Algoritmi de rutare baza ț i pe informa ț iile de pozi ț ie ale nodurilor î ntr -o re ț ea ad-hoc

1. Algoritmide rutarebazațipeinformațiile de poziție ale nodurilorîntr-o rețea ad-hoc Proiectrealizatîn cadrulcursului“Rețele de Calculatoare și Internet" Petruș Andrei An 2 – Master IISC

2. Cuprins • Introducere in retele de senzori wireless / ad-hoc • Algoritmi de rutare • Generalitati • Parametrii critici • Algoritmul A: LAR • Algoritmul B: DREAM

3. 1. Introducere in WSN/WAN • Ce este un senzor wireless? • SoC compus din: • Procesor consum redus • Putere de procesare limitata • Memorie • Capacitate redusa • Modul radio • Rata de transfer mica • Raza de acoperire redusa • Senzori • Scalari • Camere de captura, microfoane • Sursa energie P O W E R Sensors Storage Processor Radio Fig. 1 – modulelecomponente ale unui nod Fig. 2 – exemple de noduri WSN (incapsulatsi SMD)

4. 1. Introducere in WSN/WAN • Ceesteo retea de senzori wireless? • Este compusa din mai multi senzori wireless (noduri) • Proprietati: • Puterniclimitatedpdv energetic (compromisperformanta/autonomie) • Self-management, Self-organizing • Scalabile(numar mare de noduri) • Heterogene (noduriorganizateierarhic, dispozitive cu diferitecapabilitati) • Adaptabile • Securitatesporita Fig. 3 – retea WSN cu senzoridistribuitialeator

5. 1. Introducere in WSN/WAN • Diferente intre WSN / WAN • Retelele de senzori sunt mai dense • Retelele de senzori sunt predispuse la erori/failures • Topologia retelelor de senzori de schimba foarte des • WSN trimite mesajele broadcast, pe cand in retelele ad-hoc comunicarea este point-to-point • Nodurile din WSN pot sau nu sa aiba identificator unic global

6. 1. Introducere in WSN/WAN • Aplicatii ale retelelor de senzori wireless • Monitorizare • Scop stiintific, aplicatii in ecologie. • Informatii spatio-temporale in timp real • Accesul la zone restrictionate • Supraveghere si urmarire • Recunoastere • Controlul perimetrului • Medii “inteligente” • Agricultura • Procese industriale

7. 1. Introducere in WSN/WAN • Aplicatii ale retelelor de senzori wireless • Monitorizare Fig. 4 – o implementare WSN in scop de monitorizare a unuiobiectiv

8. 1. Introducere in WSN/WAN • Aplicatii ale retelelor de senzori wireless • Supraveghere si urmarire Fig. 5 – o implementare WSN in scopmilitar, de recunoastere

9. 1. Introducere in WSN/WAN • Aplicatii ale retelelor de senzori wireless Fig. 6 – implementari WSN in aplicatii consumer

10. 2. Algoritmi de rutare • Algoritm de rutare -> serviciu • Funcții: • Defineste procedurile si infrastructura pentru transmiterea mesajelor/datelor intre nodurile retelei • Asigura flexibilitate si adaptabilitate retelei • Un algoritm de rutare eficient va contribui semnificativ la: autonomia generala a sistemului, confidentialitatea datelor transmise Fig. 7 – frame-ulpachetuluiintr-o retea TDMA Fig. 8 – o retea WSN

11. 2. Algoritmi de rutare • Ce folosesc informatiile de pozitie ale nodurilor in retea: • GPSR – Greedy Perimeter Stateless Routing • Location-aware long-lived route selection • DREAM – Distance Routing Algorithm for Mobility • LAR – Location Aided Routing Fig. 9 – GPSR (rutaregeografica) Fig. 10 – reteaWAN Fig. 11 – LAR (rutareaasistata de localizare)

12. 2a. Parametriicritici • Parametriicriticipentrualgoritmii de rutare: • Eficienta de rutare (correct destination high hit rate) • Evitareabuclelor de rutare • Alegerearuteloroptime • Viteza de rutare • Perioada mica de convergenta a retelei • Rata ridicata de transfer a pachetelor in retea • Eficientaenergetica • Complexitateaimplementarii

13. 2b. Protocolul de rutareLAR • Folosestedoarinformatii geo pentrudescoperirearutelorsi se bazeazape un protocol de rutare on-deman (gen Ad-hoc on demand distance-vector routing) • Dacaemitorulcunoaste o pozitieanterioara a receptorului cat sivitezaacestuia de deplasare, el vacalcula o arieundeesteposibilsa se aflereceptorul in momentul actual (expected zone) • Astfel, se vaminimizaefectul de flood a pachetelormenitesaidentificerutele • Pachetelesunttrimisedoar in ‘expected zone’ • Daca un nod din exteriorulacestei zone primeste un astfel de pachet, ilignora • Dacanoduldestinatieprimestepachetul, acestaraspunde cu pozitiasacurentasiviteza de deplasare • Atuncicand un nod intra in retea, acesta nu cunoasteinformatiile de pozitie a celorlaltenoduri, motivpentru care nodul face fall-backsivafolosiprotocolul fundamental de rutare (flood the entire network) Fig. 13 – LAR (rutareaasistata de localizare)

14. 2b. Protocolul de rutareLAR PentrucaLARsaaduca un beneficiupestetraditionalul flood, reteauatrebuiesa fie stabila! LARva fi eficient in cadrulretelelordinamice (si/sau) cu noduri care dispar, insaeficientava fi scazutaatuncicandaparnodurinoi. Avantaje: • Se evitafloodareainutila a intregiiretele • Performanteridicatechiarsi in reteleputernicdinamice Dezavantaje • Dacareteaua nu estestabila, algoritmulesteineficient • Performantelesuntscazute in retelele in care fluxul de intrare a nodurilornoiesteridicat

15. 2c. Protocolul de rutare DREAM • Fiecare nod isicunoastepozitia • Fiecare nod isicomunicaadresasipozitia in retea • Cand se trimite un pachet, acestaesteinaintatnumaipedirectianodului receptor • Apare “efectul de distanta”: • Nodurileapropiateintreeleisitrimitinformatiiunulceluilaltmai des decatnodurileintre care exista o distantamai mare • Cand un pachetestetransmis de la nodul A catrenodulmaidepartat B, informatiiledesprepozitianodului B se detaliazapemasuracepachetul se propaga in retea • Cand un nod isischimbapozitiadez, acestatrimitemaifrecventinformatiivecinilorsai Fig. 12 – GPSR (rutaregeografica)

16. 2c. Protocolul de rutare DREAM Frecventa de actualizare/notificare a informatiilor de pozitie a unui nod A catrenodul B estedependenta de distantadintreacestenoduri. Informatiile de pozitieconstau in coordonate, ci nu in cai de rutare! Avantaje: • Permite o scalabilitateridicata a retelei • Algoritmul are o eficienta de rutarebuna Dezavantaje • Trebuierezolvataproblemaachizitieiinformatiilor de pozitiepentrufiecare nod (prin GPS = cost ridicatdpdv al eficienteienergetice)

17. Bibliografie • P. Bahl and V. N. Padmanabhan. Radar: An in-building RF-based user location and tracking system. In Proc. IEEE INFOCOMM, paginile 775­784, 2000. • N. Bulusu, J. Heidemann, and D. Estrin. GPS-less low cost outdoor localization for very small devices. IEEE Personal Communications, 7(5):28-34, 2000. Special Issue on Smart Spaces and Environments. • S. Capkun, M. Hamdi, and J.-P. Hubaux. GPS-free positioning in mobile ad-hoc networks. In Proc. of 34th HICSS, volume 9, pagina 9008, 2001. • B. Kusy, M. Maroti, G. Balogh, P. V Olgyesi, J. Sallai, A. Nadas, A. Ledeczi, and L. Meertens. Node density independent localization. In Proc. of IPSN, paginile 441-448, 2006. • K. Pister L. Doherty and L. EI Ghaoui. Convex optimization methods for sensor node position estimation. In Proc. of IEEE INFOCOMM, paginile 1655-1663, 2001. • R. Nagpal, H. E. Shrobe, and J. Bachrach. Organizing a global coordinate system from local information on an ad hoc sensor network. In Proc. of IPSN '03, paginile 333-348, 2003. • D. Niculescu and B. Nath. SpotON: An indoor 3-d location sensing technology based on RF signal strength. Technical Report Report #2000­02-02, Department of CSE, University of Washington, Feb. 2000. • D. Niculescu and B. Nath. Ad hoc positioning system (APS). In Proc. of GLOBECOMM, volume 5, paginile 2926-2931, 2001. • D. Niculescu and B. Nath. Ad hoc positioning system (APS) using aoa. In Proc. of IEEE INFOCOMM, paginile 1734-1743, 2003. • A. Savvides, C. C. Han, and M. B. Srivastava. Dynamic fine-grained localization in ad-hoc networks of sensors. In Proc. of MobiCom, paginile 166-179, 2001. • A. Savvides, H. Park, and M. B. Srivastava. The n-hop multilateration primitive for node localization problems. Mobile Networks and Appli­cations, 8(4):443-451, 2003. • A. Vargas. The OMNeT++ discrete event simulation system. In Proc. of ESM), paginile 319-324, 2001.

18. Algoritmide rutarebazațipeinformațiile de poziție ale nodurilorîntr-o rețea ad-hoc Vamulțumesc! Proiectrealizatîn cadrulcursului“Rețele de Calculatoare și Internet"