σχεδιαστικές προκλήσεις, θεωρία γράφων

Transcript

1 Δομή παρουσίασης 1. Εισαγωγή στις κατανεμημένες εφαρμογές: σχεδιαστικές προκλήσεις, θεωρία γράφων 2. Χαρακτηριστικά και πεδία εφαρμογών: ιδιαιτερότητες και χαρακτηριστικά που απαιτούν τη χρήση αλγορίθμων δρομολόγησης 3. Routing πρωτόκολλα 4. Μια πραγματική εφαρμογή: το πρόβλημα, η ανάλυση, ηλύση

2 Κατανεμημένες Εφαρμογές: χαρακτηριστικά και απαιτήσεις Δίκτυο από κινητούς ασύρματους κόμβους Δεν απαιτείται σταθερή υποδομή για επικοινωνία Σχηματίζουν δική τους μεταβαλλόμενη δομή routing Χαρακτηριστικά Δυναμική τοπολογία Μικρό bandwidth ανά link Περιορισμένη ενέργεια λειτουργίας Περιορισμένη ασφάλεια φυσικού μέσου Εφαρμογές Personal area networking Wireless home networking Αποστολές Εύρεσης και Διάσωσης Διάφορες εφαρμογές σε στρατιωτικές επιχειρήσεις

3 Χαρακτηριστικά αξιολόγησης Ποιοτικά χαρακτηριστικά Κατανεμημένη λειτουργία Loop-freedom Λειτουργία βασισμένη στην κίνηση (ondemand) Proactive λειτουργία Ασφάλεια (Link Network level) Περιοδική sleep λειτουργία συσκευών Υποστήριξη unidirectional links

4 Χαρακτηριστικά αξιολόγησης Ποσοτικά χαρακτηριστικά αξιολόγησης End-to-End Throughput,Delay. Χρόνος ανακάλυψης διαδρομής (on-demand πρωτόκολλα) Ποσοστό πακέτων out-of-order Αποδοτικότητα, overhead routing πακέτων. Διάφορες αναλογίες (π.χ. Μέσος αριθμός bits δεδομένων που μεταδόθηκαν / αριθμός bits που παραδόθηκαν)

5 Χαρακτηριστικά δικτύων που πρέπει να ληφθούν υπ όψη κατά τη σχεδίαση Μέγεθος δικτύου, αριθμός κόμβων Συνδεσιμότητα δικτύου, μέσος όρος γειτόνων ενός κόμβου. Ρυθμός αλλαγής τοπολογίας Link capacity Μορφές κίνησης δεδομένων Μορφή κίνησης κόμβων Ποσοστό και συχνότητα sleeping κόμβων

6 Κατηγορίες αλγορίθμων δρομολόγησης με βάση την συμπεριφορά του δικτύου Proactive protocols Σαν proactive πρωτόκολλα χαρακτηρίζονται αυτά που ανακαλύπτουν την πλήρη τοπολογία του δικτύου και διαδρομές προς όλους τους σταθμούς ανεξαρτήτως της κίνησης του δικτύου. Reactive protocols Πρωτόκολλα που ανακαλύπτουν διαδρομές προς άλλους σταθμούς μόνο όταν υπάρχει κάποιο πακέτο προς μετάδοση προς τον σταθμό αυτόν. (on demand) Hybrid protocols Ιεραρχικά πρωτόκολλα τα οποία συνδυάζουν τις ιδιότητες και τις λειτουργίες των δύο παραπάνω κατηγοριών. Συνήθως επιλέγεται proactive πρωτόκολλο για το εσωτερικό των δικτύων και reactive για το routing μεταξύ δικτύων.

7 Reactive Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (1) TORA - Temporary Ordered Routing Algorithm -On demand πρωτόκολλο. -Ανακαλύπτει και διατηρεί πολλαπλές διαδρομές με την χρήση πακέτων ανακάλυψης. -Ηop by hop routing. DSR Dynamic Source Routing -Source on demand routing. -Κάθε σταθμός κρατάει cache διαδρομών που έχει ανακαλύψει στο παρελθόν. Οι διαδρομές αυτές ανακαλύπτονται με την χρήση πακέτων Route-Request και Route-Reply. AODV Ad Hoc On Demand Distance Vector -On-demand υβρίδιο των DSVD, DSR. -Εισάγει την έννοια του DSN (destination sequence number). Δίνει αύξοντα αριθμό στις διαδρομές που ανακαλύπτονται ώστε να μπορεί να αποφασίζει ποια είναι πιο νέα διαδρομή

8 Reactive Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (2) ABR - Associativity Based Routing - Στηρίζεται σε περιοδικές μεταδόσεις beacons. - Κάθε φορά που ένας σταθμός λαμβάνει το beacon ενός άλλου αυξάνει έναν μετρητή σχετικό με τον σταθμό αυτό.οι τιμές αυτές ονομάζονται Associative τicks. - Ηεπιλογήroute γίνεται με βάση το άθροισμα των associative ticks κατά μήκος της διαδρομής. SSR - Signal Stability-Based Routing - Διαλέγει διαδρομή βασιζόμενο στην ισχύ λήψης περιοδικών beacons άλλων σταθμών. - Οι διαδρομές που επιλέγονται τείνουν να είναι σταθερές και μακροβιότερες. - Μειονεκτεί στο γεγονός πως δεν επιτρέπει σε ενδιάμεσους κόμβους να απαντήσουν σε πακέτα route requests.

9 Proactive Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (1) DSDV Destination Sequence Distance Vector -Hop by hop routing.διατηρεί πίνακες ανά σταθμό που περιέχουν το επόμενο hop δρομολόγησης πακέτου από τον σταθμό αυτό προς οποιοδήποτε άλλο. -Προσφέρει απαλλαγή από το πρόβλημα κυκλικών προωθήσεων πακέτων. -Αναγκαία η περιοδική μετάδοση routing πληροφοριών από κάθε σταθμό, μεγάλο overhead. LSR,HSR -LSR (link state routing) : routers κρατούν όλες τις απαραίτητες routing πληροφορίες προς κάθε σταθμό. -Απαιτεί περιοδικό flooding πακέτων που περιέχουν link-state δεδομένα και συλλέγονται από τους routers. -Προσφέρει ολική γνώση της τοπολογίας του δικτύου και έτσι αποκλείεται η κυκλική προώθηση πακέτων. -HSR (hierarchical state routing) : Βελτίωση του LSR με την προσθήκη ιεραρχικού routing. Χωρίζει τους σταθμούς σε δύο επίπεδα, κρατώντας πληροφορίες ανά επίπεδο.

10 Proactive Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (2) OLSR - Optimized Link State Routing -Στηρίζεται σε πίνακες φύλαξης routing πληροφοριών. -Εισάγει την έννοια των MPR σταθμών, που περιοδικά διαλέγει και ανακηρύσσει κάθε κόμβος στο δίκτυο. Οι σταθμοί αυτοί είναι που από εκείνη την στιγμή και μετά παίζουν τον ρόλο των routers. -Κατατάσσετε στα ιεραρχικά πρωτόκολλα routing. FSR - FishEye State Routing -Multi-level scope routing με χρήση πινάκων. -Κάθε σταθμός μεταδίδει περιοδικά πακέτα ανακάλυψης διαδρομών που έχουν κάποιο συγκεκριμένο όριο hops. -Όσομεγαλύτεροτοόριοτονhops τόσο μικρότερη και η συχνότητα μετάδοσης τέτοιων πακέτων. Με τον τρόπο αυτό μειώνεται το overhead που εισάγει κάθε τυπικός μηχανισμός routing.

11 INPUT HELLO TC MID Local Node Information Repositories Link Set Neighbor Set 2 Hop Neighbor Set Multipoint Relay Set Multipoint Relay Selector Set Topology Information Base Duplicate Set Multiple Interface Association Set OUTPUT Generation HELLO TC MID Forwarding OLSR Message Route Calculation

12 Proactive Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (3) WRP - Wireless Routing Protocol -Table-based, χρειάζεται να διατηρεί κάθε σταθμός 4 πίνακες. -Στηρίζεται σε περιοδικές μεταδόσεις πακέτων ελέγχου routing (Ack & Hello). - Υψηλή επιβάρυνση από τα πακέτα ελέγχου. - Επιτυγχάνει να προσφέρει γρήγορη σύγκλιση σε αλλαγές τοπολογίας και loop-free διαδρομές.

13 Distance Table WRP Routing Tables Network view of the node s neighbours Who is the penultimate node for each destination reported by a neighbor Distance to that node Routing Table Retains the status of each stored route Who is the penultimate, who is the successor Flag for the path status

14 Link Cost ttbl Table WRP Routing Tables Cost of relaying through each link Usually number of hops Indication for update periods since last successful update Cost of broken link infinity Message Retransmission List Maintains a list of update messages to be transmitted Each entry associated with counter decrement at each attempt When counter = 0 Node that have not ack, considered broken and deleted

15 Hybrid Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (1) ZRP - Zone Routing Protocol -Εισάγει την έννοια της ζώνης ( μία ζώνη θα μπορούσε να παρομοιαστεί με τοπικό δίκτυο ). -Εντός μίας ζώνης χρησιμοποιείται κάποιο proactive πρωτόκολλο όπως π.χ. το DSVD. Για δρομολόγηση μεταξύ ζωνών χρησιμοποιείται κάποιο on demand πρωτόκολλο. Landmark -Υποτίθεται πως υπάρχουν ομάδες κόμβων που έχουν παρόμοια συμπεριφορά κυρίως όσον αφορά στην κίνηση τους. -Κάθε ομάδα κόμβων που έχει παρόμοια συμπεριφορά κίνησης ανακηρύσσει ένα σταθμό σαν LANDMARK και μέσω αυτού γίνεται κάθε δρομολόγηση προς και από την ομάδα. -Κάθε σταθμός πρέπει να αποκτά routing πληροφορίες μόνο για τον LANDMARK σταθμό που έχει ανακηρύξει η ομάδα που ανήκει, μέσω κάποιου distance vector πρωτοκόλλου. Μεταξύ των LANDMARK σταθμών χρησιμοποιείται οποιοδήποτε πρωτόκολλο όπως AODV, DSR, DSVD, FRS.

16 Hybrid Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα (2) TRR,TLR Terminodes Remote-Local Routing -Ιεραρχικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί το TLR για τοπικές μεταδόσεις πακέτων και το TRR γιαγεωγραφικάαπομακρυσμένες. -Απαιτεί την ύπαρξη συστήματος παροχής πληροφοριών γεωγραφικής θέσης ( GPS π.χ.) για την λειτουργία του TRR. -To TRR είναι reactive πρωτόκολλο ενώ το TLR proactive. -Στο μέλλον θα υποστηρίζει κατανομή πόρων με QoS περιορισμούς και σταθερές υπηρεσίες πραγματικού χρόνου. CGSR Clusterhead Gateway Switching Routing -Χρησιμοποιεί σαν βάση τον DSVD αλγόριθμο. -Ομάδες σταθμών σχηματίζουν clusters και επιλέγουν έναν για clusterhead. Χρειάζεται η διατήρηση 2 πινάκωνσεκάθεκόμβο. -Η δρομολόγηση πακέτων γίνεται ιεραρχικά : node Clusterhead node Dest Clusterhead node dest node. -Πολύ καλό για μεγάλα δίκτυα. Ευαίσθητο σε point failures. Σημαντικό το πόσο συχνά κάνει επιλογή clusterheads.

17 Ad-Hoc Routing Πρωτόκολλα Πιθανοί υποψήφιοι για wireless multihop δίκτυα DSDV Το πιο απλό, απαιτεί περιοδικές ενημερώσεις routing πληροφοριών,μεγάλο overhead. DSR Πολύ σύνθετο, οι ενδιάμεσοι κόμβοι δεν απαιτούν up-to-date πληροφορίες. AODV Υβρίδιο των DSDV και DSR, παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον.