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FACULDADE INTEGRAL DIFERENCIAL – FACID


CURSO: Sistemas de Informação

DISCIPLINA: Redes Móveis

PROFESSOR: Weslley

ROTEAMENTO DE FONTES DINÂMICAS

EM REDES AD-HOC.

Gleidson Cavalcanti

Leonardo Brandão

Teresina, Junho de 2005.
SUMÁRIO
1 – Introdução 3

2 – Redes Infra-estruturadas 5

3 – Redes Ad-Hoc 6

4 – Roteamento 8

5 – Características de Roteamento em Redes Ad-Hoc 10

6 – Algoritmos para Redes Ad-Hoc 12

7 – Comparações 16

8 – Falhas de Segurança 18

9 – Considerações Finais 19

10 – Referência Bibliográfica 20





  1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos assistiu-se a um aumento de tecnologias de redes wireless (WLAN) tais como Bluetooth, WiMAX, equipamentos baseados na norma IEEE 802.11 (Wi-Fi), bem como o surgimento de outras tecnologias. A computação móvel é uma das mais novas áreas de pesquisa, dentro de ciência da computação, inclusive considerada por alguns, como o novo grande paradigma da computação.

Este novo campo apresenta desafios nas mais diversas áreas. A mobilidade afeta cada segmento da computação envolvida no processo. A comunicação não é confiável e apresenta uma baixa velocidade; preocupação com gastos de energia e segurança também são constantes. Mas então por que, com tantos problemas, há ultimamente tanto interesse e pesquisas nesta área? Exatamente pelo fato da mobilidade em si, que em muitos casos é mais que desejável; é necessária. Outro motivo é a rapidez e facilidade de implantação de uma rede destas em ambientes desprovidos de infra-estrutura prévia. Exemplos clássicos em que isto é necessário são cenários de desastre ou resgate, militares, onde é necessária a troca de informação entre computadores e é impossível, ou inviável a implantação de uma rede fixa.

FIGURA 1 – Redes infra-estruturadas e independentes (ad-hoc)

Redes móveis podem ser classificadas de duas formas diferentes (Figura 1), infra-estruturada e independentes (ad-hoc). Rede infra-estruturada é quando a comunicação do host móvel (HM) se dá sempre com um host fixo (HF). Mesmo uma comunicação entre dois HMs, que estão a uma distância que permitiria uma eventual comunicação direta, esta deve se dar através do HF. Em redes ad-hoc a comunicação é diretamente entre os HMs, se o destino não estiver ao alcance, requisita-se o serviço de outros HM vizinhos. Normalmente o HF não é considerado, ou é como sendo mais um HM.

Em redes infra-estruturadas, como toda a comunicação passa necessariamente pelo HF, não existe o problema de roteamento, o principal problema é o controle de acesso ao meio. Este também é uma das preocupações em redes ad-hoc. Além de todos os problemas característicos de redes móveis (toda a comunicação ser em um meio não confiável, baixa largura de banda, limite de canais de comunicação, preocupação com gasto de energia), para comunicação com o destino, necessitamos do serviço de outros HMs. O problema é que estes também se movem, e não sabemos onde está o destino, muito menos quanto tempo vai ficar nesta posição.

2. Redes infra-estruturadas

Redes infra-estruturadas são aquelas em que o Host Móvel (HM) está em contato direto com uma Estação de Suporte à Mobilidade (ESM), também conhecida como Ponto de Acesso (AP), na rede fixa.



O funcionamento deste tipo de rede móvel é semelhante ao da telefonia celular, onde toda a comunicação deve, necessariamente, passar pela central, mesmo que os equipamentos móveis estejam a uma distância em que poderiam, eventualmente, comunicar-se diretamente.



FIGURA 2 - Rede Infra-Estruturada

Toda a comunicação entre os nós móveis é feita através de estações de suporte à mobilidade. Neste caso, os nós móveis, mesmo próximos uns dos outros, estão impossibilitados de realizar qualquer tipo de comunicação direta.

A figura anterior mostra um modelo de comunicação em redes infra-estruturadas onde as estações de suporte podem estar conectadas a gateways que permitem a comunicação entre os nós móveis e a parte fixa da rede.



3. Redes Ad-Hoc

Outro tipo importante de rede móvel é a rede ad hoc, também conhecida como MANET (Mobile Ad hoc NETwork), onde os dispositivos são capazes de trocar informações diretamente entre si.



Ao contrário do que ocorre em redes convencionais, não há pontos de acesso, ou seja, não existem estações de suporte à mobilidade (sem infra-estrutura de conexão) e os nós dependem uns dos outros para manter a rede conectada. Por esse motivo, redes ad hoc são indicadas principalmente em situações onde não se pode, ou não faz sentido, instalar uma rede fixa.



FIGURA 3 - Rede Ad-Hoc

Os nós de uma rede ad hoc podem se mover arbitrariamente. Deste modo, a topologia da rede muda freqüentemente e de forma imprevisível. Assim, a conectividade entre os nós móveis muda constantemente, requerendo uma permanente adaptação e reconfiguração de rotas.

Associado a esse fato, limitações de banda passante e de energia das baterias dos nós torna o roteamento, principalmente o multiponto, em redes ad hoc um desafio.



Aplicações

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. Algumas das aplicações possíveis para redes tipo ad hoc são:



  • Coordenação de resgates em situações de desastre;

  • Troca de informações táticas em campos de batalha;

  • Compartilhamento de informações em reuniões e aulas.

Várias vantagens e desvantagens podem ser citadas ao se comparar redes ad hoc com redes infra-estruturadas e com redes fixas (cabeamento estruturado).

Vantagens

Instalação rápida: Redes ad hoc podem ser estabelecidas dinamicamente em locais onde não haja previamente uma infra-estrutura instalada;

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;

Conectividade: Dois nós móveis podem se comunicar diretamente desde de que cada nó esteja dentro da área de alcance do outro;

Mobilidade: esta é uma vantagem primordial com relação às redes fixas.

Desvantagens

Roteamento: A mobilidade dos nós e uma topologia de rede dinâmica contribuem diretamente para tornar a construção de algoritmos de roteamento um dos principais desafios em redes ad hoc;

Localização: Uma questão importante em redes as hoc é a localização de um nó, pois além do endereço da máquina não ter relação com a posição atual do nó, também não há informações geográficas que auxiliem na determinação do posicionamento desse nó;

Taxa de erros: A taxa de erros associada a enlaces sem-fio é mais elevada quando comparada aos enlaces em redes estruturadas;

Banda passante: Com cabeamento convencional, a banda passante pode chegar a 1Gbps. Nos enlaces via redes wireless temos taxas de até 2Mbps tipicamente.

4. ROTEAMENTO
Roteamento é a principal função da camada de rede e envolve duas operações básicas: a determinação das rotas e o transporte dos pacotes. Pacote é a unidade básica de todas as informações que cruzam a rede, a partir de agora chamaremos, todas as informações trocadas entre nodos, de pacotes.

Existem características desejáveis a todos os algoritmos de roteamento. As principais são escolha da melhor rota, simplicidade, robustez, imparcialidade, estabilidade, rapidez convergência para o caminho ótimo, flexibilidade, aceitar parâmetros de qualidade de serviço (QoS), ser independente da tecnologia da rede. A principal de todas estas características é sem dúvida a robustez[03]. É esperado que uma rede fique funcionando sem interrupções ou falhas por anos. O algoritmo de roteamento deve robusto o suficiente para suportar isto.

Com relação a classes, algoritmos podem ser agrupados de várias formas: adaptativos ou não-adaptativos, distribuídos ou centralizados, pró-ativos ou reativos, um caminho ou vários caminhos, planos ou hierárquicos, host inteligente ou roteador inteligente, inter-domínio ou intra-domínio, estado do link ou vetor distância. Muitas destas características não excluem outras, dizem respeito apenas a característica que estamos observando do protocolo.

Três das mais clássicas abordagens ao problema de roteamento são inundamento (flooding), estado do link (link state) e vetor distancia (distance vector). Estes três algoritmos são fundamentais para o entendimento da maior parte dos algoritmos de roteamento existentes, inclusive para redes ad-hoc.



Flooding

É a abordagem mais simples de todas. Todo pacote que chega no nodo é enviado para todos os outros hosts, com que este tem contato, menos para o que lhe enviou a mensagem. A abordagem é simples mas eficaz, em algum momento do tempo, o host destino vai receber a comunicação, talvez até mais de uma vez. Obviamente temos o problema de escalabilidade da rede, com o aumento desta, a largura de banda necessária ao algorítimo o torna proibitivo. Outro problema é o de loops de roteamento, pacotes podem ficar "vagando" indefinidamente na rede. Este problema pode ser resolvido com a atribuição de um tempo de vida (TTL) ao pacote, mas cria-se ai outro problema, qual o tempo ideal para o pacote chegar ao destino, sem desperdício os recursos da rede.



Link State
É a abordagem utilizada no Open Shortest Path First (OSPF), é indicado para redes Wireless por ter um grande potencial de prover rotas observando vários critérios, e sua rápida convergência. Quando um nodo percebe uma mudança no estado dos seus vizinhos ele faz um flooding desta mudança pela rede. Os outros nodos sabem desta mudança quando recebem o pacote, podendo então mudar sua topologia. É fácil de prever loops pois cria as rotas de maneira centralizada. Necessita um controle de flooding muito rígido, o que o torna inferior ao DBF ou on-demand, para redes sem fio. Outro problema é que pode falhar no descobrimento correto da topologia se a rede for dividida ao meio e posteriormente reconectada. Cenário comum em redes ad-hoc.
Distance Vector
Distance Vector ou Distributed Bellman-Ford (DBF), como também é chamado, foi o algoritmo utilizado na ARPANET, precursora da atual Internet. Ele mantém uma tabela com o menor caminho até todos os outros nodos . A tabela é atualizada periodicamente, com as informações vinda dos vizinhos. A cada tabela recebida, compara com a que tem, se alguma rota for menor, atualiza sua tabela e armazena de onde veio a informação. As vantagens são sua simplicidade e eficiência computacional, devido a sua característica distribuída. O problema é que apresenta uma baixa convergência quando a topologia muda muito, e tendência a criar loops, principalmente em condições não estáveis, alteração constante de topologia, como é o caso em redes ad-hoc. Nesta parte vimos as principais, e mais desejáveis características para algoritmos de roteamento. Apresentamos também três das principais abordagens para algoritmos de roteamento.



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