Redes Ad-Hoc Protocolos MAC Computação Móvel Celso Brito Nº 25074 Renato Santos Nº 24143

Sumário: Conceitos gerais Redes sem fios WLAN Modos de operação de uma WLAN Modo Infra-estrutura Modo Ad-Hoc Redes Ad-Hoc: O que é? Aplicações das redes AD-Hoc Vantagens VS Desvantagens Protocolos de encaminhamento Reactivos Proactivos Protocolos MAC: Endereço MAC Camada MAC Protocolos MAC Protocolos MAC em redes Ad-Hoc Protocolo MAC do IEEE 802.11 DCF com CSMA/CA DCF com RTS/CTS Conclusões Referências

Conceitos gerais

Redes sem fios: A rede sem fios (Wireless): permite a troca de informações sem uma conexão física de fios entre dispositivos. é uma tecnologia que está sendo implementada cada vez mais em todo o mundo;

WLAN: WLAN (Wireless Local Area Network - Rede Local Sem Fios) É um tipo de rede que utiliza ondas de rádio de alta frequência em vez de cabos para comunicação e transmissão de dados entre dispositivos. WLAN é uma tecnologia de redes de computadores, com as mesmas funcionalidades das redes de computadores com fio.

WLAN: Modos de Operação de uma WLAN As redes locais sem fios suportam dois modos de operação: Modo Infra-estrutura; Modo Ad-Hoc ou peer-to-peer (ponto a ponto);

Modos de Operação de uma WLAN Modo Infra-estrutura Neste modo as estações comunicam-se através de um AP(Access Point). E o modo Infra-estrutura é o mais usado em redes sem fios. A imagem mostra as estações enviando os dados para o AP(Access Point) e este envia-os para o destinatário correcto.

Modos de Operação de uma WLAN: Modo Ad-Hoc O modo de operação Ad-Hoc é um tipo de topologia básica (Independent Basic Service Set - IBSS), assim os terminais remotos fazem trocas de dados sem necessidade de um access point (AP). Uma visão generalizada das redes ad-hoc é a seguinte: ... No entanto vamos aprofundar o que é as redes ad-hoc no próximo ponto.

Redes Ad-Hoc

Redes Ad-Hoc: O que é? As redes móveis Ad-Hoc são tecnologias de comunicação Sem-Fios, onde os dispositivos computacionais móveis são capazes de trocar informação directamente entre si sem a necessidade de uma infra-estrutura de comunicação.

Redes Ad-Hoc: Aplicações das redes AD-Hoc PANs Telemóvel, laptop, PDA; Fins Militares Comunicação em cenários de batalha; Civis Redes de taxi; Salas de reunião; Estádios desportivos; Operações de emergência Busca e Resgate; Polícia, Bombeiros; Como citado, a utilização de uma rede ad hoc está associada a cenários onde exista uma necessidade de se instalar rapidamente uma rede de comunicação. Normalmente, são situações onde não há uma infra-estrutura de rede previamente instalada. -> Coordenação de resgates em situações de desastre; -> Troca de informações tácticas em campos de batalha; -> Compartilhando de informações em reuniões e aulas.

Vantagens VS Desvantagens: Vantagens das redes Ad-Hoc Fácil instalação: redes Ad-Hoc podem ser instaladas rapidamente; Tolerância a falhas: as perdas de conectividade entre os nós são facilmente resolvidas; Mobilidade: esta é uma vantagem primordial em relação às redes fixas; Conectividade: Os nós dentro da área de alcance podem trocar informações directamente; As redes Ad-Hoc apresentam vantagens, e obviamente diversas desvantagens com relação a redes fixas e infra-estruturas. - Fácil instalação: redes Ad-Hoc podem ser instaladas rapidamente em ambientes sem uma infra-estrutura prévia; - Tolerância à falhas: a permanente adaptação e reconfiguração das rotas em redes Ad-Hoc permitem que perdas de conectividade entre os nós possam ser facilmente resolvidas desde que uma nova rota possa ser estabelecida; - Mobilidade: possui mobilidade, ao contrário das redes fixas. - Conectividade: Os nós dentro da área de alcance podem trocar informações directamente.

Vantagens VS Desvantagens: Desvantagens das redes Ad-Hoc Transmissão / acesso ao meio Perda de pacotes devido a erros de transmissão Ligações de capacidade limitada e variável Ausência de gestão de recursos partilhados Mobilidade Topologia/Rotas mudam dinamicamente Frequentes quebras de ligação Perda de pacotes Outras: Facilidade de captura de mensagens (segurança) Dificuldade de assegurar Qualidade de Serviço (QoS) Interligação de redes ad-hoc à internet -> As redes ad-hoc seguem o modelo de serviço de melhor esforço, não oferecendo nenhuma garantia de QoS ao tráfego transportado.

Protocolos de encaminhamento: Redes Ad-Hoc: Protocolos de encaminhamento: Os protocolos de encaminhamento são responsáveis por encontrar, estabelecer e manter caminhos entre dois nós que se desejam comunicar. Existem dois protocolos de encaminhamento mais comuns em redes Ad-Hoc: Reactivos; Proactivos;

Protocolos de Encaminhamento: Protocolo Reactivo: Overhead menor (as rotas são determinadas apenas quando necessário) Atraso significativo na determinação da rota Baseados em flodding (procura global)

Protocolos de Encaminhamento: Exemplos de Protocolos Reactivos: DSR (Dynamic Source Routing); AODV (Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing); TORA (Temporary Ordered Routing Algorithm); ABR (Associative-Based Routing); LAR (Location-Aided Routing); ARAN (Authenticated Routing for Ad-Hoc Networks). - DSR (Dynamic Source Routing – Encaminhamento Fonte Dinâmica); - AODV (Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing – Encaminhamento Vector Distância Sob-demanda Ad-Hoc); - TORA (Temporary Ordered Routing Algorithm – Algoritmo de Encaminhamento Ordenado Temporário); - ABR (Associative-Based Routing – Encaminhamento Baseado em Associatividade) - LAR (Location-Aided Routing – Encaminhamento Apoiado em Localização); - ARAN (Authenticated Routing for Ad-Hoc Networks – Encaminhamento Autenticado para Redes Ad-Hoc).

Protocolos de Encaminhamento: Protocolo Proactivo: ‘Mantêm sempre as rotas’ Pequeno atraso para determinação de rotas Maior overhead Rotas que poderão nunca ser utilizadas

Protocolos de Encaminhamento: Exemplos de Protocolos Proactivos: GSR (Global State Routing); DSDV (The Destination-Sequenced Distance-Vector Routing Protocol); WRP (The Wireless Routing Protocol) ; OLSR (Optimized Link State Routing); FSR (Fisheye State Routing). GSR (Global State Routing – Encaminhamento de Estado Global); - DSDV (The Destination-Sequenced Distance-Vector Routing Protocol – Protocolo de Encaminhamento Distância de Vector Destinação Sequenciada); - WRP (The Wireless Routing Protocol – Protocolo de Encaminhamento Sem Fio) ; - OLSR (Optimized Link State Routing – Encaminhamento Estado de Enlace Optimizado); - FSR (Fisheye State Routing – Encaminhamento de Estado Fisheye). Observação: O tipo de protocolo mais adequado depende do padrão de movimento da rede ad-hoc

Protocolos MAC

Endereço MAC: O que é? MAC - Medium Access Control É o endereço físico da estação É um endereço universal Não existem duas placas com o mesmo endereço MAC

Endereço MAC: MAC (Medium Access Control) 48 bits em hexadecimal: Os três primeiros octetos são destinados à identificação do fabricante Os três posteriores são fornecidos pelo fabricante

Camada MAC: Sub camada da camada 2 da pilha de protocolos OSI Controla a transmissão, a recepção e actua directamente com o meio físico Cada tipo de meio físico requer características diferentes da camada MAC

Camada MAC: Características da Camada MAC: Modo de transmissão half-duplex, evoluindo para full-duplex Encapsulamento dos dados das camadas superiores Desencapsulamento dos dados para as camadas superiores Transmissão dos quadros Recepção dos quadros

Protocolos MAC: Definem regras que governam o acesso ao meio compartilhado, isto é, determinam que computador tem permissão para transmitir dados Devem evitar/diminuir número de colisões

Protocolos MAC: Acessos Centralizados: - FDMA (Frequency Division Multiple Access) - CDMA (Code Division Multiple Access) - TDMA (Time Division Multiple Access) - Polling Acessos Distribuídos: - FAMA (Floor Acquisition Multiple Access) - MACA (Multiple Access Collision Avoidance) - MACAW (Multiple Access Collision Avoidance Wireless) - CSMA (Carrier Sense Multiple Access) . Classificação dos Protocolos . Protocolos Distribuídos í Explora princípios de detecção de portadora para perceber se o meio está livre í Adota técnicas para evitar colisões ¾Sinalização Out-of-Band ¾Controle de Handshaking . Protocolos Centralizados í Estação base realiza o papel de árbitro ¾Possui controle explícito sobre o acesso ao meio í Não existem dispositivos escondidos e nem expostos

Protocolos MAC em redes ad-hoc: Detectar colisões em redes sem fios é impraticável Problemas conhecidos: Hidden Node Exposed Node

Protocolos MAC em redes ad-hoc: Protocolo MAC do IEEE 802.11 Permite dois métodos de controle de acesso: PCF – Point Coordination Function: - Requer a existência de uma entidade que controle as transmissões de todos os terminais - Caracteriza o canal como livre de contenção DCF – Distributed Coordination Function: - Não requer uma unidade controladora central - Utilizado em redes Ad-Hoc

Protocolos MAC em redes ad-hoc: Protocolo MAC do IEEE 802.11 O DCF pode ser realizado de duas formas: Um esquema básico usando o CSMA/CA, de implementação obrigatória; Um esquema de acesso opcional que adiciona ao esquema básico o emprego de quadros de pedidos (RTS) e permissões (CTS) para transmitir; Verifica se o meio está livre antes de transmitir - se sim, transmite; - se não, aguarda um período de tempo aleatório e volta a verificar;

Protocolos MAC em redes ad-hoc: DCF com CSMA/CA Parâmetros do CSMA/CA: 􀂃 Distributed Inter Frame Spacing1 (DIFS) – espaço entre quadros da DCF, indica o maior tempo de espera para transmitir um quadro; 􀂃 Short Inter Frame Space (SIFS) –para transmissão de quadros com respostas imediatas, como ACK ou CTS, que possuem mais alta prioridade; 􀂃 Network Allocation Vector (NAV) – o tempo de espera até a próxima tentativa de acesso ao meio 􀂃 Contention Window (CW) – mecanismo de espera randômico, entre um CWMin e um CWMax, onde CWMax aumenta exponencialmente com o número de tentativas mal-sucedidas. Contention Window (CW) – mecanismo de espera aleatório, entre um CWMin e um CWMax, onde CWMax aumenta exponencialmente com o número de tentativas mal sucedidas. Distributed Inter Frame Spacing (DIFS) - espaço entre quadros da DCF, indica o maior tempo de espera para transmitir um quadro; Network Allocation Vector (NAV) – o tempo de espera até à próxima tentativa de acesso ao meio; Short Inter Frame Space (SIFS) – para transmissão de quadros com respostas imediatas, como ACK ou CTS, que possuem maior prioridade;

Protocolos MAC em redes ad-hoc: DCF com RTS/CTS - RTS Ready To Send CTS Clear To Send Evita colisões entre nós que estão em regiões de cobertura diferentes

Protocolos MAC em redes ad-hoc: DCF com RTS/CTS Trata dos problemas de terminal exposto e escondido Cada pacote recebido correctamente é verificado pelo receptor Assim, só acontecem colisões no início

Conclusões

Conclusão: As redes Ad-Hoc não necessitam de AP, cada nó faz o papel de router e as informações passam de nó em nó até o seu destino. Uma rede Ad-Hoc apresenta várias limitações de recursos, como largura de banda e potencia da bateria. No entanto, com o avanço das tecnologias, as aplicações de redes Ad-Hoc tornaram-se muito mais abrangentes. Os protocolos MAC controlam os acessos ao meio mas em redes Ad-Hoc tornam-se mais complexos. Vários já foram implementados, como o protocolo do IEEE 802.11 mas outros encontram-se ainda em estudo.

Referências

Referências: http://piano.dsi.uminho.pt/disciplinas/EIRC/nivelLogico.pdf http://www.islagaia.pt/jmoreira/GSIM/2003-2004/CD/CD%20cap06%20-%20Enderecamento%20MAC.pdf http://mesonpi.cat.cbpf.br/naj/ethernet.pdf http://www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/transp/Tecnologias.pdf http://www.gta.ufrj.br/ftp/gta/TechReports/RoDu02.pdf http://www.metrored.com.br/artigos/artigo_redes_moveis_ad_hoc.php http://www.dcc.fc.up.pt/~slc/aulas/0405/TIAs/Ad-Hoc%20Networks.pdf http://www.lockabit.coppe.ufrj.br/downloads/academicos/seguranca_rede s_adhoc.pdf http://w3.ualg.pt/%7Ebamine/CMol_06_07.ppt

Agradecemos a vossa presença… FIM Agradecemos a vossa presença…