct connectate. Astfel au
fost implementate protocoalele de rutare reactive care creează o tabelă de rutare
alcătuită doar din conexiunile directe. Intrările din tabela de rutare sunt actualizate și
menținute doar pe durata comunicării dintre cele două noduri. Protocoalele hibride
folosesc un amestec de caracteristici reactive și proactive după cum urmează: rutele
apropiate sunt updatate proactiv, în timp ce cele îndepărtate sunt create reactiv.
Figura 3.2. Tabela de rutare a nodului A în funcție de tipul de rutare
În urma simulărilor realizate, s-a descoperit existența unei relații cauzale
între performanțele protocoalelor de rutare – în materie de pierdere a pachetelor,
13
întârzieri și congestii – și limitările rețelei precum traficul, mobilitatea, densitatea și
numărul nodurilor.
3.2.2. Descoperirea serviciilor și resurselor
Un nod al rețelei MANET poate avea, sau nu, cunoștințe despre capacitățile
și serviciile oferite de celelalte noduri. Astfel a fost implementat un mecanism pentru
descoperirea serviciilor și resurselor disponibile în rețea. Acest mecanism, important
pentru rețelele auto-configurabile, permite device-urilor să descopere automat
serviciile disponibile în rețea și să anunțe celelalte noduri de capacitățile proprii. Într-
o rețea MANET se pot regăsi servicii ca: capacitate de stocare, acces la baza de date,
imprimante, putere de calcul, acces la Internet ș.a.
Figura 3.3. O privire de ansamblu asupra arhitecturilor de descoperire a serviciilor si resurselor
Serviciul directory-less folosit împreună cu mecanismul pentru descoperirea
resurselor, în care nodurile reactive cer un serviciu doar atunci când au nevoie de
acesta, iar nodurile proactive anunță celelalte noduri de serviciile de care dispun,
pare o soluție atractivă în rețele fără infrastructură fixă (Figura 3.3.(a)). Alternativa
acestei soluții o reprezintă folosirea serviciului directory-based cu implicarea agenților
de directoare unde fiecare înregistrare și cerere de serviciu este rezolvată (Figura
14
3.3.(b)). Ultima soluție implică ca funcționalitatea să fie atribuită static sau dinamic
unui subset de noduri care să o actualizeze constant. Serviciile directory-based și
mecanismele de descoperire a resurselor actuale, precum UpnP sau Salutation, nu
sunt capabile să se adapteze la schimbările dinamice ale rețelei ad-hoc. În momentul
actual nu există nicio soluție fiabilă, dar implementarea acestor mecanisme trebuie să
se realizeze în strânsă legătură cu creerea protocoalelor de rutare și ținând cont de
caracteristicile specifice contextului (locație, vecinătate, profilul utilizatorului etc. ).
De asemenea, când rețelele ad-hoc sunt conectate la o infrastructură fixă (internet,
rețea de telefonie, etc.) sunt necesare protocoale și diverse metode pentru a integra
serviciile externe disponibile oferite de provideri deja existenți în rețeaua ad hoc. [12]
3.2.3 Conectarea la Internet și adresarea IP
Pentru a putea comunica între ele, nodurile rețelei mobile ad hoc au nevoie
de o adresă IP. În rețelele fixe ad hoc nu este obligatorie folosirea unei adrese IP, este
suficientă folosirea unei adrese MAC unice, dar, cum toate aplicațiile curente se
bazează pe TCP/IP sau UDP/IP viitoarele rețele MANET nu vor putea evita folosirea
adresarii IP dacă vor dori acces la protocoalele deja existente în Internet precum
protocolul de control al transmisiei (TCP) sau user datagram protocol (UDP). Din
păcate, din cauza mobilității, o metoda de organizare internă a adreselor IP ca cea din
rețelele Internet fixe este greu de menținut în rețelele mobile ad hoc, deci, este nevoie
de găsirea unor noi soluții pentru asignarea de adrese IP.
Figura 3.4. (a) Conectarea la Internet folosind IP-uri mobile; (b) Adresarea folosind subnet-uri
15
Una dintre soluții se bazează pe presupunerea că toate nodurile MANET au
deja asignată o adresă IPv4 sau IPv6 statică și unică la nivel global. Această metodă
rezolvă problema asignării de adrese IP, dar introduce o nouă problemă în cazul
comunicării cu rețelele fixe. Astfel, conexiunile de la și spre o rețea fixă se pot rezolva
folosind IP-uri mobile (Figura 3.4. (a)) [12] ce folosesc adresa IP alocată static ca
adresă de destinație a nodului (HoA). Tot traficul trimis către acest nod va fi primit de
o stație de destinație a nodului aflată în afara rețelei mobile(pasul 1), care va păstra
toate informațiile până când nodul, aflat in rețeaua ad hoc, va trimite adresa de
gateway a care-of-adress (CoA). După primirea adresei de gateway, se va realiza un
tunel de comunicație între stația destinație și dispozitivul mobil (pasul 2), astfel se va
realiza trimiterea tuturor informațiilor folosind protocoale de rutare ad hoc (pasul 3).
Pentru a trimite pachete în Internet este suficient ca dispozitivul mobil să cunoască
adresa gateway a CoA, iar pentru comunicare in rețeaua interna MANET se poate
folosi orice protocol ad hoc implementat. Principala problemă a acestei soluții o
reprezintă faptul că nodurile rețelei MANET au nevoie de un mecanism eficient de
deosebire a adreselor IP din rețea de cele aflate in exterior, dacă nu rețeaua va fi
încărcată cu mesaje inutile.
Asignarea aleatoare de adrese interne unice ar fi o altă soluție plauzibilă.
Aceasta metoda se va implementa prin folosirea unui mecanism cu ajutorul căruia
fiecarui nod i se va asigna aleatoriu, dintr-un spațiu mare de adrese, o adresă IP și
prin folosirea DAD (duplicate adress detection), tehnica ce asigură unicitatea adreselor
folosite în cadrul rețelei MANET. Folosirea unei tehnici DAD puternice va detecta
întotdeauna adresele duplicate, dar este greu de scalat în rețele mari, în timp ce
folosirea unei tehnici mai slabe va tolera prezența duplicatelor atât timp cât ele nu
comunică între ele. Dacă se dorește trimiterea de pachete spre device-uri aflate in
exteriorul rețelei MANET se poate folosi translatarea adreselor de rețea (NAT) , dar
vom avea în continuare o problema la stabilirea conexiunii atunci când un device din
exterior încearcă sa comunice cu un nod din rețea deoarece adresele IP sunt aleatoare
și se pot schimba destul de des. De asemenea, folosirea NAT este problematică atunci
când folosim mai multe adrese de gateway deoarece un nod MANET se poate muta
de la un gateway la altul și va primi o nouă adresă IP, fapt ce va întrerupe orice
conexiune existentă (Figura 3.5.).
O altă soluție posibilă poate fi asignarea unei adrese IP unice dintr-un singur
subnet (asemănător cu asignarea de adrese oferită de DHCP). Astfel când este
conectată la Internet, rețeaua ad hoc este vazută ca un subnet separat (Figura 3.4. (b))
ceea ce simplifică foarte mult diferențierea nodurilor externe de cele interne. Oricum,
nu există o soluție eficientă de alocare dinamică a adreselor IP care să facă față
metodelor de conectare și deconectare aleatoare a nodurilor la rețeaua ad hoc și să
aibă în vedere multitudinea de gateway-uri spre Internet.
Ceea ce vreau să subliniez este faptul că, cu toate că au fost descoperite multe
soluții de adresare IP și conectare la Internet, nici o metodă nu a fost adoptată până
16
acum. O noua abordare car folosește identitatea host-ului, în care rolul IP-ului este
doar de rutare nu și de adresare, în combinație cu DNS (dynamic name spaces) poate fi
o soluție fiabilă.
Figura 3.5. Conectarea la Internet folosind translatarea adreselor de retea (NAT) [12]
3.2.4. Securitatea rețelei MANET
Cum mediile wireless sunt vulnerabile la metodele de interceptare a
comunicație și cum rețelele ad hoc funcționează prin cooperarea reciprocă a
nodurilor, rețelele mobile ad hoc sunt, în mod intrinsec, expuse la numeroase atacuri
de securitate. Cele mai frecvente atacuri de securitate sunt atacurile pasive și cele
active; în timpul unui atac pasiv este interogat canalul de comunicație pentru a fi
descoperite informații importante – parole de acces la servere, detaliile cardurilor
bancare, conturi de administrare, ș.a. – în timp ce un atac activ implică conectarea
efectivă la rețea putând efectua operații de ștergere, modificare, replicare, redirectare
sau creare a protocoalelor de control și transmitere a pachetelor. Primul tip de atac
este aproape imposibil de detectat deoarece nu produce trafic în rețeau MANET, în
timp ce pentru atacurile active, în rețelele Internet, au fost implementate mai multe
tipuri de mecanisme împotriva atacurilor malițioase. Mecanismele bazate pe metode
de criptografiere – integritatea datelor, prevenirea autentificări în mesajele sursă, etc.
– sunt dificil de implementat individual deoarece în rețelele MANET nu există o
autoritate sigură și centrală care să distribuie certificatele de autentificare. În schimb,
dacă adaugăm și metode pentru descoperirea atacurilor și încercărilor de conectare la
rețea în mod ilicit, tehnicile preventive bazate pe criptografiere pot obține rezultate
satisfacătoare.
Problemele menționate mai sus sunt strâns legate de nodurile malițioase care
se conectează pentru a strica sau compromite rețeaua. De asemenea, mai există
problema nodurilor egoiste care nu participă la rutare și la trimiterea pachetelor spre
destinație. Acesta fenomen încalcă principiile rețelelor ad hoc care se bazează pe
17
strânsa colaborare a nodurilor pentru a mări durata de viață a bateriilor și lațimea de
bandă. Pentru a face față acestei probleme este necesar ca toate nodurile să participe
și să evite comportamentele egoiste. O primă soluție ar consta în detectarea nodurilor
egoiste și izolarea lor folosind un mecanism de supraveghere continuu care să
identifice comportamentele neadecvate pentru rețeaua ad hoc. Altă soluție
promițătoare constă în introducerea unui mecanism de taxare bazat pe modele
economice. Astfel, folosind bani virtuali, un nod care dorește să comunice va plăti
alte noduri pentru a deveni disponibile și pentru a avea acces la serviciile și metodele
lor de transmitere.
Se poate concluziona că multe rețele ad hoc pot funcționa parțial sau total
bazându-se pe o relație de încredere între participanți (ex. PAN), în timp ce altele au
nevoie de mecanisme de securitate, mecanisme de forțare a cooperării sau
mecanisme de taxare.
3.3. Protocoalele de rutare folosite în MANET
Resursele limitate ale tehnologiei MANET i-a determinat pe inginerii
responsabili cu îmbunătățirea funcțonalităților rețelei să proiecteze protocoale de
rutare eficiente și independente. De asemenea, pe lângă folosirea eficientă a
resurselor limitate oferite de rețelele mobile ad hoc, este necesar ca protocoale
implementate să se adapteze ușor la schimbările de rețea apărute – dimensiunea
rețelei, intensitatea traficului, partiționarea rețelei – și să ofere diferite nivele de QoS
necesare utilizatorilor și funcționării aplicațiilor.
În prima fază de implementare, inginerii de design au încercat utilizarea
celor două tipuri de algoritmi folosiți în rețelele clasice: link-state și distance vector.
Rutarea de tip link-state folosește broadcast-uri periodice în rețea pentru ca fiecare
nod să aibă tabela de rutare cu toate nodurile din rețea. Practic, la fiecare broadcast,
un nod trimite „costul” legăturilor dintre el și vecinii săi. Când un nod primește un
pachet de update își modifică tabela de rutare prin aplicarea algoritmului Dijkastra
(„shortest-path algorithm”) pentru a alege calea cea mai scurtă către fiecare nod. Pe
de altă parte, în rutarea distance-vector, pentru fiecare destinație x, fiecare nod i
păstrează un set de date 𝐷𝑖𝑗𝑥 format din distanțele dintre el și vecinii săi j. Un nod i
alege nodul k ca nod „next hop” pentru x doar dacă 𝐷𝑖𝑘𝑥 = 𝑚𝑖𝑛𝑗 𝐷𝑖𝑗
𝑥 , astfel alegându-
se și ruta cea mai scurtă între nod și destinație. După încercări repetate de
implementare, s-a observat ca metodele clasice de rutare nu funcționează
corespunzător în rețelele MANET de mari dimensiuni deoarece update-urile
periodice ocupă o mare parte din capacitatea de transfer a datelor, mărește
perioadele de pornire/oprire a transmisiei și necesită schimbarea periodică a surselor
de alimentare.
18
Pentru a rezolva problemele asociate cu algoritmi link-state și distance-vector
au fost implementate 3 tipuri de protocoale de rutare MANET: protocoale globale
sau proactive, protocoale reactive sau la cerere („on-demand”) și protocoale hibride.
O dată cu avansare tehnologică au fost implementate și protocoale bazate pe poziția
geografică, rutarea fiind asistată de GPS (Figura 3.6). Nodurile ce folosesc protocoale
de rutare proactive crează, la începutul conexiuni, o tabelă de rutare cu toate rutele
din rețea și o actualizează prin update-uri periodice. Pe de alta parte, protocoalele
reactive folosesc un mecanism de descoperire a rutelor doar atunci când nodurile
doresc să transmită. Protocoalele hibride sunt practic o combinație între protocoalele
proactive și cele reactive moștenind astfel caracteristici din ambele părți. Fiecare
protocol în parte folosește strategii diferite de rutare ceea ce duce la crearea de
structuri ierarhice (protocoalele hibride) sau structuri plate (Figura 3.6).
Figura 3.6 Privire de ansamblu asupra protocoalelor de rutare MANET
3.3.1 Protocoale proactive
Cum am menționat și mai sus, nodurile proactive își creează una sau mai
multe tabele de rutare cu informații despre toate nodurile din rețea. Protocoalele de
rutare din această clasă se deosebesc prin: numărul de tabele de rutare, frecvența de
actualizare a informațiilor de rutare, folosirea mesajelor de tip „hello” și existența
unor noduri centrale. Datorită acestor diferențe, fiecare protocol reacționează diferit
la schimbările topologiei. Transmiterea informaților de rutare este asemănătoare cu
mecanismul folosit pentru a descoperi și actualiza rutele. Oricum ar fi, este bine știut
faptul că protocoalele proactive generează mai mult trafic și congestii de rețea decât
alte clase de protocoale deoarece numărul de update-uri periodice crește direct
proporțional cu numărul nodurilor. Mai mult decât atât, acestea folosesc memorie
din abundență pentru a putea stoca tabelele de rutare. În (M. Abolhasan et al., 2004),
a fost realizată o comparație bazată pe performanțele diferitelor tipuri de protocoale
proactive. Rezultatele acestui studiu pot fi analizate în Tabelul 3.1 și Tabelul 3.2, cu
observația că metrica de perfomanță reprezintă cel mai rau caz posibil pentru fiecare
protocol în parte.
Protocoale de rutare ad hoc
Rutare plată Rutare ierarhică Rutare asistată
de GPS
Proactive Reactive
OLSR DSDV FSR AODV DSR DST ZRP DDR HSR GeoCast LAR DREAM GPSR
19
Tabelul 3.1 Caracteristici generale ale protocoalelor de rutare proactive
Protocol SR Numărul tabelelor de rutare Frecvența de updatare HM Noduri critici Caracteristici generale
DSDV P 2 Periodic și la cerere Da Nu Fără loop-uri
WRP P 4 Periodic Da Nu Fără loop-uri folosind informațiile
procesorului
GSR P 3 și o listă a vecinilor disponibili Periodic și local cu nodurile
vecine Nu
Nu Update-uri locale
FSR P La fel ca GSR Periodic și local cu nodurile
vecine Nu
Nu Controlarea frecvenței de update
STAR I 1 și 5 liste Condiționat, doar dacă
apar evenimente noi Nu
Nu Folosește LORA și/sau ORA.
DREAM P 1 Bazat pe mobilitate Nu Nu Controlează frecvența de update prin
mobilitate și distanță
MMWN I Păstrează o bază de date Condiționat, doar dacă
apar evenimente noi Nu
Da, manager de
localizare LORA și minimizează congestiile
CGSR I 2 Periodic Nu Da, clusterhead Clusterhead schimbă informațiile de rutare
HSR I 2 (tabelă link-state și
managementul locațiilor) Periodic în fiecare rețea Nu Da, clusterhead Congestii minimale și structură ierarhică
OLSR P 3 (rutare, vecini și topologie) Periodic Da Nu Reduce congestiile folosind MPR
TBRPF P 1 tabelă și 4 liste Periodic și diferențial Da Da, nod părinte Broadcast-ul cu uopdatarea topologiei sunt
trimise prin STP (spanning tree protocol)
SR = structura de rutare; P = plană; I = ierarhică; HM = mesaj de tip hello; LORA = „least overhead routing approach”; ORA = „optimum routing approach”ș
20
Tabelul 3.2 Compararea complexității protocoalelor de rutare proactive
Protocol Durata de acoperire Overhead de memorie Control overhead Avantaje/Dezavantaje
DSDV 𝑂 𝐷 ∙ 𝐼 𝑂 𝑁 𝑂 𝑁 Fără loop-uri/overhead mare
WRP 𝑂 ℎ 𝑂 𝑁2 𝑂 𝑁 Fără loop-uri/overhead de memorie
GSR 𝑂 𝐷 ∙ 𝐼 𝑂 𝑁2 𝑂 𝑁 Update-uri localizate/overhead de memorie mare
FSR 𝑂 𝐷 ∙ 𝐼 𝑂 𝑁2 𝑂 𝑁 Reduce control overhead/overhead de memorie mare, precizie
scazută
STAR 𝑂 𝐷 𝑂 𝑁2 𝑂 𝑁 Control overhead scăzut/overhead de memorie și procesare
DREAM 𝑂 𝑁 ∙ 𝐼 𝑂 𝑁 𝑂 𝑁 Reduce overhead-ul de control și memorie/necesita GPS
MMWN 𝑂 2𝐷 𝑂 𝑁 𝑂 𝑋 + 𝐸 Control overhead scăzut/management-ul mobilității și
mentenanța clusterului
CGSR 𝑂 𝐷 𝑂 2𝑁 𝑂 𝑁 Reduce overhead-ul de control/crearea și mentenanța clusterului
HSR 𝑂 𝐷 𝑂 𝑁2 ∙ 𝐿 + 𝑂 𝑆 +𝑂 𝑁/𝑆 + 𝑂 𝑁/𝑛
𝑂(𝑛 ∙ 𝐿)/𝐼 + 𝑂 1 /𝐽 Control overhead scăzut/management-ul locațiilor
OLSR 𝑂 𝐷 ∙ 𝐼 𝑂 𝑁2 𝑂 𝑁2 Control overhead scăzut/necesită informații despre 2 noduri
vecine.
TBRPF 𝑂 𝐷 sau 𝐷 + 2 în cazul
deconectărilor 𝑂 𝑁2 + 𝑂 𝑁 + 𝑂 𝑁 + 𝑉 𝑂 𝑁2 Control overhead scăzut/ overhead de memorie mare
1 = este transmis un număr fix de tabele de rurtare; V = numărul nodurilor vecine; N = numărul de noduri din rețea; n = numărul mediu de noduri logice din
cluster; I = intervalul mediu de updatare; D = diametrul rețelei; S = numărul de subneturi virtuale; h = înalțimea arborelui de rutare; X = numărul total de LM; J =
intervalul de înregistrare a nodurilor la stația home; L = numărul de nivele ierarhice.
21
Protocolul de rutare DSDV (Destination-Sequence Distance-Vector) a fost
unul dintre primele protocoale de rutare implementat de cercetătorii Perkins și
Bhagwat. Ca orice protocol de rutare de tip distance-vector, el are la bază algoritmul
Bellman-Ford. Fiecare nod păstrează o tabelă de rutare cu fiecare nod din rețea și
informații despre distanța dintre ele. Numărul de ordine (sequence number) al
pachetelor este folosit pentru a evita loop-urile și congestiile de date. Mai mult decât
atât, DSDV folosește două tipuri de update-uri periodice – full dump și incrementale.
Update-ul de tip full dump trimite întreaga tabelă de rutare vecinilor și poate
necesita mai multe pachete de date, în timp ce update-urile incrementale sunt mai
mici (de obicei sunt de marimea unui pachet de date), și sunt folosite pentru a anunța
doar schimbările din tabela de rutare. După ce rețeaua devine stabilă nu mai sunt
necesare update-uri de tip full dump ci sunt folosite doar update-uri incrementale.
Pe de altă parte, o rețea cu o mobilitate crescută va duce la update-uri de tip full
dump mai dese. De asemenea, acest protocol nu este potrivit pentru rețele de mari
dimensiuni deoarece o foarte mare parte din traficul de date va fi folosit pentru a
păstra tabela de rutare updatată.
În (Boukerche et al., 2011) este descris pe larg un mecanism random de
control al congestiei ce poate fi folosit de DSDV. Mecanismul R-DSDV constă în
transmiterea mesajelor de control folosind probabilitatea de distribuție a rutării.
Practic, un nod care este suprasolicitat poate direcționa conexiunea către o ruta liberă
sau mai puțin aglomerată. În general, protocolul DSDV trimite periodic mesaje de
update cu o probabilitate 𝑃𝑟𝑛 , chiar dacă există sau nu schimbări în rețea, în timp ce,
prin folosirea mecanismului R-DSDV, probabilitatea de transmitere a mesajelor este
𝑃𝑟𝑛 ,𝑢𝑝𝑑𝑎𝑡𝑒 pentru un nod n din rețea. Acest lucru poate reduce congestia, dar va crea
o întârziere în procesul de actualizare al tuturor nodurilor. În urma implementării
acestui mecanim, rata de transmitere a anunțurilor de rețea va fi 𝜌𝑛 = 𝐹𝑠𝑒𝑛𝑑 × 𝑃𝑟𝑛 ,𝑢𝑝𝑑 ,
unde 𝐹𝑠𝑒𝑛𝑑 reprezintă frecvența cu care un nod este lăsat să transmită datele. [13]
Murthy și Garcia-Luna-Aceves au propus protocolul de rutare wireless,
WRP, care asigură eliminarea loop-urilor de rețea și evitarea loop-urile temporare
folosind informațiile din trecut, dar necesită 4 tabele de rutare diferite. Folosirea unui
număr așa mare de tabele de rutare necesită din ce în ce mai multă memorie - cu cât
numărul nodurilor rețelei crește. De asemenea, un alt dezavantaj al WRP constă în
utilizarea mesajelor de tip hello pentru update-uri. Mesajele „hello” sunt trimise între
vecini chiar dacă nu au existat modificări în rețea, fapt ce ocupă o mare parte din
banda de transmisie și consumă foarte multă energie electrică (nodurile nu pot intra
în sleep mode pentru a conserva energia).
Un alt protocol proactiv este GSR (global state routing) și a fost introdus de
cercetătorii Chen și Gerla. GSR reprezintă o îmbunătățire a modului în care
informația este împărțită de către algoritmul Link State, mai exact reduce numărul
mesajelor de update prin restricționarea acestora doar între vecini. Fiecare nod din
rețea va avea astfel o listă cu vecinii și 3 tabele de rutare cu: topologia, next hop și
22
distanța din ele. În tabela topologiei se regăsesc informații despre starea legăturilor și
un indicator de timp (reprezintă durata, în ms, necesară stabilirii conexiunii), tabela
next hop conține o listă a vecinilor spre care se pot trimite mai departe mesajele, iar
tabela distanțelor păstrează informații despre cea mai scurtă rută dintre nod și
destinații variate.
La inițializarea conexiunii cu ajutorul protocolului GSR fiecare nod pornește
cu tabele de rutare și lista vecinilor goale, urmând să învețe informații despre vecini
din câmpul „sender” (inițiator) al pachetelor sosite. După realizarea tabelei topoligie
și calcularea celei mai bune rute către destinație, informațiile sunt impărțite între
vecini cu ajutorul broadcast-ului. Procesul de transmitere a tabelelor de rutare se
repetă periodic pentru ca fiecare nod să aibă o viziune completă asupra rețelei și
vecinilor săi. Procesul de updatare este destul de costisitor necesitând lățime de
bandă mare.
3.3.2 Protocoale reactive
Pentru a reduce overhead-urile frecvente din rândul protocoalelor proactive,
s-au pus bazele protocoalelor reactive care păstrează informații doar despre
conexiunile active. Pe scurt nodurile caută și stabilesc o conexiune cu un nod
destinație doar în cazul în care doresc să transmită informații. Mecanismul de
descoperire a rutei spre destinație conține următorii pași:
Pasul 1: Nodul sursă trimite prin toată rețeaua (broadcast) o cerere de
inițializare (ReqM) a transmisiei către nodul destinație;
Pasul 2: Când un nod ce cunoaște o rută spre destinație sau chiar nodul
destinație primesc ReqM, vor transmite un mesaj către inițiator
(RepM) prin care îl anunța ruta pe care poate transmite;
Pasul 3: Dacă mesajul RepM ajunge la destinație pe aceeași ruta atunci se
va stabili conexiune, dacă ruta este diferită se va relua procesul de la
pasul 1;
Pasul 4: Identificarea rutei va iniția procesul de transmitere a datelor;
Astfel timpul de descoperire al rutei, în cel mai rău caz posibil, va fi 𝑂 𝑁 + 𝑀 , unde
N – numărul nodurilor din rețea, iar M – numărul nodurilor din mesajul răspuns, iar
în cazul unei conexiuni bidirecționale, durata de descoperire a rutei va fi 𝑂 2𝑁 .
La rândul lor, protocoale reactive au fost clasificate în doua mari categorii: cu
rutarea adresei – fiecare pachet trimis conține ruta exactă ce trebuie urmată de la
început până la sfarșit – și rutare din nod în nod – fiecare pachet conține doar nodul
destinație și următorul nod. Protocoale reactive ce folosesc metoda cu rutarea adresei
au avantajul că nodurile nu sunt nevoite să păstreze informații despre toate
conexiunile active, ele doar trimițând mai departe pachetele în concordanță cu
informațiile din header-ul pachetului. Mai mult decât atât, nodurile nu sunt nevoite
să păstreze o conexiune activă cu vecinii prin mesaje redundante și periodice. Ca
23
orice alt tip de protocoale și acesta are minusurile sale, mai exact 2 dezavantaje
majore: în primul rând, cu cât numărul nodurilor intermediare dintr-o ruta este mai
mare cu atât șansele de a avea pierderi de conexiuni cresc. Pentru a explica mai bine,
vom considera 𝑃 𝑓 probabilitatea ca o ruta să se deconecteze cu 𝑃 𝑓 = 𝑝 ∙ 𝑛, unde p
este probabilitatea ca o legătură să se deconecteze iar n este numărul de noduri
intermediare din rută. Se poate observa că atunci când 𝑛 → ∞ și 𝑃 𝑓 → ∞ [13]. În al
doilea rând, creșterea nodurilor intermediare dintr-o ruta va determina creșterea
dimensiunilor pachetelui deoarece header-ul devine din ce în ce mai mare, fapt ce
face ca acest tip de rutare sa nu scaleze în rețele de mari dimensiuni cu un nivel
considerabil de multihop-uri și mobilitate. A doua categorie de protocoale, punct la
punct sau din nod în nod, au avantajul că rutele se pot adapta la schimbările
dinamice ale rețelelor MANET, deoarece fiecare nod își modifică tabela de rutare la
fiecare mesaj cu informații despre schimbările de topologie, astfel, folosind de fiecare
dată căi actualizate și mai bune spre destinație. Folosire rutelor actualizate nu
necesită operații suplimentare pe durata transmisiei. Dezavantajul principal al acestei
categorii constă în faptul că fiecare nod intermediar trebuie să stocheze și să
actualizeze informații despre fiecare rută existentă și informații despre vecinii săi.
Ca și în cazul protocoalelor proactive, în (M. Abolhasan et al., 2004), a fost
realizată o comparație a diferitelor tipuri de protocoale reactive. În Tabelul 3.3 se pot
observa caracteristicile generale ale fiecărui protocol, iar în Tabelul 3.4 este vorba de o
evaluare teoretică a performanțelor protocoalelor reactive. De menționat faptul că
metrica de perfomanță reprezintă cel mai rau caz posibil pentru fiecare protocol în
parte.
Unul dintre cele mai cunoscute protocoale de rutare reactive este „Dynamic
Source Routing” (DSR) , propus de Johnson et al. [22]. DSR are la bază un algoritm
de rutare la cerere/„on-demand” cu etape de descoperire și păstrare a rutei. A fost
gândit să micșoreze traficul consumat de controlul pachetelor prin eliminarea
mesajelor de actualizare periodice. Johnson [22] a împărțit problema rutării în două:
descoperirea rutelor și păstrarea rutelor. Astfel pentru ca un nod să comunice cu un
alt nod din rețea va trebui ca inițial să descopere o rută disponibilă ce o va folosi
până când vor apărea schimbări sau întreruperi.
În procesul de descoperire a rutei, nodul sursă trimite un pachet
CerereRută,pentru a identifica cea mai scurtă cale spre destinație. Fiecare nod care
primește Cererea, se va adauga în header-ul pachetului și va trimite, o singură dată,
pachetul mai departe; când nodul destinație primește un pachet de tip CerereRută
acesta va răspunde nodului destinație printr-un mesaj RăspunsRută transmis pe
aceeași cale. Nodul destinație va trimite câte un mesaj RăspunsRută pentru fiecare
mesaj CerereRută primit, iar nodului sursă îi revine obligația de a selecta calea cea
mai scurtă. Fiecare mesaj CerereRută conține un număr de ordine generat de nodul
sursă și în header conține calea urmată. Numărul de ordine al pachetului este folosit
pentru a preveni crearea loop-urilor și retransmiterea aceluiași pachet primit pe alte
24
Tabelul 3.3 Caracteristici generale ale protocoalelor de rutare reactive
Protocol SR Rute multiple Mesaje periodice Metoda de calculare a metrici Rutele sunt păstrate în Strategia de reconfigurare a rutei
AODV P Nu Da, mesaje hello Ruta actualizată și SP Tabelă de rutare Șterge ruta și apoi anunță inițiatorul sau
repară ruta local
DSR P Da Nu SP sau următoarea disponibilă
în cache-ul de rutare Cache-ul de rutare Șterge ruta și anunță inițiatorul
ROAM P Da Nu SP Tabelă de rutare Șterge ruta și incearcă să gasească o cale de
la el spre destinație
LMR P Da Nu SP sau următoarea disponibilă Tabelă de rutare Restabilirea conexiune și repararea rutei
TORA P Da Nu SP sau următoarea disponibilă Tabelă de rutare Restabilirea conexiune și repararea rutei
ABR P Da Da Asociere stransă sau SP Tabelă de rutare Broadcast de localizare
SSA P Nu Da Ruta stabilă cu semnalul cel
mai bun Tabelă de rutare Șterge ruta și anunță inițiatorul
RDMAR P Nu Nu Distanță relativă cea mai
scurtă sau SP Tabelă de rutare Șterge ruta și anunță inițiatorul
LAR P Da Nu SP Cache-ul de rutare Șterge ruta și anunță inițiatorul
ARA P Da Nu SP Tabelă de rutare Folosește o rută alternativă sau încearcă
până când este găsită una
FORP P Nu Nu Durata de expirare a rutei și
stabilitatea Tabelă de rutare
Are un flag-ul Flow_HandOff pentru a
folosi rute alternative
CBRP I Nu Nu Prima rută disponibilă Tabelă de rutare și
nodul cluster
Șterge ruta, anunță inițiatorul și repară local
ruta
SR = structura de rutare; P = plană; I = ierarhică; SP = shortest path
25
Tabelul 3.4 Compararea complexității protocoalelor de rutare reactive
Protocol Durata de DR Durata de MR CC [DR] CC [MR] Avantaje Dezavantaje
AODV 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝑁 𝑂 2𝑁 Adaptabil la schimbări de topologie Probleme de scalabilitate, întârzieri mari,
mesaje „hello”
DSR 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝑁 𝑂 2𝑁 Rute multiple Probleme de scalabilitate datorate rutării
adresei și întârzieri mari
ROAM 𝑂 𝐷 𝑂 𝐴 𝑂 𝐸 𝑂 6𝐺𝐴 Eliminarea problemei căutarii la infinit Necesită control mare al congestiilor în
rețele de mari dimensiuni
LMR 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝑁 𝑂 2𝐴 Rute multiple Bucle de rutare temporale
TORA 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝑁 𝑂 2𝐴 Rute multiple Bucle de rutare temporale
ABR 𝑂 𝐷 + 𝑃 𝑂 𝐵 + 𝑃 𝑂 𝑁 + 𝑅 𝑂 𝐴 + 𝑅 Rute stabile Probleme de scalabilitate
SSA 𝑂 𝐷 + 𝑃 𝑂 𝐵 + 𝑃 𝑂 𝑁 + 𝑅 𝑂 𝐴 + 𝑅 Rute stabile Probleme de scalabilitate, întârzieri mari în
timpul deconectărilor
RDMAR 𝑂 2𝑆 𝑂 2𝑆 𝑂 2𝑀 𝑂 2𝑀 Descoperirea rutei este localizată Folosirea broadcastului în situația în care nu
există o rută prioritară între noduri
LAR 𝑂 2𝑆 𝑂 2𝑆 𝑂 2𝑀 𝑂 2𝑀 Descoperirea rutei este localizată Folosește rutareai adresei și broadcastul
dacă nu are o rută prioritară
ARA 𝑂 𝐷 + 𝑃 𝑂 𝐷 + 𝑃 𝑂 𝑁 + 𝑅 𝑂 𝐴 + 𝑅 Pachete de control mici, congestii puține Broadcast datorat procesului de descoperie a
rutei
FORP 𝑂 𝐷 + 𝑃 𝑂 𝐷 + 𝑃 𝑂 𝑁 + 𝑅 𝑂 𝑁 + 𝑅 Folosirea unei metode de micșorare a
deconectărilor
Broadcast datorat procesului de descoperie a
rutei
CBRP 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝐵 𝑂 2𝑋 𝑂 2𝐴 Doar nodul cluster schimbă informațiile de
rutare Mentenanța clusterului;bucle temporale
DR = descoperirea rutei; MR = mentenanța rutei; CC = complexitatea comunicării; D = diametrul rețelei; N = numărul de noduri din rețea; A = numărul nodurilor
afectate; B = diametrul ariei afectate; G =nota maximă a ruterului; S = diametrul nodurilor din zona localizată; M= numărul de nodrui din zona afectată; X = numărul
de clustere; R = numărul de noduri din mesajul RăspunsRută; P = diametrul rutei directe parcursă de mesajul RăspunsRută; 𝐸 = numărul de mărgini ale rețelei
26
căi. Pentru a se realiza mai ușor conexiunile, protocolul folosește un cache al rutelor
extras din ruta sursă a fiecărui pachet. Astfel, dacă un nod intermediar primește un
mesaj CerereRută și are in cache informații despre ruta cerută va răspunde nodului
sursă cu un mesaj RăspunsRută, cu toate informațiile necesare. De asemenea, DSR
conține un mecanism ce permite trimiterea unui pachet de date în același timp cu
trimiterea mesajului de inițiere a conexiunii.
Figura 3.7 Stabilirea conexiunii cu ajutorul DSR[14]
În etapa de păstrarea a rutei, dacă un nod intermediar părăsește rețeaua
cauzând o întrerupere a conexiunii, nodul sursă va primi un mesaj EroareRută de la
nodul precedent celui ce a părăsit rețeaua. În această situație nodul sursă reia
procedura de descoperire a rutei, iar nodurile intermediare vor șterge din cache
informațiile despre existența rutei ce a generat un mesaj EroareRută.
In Figura 3.7 este ilustrat modul de funcționare al protocolului DSR în situația
în care nodul 1 dorește să transmită date nodului 15. Inițial nodul 1 transmite un
mesaj CerereRută către toți vecinii săi, care vor verifica dacă în cache există intrări cu
destinația dorită. Dacă nu vor găsi nimic în cache, fiecare vecin va trimite mai
departe (broadcast) mesajul vecinilor săi. Pentru a evita buclele, fiecare nod va
verifica numărul de ordine al mesajului CerereRută și îl va trimite mai departe doar o
singură dată. Nodul destinație, în cazul nostru nodul 15, va răspunde tuturor
mesajelor CererRută cu un mesaj RăspunsRută. După ce primește toate mesajele
RăspunsRută, nodul sursă va alege ruta cu cel mai scurt număr de hopuri; în cazul de
față 1-5-4-12-15. Dacă conexiunea dintre nodurile 4 și 12 se va întrerupe, nodul 4 va
trimite un mesaj EroareRută către nodul 1. Nodul 1 va reinițializa procedura de
descoperire a rutei prin transmiterea unui mesaj CerereRută, iar toate nodurile vor
șterge toate informațiile din cache cu privire la ruta întreruptă.
27
Protocolul AODV – Ad Hoc On-demand Distance Vector – face parte din
categoria protocoalelor reactive ce folosesc unicast-ul. Similar cu DSR, nodurile sursă
ce folosesc AODV trimit un mesaj CerereRută până la destinație. Atît nodul sursă cât
și nodurile intermediare păstrează informații despre hop-urile următoare necesare
fiecărei transmisii de date. Diferența majoră între acest protocol și celelalte protocoale
la cerere – on demand – constă în faptul că folosește un număr de control al
destinației (DesSeqNum) pentru a putea actualiza ruta spre destinație. Un nod își
modifică calea spre destinație doar dacă primește un DesSeqNum mai mare decât cel
păstrat de el. Un mesaj CerereRută conține 6 elemente: identificatorul sursei,
identifcatorul destinației, numărul de ordine dat de sursă, numărul de ordine al
destinației, identificator de broadcast și TTL (timp de viață în rețea). [14]
Figura 3.8 Stabilirea conexiunii cu ajutorul AODV[14]
Așa cum se poate observa și în Figura 3.8, când nodul 1 încearcă să comunice
cu nodul 15 va trimite un mesaj CerereRută tuturor vecinilor; vecinii vor trimite mai
departe mesajul, sau vor răspunde cu un mesaj RăspunsRută, dacă au o rută validă
stocată. Folosirea identificatorului de broadcast și a identificatorului sursei a fost
necesară pentru a diferenția mesajele inițiale de copii ale acestora. Nodul sursă poate
primi unul sau mai multe mesaje RăspunsRută, de la nodul destinație sau nodurile
intermediare, pe care le va folosi pentru a alege ruta cea mai scurtă, în funcție de
numărul de noduri conținute de aceasta. Fiecare nod ce va primi un pachet de date
va memora identificatorul de broadcast și identificatorul nodului de la care a sosit.
Nodurilor intermediare le-a fost implementat un timer care este folosit pentru a
șterge o rută dacă nu există nici un răspuns. Dacă totuși vor primi un răspuns,
nodurile intermediare vor stoca identificatorul de broadcast și identificatorul nodului
de la care a sosit răspunsul.
28
În cazul unei
deconectări, AODV nu oferă
soluții de rezolvare locale.
Când o coxiune este invalidată
(acest lucru este decis prin
expirarea timerului sau lipsa
mesajelor ACK) nodul sursă și
nodul destinație sunt
notificate. În acest caz nodul 1
va încerca să găsească o nouă
rută spre destinație prin
trimiterea unui nou mesaj
CerereRută. În Tabelul 3.5 se pot
observa pașii necesari
comunicării nodului 1 cu 15
din topologia afișată în Figura
3.8.
Cu toate că este similar
cu DSR, AODV este de fapt o
combinație între un protocol de
rutare ad hoc „on-demand” –
DSR – și un protocol de rutare
„distance-vector” – DSDV [ ].
Practic AODV împrumută
mecanimsul „on-demand” de
descoperire a rutei și mecanismul de păstrare a conexiuni de la DSR, iar de la DSDV
a preluat mecanismul de transmitere din nod în nod, numărul de ordine și update-
urile periodice.
3.3.3 Protocoale hibride
Din dorința de a beneficia de avantajele ambelor protocoale prezentate
anterior, au apărut protocoalele hibride. Protocoalele hibride au fost create pentru a
îmbunătăți scalabilitatea și pentru a reduce timpii de descoperire a rutelor, prin
formarea de subrețele între nodurile apropiate. Mai exact, performanțele
protocoalelor hibride sunt realizate prin mecanismele proactive de păstrare activă a
conexiunilor între nodurile apropiate și folosirea unui mecanism de descoperire a
rutelor pentru comunicațiile la distanță. Majoritatea protocoalelor hibride sunt
organizate pe zone de funcționare; pe scurt, rețeaua este împărțită sau vazută ca o
conglomerație de zone de către fiecare nod. În (M. Abolhasan et al., 2004), a fost
realizată o comparație a diferitelor tipuri de protocoale hibride. În Tabelul 3.6 se pot
observa caracteristicile generale ale fiecărui protocol, iar în Tabelul 3.7 este prezentată
o evaluare teoretică a performanțelor acestora.
Pas Nodul Acțiunea
1 Nodul 1
Nodul sursă, numărul de ordine al
destinației = 3, numărul de ordine al
sursei = 1
2 Nodul 15 Nodul destinație
3 Nodul 1 și
vecinii săi
2,5,6 (nu cunosc destinația), acestea for
trimite mesajul CerereRută către 3, 4, 10
4 Nodul 4 Nu cunoaște destinația
5 Nodul 10 Are o ruta spre 15 (14-15), numărul de
ordine este 4
6 Nodul 3 Are o ruta spre 15 (7-9-13-15), numărul
de ordine este 1
7 Nodul 10 și
nodul 3
Răspunde deoarece 4>3
Nu răspunde deoarece 1<3
Înseamnda că nodul 3 are o rută mai
veche
8 Nodul 4 Trimite către 12 și 15, răspunde de la 15
9 Nodul 1
Primește două rute:
1-5-10-14-15
1-5-4-12-15 care va fi și aleasă
10 Nodul 4, 5 Deconectare între 4 și 5
11 Nodul 4 Mesaj EroareRută către 15
12 Nodul 5 Mesaj EroareRută către 1
13 Nodul 15 Șterge ruta din tabela de rutare
14 Nodul 1 Șterge ruta din tabela de rutare
15 Nodul 1
Reinițializează procedura de descoperi-
re a rutei cu un nou identificator de
broadcast și cu același număr de ordine
Tabelul 3.5 Scenariu AODV [14]
29
Tabelul 3.6 Caracteristici generale ale protocoalelor hibride
Tabelul 3.7 O comparare complexă a protocoalelor hibride
Protocol SR Rute multiple MP Metoda de calculare a metrici Rutele sunt păstrate în Strategia de reconfigurare a rutei
ZRP P Nu Da SP Tabele intrazonale și
interzonale Anunță inițiatorul și repară ruta local
ZHLS I Da, dacă există mai
multe legături virtuale Nu
SP sau următoarea conexiune
virtuală disponibilă
Tabele intrazonale și
interzonale Cerere locală
SLURP I Da Nu MFR pentru interzone și DSR
în intrazone
Cache de localizare și
listă cu nodurile
Anunță inițiatorul și incearcă să gasească o
cale de la el spre destinație
DST I Da, dacă sunt
disponibile Nu
Transmiterea mai departe
folosind arborele vecinilor Tabelă de rutare
Timpi de așteptare sau terminarea
transmisiei
DDR I Da, dacă există un
gateway alternativ Da Rute stabile
Tabele intrazonale și
interzonale
Anunță inițiatorul care va iniția procedura
de descoperire a unei noi rute
SR = structura de rutare; P = plană; I = ierarhică; SP = shortest path; MP = mesaje periodice
Protocol Durata de DR Durata de MR CC [DR] CC [MR] Avantaje Dezavantaje
ZRP Intra: 𝑂 𝐼 /
Inter: 𝑂 2𝐷 𝑂 𝐼 ∕ 𝑂 2𝐷
𝑂 𝑍𝑁 ∕𝑂 𝑁 + 𝑉
𝑂 𝑍𝑁 ∕𝑂 𝑁 + 𝑉
Scade retransmiterea pachetelor Suprapunerea zonelor
ZHLS Intra: 𝑂 𝐼 /
Inter: 𝑂 𝐷 𝑂 𝐼 ∕ 𝑂 𝐷
𝑂 𝑁 ∕ 𝑀 ∕𝑂 𝑁 + 𝑉
𝑂 𝑁 ∕ 𝑀 ∕𝑂 𝑁 + 𝑉
Reduce numărul deconectorilor
single point. Congestii scăzute Necesită o tabela statică a zonelor
SLURP Intra: 𝑂 2𝑍𝐷 /
Inter: 𝑂 2𝐷 𝑂 2𝑍𝐷 ∕ 𝑂 2𝐷
𝑂 2𝑁 ∕ 𝑀 ∕𝑂 2𝑌
𝑂 2𝑁 ∕ 𝑀 ∕𝑂 2𝑌
Descoperirea rutei este localizată
folosind zone statice Necesită o tabela statică a zonelor
DST Intra: 𝑂 𝑍𝐷 /
Inter: 𝑂 𝐷 𝑂 𝑍𝐷 ∕ 𝑂 𝐷 𝑂 𝑍𝑁 𝑂 𝑁 𝑂 𝑍𝑁 𝑂 𝑁 Scade retransmiterea pachetelor
Necesită un nod care să funcționeze ca un
root
DDR Intra: 𝑂 𝐼 /
Inter: 𝑂 2𝐷 𝑂 𝐼 ∕ 𝑂 2𝐷
𝑂 𝑍𝑁 ∕𝑂 𝑁 + 𝑉
𝑂 𝑍𝑁 ∕𝑂 𝑁 + 𝑉
Fără tabelă cu zone sau un
coordonator zonal
Nodurile preferate pot deveni locuri în
care se pierd pachetele
DR = descoperirea rutei; MR = mentenanța rutei; CC = complexitatea comunicării; D = diametrul rețelei; N = numărul de noduri din rețea; I = intervalul de
actualizarea a tabelelor de rutare; M = numărul zonelor din rețea; 𝑍𝑁 = numărul nodurilor dintr-o zonă; 𝑍𝐷 = diametrul zonei; Y = numărul nodurilor de la sursă la
destinație; V = numărul nodurilor pe ruta de răspuns.
30
„Zone routing protocol” (ZRP) este unul din cele mai reprezentative
protocoale ale acestei clase. În ZRP, fiecare nod are o zonă de rutare care definește o
arie de acoperire (în hopuri) necesară fiecărui nod pentru a putea menține
conectivitatea proactiv. Astfel, pentru nodurile din zona de rutare, rutele vor fi
disponibile instantaneu, în timp ce pentru rutele din afara ariei vor fi determinate
rutele prin folosirea mecanismelor „la cerere”. Dacă e să comparăm acest protocol cu
un protocol proactiv vom observa că au fost reduse semnificativ congestiile din rețea,
deoarece comunicația între nodurile din aceeași aria se inițializează fără etape de
descoperire. De asemenea, acest protocol reduce și întârzierile generate de protocoale
reactive, deoarece rutele vor fi descoperite mai repede. Acest lucru se datorează
faptului că pentru a determina o rută spre un nod din exterior, pachetul CerereRută
va trebui să ajungă doar până la un nod de la marginea zonei în care se află nodul
destinație. Cum nodurile din margine au informații proactive despre cea mai bună
rută spre nodul destinație, este suficient ca acestea să trimită un mesaj RăspunsRută
pentru ca transmisia să înceapă. Dezavantajul acestui protocol constă în faptul că
pentru un număr mare de zone de rutare va funcționa ca un protocol proactiv, în
timp ce pentru un număr mic de zone va funcționa ca un protocol reactiv.
31
4. Aplicabilitatea MANET
Dezvoltarea rețelelor MANET nu ar fi fost la fel de rapidă dacă nu ar fi
existat cerințe multiple din partea domeniilor în care se dorea implementarea lor.
Astfel, de-a lungul timpului au apărut nenumărate aplicații:
Armată:
o comunicarea între militari pe câmpul de luptă
o crearea de mașini de luptă și supraveghere controlate de la
distanță
Servicii de urgență:
o Operațiuni de salvare și căutare
o Înlocuirea rețelelor fixe în cazul unor dezastre naturale
o Realizarea unui sistem de comunicație între doctori și asistente
în spitale
Comerciale:
o E-commerce: plăți electronice oricând și oricum
o Business: acces dinamic la baze de date, birouri mobile
o Servicii auto (VANET)
o Rețele pentru visitatorii din areroporturi
Rețele business și de mici dimensiuni:
o Rețele wireless pentru birouri sau case
o Săli de conferință
o Rețele personale (PN), Zonă de rețele mobile (PAN)
Educație:
o Cursuri virtuale
o Comunicații ad hoc în timpul cursurilor sau a prezentărilor
o Rețele universitare sau de campus
Entertainment:
o Jocuri în rețea
o Rețele wireless P2P
o Acces la internet în exteriorul locuințelor
o Animale de companie robotizate
o Parcuri tematice
Rețele de senzori:
o Body area network (BAN)
o Aplicații de monitorizare a consumului de curent electric, de
monitorizare a locuințelor
o Aplicații de localizare a animalelor de companie
Extinderea zonelor de acoperire:
o Extinderea ariei de acoperire a rețelelor GSM
o Conectarea la Internet, Intranet de la distanță
32
4.1. Tehnologia VANET
Conceptul de VANET (Vehicular ad hoc NETwork) a apărut datorită necesi-
tații de a avea un domeniu de aplicabilitate a tehnologiei MANET. O rețea VANET
este alcătuită dintr-un număr de vehicule mobile ce se deplasează cu o viteză foarte
mare și sunt echipate cu dispozitive de comunicare. Avantajul acestui tip de
tehnologie constă în faptul că oferă comunicare între vehicule care se deplasează
foarte repede fără a necesita echipamente auxiliare.
Cercetările în domeniu au definit diferit fiecare componentă necesară comu-
nicației în VANET. Astfel un sistem VANET de baza este alcătuit din AU (aplicația),
OBU (dispozitivul montat pe mașină), RSU (dispozitive de atenționare montate pe
marginea carosabilului). O imagine de ansamblu asupra modului de funcționare a
VANET este explicată în Figura 4.1 [24].
Figura 4.1 Componenetele necesare comunicației VANET
Tehnologia VANET a permis dezvoltarea unui număr mare de aplicații ce
pot oferi foarte multe informații atăt șoferilor cât și pietonilor. Integrarea cu
dispozitivele instalate la bordul vehiculului (OBU) a interfețelor de rețea, a diferiților
senzori sau a dispozitivelor GPS face ca vehiculul să fie capabil să strângă, sa
proceseze și să analizeze informații despre el și dispre vehiculele aflate în eminenta
apropiere [24]. Aplicațiile dezvoltate au fost categorisite după cum urmează [25] :
Evitarea coliziunilor în intersecții:
Atenționarea legată de încalcarea regurilor de circulație
Asistarea la schimbarea direcției de mers spre stânga
Informații despre aproprierea de trecerile de pietoni
Siguranța publică
Aproprierea mașinilor de pompieri sau ambulanțelor
Transmiterea mesajului de atenționare a mașinilor de urgență
Servicii de SOS
33
Atenționarea de accidente
Extinderea semnelor rutiere
Afisarea semnelor rutiere pe OBU
Atenționare: Apropierea de curbe periculoase
Atenționare: Apropierea de poduri in construcție
Atenționare de greșire a direcției
Mentenanță și diagnoză a vehiculului
Notificare de reparea
Notificare de efectuare a reviziei auto
Notificare de schimbare a diferitelor componente
Informații de la alte vehicule:
Atenționare legată de condițiile de trafic
Atenționare la schimbarea benzilor
Cooperare pentru prevenirea coliziunilor
Mărirea razei de vizibilitate
EEBL – emergency electronic brake light
4.2. Tehnologia iMANET
Datorită interesului crescut al utilizatorului de a avea acces la Internet prin
intermediul wireless-ului, a devenit iminentă integrarea rețelelor MANET cu rețelele
cu fir Internet. Astfel, pentru a integra tehnologia MANET cu necesitățile utilizatori-
lor a apărut tehnologia iManet (Internet-based Mobile ad hoc NETworking).
iMANET poate fi definită ca o tehnică ce combină MANET cu Internet pentru a oferi
acces la informațiile necesare tuturor.[26]
În iMANET, un terminal mobil (MT) se poate conecta la Internet fie printr-
un access point la care se conectează în mod direct, fie prin conectarea la un alt
dispozitiv mobil, folosind protocoale de comunicație aferente rețelelor wireless
MANET, care are acces la internet. O privire de ansamblu asupra unei topologii
iMANET poate fi observată in Figura 4.2.
Au fost propuse mai multe implementări ale tehnologiei iMANET. Dintre
acestea reamintim cele mai importante scenarii [28]:
Scenariul 1: Crearea unei rețele ad hoc între spectatorii aflați în tribunele unui
stadion pentru ca aceștia să poată avea acces la internet prin
intermediul unor acces pont-uri situate la anumite distanțe prin
stadion. Cu ajutorul tehnologiei iMANET utilizatorii pot descarca
direct informația sau indirect prin transmiterea intranet. De
asemenea utilizatorii rețelei pot comunica între ei fără a fi necesară
accesarea infrastructurii fixe.
Scenariul 2: Un visitator într-un mall, muzeu sau centru cultural poate avea
nevoie de diferite informații cu privire la principalele atracții,
restaurante, harți ș.a. Prin conectarea la o rețea iMANET acesta poate
34
Figura 4.2 Un model de topologie iMANET
obține informații atât intranet, de la alți utilizatori ai rețelei sau prin
diferite metode de informare în rețea, sau sepoate conecta la internet
și să obțină toate informațiile necesare.
Scenariul 3: Pe un câmp de luptâ sau un centru de ajutor a victimelor unor
dezastre naturale, un terminal mobil poate fi conectat la internet prin
intermediul unui satelit și poate funcționa ca un server de proxy
pentru ceilalți membri ai rețelei. Accesul la informații și servicii poate
fi impărțit în rețea de către alte terminale mobile prin intermediul
comunicației ad hoc.
35
5. Studiu de caz
Protocoale proactive vs. Protocoale reactive
Așa cum am reamintit în capitolul precedent, atât protocoale proactive cât și
cele reactive au diferite probleme legate de: tabela de rutare, timpul de descoperire a
rutei, mecanismul de păstrare a conexiunii, congestiile de trafic, dimenisunea rețelei
în care pot funcționa optim sau nivelul de trafic generat pentru actualizarea tabelei
de rutare. Astfel, pornind de la ideea de monitorizare a mediului, voi realiza o
analiza a performanțelor protocolui proactiv DSDV în comparație cu performanțele
protocoalele reactive DSR și AODV. Prin implementare unor scenarii de test, in
simulatorul ViSim, voi încerca să evidențiez avantajele oferite de fiecare protocol în
funcție de dimensiunea rețelei în care sunt implementate.
5.1 Simulatorul ViSim
Propus în anul 2010 de către un grup de cercetători din Bangladeș [15],
simulatorul ViSim este printre puținele simulatoare MANET cu o interfață „user friendly” ce
își propune să fie accesibilă fiecărui tip de utilizator ce dorește să înțeleagă modul de
realizare a simulărilor. ViSim are la bază programul ActiveTcl care face posibilă rularea
simulărilor pe sisteme de operare Windows. Așa cum se poate observa și în Figura 4.1
simulatorul ViSim are o interfață ușor de utilizat cu opțiuni clare și concise.
Figura 5.1 Interfața simulatorului ViSim
36
Interfața simulatorului ViSim este alcătuit din patru porțiuni importante:
a. Simulation: Din acest meniu se poate alege unul din cele trei protocoale –
DSDV, DSR, AODV. Alegând unul din cele 3 protocoale, ai opțiunea de a
realiza o simulare în funcție de scenariul ales. Scenariile de test pot fi
modificate prin editarea fisierului .tcl aferent.
b. Comparasion: Prin alegere uneia din opțiunile acestei zone utilizatorul iși
desemnează parametrii ce vor fi utilizați în analiza și compararea
performanței celor 3 protocoale de rutare.
c. Scenarios and protocols: Din această secțiune se alege scenariul dorit și
protocolul/protocoalele relevante simulării sau afișării. De asemenea, avem la
dispoziție 2 butoane: Simulate pentru a porni o simulare, iar Create Graph
ajută la realizare unui grafic cu rezultate comparate.
d. Output: Zona în care vor fi afișate rezultatele.
Mecanismul de funcționare al programului este destul de simplu: când un utilizator
alege opțiunea „Simulation”, simulatorul apelează un fisier .bat care conține un script de shell.
Scriptul apelează simulatorul ns-2 și fișierul/fișierele .tcl necesare simulării. În urma analizării
fișierului .tcl, ns-2 generează două fișiere: „trace file” .tr și „nam file” .nam. Cu ajutorul unui
script fișierul nam este convertit într-o interfața grafică ce va permite vizualizarea simulării.
Dacă un utilizator alege opțiune „Create Graph”, simulatorul deschide fișierul .tr, citește
infromațiile, le filtrează în funcție de alegerile utilizatorului, iar la final va crea un grafic.
Figura 5.2 Algoritmul de funcționare al ViSim[15]
START
Simulare sau
comparație
AODV DSR DSDV
Simularea 1
sau
Simularea 2
sau
Simularea 3
Fereastră
NAM
Throughput vs Time sau
Goodput (pkts) sau
Routing Load (pkts) sau
Goodput (bytes) sau
Routing Load (bytes)
Scenariul 1 sau
Scenariul 2 sau
Scenariul 3
AODV,DSR
sau DSDV
Simulare sau
Creare Grafic
Simulare
silențioasă
Afișare grafic
Simulare Comparare
Simulare Creare grafic
Scenariul 3
Scenariul 2
Scenariul 1
37
Programul a fost realizat ca să ofere informații legate de performanța
protocoalelor testate în funcție de 3 parametri:
„Throughput” – numărul de octeți recepționați de nodul destinație pe
secundă;
„Goodput”:
„packets” – reprezintă raportul dintre numărul de pachete
trimise de către nodul sursă și numărul de pachete trimise prin
rețea până la destinație;
„bytes” – reprezintă raportul dintre numărul total de octeți de
date transmiși de către nodul sursă și numărul total de octeți de
date transmiși prin rețea.
„Routing load”:
„packets” – reprezintă raportul dintre numărul total de pachete
de rutare transmise prin rețea și numărul de pachete de rutare
trimise prin rețea până la destinație;
„bytes” – reprezintă raportul dintre numărul total de octeți de
rutare transmiși prin rețea și numărul total de octeți de rutare
transmiși prin rețea până la destinație.
5.2 Simulare și rezultate
Parametri folosiți în simulare se regăsesc în Tabelul 4.1 , cu observația că
pentru fiecare simulare în parte s-a folosit un număr diferit de noduri mobile;
simularea 1 – 3 noduri, simularea 2 – 10 noduri iar simulare 3 – 25 noduri.
Parametrii de simulare Valori
Canalul de comunicație Wireless
Modelul de propagare radio Model biderecțional
Placa de rețea Placă fizică de rețea
MAC 802_11n
Antenă Omnidirecțională
Protocolul de rutare ad hoc DSDV, DSR, AODV
Zona simulată 500 m x 400 m
Timp de simulare 150 ms
Tipul de trafic TCP
Viteza de deplasare a nodurilor 3 – 10 m/s
Dimensiunea pachetelor 1040 byte (pachet de date), 40 bytes
(ACK), 60 bytes (pachet de rutare)
Tabelul 5.1 Parametrii de simulare
38
Prima simulare, din cele 3 menționate, conține un număr de 3 noduri, cu o
mobilitate scăzută (1 nod mobil, 2 fixe), în cea de a doua simulare vom utiliza 10
noduri mobile iar în final vom folosi 25 de noduri, din care 10 sunt mobile. În toate
cazurile transmisia se va realiza între nodurile 0 și 1. O privire de ansamblu a celor 3
simulari se regăsește in Figura 5.3.
Figura 5.3 Scenariile de testare
Analizând Figura 5.4, în care se regăsesc rezultatele opținute de fiecare
protocol în parte, atunci când măsurăm numărul total de octeți ajunși la destinație pe
secundă, putem trage următoarele concluzii:
AODV: Transmisia datelor pornește foarte repede și rata de transmisie
este oarecum constantă pe întreg intervalul de tip. Pe de altă parte, se
poate observa că numărul de octeți transmiși pe secundă este destul
de mic, ceea ce face ca acest protocol să fie destul de lent in situația în
care dorim să îl folosim pentru monitorizarea video/audio a diferitelor
zone.
DSR: Ca și în cazul AODV, transmisia datelor incepe destul de rapid
dar rata de transmisie fluctuează foarte mult. În schimb, numărul de
octeți transmiși pe secundă crește foarte repede și încearcă să păstreze
a) Simularea 1: nodul 0 este mobil b) Simularea 2: toate nodurile
mobile
c) Simularea 3: primele 10 nodurile sunt mobile
39
o capacitate de transmisie destul de ridicată, fapt ce face ca acest
protocol să poată fi folosit în aproape toate situațiile de monitorizare.
DSDV: Cu toate că pornește mai greu transmisia datelor, are avantajul
că păstrează o rata de transmisie constantă, singurele fluctuații
importante sunt de obicei creșterea ratei de transmisie sau finalizarea
transmisiei. De asemenea, se poate observa că protocolul DSDV are
capacitatea de transmisie aproximativ egală cu media celorlalte doua
protocoale, astfel putem spune că acest protocol reprezintă o soluție
de mijloc.
Figura 5.4 Throughput vs. Timp (axa y reprezintă Throughput(kb), iar axa x reprezintă timpul(s))
În continuare vom analiza numărul de pachete trimise de la sursă în raport
cu numărul de pachete trimise prin rețea până la destinație. Analizând graficele
ilustrate în Figura 5.5, putem spune ca DSDV are un număr mediu de pachete trimise
prin rețea, protocolul încercând să găsească calea cea mai scurtă dintre sursă și
destinație. Astfel DSDV are un raport situat între 35-40%, practic are nevoie de un
a) Scenariul cu 3 noduri b) Scenariul cu 10 noduri
c) Scenariul cu 25 noduri
40
număr dublu de pachete trimise prin rețea pentru a putea transmite anumite date.
Problemele pentru acest protocol apar o dată cu creșterea numărului de noduri și a
mobilității nodurilor. Pe de altă parte, dacă urmărim Figura 5.6 putem observa că
protocolul DSDV nu adaugă mulți octeți suplimentari în antetul pachetelor ceea ce îl
face un protocol stabil și cu o capacitate mai bună de transmitere a informației .
Figura 5.5 Goodput (pachete trimise de nodul sursă/ pachete trimise prin rețea)
Protocolul DSR se comportă constant indiferent de schimbările apărute în
rețea, el păstrând o medie de 20-25% (Figrura 5.5) a raportului dintre numărul de
pachete trimise de nodul sursă / numărul de pachete trimise prin rețea. Din păcate și
acest protocol are probleme legate de creșterea dimensiunii rețelei și a mobilității. Pe
lângă aceste probleme, DSR se dovedește un protocol destul de ineficient atunci când
dorim să transmitem informațiile cat mai rapid și folosind cât mai puțin trafic,
deoarece, așa cum se poate observa și in Figura 5.6 protocolul adaugă un număr
destul de mare de octeți la pachetul inițial, ajungând ca informația trimisă către sursă
a) Scenariul cu 3 noduri b) Scenariul cu 10 noduri
c) Scenariul cu 25 noduri
41
Figura 5.6 Goodput (octeți trimiși de nodul sursă/octeți trimiși prin rețea)
să reprezinte doar 1/3 din toată informația trimisă prin rețea.
AODV nu scalează foarte bine în rețelele cu o mobilitate mare sau completă,
deoarece in Scenariul 2, când toate nodurile se aflau in mișcare a avut nevoie de
foarte multe pachete pentru a trimite informațiile la sursă (Figura 5.5) și a adăugat un
număr foarte mare de octeți pachetelor inițiale (Figura 5.6). Pe de altă parte dacă il
implementam in rețele cu o mobilitate medie (40-60% din noduri sunt mobile) acesta
se comportă foarte bine, având nevoie de mai puține pachete și octeți trimiși prin
rețea o dată cu creșterea nodurilor din rețea. Practic este singurul protocol care
scalează bine în rețele de mari dimensiuni cu mobilitate medie. Acest lucru este
susținut și de numărul de pachete și octeți de rutare trimiși prin rețea care este destul
de mare în rețele cu mobilitate ridicată, dar scade în rețele mari cu mobilitate medie
(Figura 5.7 și Figura 5.8).
a) Scenariul cu 3 noduri b) Scenariul cu 10 noduri
c) Scenariul cu 25 noduri
42
Figura 5.7 Routing Load (pachete de rutare transmise prin rețea/pachete de rutare trimise până la
destinație)
Dacă e să analizăm graficele din Figura 5.7 și Figura 5.8, și considerând un
număr de 100 de pachete/octeți de rutare trimiși prin rețea vom observa că media
celor 3 scenarii 28 pachete vor fi AODV, 41 pachete vor fi DSR și 22 de pachete vor fi
DSDV. Raportându-ne la numărul de octeți, media ar fi: 52 octeti AODV, 60 octeti
DSR și 19 octeti DSDV. Astfel, putem concluziona că, cu toate că are un transfer de
date mai mare, DSR încarcă rețeaua, indiferent de dimenisunea acesteia, cu foarte
multe pachete de rutare, AODV are un număr scăzut de pachete în situația în care
rețeaua nu are o mobilitate crescută, iar DSDV are un număr foarte scăzut de pachete
și biți de rutare.
a) Scenariul cu 3 noduri b) Scenariul cu 10 noduri
c) Scenariul cu 25 noduri
43
Figura 5.8 Routing Load (octeți de rutare transmiși prin rețea/octeți de rutare trimiși până la
destinație)
În urma analizării tuturor rezultatelor putem spune că:
1. AODV se adaptează rapid la schimbările de rețea și are un transfer de date
destul de stabil în rețele cu o mobilitate medie.
2. DSDV s-a dovedit a avea cel mai bun goodput și cele mai puține pachete de
rutare folosite, dar totuși are nevoie de un timp mare de începere a
transmisiei.
3. DSR cu toate că are cea mai bună rată de transmisie a datelor, foloșește foarte
multe pachete de rutare. De asemenea, are foarte multe fluctuații de transmi-
sie, ceea ce este de neacceptat în rețelele wireless.
Astfel dacă vom dori să implementăm unul dintre aceste protocoale este mai
recomandabil să folosim AODV sau DSDV, deoarece DSR are foarte multe fluctuații
de transmisie. Poate v-ați gândi că, în urma rezultatelor obținute, AODV este cel mai
a) Scenariul cu 3 noduri b) Scenariul cu 10 noduri
c) Scenariul cu 25 noduri
44
potrivit de implementat, dar dăcă ținem cont de mediul în care se face instalarea și de
modul de monitorizare folosit vom observa că și DSDV este o soluție bună în unele
situații.
Implementarea unui sistem de monitorizare subacvatic cu ajutorul rețelelor
MANET va putea fi realizat, cu precădere, cu ajutorul protocolul DSDV. În cazul
rețelor subacvatice, de cele mai multe ori, vom avea un număr mare de senzori statici
și 1-2 submersibile care vor ajuta la transmiterea datelor spre un nod intermediar
aflat la suprafața apei, iar acesta le va trimite mai departe spre un centru de colectare
și interpretare. Monitorizarea subacvatică se realizează cu ajutorul camerelor de
supraveghere, fapt ce a condus la protocolului DSDV, deoarece are un goodput
foarte bun. De asemenea, așa cum am putut observa și în urma simulărilor, DSDV
are o capacitate de transfer mare în comparație cu AODV, iar faptul că vom
monitoriza într-un mediu cu o mobilitate foarte mică face ca DSDV să nu necesite o
durată de timp mare de începere a transmisiei deoarece doar dispozitivele mobile (1-
2 dispozitive) vor adăuga rute noi în rețea, restul nodurilor având toate informațiile
necesare.
În cazul unei rețele MANET terestre de monitorizare video a zonelor
frecventate de o anumită specie va fi realizată, în cel mai bun caz, cu ajutorul
protocolului DSDV, care, cu toate că necesită o perioadă mai mare de începere a
transmisiei va oferi mai multe imagini decât AODV deoarece are o capacitate de
transfer mai mare. În schimb, dacă vom dori monitorizarea poziției unor anumite
animale, traseul pe care îl urmează în perioada de migrare sau alte caracteristici ce
nu necesită o capacitate mare de informații vom putea folosi AODV deoarece se
adaptează ușor la schimbările de rețea și va oferi o perioada mai mică de realizare a
conexiunii. De exemplu, în cazul monitorizării migrației nu vom ști pentru cât timp
animalele/păsările monitorizate se vor afla în apropierea unui access point, astfel
AODV, prin durata mică de începere a transmisiei va oferi un avantaj foarte bun.
În cazul în care rețeaua MANET ce urmează a fi implementată depășește 50-
100 de noduri este recomandabil să folosim protocolul AODV deoarece acesta își
păstrează majoritatea criteriilor de performanță constante indiferent de dimensiunea
rețelei, în timp ce performanțele protocolului DSDV scad direct proporțional cu
creșterea nodurilor rețelei.
45
6. Concluzii
În rețelele mobile ad hoc (MANET), mobilitatea, traficul și densitatea
nodurilor sunt caracteristicile principale ce afectează performanțele rețelei. În această
lucrare am analizat modul în care protocoalele reactive: AODV și DSR, și protocolul
DSDV se adaptează la modificările suferite de acești parametri. Pentru măsurarea
performanței s-au folosit ca parametrii: goodput-ul (pachete/octeți trimiși de nodul
sursă/ pachete/octeți trimiși prin rețea), routing load-ul (pachete/octeți de rutare
trimiși prin rețea/ pachete/octeți de rutare ajunși la destinație) și throughput
(numărul de octeți recepționați de nodul destinație pe secundă).
În urma analizării rezultatelor simulărilor am putut observa că: protocolul
AODV se adaptează rapid la schimbările de rețea și are un transfer de date destul de
stabil în rețele cu o mobilitate medie, DSDV s-a dovedit a avea cel mai bun goodput
și cele mai puține pachete de rutare folosite, dar totuși are nevoie de un timp mare de
începere a transmisie, iar DSR cu toate ca are cea mai bună rată de transmisie a
datelor, foloșește foarte multe pachete de rutare. De asemenea, protocolul DSR are
foarte multe fluctuații de transmisie, ceea ce este de neacceptat în rețelele wireless.
De asemenea, în urma rezultatelor obținute, am constatat că dacă vom dori
implementarea unui sistem de monitorizare în mediul subacvatic, este mai
recomandabil să folosim DSDV deoarece acesta are un goodput mai bun ce va
favoriza monitorizarea subacvatică care, de cele mai multe ori, se realizează cu
ajutorul camerelor video. Pe de altă parte, dacă vom dori instalarea unei rețele
MANET terestră sau aeriană în care vom monitoriza poziția geografică, traseul
urmat, sau alți parametri ce nu necesită o capacitate de bandă mare și stabilă putem
folosi AODV, dar dacă vom dori monitorizare video este recomandabil sa folosim
DSDV. Protocolul DSR nu a fost considerat util pentru a implementa acest tip de
rețele MANET deoarece are foarte multe fluctuații de transmisie.
6.1 Perspective viitoare
Un alt aspect important în evaluarea acestor protocoale constă în implemen-
tarea lor într-un mediu real în care să putem evalua performanțele și în funcție de noi
parametrii impuși de: condițiile meteo, interferențele radio sau de raza de transmisie,
ce poate fi mai mică sau mai mare în funcție de numărul pereților ce vor fi parcurși
pâna la destinație. Toate acestea impreună cu analiza QoS și a siguranței transferului
de date în rețelele MANET vor face parte din studiile mele viitoare.
46
7. Bibliografie
[1] Dow C. R., Lin P. J., Chen S. C., Lin J. H., și Hwang S. F., 2005, A Study of
Recent Research Trends and Experimental Guidelines in Mobile Ad-hoc Networks,
Proceedings of the 19th International Conference on Advanced Information
Networking and Applications (AINA’05)
[2] Buratti C., Conti A., Dardari D., Verdone R. 2009. An Overview on Wireless
Sensor Networks Technology and Evolution. Sensors; vol. 9(9); p. 6869-6896
[3] Wu F.-J., Kao Y.-F, Tseng Y.-C. 2011. From wireless sensor networks towards
cyber physical systems. Pervasive and Mobile Computing; vol. 7(4); p. 397-413
[4] Abolhasan M., Wysocki T., Dutkiewicz E. 2004. A review of routing
protocols for mobile ad hoc networks. Ad hoc networks; vol. 2(1); p. 1-22
[5] Yick J., Mukherjee B., Ghosal D., 2009, Wireless sensor network survey,
Computer Networks; vol. 52(12); p. 2292-2330
[6] Alhameed A.A., Baicher A., Baicher G., 2012, An Overview of Wireless
Sensor Networks, International Conference on Computer Networks and
Communication Systems (CNCS 2012)
[7] Akyildiz I.F.., Stuntebeck E.P., 2006, Wireless underground sensor networks:
research challenges, Ad-Hoc Networks 4; p. 669-686
[8] Akyildiz I.F.., Melodia T., Chowdhury K.R., 2007, A survey on wireless
multimedia sensor networks, Computer Networks Elsevier 51; p. 921-960
[9] Alkhatib A. A. A. and Baicher G. S. 2012. An Overview on Wirreless Sensor
Networks. International Conference on Computer and Communication Systems,
Kuala Lumpur, Malaysia
[10] Wu F.-J., Kao Y.-F., Tseng Y.-C., 2011, From wireless sensor networks
towards cyber physical systems, Pervasive and Mobile Computing; vol. 7(4); p. 397-413
[11] Narasimhan V.L., Arvind A.A., Bever K., 2007, Greenhouse asset
management using wireless sensor–actuator networks, The Int’l Conf. on Mobile
Ubiquitous Computing, Systems, Services and Technologies, p. 9–14
[12] Hoebeke J., Moerman I., Dhoedt B., Demeester P. 2004. An overview of
mobile ad hoc networks: Applications and challenges. Journal-Communications Network;
vol. 3(3); p. 60-66
[13] Boukerche A., Turgut B., Aydin N., Ahmad M. Z., Bölöni L., Turgut D.
2011. Routing protocols in ad hoc networks: A survey, Computer Networks; vol. 55(13);
p. 3032-3080
[14] Abusalah L., Khokhar A., Guizani M. 2008. A Survey of Secure Mobile Ad
Hoc Routing Protocols. IEEE Communications surveys & tutorials; vol. 10; p. 78-93
[15] Saquib N., Sakib Md. S. R., Pathan Al-S. K. 2011. ViSim: A user-friendly
graphical simulation tool for performance analysis of MANET routing protocols.
Mathematical and Computer Modelling; vol. 53(11-12); p. 2204-2218
47
[16] Maag S., Grepet C., Cavalli A., 2007, A formal validation metodology for
MANET routing protocols based on nodes self similarity, Computer Communications;
vol. 31, p. 827-841
[17] Medina A., Bohacek S., 2011, Performance modeling of neighbor discovery in
proactive routing protocols, Journal of Advanced Research; vol. 2, p. 227-239
[18] Amri H.A., Abolhasan M., Wysocki T., 2010, Scalability of MANET routing
protocols for heterogeneous and homogenous networks, Computer and Electrical
Engineering; vol. 36, p. 752-765
[19] Chen B., Muniswamy-Reddy K.K., Welsh M., 2006, Ad-hoc multicast
routing on resource-limited sensor nodes, Proc. of the International Workshop on Multi-
hop ad hoc networks
[20] Perkins C., Belding-Royer E., Das S., 2003, Ad hoc on-demand distance
vector (AODV) routing, RFC 3561.
[21] Perkins C.E., Watson T.J., Bhagwat P, 1994, Highly dynamic destination-
sequenced distance-vector routing (DSDV) for mobile computers, ACM SIGCOMM
Computer Communication Review; vol. 24(4); p. 234-244
[22] Johnson D.B., Maltz D.A., Broch J., 2001, DSR: The Dynamic Source
Routing Protocol for Multi-Hop Wireless Ad Hoc Networks, Ad Hoc Networking; cap.5;
p.139-172
[23] Souihli O., Frikha M., Hamouda M.B., 2009, Load-balancing in MANET
shortest-path routing protocols, Ad Hoc Network; vol.7; p.431-442
[24] Gerla M., Kleinrock L., 2011, Vehicular networks and the future of mobile
internet, Computer Networks; vol.55; p.457-469
[25] Zhang L., Lakas A., El-Sayed H., Barka E., 2013, Mobility analysis in
vehicular ad hoc network, Journal of Network and Computer Applications; vol.36;
p.1050-1056
[26] Lim S., Yu C., Das C.R., 2012, Cache invalidation strategies for Internet-based
vehicular ad hoc networks, Computer Communications; vol.35; p.380-391
[27] Ayyadurai V., Ramasamy R., 2008, Internet connectivity for Mobile Ad Hoc
Networks Using Hybrid Adaptive Mobile Agent Protocol, The International Arab Journal
of Information Technology; vol.5; p.25-33
[28] Lim S., Lee W.-C., Cao G., Das C.R., 2006, A novel caching scheme for
improving Internet-based mobile ad hoc networks performance, Ad Hoc Networks; vol.4;
p.225-239
[29] Zadin A., Fevens T., 2013, Maintaining path stability with node failure in
mobile ad hoc networks, Procedia Computer Science; vol.19; p.1068-1073
[30] Moussaoui A., Semchedine F., Boukerram A., 2013, A link-state QoS
routing protocol based on link stability for Mobile Ad hoc Networks, Journal of Network
and Computer Applications;
48
Anexă
Anexa conține codul sursă din fisierele .tcl folosite la simulare.
Simularea 1:
# Simulation
# Ad-Hoc Protocol: AODV/DSDV/DSR
# Senario: 1
# Define options
set val(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type
set val(prop) Propagation/TwoRayGround ;# radio-propagation model
set val(netif) Phy/WirelessPhy # network interface type
set val(mac) Mac/802_11n ;# MAC type
set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ;# interface queue type
set val(ll) LL ;# link layer type
set val(ant) Antenna/OmniAntenna ;# antenna model
set val(ifqlen) 50 ;# max packet in ifq
set val(nn) 3 ;# number of mobilenodes
set val(rp) AODV/DSDV/DSR ;# routing protocol
set val(x) 500 ;# X dimension of topography
set val(y) 400 ;# Y dimension of topography
set val(stop) 150 ;# time of simulation end
set ns [new Simulator]
set tracefd [open a00.tr w]
set windowVsTime2 [open a00.tr1 w]
set namtrace [open a00.nam w]
$ns trace-all $tracefd
$ns namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y)
# set up topography object
set topo [new Topography]
$topo load_flatgrid $val(x) $val(y)
create-god $val(nn)
#
# Create nn mobilenodes [$val(nn)] and attach them to the channel.
#
# configure the nodes
$ns node-config -adhocRouting $val(rp) \
-llType $val(ll) \
-macType $val(mac) \
-ifqType $val(ifq) \
-ifqLen $val(ifqlen) \
-antType $val(ant) \
-propType $val(prop) \
-phyType $val(netif) \
-channelType $val(chan) \
-topoInstance $topo \
-agentTrace ON \
49
-routerTrace ON \
-macTrace OFF \
-movementTrace ON
for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {
set node_($i) [$ns node]
}
# Provide initial location of mobilenodes
$node_(0) set X_ 5.0
$node_(0) set Y_ 5.0
$node_(0) set Z_ 0.0
$node_(1) set X_ 290.0
$node_(1) set Y_ 285.0
$node_(1) set Z_ 0.0
$node_(2) set X_ 130.0
$node_(2) set Y_ 240.0
$node_(2) set Z_ 0.0
# Generation of movements
$ns at 1.0 "$node_(0) setdest 250.0 250.0 3.0"
$ns at 40.0 "$node_(1) setdest 45.0 285.0 5.0"
$ns at 80.0 "$node_(0) setdest 480.0 300.0 5.0"
# Set a TCP connection between node_(0) and node_(1)
set tcp [new Agent/TCP/Newreno]
$tcp set class_ 2
set sink [new Agent/TCPSink]
$ns attach-agent $node_(0) $tcp
$ns attach-agent $node_(1) $sink
$ns connect $tcp $sink
set ftp [new Application/FTP]
$ftp attach-agent $tcp
$ns at 1.0 "$ftp start"
# Printing the window size
proc plotWindow {tcpSource file} {
global ns
set time 0.01
set now [$ns now]
set cwnd [$tcpSource set cwnd_]
puts $file "$now $cwnd"
$ns at [expr $now+$time] "plotWindow $tcpSource $file" }
$ns at 10.1 "plotWindow $tcp $windowVsTime2"
# Define node initial position in nam
for {set i 0} {$i < $val(nn)} { incr i } {
# 30 defines the node size for nam
$ns initial_node_pos $node_($i) 30
}
# Telling nodes when the simulation ends
for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {
$ns at $val(stop) "$node_($i) reset";
}
# ending nam and the simulation
50
$ns at $val(stop) "$ns nam-end-wireless $val(stop)"
$ns at $val(stop) "stop"
$ns at 150.01 "puts \"end simulation\" ; $ns halt"
proc stop {} {
global ns tracefd namtrace
$ns flush-trace
close $tracefd
close $namtrace
}
$ns run
Simularea 2:
# Simulation
# Ad-Hoc Protocol: AODV/DSDV/DSR
# Senario: 2
# Define options
set val(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type
set val(prop) Propagation/TwoRayGround ;# radio-propagation model
set val(netif) Phy/WirelessPhy # network interface type
set val(mac) Mac/802_11n ;# MAC type
set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ;# interface queue type
set val(ll) LL ;# link layer type
set val(ant) Antenna/OmniAntenna ;# antenna model
set val(ifqlen) 50 ;# max packet in ifq
set val(nn) 10 ;# number of mobilenodes
set val(rp) AODV/DSDV/DSR ;# routing protocol
set val(x) 500 ;# X dimension of topography
set val(y) 400 ;# Y dimension of topography
set val(stop) 150 ;# time of simulation end
set ns [new Simulator]
set tracefd [open a01.tr w]
set windowVsTime2 [open a01.tr1 w]
set namtrace [open a01.nam w]
$ns trace-all $tracefd
$ns namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y)
# set up topography object
set topo [new Topography]
$topo load_flatgrid $val(x) $val(y)
create-god $val(nn)
#
# Create nn mobilenodes [$val(nn)] and attach them to the channel.
#
# configure the nodes
$ns node-config -adhocRouting $val(rp) \
-llType $val(ll) \
-macType $val(mac) \
-ifqType $val(ifq) \
-ifqLen $val(ifqlen) \
51
-antType $val(ant) \
-propType $val(prop) \
-phyType $val(netif) \
-channelType $val(chan) \
-topoInstance $topo \
-agentTrace ON \
-routerTrace ON \
-macTrace OFF \
-movementTrace ON
for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {
set node_($i) [$ns node]
}
# Provide initial location of mobilenodes
$node_(0) set X_ 5.0
$node_(0) set Y_ 55.0
$node_(0) set Z_ 0.0
$node_(1) set X_ 450.0
$node_(1) set Y_ 55.0
$node_(1) set Z_ 0.0
$node_(2) set X_ 100.0
$node_(2) set Y_ 455.0
$node_(2) set Z_ 0.0
$node_(3) set X_ 100.0
$node_(3) set Y_ 55.0
$node_(3) set Z_ 0.0
$node_(4) set X_ 200.0
$node_(4) set Y_ 255.0
$node_(4) set Z_ 0.0
$node_(5) set X_ 300.0
$node_(5) set Y_ 455.0
$node_(5) set Z_ 0.0
$node_(6) set X_ 320.0
$node_(6) set Y_ 100.0
$node_(6) set Z_ 0.0
$node_(7) set X_ 350.0
$node_(7) set Y_ 200.0
$node_(7) set Z_ 0.0
$node_(8) set X_ 380.0
$node_(8) set Y_ 100.0
$node_(8) set Z_ 0.0
$node_(9) set X_ 400.0
$node_(9) set Y_ 5.0
$node_(9) set Z_ 0.0
52
# Generation of movements
$ns at 5.0 "$node_(1) setdest 100.0 100.0 5.0"
$ns at 5.0 "$node_(0) setdest 400.0 300.0 5.0"
$ns at 25.0 "$node_(4) setdest 330.0 50.0 5.0"
$ns at 35.0 "$node_(6) setdest 120.0 350.0 5.0"
$ns at 35.0 "$node_(5) setdest 250.0 350.0 5.0"
$ns at 45.0 "$node_(8) setdest 250.0 350.0 5.0"
$ns at 40.0 "$node_(9) setdest 450.0 235.0 5.0"
$ns at 50.0 "$node_(2) setdest 380.0 380.0 5.0"
# Set a TCP connection between node_(0) and node_(1)
set tcp [new Agent/TCP/Newreno]
$tcp set class_ 2
set sink [new Agent/TCPSink]
$ns attach-agent $node_(0) $tcp
$ns attach-agent $node_(1) $sink
$ns connect $tcp $sink
set ftp [new Application/FTP]
$ftp attach-agent $tcp
$ns at 5.0 "$ftp start"
# Printing the window size
proc plotWindow {tcpSource file} {
global ns
set time 0.01
set now [$ns now]
set cwnd [$tcpSource set cwnd_]
puts $file "$now $cwnd"
$ns at [expr $now+$time] "plotWindow $tcpSource $file" }
$ns at 10.1 "plotWindow $tcp $windowVsTime2"
# Define node initial position in nam
for {set i 0} {$i < $val(nn)} { incr i } {
# 30 defines the node size for nam
$ns initial_node_pos $node_($i) 30
}
# Telling nodes when the simulation ends
for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {
$ns at $val(stop) "$node_($i) reset";
}
# ending nam and the simulation
$ns at $val(stop) "$ns nam-end-wireless $val(stop)"
$ns at $val(stop) "stop"
$ns at 150.01 "puts \"end simulation\" ; $ns halt"
proc stop {} {
global ns tracefd namtrace
$ns flush-trace
close $tracefd
close $namtrace
}
$ns run
53
Simularea 3:
# Simulation
# Ad-Hoc Protocol: AODV/DSDV/DSR
# Senario: 3
# Define options
set val(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type
set val(prop) Propagation/TwoRayGround ;# radio-propagation model
set val(netif) Phy/WirelessPhy # network interface type
set val(mac) Mac/802_11n ;# MAC type
set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ;# interface queue type
set val(ll) LL ;# link layer type
set val(ant) Antenna/OmniAntenna ;# antenna model
set val(ifqlen) 50 ;# max packet in ifq
set val(nn) 25 ;# number of mobilenodes
set val(rp) AODV/DSDV/DSR ;# routing protocol
set val(x) 500 ;# X dimension of topography
set val(y) 400 ;# Y dimension of topography
set val(stop) 150 ;# time of simulation end
set ns [new Simulator]
set tracefd [open a02.tr w]
set windowVsTime2 [open a02.tr1 w]
set namtrace [open a02.nam w]
$ns trace-all $tracefd
$ns namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y)
# set up topography object
set topo [new Topography]
$topo load_flatgrid $val(x) $val(y)
create-god $val(nn)
#
# Create nn mobilenodes [$val(nn)] and attach them to the channel.
#
# configure the nodes
$ns node-config -adhocRouting $val(rp) \
-llType $val(ll) \
-macType $val(mac) \
-ifqType $val(ifq) \
-ifqLen $val(ifqlen) \
-antType $val(ant) \
-propType $val(prop) \
-phyType $val(netif) \
-channelType $val(chan) \
-topoInstance $topo \
-agentTrace ON \
-routerTrace ON \
-macTrace OFF \
-movementTrace ON
for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {
set node_($i) [$ns node]
54
}
# Provide initial location of mobilenodes
$node_(0) set X_ 5.0
$node_(0) set Y_ 5.0
$node_(0) set Z_ 0.0
$node_(1) set X_ 5.0
$node_(1) set Y_ 395.0
$node_(1) set Z_ 0.0
$node_(2) set X_ 490.0
$node_(2) set Y_ 5.0
$node_(2) set Z_ 0.0
$node_(3) set X_ 100.0
$node_(3) set Y_ 300.0
$node_(3) set Z_ 0.0
$node_(4) set X_ 200.0
$node_(4) set Y_ 200.0
$node_(4) set Z_ 0.0
$node_(5) set X_ 200.0
$node_(5) set Y_ 300.0
$node_(5) set Z_ 0.0
$node_(6) set X_ 200.0
$node_(6) set Y_ 5.0
$node_(6) set Z_ 0.0
$node_(7) set X_ 350.0
$node_(7) set Y_ 5.0
$node_(7) set Z_ 0.0
$node_(8) set X_ 300.0
$node_(8) set Y_ 100.0
$node_(8) set Z_ 0.0
$node_(9) set X_ 150.0
$node_(9) set Y_ 350.0
$node_(9) set Z_ 0.0
$node_(10) set X_ 57.0
$node_(10) set Y_ 57.0
$node_(10) set Z_ 0.0
$node_(11) set X_ 50.0
$node_(11) set Y_ 345.0
$node_(11) set Z_ 0.0
$node_(12) set X_ 430.0
$node_(12) set Y_ 52.0
$node_(12) set Z_ 0.0
$node_(13) set X_ 200.0
$node_(13) set Y_ 250.0
$node_(13) set Z_ 0.0
55
$node_(14) set X_ 300.0
$node_(14) set Y_ 175.0
$node_(14) set Z_ 0.0
$node_(15) set X_ 450.0
$node_(15) set Y_ 300.0
$node_(15) set Z_ 0.0
$node_(16) set X_ 250.0
$node_(16) set Y_ 5.0
$node_(16) set Z_ 0.0
$node_(17) set X_ 300.0
$node_(17) set Y_ 5.0
$node_(17) set Z_ 0.0
$node_(18) set X_ 350.0
$node_(18) set Y_ 100.0
$node_(18) set Z_ 0.0
$node_(19) set X_ 375.0
$node_(19) set Y_ 350.0
$node_(19) set Z_ 0.0
$node_(20) set X_ 25.0
$node_(20) set Y_ 175.0
$node_(20) set Z_ 0.0
$node_(21) set X_ 58.0
$node_(21) set Y_ 235.0
$node_(21) set Z_ 0.0
$node_(22) set X_ 200.0
$node_(22) set Y_ 75.0
$node_(22) set Z_ 0.0
$node_(23) set X_ 10.0
$node_(23) set Y_ 330.0
$node_(23) set Z_ 0.0
$node_(24) set X_ 220.0
$node_(24) set Y_ 120.0
$node_(24) set Z_ 0.0
# Generation of movements
$ns at 5.0 "$node_(1) setdest 100.0 100.0 5.0"
$ns at 5.0 "$node_(0) setdest 400.0 300.0 5.0"
$ns at 25.0 "$node_(4) setdest 330.0 50.0 5.0"
$ns at 35.0 "$node_(6) setdest 120.0 350.0 5.0"
$ns at 35.0 "$node_(5) setdest 250.0 350.0 5.0"
$ns at 45.0 "$node_(8) setdest 250.0 350.0 5.0"
$ns at 40.0 "$node_(9) setdest 450.0 235.0 5.0"
# Set a TCP connection between node_(0) and node_(1)
set tcp [new Agent/TCP/Newreno]
$tcp set class_ 2
set sink [new Agent/TCPSink]
$ns attach-agent $node_(0) $tcp
$ns attach-agent $node_(1) $sink
56
$ns connect $tcp $sink
set ftp [new Application/FTP]
$ftp attach-agent $tcp
$ns at 5.0 "$ftp start"
# Printing the window size
proc plotWindow {tcpSource file} {
global ns
set time 0.01
set now [$ns now]
set cwnd [$tcpSource set cwnd_]
puts $file "$now $cwnd"
$ns at [expr $now+$time] "plotWindow $tcpSource $file" }
$ns at 10.1 "plotWindow $tcp $windowVsTime2"
# Define node initial position in nam
for {set i 0} {$i < $val(nn)} { incr i } {
# 30 defines the node size for nam
$ns initial_node_pos $node_($i) 30
}
# Telling nodes when the simulation ends
for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } {
$ns at $val(stop) "$node_($i) reset";
}
# ending nam and the simulation
$ns at $val(stop) "$ns nam-end-wireless $val(stop)"
$ns at $val(stop) "stop"
$ns at 150.01 "puts \"end simulation\" ; $ns halt"
proc stop {} {
global ns tracefd namtrace
$ns flush-trace
close $tracefd
close $namtrace
}
$ns run