O documento discute redes ad-hoc, que são redes sem fio formadas por nós móveis que se comunicam sem infraestrutura fixa. Essas redes foram desenvolvidas inicialmente para fins militares e possuem características como topologia dinâmica, mobilidade e instalação rápida. O documento também descreve protocolos de roteamento e camadas de rede relevantes para redes ad-hoc, além de aplicações e desafios dessas redes.
2. Redes Ad-Hoc
Uma coleção de “nós” geograficamente distribuídos que se
comunicam uns aos outros através de um meio sem fio
Foi desenvolvido para fins militares
Normal as redes Ad-hoc são dinâmicas
6. Características / Vantagens
• Topologia Dinâmica
• Autonomia e ausência de Infraestrutura
• Roteamento distribuído através de múltiplos saltos
• Mobilidade
• Robustez
• Operação com restrições de energia
• Instalação rápida e de baixo custo
7. Características / Desvantagens
• Complexidade das estações
• Baixa taxa de transmissão
• Rápida mudança de topologia
• Grande variação das condições do meio de
transmissão
9. Aplicações
Redes Táticas – Comunicações Militares no campo de batalha.
Rede de Sensores – Sensores que possibilitam a monitoração e
coleta de dados que possuem restrições de consumo de energia e
baixa mobilidade.
Serviços de emergência – Missões de busca e salvamento em casos
de desastres e catástrofes naturais.
Redes Veiculares – Informações de trânsito, acidentes e anúncio
de serviços.
Uso pessoal ou corporativo – Utilização para comunicação entre
dispositivos tais como: Notebooks, smartphones e dispositivos
“wearables”.
16. Eficiência da rede Ad-hoc
Existem certas características que podem determinar a eficiência
e eficácia de uma rede Ad-hoc.
Tempo de estabilização da rede
Tempo de entrada/saída de um “nó” participante
Tempo de recuperação das rotas
Frequência de atualização da topologia
Mobilidade (velocidade)
Quantidade de memória / processamento requerido
Escalabilidade da Rede
Segurança de Rede
Possibilidade de trafegar áudio/vídeo em tempo real
Restrições de consumo de energia
18. Medium Access Control (MAC)
MAC – Medium Access Control:
A Camada MAC é responsável por controlar e regular o
compartilhamento do meio físico (canal de rádio) entre os
participantes.
A Performance da rede Ad-hoc é extremamente dependente da
eficiência do protocolo MAC utilizado.
Classificação:
Transmissão agendada
• FDMA – Frequency Division Multiple Access
• TDMA – Time Division Multiple Access
• CDMA – Code Division Multiple Access
Acesso Aleatório:
CSMA-CA - Carrier Sense Multiple Access – Colision Avoidance
(Utilizando nos padrões Wifi e Bluetooth)
19. Protocolo MAC
CSMA / CA – Carrier Sense Multiple Access Collision
(Acesso Múltiplo com Verificação de Portadora com prevenção de
Colisões)
20. Nest/Home – Dispositivo de origem da informação
Food – Destino final da informação
Obstacle – Obstáculos físicos que dificultam ou impossibilitam a comunicação
Formigas – Nós da rede Ad-Hoc
Roteamento e Mobilidade
Uma breve comparação entre Formigas e Roteamento em redes Ad-
hoc:
21. Roteamento e Mobilidade
Três características importantes para a Formiga:
Descoberta da Rota (Route Discovery)
Busca de lugares aonde há comida.
Encaminhamento de pacotes (Packet Forwarding)
Retornar com a comida para o ninho.
Manutenção de Rotas (Route Maintenance)
Quando a comida muda de lugar.
22. Roteamento Ad-hoc
Os algoritmos convencionais de roteamento não são eficientes para as
Redes Ad-hoc devido a necessidade de atualização de rotas constante
através transmissão de conteúdo constante em broadcast.
Problemas:
Atualizações periódicas da topologia de rede aumenta o overhead
da rede
Transmissão de informação tem alto custo energia
A quantidade de informação de sincronização é proporcional ao
número de nós da rede, prejudicando portanto a escalabilidade
Rotas redundantes acumulam-se sem necessidade
Tempo de resposta às rápidas mudanças na topologia de rede
23. Roteamento Ad-hoc
Mobilidade vs Eficiência Espectral
• Os algoritmos de roteamento Ad-hoc são específicos para cada
finalidade.
• Quanto maior o dinamismo da rede, mais frequente as
atualizações de roteamento devem ocorrer.
Roteamento Eficiênte = Desafio
24. Algoritmos Reativos (On Demand)
São conhecidos como protocolos reativos, pois as rotas somente
são estabelecidas quando isto é solicitado
Algoritmos Pró-ativos (Table Driven)
São conhecidos como protocolos pró-ativos porque informações
sobre as rotas são negociadas mesmo que as rotas nunca tenham
sido utilizadas
• Geográficos
• Hierárquicos
• Outros....
Tipos de algoritmos de roteamento
28. Modelo OSI (Teórico) Otimização Cross-Layer
Otimização Cross-Layer
Para aumentar a eficiência da rede Ad-hoc é necessário a
integração e adaptação entre as camadas, Física, MAC, Rede ,
Transporte e Aplicações para obter maior desempenho da rede.
30. Otimizações do protocolo IP
• Compressão de cabeçalho do protocolo IP
• Adaptação do endereçamento
• Adaptação de QoS
• Compressão de cabeçalhos dos protocolos de transporte
(TCP, UDP)
• Adaptação do protocolo TCP (Controle de Fluxo, Ack,
SYNC...)
• Adaptação das aplicações de “serviço de rede” (DHCP, DNS)
• Adaptação de Codecs de áudio e vídeo