Περιεχόµενα Περιεχόµενα...1 Εισαγωγή...2 Τα e-gadgets...3 Εισαγωγή...3 Plugs...4 Synapses...4 GadgetWorld...5 Gadgetware Architectural Style (GAS)...6 GAS-OS...6 Agents...6 Ποιότητα υπηρεσιών στα ad hoc δίκτυα (παράγοντες και µετρικές)...7 Εισαγωγή...7 Ανάλυση ποιότητας υπηρεσιών...7 Πρωτόκολλα δροµολόγησης για ad hoc networks...11 Εισαγωγή...11 Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing Protocol (DSDV)...12 AODV...14 Dynamic Source Routing Protocol (DSR)...18 ZRP...21 1
Εισαγωγή Οι τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις οδηγούν σε ένα κρίσιµο σηµείο στην εξέλιξη των υπολογιστών, το οποίο µπορεί να σηµάνει την εξαφάνισή τους. Έχουν ήδη σχεδιαστεί και υλοποιηθεί εφαρµογές, στις οποίες ο υπολογιστής δεν υφίσταται πλέον ως µια αυτόνοµη, συγκροτηµένη συσκευή πολλαπλών χρήσεων, αλλά ως ένα κατανεµηµένο σύστηµα από µη-ορατά υπολογιστικά τµήµατα. Τα τµήµατα αυτά συνήθως έχουν πολύ µικρό µέγεθος και είναι ενσωµατωµένα σε άλλα αντικείµενα, µηυπολογιστικής (και συνήθως καθηµερινής) χρήσης. Τα συστήµατα αυτά καλούνται συνήθως «διεισδυτικά υπολογιστικά συστήµατα» (pervasive computer systems), αν και έχουν κατά καιρούς χρησιµοποιηθεί και άλλοι όροι, όπως ubiquitous computing, disappearing computers κλπ. Η βασική ιδέα πίσω από όλες αυτές τις προσεγγίσεις είναι ότι ο υπολογιστής «εξαφανίζεται» και οι υπηρεσίες που απαιτούν υπολογιστική ισχύ διατίθενται στους ανθρώπους δια µέσου του φυσικού τους περιβάλλοντος. Τo αντικείµενο των συγκεκριµένων ασκήσεων έχει να κάνει µε µια συγκεκριµένη προσέγγιση (λέγεται GAS - Gadgetware Architectural Style) για την υλοποίηση διεισδυτικών συστηµάτων. Σύµφωνα µε αυτή, στον περιβάλλοντα χώρο των ανθρώπων βρίσκονται από δεκάδες έως εκατοντάδες αντικείµενα καθηµερινής χρήσης (τα egadgets), στα οποία έχουν αποδοθεί δυνατότητες υπολογισµού και επικοινωνίας. Πρακτικά, αυτό σηµαίνει ότι σε τέτοια αντικείµενα έχουν ενσωµατωθεί σε πολύ µικρό µέγεθος αισθητήρες, ασύρµατο δίκτυο, επεξεργαστής και µνήµη, ενώ έχει αναπτυχθεί ειδικό λογισµικό που υποστηρίζει τη λειτουργία τους. Καθένα από τα αντικείµενα αυτά έχει ορισµένες ιδιότητες και δυνατότητες, οι οποίες εµφανίζονται στους ανθρώπους µε τρόπο κατανοητό. Οι άνθρωποι έχουν τη δυνατότητα να συσχετίζουν διαισθητικά αυτά τα αντικείµενα και να δηµιουργούν οµάδες (λέγονται Gadgetworlds), καθεµία από τις οποίες λειτουργεί προς την επίτευξη καθορισµένων στόχων και επιδεικνύει δυνατότητες που ξεπερνούν το άθροισµα των δυνατοτήτων των επιµέρους αντικειµένων. Τα egadgets από δικτυακή άποψη προσεγγίζουν τη λειτουργία των MANET (Mobile Ad hoc NETworks Κινητά Ad hoc ίκτυα). Τα δίκτυα αυτά είναι κινητά (mobile) υπό την έννοια ότι οι σταθµοί-κόµβοι τους κινούνται ελεύθερα στο χώρο και είτε βρίσκονται εντός εµβέλειας είτε εκτός εµβέλειας του συνολικού δικτύου. Η διαφορά των «κινητών» από τους «φορητούς» (portable) σταθµούς, είναι ότι οι µεν κινούνται ακόµα και όταν µεταδίδουν, ενώ οι δε είναι σε θέση να µεταδώσουν, αφού τοποθετηθούνεγκαταστηθούν σε ένα σταθερό µέρος-τοποθεσία, από την οποία δανείζονται και την διεύθυνση µε την οποία συνδέονται στο δίκτυο, είτε ενσύρµατα είτε ασύρµατα. Ο χαρακτηρισµός Ad hoc για τα ασύρµατα κινητά δίκτυα χρησιµοποιείται για να περιγράψει τον «αυθόρµητο» (spontaneous) τρόπο µε τον οποίο δηµιουργούνται, µετακινούν πληροφορία µεταξύ των κόµβων και τέλος χάνονται. Στα ad hoc δίκτυα δεν υπάρχει αρχικοποιητής, αρχηγός, κεντρικός διαχειριστής, ή συντονιστής του δικτύου ή της κυκλοφορίας. Κάθε σταθµός µπορεί να στείλει πληροφορία σε οποιοδήποτε άλλον σταθµό άµεσα, είτε ο παραλήπτης 2
βρίσκεται εντός της εµβέλειας του είτε βρίσκεται εκτός, οπότε θα πρέπει να βρεθεί κατάλληλο και αποδοτικό µονοπάτι που θα αποτελείται από τους κόµβους από τους οποίος θα περάσει το µήνυµα προκειµένου να φτάσει στον παραλήπτη. Εποµένως, όλοι οι σταθµοί είναι ισοδύναµοι, έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά δικτύωσης και επιτελούν τις ίδιες λειτουργίες όταν πρόκειται για αποστολές, λήψεις ή προωθήσεις πακέτων πληροφορίας. Γίνονται τώρα ξεκάθαρες οι νοητικές αντιστοιχίες µεταξύ σταθµού/κόµβου και egadget, υποδικτύου και Gadgetworld, τουλάχιστον όταν µελετάµε τα egadgets από την πλευρά των δικτύων. Εποµένως, κρίνεται χρήσιµη η αναφορά στα MANET κάθε φορά που επιχειρείται µελέτη του τρόπου επικοινωνίας των egadget σε δικτυακό επίπεδο. Τα e-gadgets Εισαγωγή Γενικά τα e-gadgets είναι καθηµερινά χειροπιαστά (φυσικά) αντικείµενα τα οποία είναι εφοδιασµένα µε ικανότητες αίσθησης, ενέργειας, επεξεργασίας και επικοινωνίας. Επιπλέον, η επεξεργασία µπορεί να συνεπάγεται και «έξυπνη» αλλά και εξωστρεφή συµπεριφορά, η οποία εκδηλώνεται σε πολλά επίπεδα. Στα πλαίσια του GAS, τα e-gadgets µπορούν να θεωρηθούν σαν αντικείµενα που είναι ενήµερα για το GAS και τα οποία χρησιµοποιούνται σα δοµικά κοµµάτια για τη δηµιουργία GadgetWorld. Από τη φύση τους, τα e-gadgets επιδεικνύουν µία διπλή παρουσία, τόσο στο φυσικό όσο και στο ψηφιακό κόσµο. Στον πραγµατικό κόσµο, εµφανίζονται σαν χειροπιαστά αντικείµενα, τα οποία καταλαµβάνουν φυσικό χώρο για ένα συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα. Συνεπώς υπόκεινται σε όλους τους περιορισµούς που επηρεάζουν τα αντικείµενα στον πραγµατικό κόσµο. Στον νοητό κόσµο, τα e-gadgets εµφανίζονται σαν οντότητες λογισµικού, οι οποίες «τρέχουν» σε µία µονάδα επεξεργασίας, και εποµένως υπόκεινται σε όλους τους περιορισµούς που επηρεάζουν το λογισµικό. Οι δύο αυτοί «εαυτοί» ενός e-gadget είναι στενά, αµοιβαία εξαρτηµένοι, µε την έννοια ότι κάθε e-gadget θα πρέπει να έχει µία απεικόνιση σε κάθε ένα από τους δύο κόσµους, αφού το να έχει απλά µόνο µία από τις δύο απεικονίσεις, δεν είναι επαρκές για να θεωρείται σαν ένα e-gadget, και ότι αλλαγές στην µία απεικόνιση µπορεί να επηρεάσουν την άλλη. Η σύνθεση των e-gadgets για τη δηµιουργία ενός GadgetWorld είναι παρόµοια µε την κατασκευή µίας εφαρµογής λογισµικού χρησιµοποιώντας συστατικά λογισµικού. Ένα e-gadget είναι αυτόνοµο και γίνεται αντιληπτό σαν µία οντότητα, αν και µπορεί να έχει εσωτερική δοµή (τα e-gadgets αντιµετωπίζονται σαν «µαύρα κουτιά», βασισµένα στο δηµόσιο τους interface όπως αυτό εκδηλώνεται από τα Plugs). Έχει ένα ID, ένα σύνολο από Plugs (βλπ. παρ. Plugs) και µία εσωτερική κατάσταση την οποία διαχειρίζεται τοπικά. Επίσης, µπορεί να συµµετάσχει σε συνάψεις (Synapses - (βλπ. παρ. Synapses ) µέσω των Plugs του. Μπορεί πάντα να δηλώσει το ID του, το σύνολο των Plugs του (και την κατάστασή τους) και τις ενεργές συνάψεις (και την 3
κατάστασή τους) µε έναν παγκόσµια κατανοητό τρόπο, σε ένα προκαθορισµένο κανάλι επικοινωνίας. Επιπλέον, χρησιµοποιώντας ένα σύνολο «έξυπνων» µηχανισµών, ένα e-gadget µπορεί να είναι ικανό να βελτιώσει τοπικά ή να προσαρµόσει τη συµπεριφορά του, ή ακόµα και να βελτιώσει τη συµπεριφορά ενός ολόκληρου GadgetWorld, όπως επίσης και να µάθει, παρατηρώντας τις συνέπειες των πράξεών του και να βελτιώσει έτσι τη λειτουργία του. Τα e-gadgets αποτελούνται από κάποιες υποµονάδες, κάθε µία από τις οποίες εξυπηρετεί συγκεκριµένους σκοπούς και υποστηρίζει διαφορετικές λειτουργίες. Αυτές είναι οι έξής : Το φυσικό τους interface. Μονάδα (Μονάδες) επεξεργασίας. Μονάδα (Μονάδες) µνήµης. Αισθητήρες και κινητήρες. Μονάδα επικοινωνίας. Plugs Τα Plugs είναι κλάσεις λογισµικού, οι οποίες κάνουν ορατές τις ιδιότητες και τις δυνατότητες ενός e-gadget τόσο στους ανθρώπους όσο και στα υπόλοιπα e-gadgets. Στην πραγµατικότητα, είναι ο µόνος τρόπος µε τον οποίο τα άλλα e-gadgets µπορούν να χρησιµοποιήσουν τις υπηρεσίες κάποιου e-gadget και επίσης να έχουν πρόσβαση στις ιδιότητές του. Μπορούν επιπλέον να έχουν χειροπιαστή εκδήλωση στο φυσικό interface των e-gadgets, έτσι ώστε οι χρήστες να µπορούν να τα χρησιµοποιήσουν για το σχηµατισµό συνάψεων. Όλα τα e-gadgets, έχουν ένα TPlug και ένα σύνολο από SPlugs (το οποίο εξαρτάται από το σύνολο των αισθητήρων και κινητήρων του e-gadget). Το TPlug περιγράφει τις φυσικές ιδιότητες (ένα για κάθε e-gadgets), ενώ το SPlug περιγράφει τις υπηρεσίες (ένα ανά υπηρεσία). Synapses Τα e-gadgets έχουν την ικανότητα να σχηµατίζουν διάφορους τύπους λειτουργικών ενώσεων µε άλλα e-gadgets. Οι συνάψεις είναι οι ενώσεις αυτές µεταξύ δύο συµβατών Plugs. ιαδικαστικά, ένας GadgetWorld σχηµατίζεται σαν ένα σύνολο συνάψεων (Synapses). Μία σύναψη αντιπροσωπεύει ένα κανάλι για την ανταλλαγή µηνυµάτων και επικλήσεων µεθόδων. Η δηµιουργία συνάψεων µεταξύ των e-gadget επιτρέπει το σχηµατισµό λειτουργικών διαµορφώσεων µεταξύ e-gadget, τα οποία επιδεικνύουν συλλογική συµπεριφορά, και επίσης παρέχει στους χρήστες µία µοναδική δυνατότητα να δηµιουργήσουν, να καταστρέψουν, να τροποποιήσουν ή διαφορετικά να χειριστούν τη δοµή και τη συµπεριφορά των GadgetWorlds σε ένα υψηλά θεωρητικό επίπεδο. Μόλις εγκατασταθεί µία σύναψη, τα e-gadgets τα οποία παίρνουν µέρος, αλληλεπιδρούν από µόνα τους, µε διαφάνεια και ανεξάρτητα από την ύπαρξη των Plugs. Ένας GadgetWorld πρέπει να θεωρείται ότι είναι πάντα λειτουργικός, µέχρι να διαλυθεί κατηγορηµατικά από το χρήστη. Όταν ένα e-gadget βρίσκεται σε λειτουργία, επιχειρεί συνεχώς να επανεγκαταστήσει τις συνάψεις του. Κάθε σύναψη µέσα σε έναν GadgetWorld µπορεί να είναι υποχρεωτική (ο 4
GadgetWorld δεν µπορεί να λειτουργήσει χωρίς αυτή) ή προαιρετική (η λειτουργικότητα του GadgetWorld απλά µειώνεται χωρίς αυτή). GadgetWorld Ένας GadgetWorld είναι ένα λειτουργικό, διακριτό, συγκεκριµένο σύνολο από συνεργαζόµενα egadgets, που σχηµατίζεται σκόπιµα από ένα χρήστη και τα οποία επικοινωνούν και συνεργάζονται έτσι ώστε να επιτύχουν µία συλλογική λειτουργία. Οι GadgetWorlds είναι δυναµικές, λειτουργικές διαµορφώσεις αµοιβαία συσχετιζόµενων e-gadgets, οι οποίες επιδεικνύουν συλλογικές συµπεριφορές, που ξεπερνούν το σύνολο των ατοµικών δυνατοτήτων των εµπλεκόµενων e-gadgets, και εµφανίζονται σαν ενοποιηµένες οντότητες. Οι άνθρωποι συνδέουν σκόπιµα τα Plugs των διαφορετικών egadgets και συνθέτουν GadgetWorlds σαν τακτοποιηµένα σύνολα συνάψεων. Κάθε GadgetWorld είναι µία αυτόνοµη οντότητα, η οποία έχει µία εσωτερική κατάσταση και επιδεικνύει δυναµική συµπεριφορά, σε σχέση µε το χρόνο και τις ικανότητές του. Οι χρήστες µπορούν µεταγενέστερα να «σώσουν», να ανακατασκευάσουν, να δηµιουργήσουν ή να καταστρέψουν ένα GadgetWorld. Από τη στιγµή που κάθε e-gadget είναι ένα αυτόνοµο αντικείµενο, όταν πολλά e-gadgets σχηµατίζουν ένα GadgetWorld, υπάρχει το θέµα για το αν υπάρχει η ανάγκη κυρίαρχου e-gadget. Στη γενική περίπτωση όλα τα e- Gadgets είναι ισάξια και εποµένως δεν χρειάζεται να χρησιµοποιηθεί ένα κυρίαρχο e-gadget. 5
Gadgetware Architectural Style (GAS) Το GAS συνιστά ένα πλαίσιο, το οποίο διαµοιράζεται µεταξύ τόσο των σχεδιαστών των e-gadgets όσο και των χρηστών, για τη συνεχή περιγραφή, χρήση και αιτιολόγηση µίας οικογένειας συσχετισµένων egadgets. Το GAS καθορίζει τις έννοιες και τους µηχανισµούς που θα επιτρέψουν στους ανθρώπους (τους χρήστες των egadgets) να καθορίσουν και να δηµιουργήσουν GadgetWorld από e-gadgets και να τους χρησιµοποιήσουν µε ένα συνεπή και διαισθητικό τρόπο. GAS-OS Το GAS-OS είναι το λογισµικό που θέτει σε εφαρµογή το GAS, και µπορεί να θεωρηθεί σαν ένα πλαίσιο, µία συλλογή από συστατικά λογισµικού και στυλ αρχιτεκτονικής, το οποίο προσδιορίζει το interface που µπορεί να έχουν τα µέλη του GadgetWorld και τους κανόνες που διέπουν τη σύνθεσή τους. Το GAS-OS διαχειρίζεται τους πόρους που µοιράζονται τα e-gadgets, και παρέχει τους βαθύτερους µηχανισµούς, που δίνουν τη δυνατότητα επικοινωνίας (αλληλεπίδρασης) µεταξύ των e-gadgets. Γι αυτό, µπορεί να θεωρηθεί σαν ένα «µικρό» λειτουργικό σύστηµα. Με βάση αυτή την αναλογία, τα e-gadgets είναι για το GAS-OS ότι οι διαδικασίες για τα λειτουργικά συστήµατα. Agents Ο Agent είναι ένα πρόγραµµα διαχείρισης πόρων, και είναι ενσωµατωµένος στα e-gadgets. Έχει πρόσβαση στις τοπικές λειτουργίες (αισθητήρες και κινητήρες) ενός e-gadgets, όπως επίσης και στις λειτουργίες οποιουδήποτε e-gadgets µε το οποίο είναι συνδεδεµένο αυτό, µέσω (συγκεκριµένων 6
λειτουργιών) συνάψεων. Σχηµατίζει κανόνες βασισµένος στον τρόπο µε τον οποίο χρησιµοποιούν οι άνθρωποι τα e-gadgets. Ο Agent λειτουργεί στο τοπικό επίπεδο του κάθε ξεχωριστού e-gadget. Τα καθήκοντά του περιλαµβάνουν : Μεταδραστική προσαρµογή του GadgetWorld για την παροχή βέλτιστης λειτουργικότητας στους χρήστες (η οποία περιγράφεται σαν λειτουργία). Προδραστική (µετά από εκµάθηση) συντήρηση του GadgetWorld σε περίπτωση αποτυχίας. Ποιότητα υπηρεσιών στα ad hoc δίκτυα (παράγοντες και µετρικές) Εισαγωγή Η ποιότητα των υπηρεσιών που προσφέρει ένα δίκτυο γίνεται αντιληπτή διαφορετικά από τον κάθε χρήστη. Αυτό είναι άµεσο αποτέλεσµα κυρίως των απαιτήσεων που έχει ο καθένας από τα εργαλεία-εφαρµογές που χρησιµοποιεί. Έτσι ανάµεσα σε κάποιους χρήστες ενός δικτύου ο πρώτος µπορεί να έχει απαίτηση για µεγάλο εύρος ζώνης από το δίκτυο εφαρµογή του, ένας δεύτερος µπορεί να αποζητά πολύ µικρό χρονικό διάστηµα από την αποστολή ενός µηνύµατος µέχρι τη λήψη του, ενώ ένας τρίτος µπορεί να θέλει διαβεβαίωση ότι κάθε µήνυµα που στέλνει θα φτάσει στον προορισµό του. Αυτές οι απαιτήσεις είναι πολύ γενικές για να αναλυθούν περαιτέρω. Έχουν ωστόσο κοινό παρονοµαστή, την ποιότητα υπηρεσιών. Αυτή τη γενική έννοια θα αναλύσουµε σε αυτό το κεφαλαίο. Ανάλυση ποιότητας υπηρεσιών Είναι γνωστό ότι η ποιότητα υπηρεσιών που µπορεί να προσφέρει ένα δίκτυο σε µία διεργασία εξαρτάται άµεσα από την ποιότητα του δικτύου. Έτσι µπορούν να τεθούν κάποιες πρώτες αρχές: I. Στις παραµέτρους του δικτύου: α) οι διαθέσιµοι πόροι β) η σταθερότητα των πόρων II. Το πρωτόκολλο πρέπει να είναι πλήρως προσαρµοζόµενο στις γεωγραφικές αλλαγές του δικτύου, στη µεταβολή των διαθέσιµων πόρων αλλά και στη µικρή χωρητικότητα του δικτύου. Όποτε είµαστε αναγκασµένοι για να απλοποιήσουµε το πρόβληµα να ορίσουµε κάποιες µετρικές ώστε να µπορούµε να έχουµε κάποια µέτρηση της ποιότητας υπηρεσιών που προσφέρεται. Αυτές µπορούν να χωριστούν στις εξής κατηγόριες: ALMs-- Application Layer Metrics NLMs-- Network Layer Metrics MLMs-- MAC Layer Metrics Οι MLM και NLM δίνουν µία εκτίµηση της ποιότητας των συνδέσεων, αλλά και τις ικανότητας τους να παράγουν διαδροµές µε καλή ποιότητα και σε µικρό χρόνο. Η µετρική ALM διαλέγει το µονοπάτι που είναι πιθανότερο να συναντά τις απαιτήσεις της διεργασίας. Τέλος, θα πρέπει να υπάρχει η 7
δυνατότητα οι προαναφερόµενες µετρικές να µπορούν να προσαρµοστούν, αν αυτό χρειασθεί σε δυναµικές ανάγκες και αλλαγές του δικτύου. Μερικές από τις παραµέτρους που θα πρέπει να λαµβάνονται υπόψη από τις µετρικές θα πρέπει να είναι οι εξής: Ι. Για το application layer α) η συνολική καθυστέρηση που επηρεάζει κυρίως real time εφαρµογές. β) η ικανότητα µεταφοράς δεδοµένων για εφαρµογές multimedia. ΙΙ. Για το network layer α) η κατανάλωση ισχύος. β) το µέγεθος του buffer. γ) η σταθερότητα του ρυθµού µετάδοσης / λήψης δεδοµένων. δ) η δυνατότητα διόρθωσης λαθών µε κώδικα µεταβλητού µήκους. ΙΙΙ. Για το επίπεδο MAC α) το SΝR. Έτσι µπορούµε να ορίσουµε τον ακόλουθο πίνακα µετρικών ανάλογα µε το είδος των εφαρµογών που θα κάνουν χρήση του δικτύου. Είδος δικτύου Real Time (Class I) Multimedia (Class II) General (Class III) ALMs NLMs MLMs Καθυστέρηση Ρυθµός µετάδοσης Best Effort Buffer size συν hop number Buffer size συν hop number Buffer size συν hop number SNR SNR SNR Ακόµα θα πρέπει να αναφερθεί η δυνατότητα που υπάρχει για την παροχή δυναµικά µεταβαλλόµενης ποιότητας υπηρεσιών (dynamic QoS). Αυτό µπορεί να επιτευχθεί µε τη χρήση κατάλληλου υλικού, που πλέον είναι διαθέσιµο. Αναλυτικότερα η παροχή dqos επιτυγχάνεται µε τα ακόλουθα βήµατα: Α) Μεταβλητά χαρακτηριστικά σύνδεσης. Σε αυτή την περίπτωση το δίκτυο αναγνωρίζει εξωτερικές παρεµβολές και αναλαµβάνει προληπτικά µέτρα για την αντιµετώπιση τους. Χαρακτηριστική περίπτωση είναι όταν ξαφνικά έχουµε αύξηση του επιπέδου των παρεµβολών, που οδηγεί σε χαµένα πακέτα πληροφορίας και άρα σε µείωση της ποιότητας υπηρεσιών. Αυτό αντιµετωπίζεται µε τη χρήση κώδικα ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών µεταβλητού µήκους. ηλαδή σε κάθε πακέτο προστίθεται και ένα τµήµα επαλήθευσης διόρθωσης του πακέτου µε µήκος ανάλογο του µεγέθους των παρεµβολών. Β) Πεδίο αίτησης Κάθε εφαρµογή γνωρίζει τι απαιτήσεις έχει από το δίκτυο, προκείµενου να διασφαλιστεί η καλή λειτουργία της. Έτσι προτού ξεκινήσει, γνωστοποιεί τις απαιτήσεις που έχει σε απόκριση χρόνου, διαθεσιµότητα δικτύου και απαιτούµενο εύρος ζώνης προκείµενου να µπορεί να λειτουργεί ικανοποιητικά. Το δίκτυο αναλαµβάνει να ενηµερώσει την εφαρµογή για 8
την ποιότητα που αυτό µπορεί να της δώσει και αν η εφαρµογή καλύπτεται τότε επιστρέφει σήµα δέσµευσης των συγκεκριµένων πόρων του δικτύου. Στη συνεχεία, όταν µία εφαρµογή θέλει να περάσει από µία κατάσταση λειτουργίας σε µία άλλη, έχει τη δυνατότητα να απελευθερώσει πόρους πίσω στο το δίκτυο ή να ζητήσει επιπλέον, προκειµένου να καλυφθούν οι ανάγκες της. Μόνο όταν της εκχωρηθούν οι επιπλέον απαιτούµενοι πόροι, αυτή θα µπορέσει να περάσει σε µία κατάσταση υψηλότερων απαιτήσεων, διαφορετικά η εφαρµογή είναι αναγκασµένη να περιµένει έως ότου της εκχωρηθούν οι απαιτούµενοι πόροι και µόνο τότε θα αλλάξει κατάσταση Εύκολα µπορούµε να καταλάβουµε ότι µπορεί να δηµιουργηθεί πρόβληµα µε τη δέσµευση πόρων από το δίκτυο και τη µη αποδέσµευση τους. Αυτό είναι αντιµετωπίσιµο µέσω µηχανισµών διαιτησίας που περιέχονται στο πρωτόκολλο, που δεν επιτρέπουν την κατοχή πόρων έπ αόριστο. Παρόλα αυτά το πρόβληµα της µη εκχώρησης πόρων παραµένει, άλλωστε υπάρχει και κάποιο φυσικό όριο στο πόσοι κόµβοι µπορούν να επικοινωνήσουν δίχως να προκαλούν πλήρη σύγκρουση σε όλα τα πακέτα. Γ) Γνώση της εφαρµογής για τις απαιτήσεις της Η προηγούµενη µέθοδος που αναφέραµε προϋποθέτει κάποια πράγµατα. Πρώτο και κύριο ότι κάθε εφαρµογή που θα κάνει χρήση του δικτύου θα γνωρίζει τις απαιτήσεις που η ίδια έχει για να λειτουργήσει σωστά. Αλλά και ο agent του δικτύου θα πρέπει να γνωρίζει κάθε χρονική στιγµή τις ικανότητες που έχει το δίκτυο του, όποτε να µπορεί να παραχωρεί και να απελευθερώνει πόρους ώστε να έχουµε µέγιστο ποσοστό ικανοποίησης στο δίκτυο µας. Έτσι δηµιουργούνται µερικά από τα βασικά προβλήµατα που πρέπει να λυθούν για την ικανοποιητική παροχή QoS όπως: 1 ον QoS routing. Πως µπορεί να βρεθεί µία διαδροµή µέσα στο δίκτυο, η οποία σε όλο το µήκος της να διατηρεί το ζητούµενο επίπεδο ποιότητας υπηρεσιών. Αυτό είναι δυνατό να επιτευχθεί µε χρήση του ακόλουθου αλγόριθµου εύρεσης µονοπατιού: QoS routing procedure { periodic routing and reservation table exchange; if(receiving exchange routing information) update network topology; if(receiving exchange reservation table) update QoS information in topology; if(receiving RTS/CTS reservation request) { reserve bandwidth; // hop-by-hop reservation update self reservation table; broadcast self reservation table; if(new connection requirement arrive) find path between source and destination stations; check available bandwidth; if(enough) 9
reserve bandwidth; // end-to-end reservation else reject; 2 ον Συντήρηση του δικτύου. ηλαδή πως µπορεί, όταν αλλάξει η τοπολογία του δικτύου, να βρεθούν routes τα οποία είναι σύµφωνα µε τις ήδη δοσµένες από το δίκτυο υποσχέσεις για ελάχιστο επίπεδο ποιότητας υπηρεσιών; Αυτό είναι δυνατό να επιτευχθεί κάνοντας χρήση κατάλληλων αλγόριθµων δροµολόγησης, οι οποίοι εκµεταλλεύονται και τους εµπλουτισµένους πίνακες κατάστασης κόµβων. Βέβαια αξίζει να σηµειωθεί ότι δεν υπάρχει εγγύηση ότι το ασύρµατο δίκτυο δεν θα µπορέσει να εξαλείψει κάθε είδους αλλαγή ή επιρροή πάνω του. 3 ον Πως µπορούν να αντιµετωπιστούν οι αλλαγές στους διαθέσιµους πόρους, που προκαλούνται είτε από την αλλαγή της γεωγραφικής θέσης των κόµβων στο δίκτυο είτε από την αλλαγή στην κατάσταση κάποιων κόµβων που περιέχονται σε κάποιο µονοπάτι; Αυτό το πρόβληµα επιλύεται χάρη στην αναµονή του κάθε κόµβου για επιβεβαίωση της δυνατότητας του να δεσµεύσει επιπλέον πόρους από το δίκτυο. Έτσι σε κάποιο βαθµό αποφεύγονται οι µεγάλες διακυµάνσεις της κατάστασης του δικτύου. Απάντηση όµως ακόµα για τη ραγδαία κίνηση κόµβου µέσα στον ευρύτερο χώρο του δικτύου δεν υπάρχει. 4 ον Πότε θα υπάρχει αποδοτικότερη απασχόληση του δικτύου; Όταν τα σήµατα QoS είναι in-band ή out-of-band; Απάντηση σε αυτό το ερώτηµα µπορούµε να πάρουµε από διάφορες έρευνες που έχουν γίνει. Εν συντοµία, στην περίπτωση των ασύρµατων δικτύων θέλουµε να διατηρήσουµε τις µεταδόσεις πακέτων στο µικρότερο δυνατό επίπεδο, λόγω έλλειψης ικανού εύρους ζώνης για να εξυπηρετήσει µεγάλο αριθµό συσκευών. Ακόµα είναι επιθυµητή η ακαριαία δηµιουργία ροής δεδοµένων όταν αυτό απαιτείται, η χρήση ελάχιστου προσθέτου overhead, και η διατήρηση των ενεργών ροών δεδοµένων ακόµα και όταν έχω µεταβολές στην τοπολογία. Αυτό µπορεί να γίνει µε τη χρήση πακέτων έλεγχου, τα οποία µπορούν να µεταδοθούν ως προέκταση των πακέτων του δικτύου εάν θα πρέπει να έχουν ειδική αντιµετώπιση ή ως ξεχωριστά. Και οι δύο περιπτώσεις έχουν τα πλεονεκτήµατα τους. Ειδικότερα η Out-ofband µετάδοση θεωρείται ευκολότερη, καθαρή από πλευράς διαχείρισης πακέτων και προσφέρει περισσότερες υπηρεσίες. Από την άλλη η In-band αντιµετώπιση του προβλήµατος κάνει χρήση µικρότερου εύρους ζώνης, δεν δηµιουργεί επιπλέον ανταγωνισµό ανάµεσα σε πακέτα δεδοµένων και έλεγχου και τα σήµατα έλεγχου δεν απαιτούν επιπλέον διευθυνσοδότηση που θα επιβάρυνε το δίκτυο και τέλος απαιτεί λιγότερο επιπλέον υλικό. 5 ον Ποιο είναι το ιδανικό µέγεθος για κάθε τύπου πακέτο; Αυτό εξαρτάται από το είδος του δικτύου που έχουµε κατά περίπτωση αλλά και από τις ειδικές συνθήκες που επηρεάζουν το κάθε ένα. Υπάρχει ωστόσο, ο ακόλουθος πίνακας που δίνει ένα γενικό κανόνα για την αφετηρία που θα πρέπει να έχει κάθε ασύρµατο ad-hoc δίκτυο. 10
DYNAMIC QOS ALLOCATION Table MAC attributes. Value Channel 1 Mbps bandwidth DSSS preamble 144 bits DSSS header 48 bits RTS size 176 bits CTS size 128 bits ACK size 112 bits Header size 272 bits SIFS time 10 µs DIFS time 50 µs Slot time 20 µs Retry_limit 6 times Αξίζει να αναφερθεί ότι δεν υπάρχουν πακέτα reject ή error σε µία προσπάθεια να κρατηθεί στο ελάχιστο η µη αναγκαία µετάδοση πακέτων, και ότι κάθε κόµβος παρακολουθεί στοιχεία δικτύου όπως: flow monitor, loss rate statistics, delay και throughput. Όλα αυτά τα στοιχεία περιοδικά ανταλλάσσονται και το δίκτυο αναπροσαρµόζεται σε τυχών αλλαγές προσπαθώντας να διατηρήσει βέλτιστη λειτουργία. Πρωτόκολλα δροµολόγησης για ad hoc networks Εισαγωγή Για τον συντονισµό µεταξύ των κόµβων ενός ad hoc δικτύου και τη διευκόλυνση της επικοινωνίας µεταξύ οποιονδήποτε ζευγαριών από αυτούς, χρησιµοποιούνται πρωτόκολλα δροµολόγησης, τα οποία ανακαλύπτουν διαδροµές µεταξύ των κόµβων αυτών. Τα ad hoc κινητά δίκτυα, έχουν όπως προαναφέρθηκε, αρκετά ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, τα οποία καθιστούν τα παραδοσιακά πρωτόκολλα δροµολόγησης, που έχουν σχεδιαστεί για ενσύρµατα δίκτυα, ακατάλληλα για αυτά. Τα πρωτόκολλα δροµολόγησης για ad hoc δίκτυα, µπορούν να διαιρεθούν σε δύο βασικές κατηγορίες : Table-driven (proactive) πρωτόκολλα On-demand (reactive) πρωτόκολλα Μια επιπλέον κατηγορία είναι η εξής : Hybrid πρωτόκολλα Η τεχνολογία Ad-Hoc προσπαθεί να πετύχει επικοινωνία δύο σηµείων µέσω της αναµετάδοσης σηµάτων RF. Αυτό σπάνια µπορεί να γίνει µε απευθείας σύνδεση των δύο κόµβων που επιθυµούν να επικοινωνήσουν. Για αυτό το λόγο απαιτείται από τους κόµβους που βρίσκονται σε γεωγραφικά ενδιάµεσες θέσεις, να αναµεταδώσουν το σήµα. Έτσι επέρχεται η ανάγκη εύρεσης καλύτερης διαδροµής (routing - δροµολόγηση). 11
Επιπλέον, προβλήµατα δηµιουργούνται από τη διαρκώς µεταβαλλόµενη φύση του δικτύου. Μερικές από τις βασικές θεωρήσεις των Ad-Hoc είναι η µεταβαλλόµενη γεωγραφική θέση των κόµβων, η έλλειψη γνώσεως του κάθε κόµβου για την κατάσταση των υπόλοιπων και η τυχαία είσοδος παρεµβολών είτε από το περιβάλλον είτε από τους υπόλοιπους κόµβους. Παράλληλα στην περίπτωση των e-gadgets υπάρχει και πρόβληµα µε την έλλειψη υπολογιστικής ισχύος της κάθε συσκευής. Πρέπει δηλαδή να αντιµετωπιστεί η χαµηλή χωρητικότητα του δικτύου, οι χρονικά µεταβαλλόµενοι πόροι, αλλά και η µεταβαλλόµενη κατανοµή του δικτύου. Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing Protocol (DSDV) Γενική Περιγραφή Ο DSDV βασίζεται στον κλασσικό αλγόριθµο δροµολόγησης των Bellman- Ford, µε κάποιες βελτιώσεις. Σύµφωνα µε το DSDV, κάθε κινητός κόµβος του δικτύου διατηρεί έναν πίνακα δροµολόγησης, στον οποίο αποθηκεύει όλους τους πιθανούς προορισµούς, τον απαιτούµενο αριθµό των hops για κάθε προορισµό και τον sequence number, ο οποίος έχει οριστεί από τον προορισµό. Ο αριθµός αυτός χρησιµοποιείται για να διαχωριστούν οι παλιές διαδροµές από τις νεώτερες, και έτσι αποφεύγεται η δηµιουργία loops. Οι κόµβοι µεταδίδουν περιοδικά τους πίνακες δροµολόγησής τους στους άµεσους γείτονές τους, έτσι ώστε να διατηρείται η συνέπεια των πινάκων. Επίσης µεταδίδουν τους πίνακές δροµολόγησής τους αν συµβεί κάποια σηµαντική αλλαγή στην τοπολογία του δικτύου (και εποµένως στους πίνακες τους) στο χρόνο µεταξύ των περιοδικών µεταδόσεων. Για να µειωθεί η πιθανά 12
µεγάλη κίνηση στο δίκτυο που µπορεί να προκληθεί από τέτοιου είδους ενηµερώσεις των πινάκων δροµολόγησης, οι ενηµερώσεις αυτές µπορούν να σταλούν µε δύο είδη πακέτων.το πρώτο είδος,είναι γνωστό σαν full dump πακέτα, περιέχουν ολόκληρους τους πίνακες δροµολόγησης και µπορεί να απαιτήσουν πολλαπλές µονάδες δεδοµένων του πρωτοκόλλου του δικτύου (NPDUs). Το δεύτερο είδος,είναι τα πακέτα επαύξησης (incremental packets), τα οποία χρησιµοποιούνται για να σταλούν µόνο εκείνες οι εγγραφές των πινάκων δροµολόγησης που έχουν αλλάξει από την τελευταία ενηµέρωση και πρέπει να χωρούν σε ένα NPDU, και έχουν ως αποτέλεσµα να µειώνεται το ποσό της κίνησης που παράγεται. Αν υπάρχει χώρος στα πακέτα επαύξησης, τότε µπορούν να συµπεριληφθούν και οι εγγραφές εκείνες των οποίων έχει αλλάξει ο sequence number. Όταν το δίκτυο είναι σχετικά σταθερό, στέλνονται πακέτα επαύξησης, έτσι ώστε να αποφευχθεί η επιπλέον κίνηση, ενώ τα πακέτα full dump είναι σχετικά σπάνια. Σε ένα δίκτυο που αλλάζει συχνά τα πακέτα επαύξησης µπορεί να µεγαλώσουν, εποµένως τα πακέτα full dump θα είναι πιο συχνά. Κάθε πακέτο ενηµέρωσης, περιέχει τη διεύθυνση του προορισµού, τον αριθµό των hops για να φτάσουµε στον προορισµό αυτό, το sequence number των πληροφοριών που ελήφθησαν σε σχέση µε τον προορισµό αυτό, όπως επίσης και ένα sequence number το οποίο είναι µοναδικό για την εκποµπή. Η διαδροµή µε το µεγαλύτερο sequence number, δηλαδή η πιο πρόσφατη, είναι αυτή που χρησιµοποιείται. Στην περίπτωση που δύο διαδροµές έχουν το ίδιο sequence number, τότε η διαδροµή µε την καλύτερη µετρική, δηλαδή η µικρότερη διαδροµή, χρησιµοποιείται. Όταν κάποιος κόµβος Α αντιληφθεί ότι η διαδροµή µέχρι τον προορισµό D έχει πάψει να είναι έγκυρη, τότε αυξάνεται ο αριθµός hop-count της διαδροµής αυτής. Έτσι, την επόµενη φορά που ο Α θα κοινοποιήσει στους γείτονες του τον πίνακα δροµολόγησής του, θα δώσει στη διαδροµή προς τον D άπειρο hop-count και ένα sequence number που είναι µεγαλύτερος από πριν. Οι κόµβοι υπολογίζουν επίσης το χρόνο εγκατάστασης µιας διαδροµής, δηλαδή το µέσο χρόνο κατά τον οποίο κυµαίνονται οι διαδροµές για ένα προορισµό µέχρι να ληφθεί η καλύτερη διαδροµή. Έτσι, καθυστερούν την εκποµπή µιας ενηµέρωσης διαδροµής κατά ένα ποσό χρόνου ίσο µε το χρόνο εγκατάστασης, µειώνοντας έτσι την κίνηση του δικτύου και βελτιστοποιώντας τις διαδροµές, αφού εξαλείφονται οι εκποµπές αυτές οι οποίες θα συνέβαιναν αν µια καλύτερη διαδροµή βρισκόταν πολύ σύντοµα. Ιδιότητες (Πλεονεκτήµατα-Μειονεκτήµατα) Πλεονεκτήµατα Εγγυάται ότι δεν υπάρχουν loops στους πίνακες δροµολόγησης, χρησιµοποιώντας τα sequence numbers για να διαχωρίσει τις παλιές από τις νέες διαδροµές. Ενώ παρέχει µόνο ένα µονοπάτι για κάθε προορισµό, επιλέγει το µικρότερο µονοπάτι βασισµένος στον αριθµό των hops για τον προορισµό. Παρέχει δύο είδη πακέτων ενηµέρωσης, το ένα από τα οποία είναι σηµαντικά µικρότερο από το άλλο και το οποίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί για ενηµερώσεις επαύξησης έτσι ώστε να µη χρειάζεται να σταλεί ολόκληρος ο πίνακας δροµολόγησης για κάθε αλλαγή στην τοπολογία του δικτύου. 13
ιατηρεί ενηµερωµένες διαδροµές χρησιµοποιώντας τα sequence numbers. Μειονεκτήµατα Ο DSDV είναι µη αποδοτικός γιατί : Απαιτεί εκποµπή περιοδικών ενηµερώσεων ανεξάρτητα από τον αριθµό των αλλαγών στην τοπολογία του δικτύου, το οποίο έχει ως σα συνέπεια να περιορίζεται ο αριθµός των κόµβων που µπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο, αφού το συνολικό κόστος του δικτύου αυξάνεται (O(n 2 )). Χρειάζεται κάποιο χρόνο έτσι ώστε να συγκλίνει πριν χρησιµοποιηθεί κάποια διαδροµή. Αυτός ο χρόνος σύγκλισης µπορεί να θεωρηθεί αµελητέος σε ένα στατικό δίκτυο, όπου η τοπολογία δεν αλλάζει και τόσο συχνά, αλλά στα ad hoc δίκτυα η τοπολογία περιµένουµε να µεταβάλλεται πολύ συχνά.έτσι ο χρόνος αυτός σύγκλισης µπορεί να σηµαίνει ότι ένας µεγάλος αριθµός πακέτων έχουν απορριφθεί προτού βρεθεί µια κατάλληλη διαδροµή. Performance Evaluation Measures Το overhead ελέγχου που παράγεται από τους µηχανισµούς ενηµέρωσης δροµολόγησης. Η µέση καθυστέρηση των πακέτων δεδοµένων. Ο µέσος αριθµός hops για τα πακέτα δεδοµένων. Οι µεταβλητές που χρησιµοποιούνται είναι οι εξής : Ο αριθµός των ζευγαριών κόµβων που επικοινωνούν. Η κινητικότητα των κόµβων. Ο αριθµός των κόµβων. AODV To AODV πρωτόκολλο δροµολόγησης δηµιουργείται µε βάση τον DSDV αλγόριθµο. Το AODV είναι µια βελτίωση του DSDV, αφού τυπικά ελαχιστοποιεί τον αριθµό των εκποµπών που απαιτούνται, δηµιουργώντας διαδροµές όταν απαιτούνται, σε αντίθεση µε τον DSDV που διατηρεί µια πλήρη λίστα των διαδροµών. Οι συγγραφείς του AODV το κατατάσσουν σαν ένα απλό σύστηµα απόκτησης διαδροµής όταν απαιτείται, αφού οι κόµβοι που δε βρίσκονται στο επιλεγµένο µονοπάτι δε διατηρούν πληροφορίες δροµολόγησης, ούτε συµµετέχουν σε ανταλλαγές πινάκων δροµολόγησης. Κάθε κόµβος του δικτύου διατηρεί ένα πίνακα ροµολόγησης, κάθε εγγραφή του οποίου περιέχει τις ακόλουθες πληροφορίες : Την IP διεύθυνση του προορισµού Το sequence number του προορισµού Τον αριθµό των hops µέχρι τον προορισµό Το επόµενο βήµα-κόµβο, το οποίο έχει επιλεγεί για την αποστολή πακέτων στον προορισµό µέσω αυτής της διαδροµής Το χρόνο για τον οποίο η διαδροµή θεωρείται έγκυρη (lifetime) Τους γειτονικούς κόµβους, οι οποίοι χρησιµοποιούν ενεργά αυτή τη διαδροµή Ένα buffer (Request Buffer), ο οποίος εξασφαλίζει ότι µια αίτηση επεξεργάζεται µόνο µια φορά 14
Όταν ένας κόµβος-πηγή επιθυµεί να στείλει ένα µήνυµα σε κάποιον κόµβοπροορισµό, για να βρει ένα µονοπάτι για τον προορισµό αυτό, ξεκινά µια διαδικασία ανεύρεσης µονοπατιού για να τον εντοπίσει. Εκπέµπει ένα πακέτο αίτησης διαδροµής (RREQ) στους γείτονες του. Αυτοί µε τη σειρά τους προωθούν την αίτηση στους γείτονές τους και ούτω καθεξής, µέχρι να φτάσει σε έναν ενδιάµεσο κόµβο που έχει µια πρόσφατη διαδροµή για τον προορισµό, ή µέχρι να φτάσει στον προορισµό (Σχήµα 4.6α). Ένας κόµβος πετά ένα πακέτο αίτησης διαδροµής που έχει ξαναδεί. Ο AODV χρησιµοποιεί τους sequence numbers των προορισµών (οι οποίοι αλλάζουν όταν συµβεί κάτι στην περιβάλλουσα περιοχή) για να εξασφαλίσει ότι όλες οι διαδροµές δεν περιέχουν βρόχους (loop-free) και περιέχουν τις πιο πρόσφατες πληροφορίες διαδροµών. Κάθε κόµβος διατηρεί ένα δικό του sequence number, καθώς και ένα ID εκποµπής.το ID αυτό αυξάνεται για κάθε RREQ που ξεκινά ο κόµβος, και µαζί µε την IP διεύθυνση του κόµβου, προσδιορίζουν µοναδικά ένα RREQ. Μαζί µε το δικό του sequence number και το ID εκποµπής, ο κόµβος-πηγή συµπεριλαµβάνει στο RREQ τον πιο πρόσφατο sequence number που έχει για τον προορισµό. Ενδιάµεσοι κόµβοι µπορούν να απαντήσουν στο RREQ µόνο αν έχουν µια διαδροµή για τον προορισµό, της οποίας ο αντίστοιχος sequence number του προορισµού είναι µεγαλύτερος ή ίσος µε αυτόν που περιέχεται στο RREQ. Μετάδοση του πακέτου αίτησης διαδροµής (RREQ) Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της προώθησης του RREQ, οι ενδιάµεσοι κόµβοι καταγράφουν στον πίνακα ροµολόγησής τους τη διεύθυνση του γείτονα από τον οποίο ήρθε το πρώτο αντίγραφο της αίτησης. Η πληροφορία αυτή χρησιµοποιείται για την κατασκευή του αντίστροφου µονοπατιού για το πακέτο απάντησης διαδροµής (RREP). Όταν το RREQ φτάσει στον προορισµό ή σε έναν ενδιάµεσο κόµβο µε µια αρκετά «φρέσκια» διαδροµή, ο προορισµός ή ο ενδιάµεσος κόµβος απαντά µεταδίδοντας ένα RREP πακέτο πίσω προς το γείτονα από τον οποίο έλαβε αρχικά το RREQ (Σχήµα 4.6β). Ενόσω το RREP προωθείται προς τα πίσω κατά µήκος του αντιστρόφου µονοπατιού, οι κόµβοι κατά µήκος του µονοπατιού αυτού δηµιουργούν στους πίνακες ροµολόγησής τους εγγραφές διαδροµών προς τα µπρος, που δείχνουν προς τον κόµβο από τον οποίο ήρθε το RREP. Αυτές οι προς τα µπρος εγγραφές διαδροµών δείχνουν την ενεργή διαδροµή προς τα µπρος. Με κάθε εγγραφή 15
διαδροµής είναι συσχετισµένο ένα χρονόµετρο διαδροµής, το οποίο θα προκαλέσει τη διαγραφή της αντίστοιχης εγγραφής, αν αυτή δε χρησιµοποιείται µέσα στον προκαθορισµένο χρόνο ζωής. Επειδή το RREP προωθείται κατά µήκος του µονοπατιού που έχει εγκατασταθεί από το RREQ, ο AODV υποστηρίζει µόνο τη χρήση συµµετρικών συνδέσεων. Αν η απάντηση (RREP) δεν φτάσει µέσα σε ένα συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα, ο κόµβος µπορεί να επαναλάβει την αποστολή του RREQ µηνύµατος, ή να υποθέσει ότι δεν υπάρχει κάποια διαδροµή προς τον απαιτούµενο προορισµό. Το µονοπάτι που ακολουθείται από το πακέτο απάντησης διαδροµής (RREP) Οι διαδροµές διατηρούνται ως εξής : Αν ένας κόµβος-πηγή µετακινηθεί, τότε µπορεί να ξαναρχίσει το µηχανισµό ανακάλυψης διαδροµής, για να βρει µια νέα διαδροµή για τον προορισµό. Αν ένας ενδιάµεσος κόµβος κατά µήκος της διαδροµής µετακινηθεί, τότε ο προηγούµενος γείτονάς του παρατηρεί τη µετακίνηση (την αποτυχία της σύνδεσης) και µεταδίδει ένα µήνυµα ειδοποίησης αποτυχίας σύνδεσης (ένα RREP µε άπειρη µετρική) σε κάθε έναν από τους ενεργούς προηγούµενους γείτονές του, για να τους ενηµερώσει για την εξάλειψη αυτού του τµήµατος της διαδροµής. Αυτοί οι κόµβοι µε τη σειρά τους, µεταδίδουν το µήνυµα ειδοποίησης στους προηγούµενους γείτονές τους και ούτω καθεξής µέχρι να φτάσει στον κόµβο-πηγή. Η πηγή µπορεί τότε να επιλέξει να ξαναρχίσει την ανακάλυψη διαδροµής για τον προορισµό αυτό, αν η διαδροµή είναι ακόµα επιθυµητή. Μια επιπλέον άποψη του πρωτοκόλλου είναι η χρήση των hello µηνυµάτων (ένα ειδικό τύπο RREP µηνύµατος), τα οποία στέλνονται περιοδικά από ένα κόµβο προς όλους τους άµεσους γείτονές του. Αυτά τα µηνύµατα έχουν σα στόχο τη διαρκή ενηµέρωση κάθε κόµβου για άλλους κόµβους που βρίσκονται στη γειτονιά του. Οι γείτονες που χρησιµοποιούν διαδροµές µέσω του συγκεκριµένου κόµβου θα εξακολουθήσουν να θεωρούν τις διαδροµές σαν έγκυρες.τα hello µηνύµατα µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να διατηρηθεί η τοπική συνδετικότητα ενός κόµβου. Παρόλα αυτά, η χρήση τους δεν απαιτείται. Οι κόµβοι ελέγχουν τη µετάδοση πακέτων δεδοµένων, έτσι ώστε να επιβεβαιώσουν ότι µπορούν 16
ακόµη να φτάσουν στον επόµενο κόµβο. Αν µια τέτοια µετάδοση δεν «ακουστεί», ο κόµβος µπορεί να χρησιµοποιήσει οποιαδήποτε από έναν αριθµό τεχνικών, συµπεριλαµβανοµένης και της λήψης hello µηνυµάτων, έτσι ώστε να καθορίσει αν ο επόµενος κόµβος βρίσκεται εντός της ακτίνας επικοινωνίας. Αν τα hello µηνύµατα σταµατήσουν να φτάνουν από ένα συγκεκριµένο κόµβο, τότε οι γείτονές του µπορούν να υποθέσουν ότι έχει αποµακρυνθεί εκτός ακτίνας επικοινωνίας, και να σηµαδέψουν τη σύνδεση αυτή σα σπασµένη. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να γνωστοποιηθεί η αποτυχία της σύνδεσης αυτής σε όλους τους επηρεαζόµενους κόµβους. Τα hello µηνύµατα µπορούν να δηµιουργήσουν µια λίστα των κόµβων από τους οποίους έχει ακούσει ένας κόµβος, αποδίδοντας έτσι µεγαλύτερη γνώση της συνδετικότητας του δικτύου. Ιδιότητες (Πλεονεκτήµατα-Μειονεκτήµατα) Πλεονεκτήµατα Πλεονεκτεί σε σχέση µε τους κλασσικούς αλγόριθµους δροµολόγησης, όπως ο Distance Vector και ο Link State, στο ότι έχει περιορίσει σηµαντικά τον αριθµό των µηνυµάτων δροµολόγησης µέσα στο δίκτυο. Με τη χρήση των sequence numbers εξασφαλίζεται ότι µια διαδροµή είναι πρόσφατη και δεν περιέχει βρόχους (loops). Προσθέτει τη δυνατότητα multicast, η οποία αυξάνει την απόδοση σηµαντικά όταν ένας κόµβος επικοινωνεί µε πολλούς. Το πρωτόκολλο είναι κατανεµηµένο, αφού δεν εξαρτάται από κάποιον κεντρικοποιηµένο κόµβο. ιατηρεί χαµηλό το overhead δροµολόγησης, αφού τόσο τα πακέτα αναζήτησης διαδροµής, όσο και τα πακέτα απάντησης διαδροµής, περιέχουν µικρό όγκο πληροφοριών. Με την αποστολή hello µηνυµάτων µπορεί να διατηρηθεί η τοπική συνδετικότητα του κάθε κόµβου. Μειονεκτήµατα Η χρήση των sequence numbers µπορεί να δηµιουργήσει προβλήµατα, αν για παράδειγµα πάψουν να είναι συγχρονισµένοι. Υποστηρίζει µόνο µια διαδροµή για κάθε προορισµό. Απαιτεί συµµετρικές συνδέσεις µεταξύ των κόµβων και για το λόγο αυτό δε µπορεί να χρησιµοποιήσει διαδροµές µε µη-συµµετρικές συνδέσεις. Αν προκύψει µια αποτυχία σύνδεσης κατά µήκος ενός µονοπατιού, ο αλγόριθµος ανακάλυψης διαδροµής πρέπει να ξανακληθεί από την πηγή για να βρεθεί ένα νέο µονοπάτι για τον προορισµό. ε γίνεται καµιά προσπάθεια να χρησιµοποιηθεί τµηµατική ανάκτηση διαδροµής, δηλαδή να επιτραπεί στους ενδιάµεσους κόµβους να προσπαθήσουν να ξαναφτιάξουν µόνοι τους τη διαδροµή. Αυτό µπορεί να οδηγήσει σε µεγαλύτερους χρόνους ανακατασκευής διαδροµής. Όµως η προσπάθεια και η αποτυχία ενός ενδιάµεσου κόµβου να ξαναφτιάξει µια διαδροµή, θα προκαλέσει µεγαλύτερη καθυστέρηση από ότι αν ο κόµβος-πηγή είχε προσπαθήσει να την ξαναφτιάξει αµέσως µόλις αντιλήφθηκε τη σπασµένη σύνδεση. 17
Performance Evaluation Measures Κλάσµα παράδοσης πακέτων (Packet Delivery fraction). Μέση καθυστέρηση πακέτων από άκρη σε άκρη (Average end-toend packet delay). Οµαλοποιηµένο φορτίο δροµολόγησης (Normalized routing load). Throughput. Οι µεταβλητές που χρησιµοποιούνται είναι οι εξής : Κινητικότητα. Αριθµός των ζευγαριών κόµβων που επικοινωνούν. Προσφερόµενο φορτίο (Offered load). Dynamic Source Routing Protocol (DSR) Γενική Περιγραφή Το DSR πρωτόκολλο, είναι ένα on-demand πρωτόκολλο δροµολόγησης το οποίο βασίζεται στην έννοια της δροµολόγησης πηγής. Κάθε κόµβος χρειάζεται να διατηρεί κρυφές µνήµες διαδροµών, οι οποίες περιέχουν τις διαδροµές πηγής για τις οποίες είναι ενήµερος. Οι εγγραφές στην κρυφή µνήµη διαδροµών ενός κόµβου ενηµερώνονται συνεχώς, καθώς αυτός µαθαίνει για νέες διαδροµές. Κάθε εγγραφή στην κρυφή µνήµη διαδροµών έχει συσχετισµένη µε αυτή µια περίοδο λήξης, µετά την οποία η εγγραφή διαγράφεται από την κρυφή µνήµη. Το πρωτόκολλο αποτελείται από δύο κύριες φάσεις : την ανακάλυψη διαδροµής και τη διατήρηση διαδροµής. Όταν ένας κινητός κόµβος θέλει να στείλει ένα πακέτο σε κάποιον προορισµό, ελέγχει την κρυφή µνήµη διαδροµών του για να καθορίσει αν ήδη έχει µια διαδροµή για τον προορισµό αυτό. Αν βρει ότι υπάρχει µια διαδροµή για τον προορισµό που δεν έχει λήξει, χρησιµοποιεί τη διαδροµή αυτή για να στείλει το πακέτο. Αν όµως ο κόµβος δεν έχει µια τέτοια διαδροµή, τότε ξεκινάει τη διαδικασία ανακάλυψης διαδροµής εκπέµποντας ένα πακέτο αίτησης διαδροµής. Αυτό το πακέτο αίτησης διαδροµής, περιέχει τη διεύθυνση της πηγής και του προορισµού και ένα µοναδικό αριθµό αναγνώρισης ταυτότητας. Κάθε ενδιάµεσος κόµβος που λαµβάνει το πακέτο αυτό, ελέγχει αν ξέρει µια διαδροµή για τον προορισµό. Αν δεν ξέρει µια τέτοια διαδροµή, προσαρτά τη διεύθυνσή του στο αρχείο διαδροµής του πακέτου και στη συνέχεια προωθεί το πακέτο στους γείτονές του. Για να µειωθεί ο αριθµός των αιτήσεων διαδροµής που µεταδίδονται, ένας κόµβος προωθεί το πακέτο αίτησης διαδροµής µόνο αν δεν έχει δει ήδη το πακέτο αυτό και η διεύθυνσή του δεν εµφανίζεται ήδη στο αρχείο διαδροµής του πακέτου. Μια απάντηση διαδροµής παράγεται όταν το πακέτο αίτησης διαδροµής φτάσει είτε στον ίδιο τον προορισµό, είτε σε έναν ενδιάµεσο κόµβο που περιέχει στην κρυφή µνήµη διαδροµών του µια διαδροµή για τον προορισµό που δεν έχει λήξει. Ένα πακέτο αίτησης διαδροµής που φτάνει σε έναν από αυτούς τους κόµβους, ήδη περιέχει στο αρχείο διαδροµής του την ακολουθία των βηµάτων (κόµβων) που έγιναν από την πηγή µέχρι τον κόµβο αυτό. 18
Κατασκευή του αρχείου διαδροµής κατά τη διάρκεια της ανακάλυψης διαδροµής Μετάδοση της απάντησης διαδροµής µε το αρχείο διαδροµής Καθώς το πακέτο αίτησης διαδροµής µεταδίδεται διαµέσου του δικτύου, το αρχείο διαδροµής σχηµατίζεται όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.7α. Αν η απάντηση διαδροµής παράγεται από τον προορισµό, τότε αυτός τοποθετεί το αρχείο διαδροµής, που περιέχεται στο πακέτο αίτησης διαδροµής, στο πακέτο απάντησης διαδροµής. Αν όµως ο κόµβος που παράγει την απάντηση διαδροµής είναι ένας ενδιάµεσος κόµβος, τότε αυτός προσαρτά την αποθηκευµένη του διαδροµή για τον προορισµό στο αρχείο διαδροµής του πακέτου αίτησης διαδροµής και το τοποθετεί στη συνέχεια (το αρχείο διαδροµής) στο πακέτο απάντησης διαδροµής. Το Σχήµα 4.7β δείχνει το πακέτο απάντησης διαδροµής (µε το συσχετισµένο αρχείο διαδροµής) που στέλνεται από τον ίδιο τον προορισµό πίσω στον κόµβο-πηγή. 19
Για να επιστρέψει το πακέτο απάντησης διαδροµής, ο κόµβος που απαντά θα πρέπει να έχει µια διαδροµή για την πηγή. Αν έχει µια τέτοια διαδροµή στην κρυφή µνήµη διαδροµών του, µπορεί να τη χρησιµοποιήσει. Αλλιώς, αν υποστηρίζονται οι συµµετρικές συνδέσεις, µπορεί να χρησιµοποιήσει την αντίστροφη διαδροµή του αρχείου διαδροµής. Στην περίπτωση που δεν υποστηρίζονται οι συµµετρικές συνδέσεις, ο κόµβος µπορεί να ξεκινήσει τη δική του διαδικασία ανακάλυψης διαδροµής και να «φορτώσει» την απάντηση διαδροµής στη νέα αίτηση διαδροµής. Η διατήρηση διαδροµής επιτυγχάνεται µέσω της χρήσης δύο ειδών πακέτων : τα πακέτα Λάθους ιαδροµής και τις Αναγνωρίσεις. Ένα πακέτο Λάθους ιαδροµής παράγεται σε ένα κόµβο, όταν το στρώµα Ζεύξης εδοµένων αντιµετωπίσει ένα µοιραίο πρόβληµα µετάδοσης. Όταν ένας κόµβος λάβει ένα πακέτο Λάθους ιαδροµής, µετακινεί το hop για το λάθος αυτό από την κρυφή µνήµη διαδροµών του και όλες οι διαδροµές που περιέχουν το βήµα αυτό προς το λάθος, περικόπτονται σε αυτό το σηµείο. Επιπρόσθετα µε τα πακέτα Λάθους ιαδροµής, χρησιµοποιούνται και πακέτα Αναγνώρισης για την επιβεβαίωση της σωστής λειτουργίας των συνδέσεων των διαδροµών.τέτοιες Αναγνωρίσεις περιλαµβάνουν και παθητικές αναγνωρίσεις, στις οποίες ο κόµβος είναι σε θέση να «ακούσει» τον επόµενο κόµβο να προωθεί το πακέτο κατά µήκος της διαδροµής. Ιδιότητες (Πλεονεκτήµατα-Μειονεκτήµατα) Πλεονεκτήµατα Ένα πλεονέκτηµά του σε σχέση µε τα υπόλοιπα on-demand πρωτόκολλα, είναι ότι δε χρησιµοποιεί περιοδικά µηνύµατα δροµολόγησης, και έτσι µειώνεται το πρόσθετο κόστος στο δίκτυο, εξοικονοµώντας ενέργεια στους κόµβους καθώς και πολύτιµο εύρος ζώνης επικοινωνίας. Έτσι το πρωτόκολλο δεν επιφέρει οποιοδήποτε overhead όταν δεν υπάρχουν αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου και επιπλέον µπορεί να τεθεί σε κατάσταση sleep mode. Χρησιµοποιεί το σηµαντικό πλεονέκτηµα της δροµολόγησης από την πηγή. Έτσι, οι ενδιάµεσοι κόµβοι δεν χρειάζεται να διατηρούν ενηµερωµένες πληροφορίες για τις διαδροµές έτσι ώστε να δροµολογούν τα πακέτα που προωθούν. Η µάθηση των διαδροµών γίνεται µε τον έλεγχο της πληροφορίας που περιέχεται στα πακέτα που λαµβάνει κάθε κόµβος. Αυτή η µορφή ενεργούς µάθησης είναι πολύ χρήσιµη, αφού µειώνει το πρόσθετο κόστος του δικτύου. Παρέχει υποστήριξη για αµφίδροµες συνδέσεις, µε τη χρήση νέων αιτήσεων διαδροµής από τον τελικό προς τον αρχικό κόµβο. εν απαιτεί τη χρήση συµµετρικών συνδέσεων και µπορεί να χρησιµοποιήσει µη-συµµετρικές συνδέσεις όταν δεν είναι διαθέσιµες συµµετρικές. Επιτρέπει στους κόµβους να διατηρούν πολλαπλές διαδροµές για έναν προορισµό στην κρυφή τους µνήµη. Έτσι, όταν σπάσει µια σύνδεση σε µια διαδροµή, η πηγή µπορεί να ελέγξει την κρυφή της µνήµη για µια άλλη έγκυρη διαδροµή. Είναι loop-free πρωτόκολλο. Το πρωτόκολλο είναι κατανεµηµένο, αφού δεν εξαρτάται από κάποιον κεντρικοποιηµένο κόµβο. 20