estudo sobre mobile ad hoc networks(manets)

Definicao e Historico Caracterısticas e Problemas Camadas Network Simulator 3 (ns-3) Referencias

Estudo Sobre Mobile Ad Hoc Networks(MANETs)

Joao Goncalves Filho

7 de janeiro de 2014

Joao Goncalves Filho Estudo Sobre Mobile Ad Hoc Networks(MANETs)


1 Definicao e Historico

2 Caracterısticas e Problemas

3 Camadas

4 Network Simulator 3 (ns-3)

5 Referencias



Definicao

Uma rede sem fio ad hoc movel(MANET) e uma rede formada pordispositivos moveis que se comunicam sem a necessidade de umainfra-estrutura.



Historico

As pesquisas em redes sem fio ad hoc moveis iniciaram-se em 1972com o projeto PRNet(Packet Radio Network) desenvolvido pelaDarpa(Defense Advanced Research Projects Agency).

PRNet − > ALOHA, CSMA, DSSS, Algoritmo de Vetor Distancia,Aplicacao Militar.

1983 PRNet Estendido para SURAN (Survivable Radio Networks)com objetivo de resolver problemas pendentes no PRNet, tais comoescabilidade, seguranca, gerenciamento de processamento e deenergia, trabalho com clusters dinamicos e Low-cost Packet Radio(LPR) technology.



Historico

Na decada de 90 essas redes foram incluıda no IEEE 802.11 e termoad hoc substituiu o packet radio network.

Surgimento de interesse de aplicacoes nao militares.

Programa Global Mobile Information System (GloMo).

Protocolo IEEE 802.11a.

Protocolo IEEE 802.11b.

Protocolo IEEE 802.11g.

Historico extraıdo em [2].



Caracterısticas e Problemas

Herda todos os problemas de uma rede sem fio:

O meio sem fio e significantemente menos confiavel do que umarede com fio.

O canal e desprotegido de sinais externos.

Problema do terminal oculto.

O canal sofre variacao no tempo possui propriedades de propagacaoassimetrica.



Caracterısticas e Problemas

Autonomia e ausencia de infra-estrutura

Topologia dinamica.

Roteamento distribuıdo atraves de multiplos saltos (nos).

Instalacao rapida e com baixo custo.

Largura de banda limitada, enlaces com capacidade variavel

Operacao com restricao de energia.

Seguranca fısica limitada.

Escalabilidade da rede.

Caracterısticas extraıdo em [2].



Arquitetura Simplificada de MANET

As 3 principais areas como podem ser vistas: As tecnologiasdisponıveis, redes, Middleware e Aplicacao [3].

Temos as seguintes questoes que fometam as pesquisas em MANET:

Gerenciamento de energia, Seguranca, Qualidade de Servico,Roteamento, Acesso ao meio.



Aplicacoes

Inicialmente desevolvida para aplicacoes militares, mas com avancosda pesquisa aplicacoes civis e comerciais tambem passaram a ser deinteresse.

Redes Taticas: Comunicacao em operacoes militares, batalhasautomatizadas.

Redes Sensores: Monitoramento de residencias, Medicao deparametros como umidade, temperatura, radiacao nuclear.

Emergencia: Operacao de busca e resgate, Substituicao dainfra-estrutura fixa em caso desastres como furacoes, terremotos.

Aplicacoes Educacionais: Criacao de uma rede de comunicacaorapida em conferencia, encontros, palestras.



Camada de Transporte

Em geral utiliza-se TCP ou UDP.

A pesquisa ataca a questao de como se usar TCP em MANET, vistoque a proposta original dele era para redes cabeadas, nesse caso oTCP enfrenta uma serie de Problemas.

Redes cabeadas possuem poucas taxas de erros.

Redes sem fio possuem altas taxas de erros.

O problema do TCP e que ele nao sabe o que causa as percas depacotes, isso pode causar diminuicao desnecessaria da janela decongestionamento, degradando o desempenho dele.



Principais Areas de Pesquisa em Cima do Problema doTCP

Impacto da Mobilidade

A mobilidade pode causar falhas nas rotas, causando perca depacotes e aumento dos atrasos.O TCP interpreta erroneamente essas percas comocongestionamento.Causa degradacao na vazao.Restransmissoes desnecessarias durante a reconstrucao da tabela derotas.Saber solucionar esses problemas e importante para conseguir atingiruma boa vazao com TCP.




No trabalho realizado em [1] foi projeto um protocolo TCP chamadoR-TCP, um TCP de referencia que usando informacoes do tracesimulador(ns-2), consegue saber em tempo de execucao o quecausou a perca do pacote e assim tomar a melhor decisao baseadono TPC-NewReno.

Uma das simulacoes realizadas nesse trabalho mostra o impacto damobilidade no desempenho do TCP.

A simulacao foi configurada com os nos fonte e destino e os outrosnos se movendo com 5m/s.




Figura: Primeira figura possui apenas congestionamento, a segunda apresentamobilidade




Impactos da camada MAC - Interacao Entre os Nos

Mesmo quando todos os nos sao estaticos, o desempenho do TCPpode ficar longe do ideal.A estacao e limitada pela atividade dos estacoes vizinhas no mesmoTX Range, IF Range e PCS Range.Disputas de acesso ao meio pode causar starvation em algumaestacao, causando estouro no temporizador e consequentementecausar retransmissoes e alteracoes na janela de congestionamento.A camada MAC 802.11 tem um desempenho melhor quando os nosfonte e destino estao mais proximos.




Impactos da camada MAC - Interacao do TCP com 802.11

Os problemas dessa interacao surgi no ambiente de multi-hop.Ocorrem problemas devido a multiplos fluxos TPCs.A vazao fica muito instavel.Esse problema pode ser contornado com calibracao adequada dajanela de congestionamento.



Impactos da Camada MAC

Figura: Primeira problema do multi-hop , a segunda figura janela decongestionamento




Impactos da Camada MAC - Erro de Canal

Os erros de canais de uma rede sem fio sao bem maiores do quenuma rede cabeada. Nesse caso o TCP precisa saber alguma formade identificar quando a camada MAC esta passando por erros decanal.



Impactos da Camada MAC - Erro de Canal

Figura: Primeira figura sem erro de canal, a segunda com erro de canal



Quais Caracterısticas deve ter um TCP ideal para MANET

Conseguir Identificar a real razao de perca de pacote:

Mudanca de rota devido mobilidade.Erro de canal.Congestionamento.

Saber contornar problemas da camada MAC.



TCP para MANET

ATCP - Ad Hoc TCP [4]

O objetivo dos autores ao desenvolver o ATCP era fornecer umasolucao completa para executar o TCP em cima de uma rede sem fiocom multiplos saltos.O ATCP se utiliza de feedback da rede para inferir desconexao(Destination Unreachable ICMP) e congestionamento(ECN).Funciona colocando uma camada entre o TCP e camada de rede,dessa forma ele pode interferir nas decisoes do TCP e mantercompatibilidade.Coloca o TCP em modo persistente quando esta no estado de perdaou desconexao.



Caracterısticas do ATCP

Fornecer um bom desempenho em uma MANET:

Em caso de alta taxa de erros: simplesmente retransmitir pacotesperdidos sem diminuir a janela de congestionamento.Em caso de mudanca de rotas: o remetente deve parar a transmissaoe recomecar quando uma nova rota for encontrada.Em caso de particao transitoria: Deve se comportar da mesma formacomo dito acima.Em caso de multiplas rotas: Nesse caso quando TCP recebe ACKsduplicados ele nao deve invocar o controle de congestionamento.



Caracterısticas do ATCP

Manter o comportamento do controle de congestionamentodo TCP

O ATCP deve funcionar como um TCP normal quando ocongestionamento realmente estiver acontecendo.

Ter um comportamento apropriado para janela decongestionamento

No caso de mudanca de rota o tamanho da janela deve serreajustado.

Manter a Semantica Fim-a-Fim do TCP

A conexao do TCP deve ser mantida.

Compatibilidade com TCP padrao

Nao e obrigado que todas as maquinas usem o ATCP, alguma delaspodem estar usando o TCP padrao.



Funcionamento do ATCP

Figura: Maquina de estados do ATCP




Estado Normal

Conta o numero de ACKs, o terceiro ACK nao e encaminhado para oTCP, da mesma forma quando acontece um estouro dotemporizador, ele nao invoca o tratamento de congestionamento,simplesmente coloca o TCP em persistente e no estado de perca.

Estado de Perca

O ATCP retransmiti todos os segmentos nao reconhecidos que estamno buffer do TCP, dessa vez o ATCP mantem o seu propriotemporizador.




Estado de Congestionamento

Para entrar nesse estado basta que o remetente receba umanotificacao ECN dentro de um ACK. Nesse estado todo o trabalho epassado para o TCP.

Estado de Desconexao

Uma notificacao ICMP Destination Unreachable faz o ATCP entrarnesse estado, quando isso acontece o TCP e colocado em persistenteate que um novo ACK duplicado chegue indicando que uma novarota foi estabelecida. O valor da janela vai para um, para que o TCPsonde um novo valor para janela.



Camada de Rede

A camada de rede deve fornecer meios para cobrir problemas de

Auto-organizacao, rede dinamica, instabilidadeNesse caso os protocolos devem ser novamente projetados.

O objetivo de um protocolo de rede e usar transmissao de salto asalto fornecida pela tecnologia do meio e construir um caminhofim-a-fim entre fonte e destino.

Para isso e necessario um servico de localizacao.

Uma vez que a localizacao foi feita podemos entao aplicar osalgoritmos de roteamento atraves da MANET.



Roteamento e Encaminhamento Ad-Hoc

Dificuldades como alto dinamismo e frequentes mudancas natopologia da rede causam dificuldade na comunicacao entre os nosda rede, fazendo com que a area de roteamento seja a mais atacadana pesquisa.

Podemos classificar preliminarmente os protocolos de roteamentopela propriedade “cast”.

Broadcast: Cada mensagem e transmitida geralmente para todos osnos dentro do raio de transmissao.

Unicast: E a comunicacao um a um.

Multicast: Nesse caso a mensagem e transmitida para um grupo denos.

Geocast: A mensagem so recebida por nos de uma determinadaregiao.



Broadcast em MANET

Podemos utilizar broadcast em MANET basicamente para RREQ(Routing Request) com finalidade de procurar rotas para umdeterminado no e para disseminacao de mensagens que e maisutilizado em VANET.

Uma abordagem trivial seria o uso de uma inundacao cega, mas quegera o problema do broadcast storm

As tecnicas de broadcast no campo da pesquisa esta voltado para ocontrole de redudancia para atenuar o prolema do broadcast storm.



Weighted p-persistence

Regra: Apos receber um pacote do no i , o no j checa o ID dopacote e faz um rebroadcast com com probabilidade pi,j se for aprimeira vez que o pacote foi recebido. Caso contrario o pacote edescartado.

pi,j =Di,j

R

Onde Di,j e a distancia entre i e j , R e o raio de alcance.

Se o no j nao fizer o rebroadcast ele guarda a mensagem no buffer eespera o WAIT TIME + δ, (onde δ e o atraso de propagacao de umsalto tipicamente menor que WAIT TIME ) , entao o no j faz umrebroadcast da mensagem com probabilidade 1, se ele nao escutaralguem transmitindo.

Se o no j receber pacote duplicado de mutiplas fontes durante oWAIT TIME ele escolhe o que tiver menor probabilidade.



Slotted 1-persistence scheme

Regra: Apos receber um pacote o no checa o ID do pacote e faz umrebroadcast com probabilidade 1 no tempo atribuıdo Tsi,j , se eleestiver recebendo o pacote pela primeira vez.

Tsi,j = Si,j x δ

Si,j = Ns(1− Di,j

R ); Di,j ;≤ R;Si,j = 0; Di,j > R

Onde Ns e o numero de slots utizados e Si,j e o numero do slot.

Pode-se usar tambem a abordagem Slotted p-PersistenceBroadcasting, onde junta as duas ideias.

O tempo de espera muda para (Ns − 1)xWAIT TIME + δ.



Figura: [5]Joao Goncalves Filho Estudo Sobre Mobile Ad Hoc Networks(MANETs)


Roteamento Unicast

O objetivo primario dos protocolos de roteamento unicast eestabelecer de maneira correta e eficiente uma rota entre dois paresde nos para que a mensagem possa entregue de maneira correta eoportuna.

Os protocolos para internet nao sao adequados para o ambienteMANET, pois eles foram projetados para topologias estaticas, alemdisso os nos possuem abundancia de recursos.

Os protocolos de roteamento MANET operam em um ambiente comtopologia altamente dinamica e pode conter restricoes de recursos.

Essas restricoes tais como de energia/largura de banda levam aconduzir a um conjunto de caracterısticas desejaveis tais como:controle de overhead, controle de loop, rapido estabelecimento derota e manutencao.



Roteamento Proativo e Roteamento Reativo

Podemos dividir os protocolos de roteamento unicast em reativos eproativos.

Proativos: Nesse caso os protocolos tentam manter informacoesatualizadas para cada todos os nos da rede, propagando mensagensproativas em intervalos fixos de tempo. As informacoes ficamarmazenadas em uma tabela de rotas.

Reativos: De maneira diferente, nesse caso as rotas sao montadasapenas que o no fonte inicia uma descoberta de rota por meio deuma requisicao de rota, uma vez que a rota e estabelecida ela emantida ate que o no destino fica inacessıvel, a rota nao seja maisutilizada ou simplesmente expirar.



Roteamento Proativo: DSDV

O Destination Sequenced Distance Vector (DSDV) [6] e umprotocolo de roteamento proativo que e uma modificacao dotradicional algoritmo de roteamento Bellman-Ford.

Ele adiciona um numero de sequencia para cada entrada da tabela,isso para auxiliar na mobilidade da rede.

Cada no da rede armazena uma tabela de roteamento, contendotodos os destinos possıveis com proximo vizinho que a mensagemdeve ser encaminhada para chegar ao destino.

As informacoes de roteamento sao trocadas por meio de mensagensbroadcast que sao trocadas em intervalos de tempos determinado.



DSDV: Bellman-Ford

A equacao de Bellman-Ford e utilizada, pois estamos usandoalgoritmo de vetor de distancias:

dx(y) = minv{c(x , y) + dv (y)}Onde dx(y) e o menor caminho entre x e y e minv e calculado paraos vizinhos que atualizam as informacoes da tabela roteamento comentrada que possui o mesmo numero de sequencia.



Exemplo de Funcionamento

A

C

B

D

D P S M

A A 0 inf

B B 0 0

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A A 0 0

B B 0 inf

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A A 0 inf

B B 0 inf

C C 0 0

D D 0 inf

D P S M

A A 0 inf

B B 0 inf

C C 0 inf

D D 0 0




A

C

B

D

D P S M

A A 2 1

B B 0 0

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A A 2 0

B B 0 inf

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A A 0 inf

B B 0 inf

C C 0 0

D D 0 inf

D P S M

A A 0 inf

B B 0 inf

C C 0 inf

D D 0 0




A

C

B

D

D P S M

A A 2 1

B B 2 0

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A A 2 0

B B 2 1

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A B 2 2

B B 2 1

C C 0 0

D D 0 inf

D P S M

A A 0 inf

B B 0 inf

C C 0 inf

D D 0 0




A

C

B

D

D P S M

A A 2 1

B B 2 0

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A A 2 0

B B 2 1

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A B 2 2

B B 2 1

C C 0 0

D D 2 1

D P S M

A A 0 inf

B B 0 inf

C C 0 inf

D D 2 0




A

C

B

D

D P S M

A A 2 1

B B 2 0

C C 2 1

D D 2 2

D P S M

A A 2 0

B B 2 1

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A B 2 2

B B 2 1

C C 2 0

D D 2 1

D P S M

A C 2 3

B C 2 2

C C 2 1

D D 2 0




A

C

B

D

D P S M

A A 2 1

B B 2 0

C C 2 1

D D 2 2

D P S M

A A 2 0

B B 2 1

C C 0 inf

D D 0 inf

D P S M

A B 2 2

B B 2 1

C C 2 0

D D 3 inf

D P S M

A C 3 inf

B C 3 inf

C C 3 inf

D D 2 0



DSDV: Vantanges e Desvantagens

Vantagens:

E livre de loops.Seleciona apenas o melhor caminho, causando um menor tamanhoda tabela de roteamento.

Desvantagens:

Dificuldade em manter um rede muito larga.Gasto muito grande da largura de banda, na troca de informacoes deroteamento.



Protocolo Reativo: AODV

AODV - Ad-hoc On-Demand Distance Vector [7] e um protocoloreativo simples, onde um no fonte quando precisa enviar umamensagem para um no destino, ele antes faz uma descoberta de derota por meio de um RREQ que e respondido por um RREP com arota para o destino.

Utiliza ideias vindas do DSR para montagem de rota sobre demandae manutencao e tambem do DSDV em relacao aos numeros desequencia para auxiliar nas informacoes de roteamento.

Os Objetivos do protocolo sao:

Fazer uso de broadcast para descoberta de rotas, apenas quandonecessario.

Saber diferenciar entre gerenciamento de conectividade local(deteccao de vizinhos) e manutencao geral de topologia.

Disseminar informacoes sobre mudancas da conectividade.



AODV: RREQ e RREP

A mensagem de requisicao RREQ serve para que o no fonte requisiterota quando precisar. Ele contem os seguintes campos:

<source addr; source sequence; broadcast id; dest addr; destsequence; hop cnt>

source addr com broadcast id identificam o RREQ.O source sequence e usado para manter atualizada as informacoes acerca da rota reversa.O dest sequence identifica o quao e atualizado e uma rota para odestino.

Quando o destino e encontrado a mensagem RREP e criado epropagada ate a fonte por meio do caminho reverso, ela contem osseguintes campos:

<source addr; dest addr; dest sequence; hop cnt; lifetime>



AODV: Descoberta de Rota

Para descoberta de rota sao montados dois caminhos, o primeiro e ode rota reversa que serve para propagar a mensagem de RREP devolta ao no fonte. O funcionamento e da seguinte forma, toda vezque um no refaz um rebroadcast de um RREQ e guarda o enderecodo primeiro vizinho que receber o RREQ.

O outro caminho e o da rota por onde a mensagem vai fluir ate odestino, nesse caso quando a mensagem RREP chega ao no fonte,todo o caminho fica montado ao longo dos nos que montaram suatabela de rota.



AODV: Descoberta de Rota



AODV: Passos para Descoberta de Rota

S

A B C

D E

F G



AODV: Passos para Descoberta de Rota, baseado em [8]

1: O no fonte S tem uma mensagem para enviar para o no destino.

2: S envia a mensagem RREQ para os seus vizinhos A, B e C.

3: B encontra o caminho na sua tabela de roteamento ( comnumero de sequencia de destino 1 e numero de saltos c1), entaoenvia um RREQ de volta para o no S.

4 e 5: Como o no C nao encontra o destino, entao ele seta ocaminho reverso e reenvia a RREQ para os seus vizinhos D e E.

6 e 7: O no E repete o mesmo processo de C.

8: Os nos F e G nao retornam nada para o no E, nesse caso E apos otempo de expiracao o no E apaga a entrada para o caminho reverso.

9: D encontra o caminho para o destino ( com numero de sequenciade destino 2 e numero de saltos c1), em sua tabela entao respondecom RREP para o no C.



AODV: Passos para Descoberta de Rota, baseado em [8]

10: Entao configura a rota de encaminhamento e encaminha oRREP para S.

11: A configura o caminho reverso e reencaminha o RREQ para seusvizinhos, entao recebe um RREP com numero de sequencia destino0 e numero de saltos c2 que e maior que c1 e entao encaminha parao no fonte.

12: Entao S escolhe dentre os caminhos, a rota devolvida por C quefoi originalmente obtida atraves de D, pois ela contem o maionumero de sequencia e menor numero de saltos.

Para manutencao das rotas, sempre que e dectado um quebra delink sao propagadas mensagens de RREP nao solicitadas, com valorde numero de saltos ∞ e numero de sequencia atualizado.



Explorando o AODV

O protocolo AODV deixa aberto varios campos que podemosexplorar com intuito de prover melhorias ao protocolo ou ate mesmoadapta-lo para ambientes com outras restricoes. Por exemploimplementar um novo tipo AODV que utilize uma outra metricapara saber qual melhor rota. Na literatura de protocolos deroteamento o AODV tem sido usado como base.

Um trabalho publicado no Larces utiliza logica fuzzy para proveruma melhoria no AODV. A ideia foi atacar a questao do intervalo demensagens HELLO, utilizando a seguinte regra: quanto maior for arota, maior sera a probabilidade de haver uma quebra na rota, entaoe utilizado essa regra para calibrar um valor entre 0 e 1 que indicaraquanto sera o intervalo das mensagens HELLO.



Roteamento Multicast

No roteamento multicast apenas um subgrupo ira receber umdeterminado pacote.

As pesquisas de roteamento multicast em MANETs comecaram poradaptar abordagens usadas na internet.

As duas abordagens usadas sao:

Roteamento multicast usando uma arvore compartilhada pelo grupo:nesse caso semelhante ao broadcast de spanning tree, o roteamentoe feito por meio de uma arvore que e compartilhada por todo grupo.Roteamento multicast usando uma arvore baseada na fonte: Nessecaso uma arvore e construida para cada no fonte do grupo. Usa-se obroadcast pelo caminho inverso com poda.



Roteamento Multicast

No ambiente MANET dois tipos basicos de roteamento de multicastsao utilizados:

Baseado Em arvore: onde por meio de uma arvore e construido umunico caminho entre fonte e destino. Sendo assim fica bem eficienteno requisito a vazao de dados.Baseado em malha: nesse existem varios caminhos entre fonte edestino, ele robusto conseguindo atingir boas taxas de entrega dospacotes, mas acaba causando um overhead maior na rede



MAODV - Multicast AODV [9]

E uma extensao do protocolo AODV.

Ele funciona compartilhando uma arvore broadcast para cada grupomulticast.

Em relacao ao AODV apenas um novo tipo de mensagem denecessaria, a mensagem multicast de ativacao (MACT), que servepara que um novo no possa se associar ao grupo multicast

Como ele utiliza a ideia de uma arvore compartilhada, se faznecessario a no lıder para gerenciar o grupo, mas como inicialmenteum no se torna lıder?

Um no que quer associar a um determinado grupo multicast fazRREQ rreqletries total rebroadcasts vezes e falha, entao conclui quenao existe nenhum no no grupo, entao se torna o lıder.



MAODV - Tipos de no



MAODV - Associando a um grupo

Suponha que o no S queira se juntar ao grupo, ele precisa:

1: Criar uma mensagem RREQ para localizar o no lıder. Essamensagem sera unicast caso o no contenha registrado o no lıder emseus registros. caso contrario e feito um RREQ por meio debroadcast.

2: Quando um no pertencente a arvore receber o RREQ, eleresponde entao com RREP de volta para fonte, podemos perceberque da mesma forma do AODV tradicional, varios caminhos reversospodem ser montados.

3: A rota e escolhida baseado no numero de saltos, entao amensagem MACT e feita para que o no S entre no grupo.



ns-3

O ns-3 e um simulador de redes baseado em eventos discretosdesenvolvido especialmente para pesquisa e uso educacional. Oprojeto ns-3 iniciou em 2006 e tem seu codigo aberto.

O ns-3 nao e uma extensao do ns-2.

No ns-3, todo o simulador e escrito em C++ com suporte opcional aPython. Desta forma, os codigos de simulacao podem ser escritossomente em C++ ou Python.

O analise de pacotes pode ser feito por diversas ferramentas comopor exemplo o wireshark.

Usar ns-2 ou ns-3?



Constribuindo com ns-3

Licenca de codigo aberto compatıvel com GNU GPLv2.

Wiki.

Pagina para contribuicao com o codigo, similar a pagina decontribuicao do ns-2.

Registro de erros (bugs) aberto.



Conceitos Basicos

No (Node): No jargao da Internet, um dispositivo computacionalque conecta-se a uma rede e chamado de host ou em alguns casosde terminal. Devido ao fato do ns-3 ser um simulador de rede, e naoum simulador da Internet, o termo host e intencionalmente naoutilizado, pois esta intimamente associado com a Internet e seusprotocolos.

Aplicacao (Application): Aplicacoes sao executadas nos nos parauma determinada simulacao, essa abstracao de aplicacao deve serinstalada no no. exemplo de aplicacoes, UdpEchoClientApplication eUdpEchoServerApplication, essa aplicacao passa suas mensagensgeradas para um socket.



Conceitos Basicos

Canal de Comunicacao (Channel): No mundo real, computadoresestao conectados em uma rede. Normalmente, o meio sobre o qualos dados trafegam e chamada de canal (channel). essa abstracaofica na classe Channel que pode ser especializada em outras diversastais como: CsmaChannel, PointToPointChannel e WifiChannel.

Dispositivos de Rede (Net Device): A abstracao do dispositivode rede e representado em C++ pela classe NetDevice, que fornecemetodos para gerenciar conexoes para objetos Node e Channel, assimpodemos especialzacoes para net device para canais especıficos taiscomo: CsmaNetDevice, PointToPointNetDevice e WifiNetDevice.

Assistentes de Topologia (Topology Helpers): Interface paraconfiguracao das entidades da simulacao.



Execucao e Debug

A compilacao do codigo e feita com auxilio do waf que e construidoem python, com ele voce configura, compila, podemos dizer que e oMakefile do ns3, quando o ns e baixado o configure e chamado daseguinte forma:

$ ./waf configure

Entao e possıvel compilar todo o codigo do ns3, utilizando ocomando abaixo:

$ ./waf build

Os scripts de teste devem ficar na pasta scratch, assim o simuladorvai saber encontrar script para executa-lo , assim por exemplo setemos arquivo teste.cc na pasta, ele e executado pelo seguintecomando:

$./waf −−run teste

Esse comando tambem ira compilar o script teste.cc.



Execucao e Debug

Podemos passar programas auxiliares para execucao do teste,programas de Debug como valgrind, gdb, alem disso, podemosconfigurar parametros do script facilmente via linha de comando. Oscomandos abaixo mostra como podemos fazer essas execucoes:

$./waf −−run teste −−command-template=”valgrind %s”$./waf −−run teste −−command-template=”gdb −−args %s

$./waf −−run ”teste −−parametro=valor −−parametro2=valor2”



Execucao e Debug

Podemos escolher quais modulos de todos do teste terao os”prints”de DEBUG exibidos na tela, para isso podemos utilizar oseguinte comando para exibir de todos os modulos:

$export ’NS LOG=*=level all|prefix func|prefix time’

level all indica que ira ser todos os nıveis de LOG, prefix func iraprefixar o nome da funcao que chamou o LOG, e prefix time indicaque sera exibido o tempo de simulacao atual que o LOG foichamado. Se quisermos para um modulos especıfico utilizamos:

$export ’NS LOG=nome do modulo=level all|prefix func|prefix time:nome do modulo2=level all|prefix func|prefix time’



Simulacao de uma MANET

Simularemos uma rede MANET baseado no arquivomanet-routing-compare.cc, que um arquivo de exemplos que ja vemno ns-3.

Explicaremos como funciona o script de teste, em cima damontagem das camadas que envolvem um no MANET. todas asentidades das camadas devem ser instaladas no objeto no do ns-3.




Aplicacao A aplicacao cuidara de gerar os pacotes que seraoenviados de um no fonte para o destino. Para essa simulacao foiutilizada a aplicacao OnOff.

Config::SetDefault(”ns3::OnOffApplication::PacketSize”,StringValue(”64”));Config::SetDefault (”ns3::OnOffApplication::DataRate”, StringValue(rate));OnOffHelper onoff1 (”ns3::UdpSocketFactory”,Address ());onoff1.SetAttribute (”OnTime”, StringValue(”ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]”));onoff1.SetAttribute (”OffTime”, StringValue(”ns3::ConstantRandomVariable[Constant=0.0]”));

A camada de Transporte tambem foi definida nessas configuracoes, ondeescolhemos o protocolo UDP.




Rede: Nela definimos o enderacamento usada, assim como qualprotocolo de roteamento que sera usado.

Ipv4ListRoutingHelper list;InternetStackHelper internet;AodvHelper aodv;list.add(aodv,100);internet.SetRoutingHelper (list);internet.Install (adhocNodes);Ipv4AddressHelper addressAdhoc;addressAdhoc.SetBase (”10.1.1.0”, ”255.255.255.0”);Ipv4InterfaceContainer adhocInterfaces;adhocInterfaces = addressAdhoc.Assign (adhocDevices);




Uma questao importante que causa desafios em MANET e aquestao da mobilidade de nos, para essa simulacao foi utilzada omodelo Randow-Way-Point, onde os nos se movem aleatoriamentepelo cenario.MobilityHelper mobilityAdhoc;ObjectFactory pos;pos.SetTypeId (”ns3::RandomRectanglePositionAllocator”);pos.Set (”X”, StringValue(”ns3::UniformRandomVariable[Min=0.0—Max=300.0]”));pos.Set (”Y”, StringValue(”ns3::UniformRandomVariable[Min=0.0—Max=1500.0]”));Ptr<PositionAllocator> taPositionAlloc = pos.Create()− >GetObject<PositionAllocator> ();mobilityAdhoc.SetMobilityModel (”ns3::RandomWaypointMobilityModel”,”Speed”, StringValue (ssSpeed.str ()),”Pause”, StringValue (ssPause.str ()),”PositionAllocator”, PointerValue (taPositionAlloc));mobilityAdhoc.SetPositionAllocator (taPositionAlloc);mobilityAdhoc.Install (adhocNodes);




Enlace: Para essa camada iremos definir o acesso ao meio, tal comoum padrao IEEE de rede sem fio utilizado. Configuramos o canal darede, tal como tambem modelo de propagacao e modelo de perca depacote

WifiHelper wifi;wifi.SetStandard (WIFI PHY STANDARD 80211b);YansWifiPhyHelper wifiPhy = YansWifiPhyHelper::Default ();YansWifiChannelHelper wifiChannel;wifiChannel.SetPropagationDelay(”ns3::ConstantSpeedPropagationDelayModel”);wifiChannel.AddPropagationLoss(”ns3::FriisPropagationLossModel”);wifiPhy.SetChannel (wifiChannel.Create ());



Configuracao da Simulacao

O cenario e executado em cima de uma area 300x1500.

Cada no dos 50 alcanca no maximo velocidade de 20/ms

O Wifi roda em modo ad hoc com 2Mb/s 802.11b

A potencia de transmissao e de 7,5dBm

Existem 10 nos fontes e 10 destinatario

Os nos fontes geram pacotes com taxa de 2, 048kb/s

Sao Avaliados o desempenho de 3 protocolos de roteamentoclassicos AODV,DSDV e OLSR.



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AODV, DSDV, OLSR Escreve Resultados das MétricasEm Arquivo

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Referencias

1 FU, Zhenghua; MENG, Xiaoqiao; LU, Songwu. How bad TCP canperform in mobile ad hoc networks. In: Computers andcommunications, 2002. Proceedings. ISCC 2002. Seventhinternational symposium on. IEEE, 2002. p. 298-303.

2 Tamashiro, Clytia Higa. ”Uma analise de protocolos de roteamentoanonimo para redes sem fio ad hoc moveis.”(2012).

3 Chlamtac, Imrich, Marco Conti, and Jennifer J-N. Liu. ”Mobile adhoc networking: imperatives and challenges.”Ad Hoc Networks 1.1(2003): 13-64.

4 Liu, Jian, and Suresh Singh. ”ATCP: TCP for mobile ad hocnetworks.”Selected Areas in Communications, IEEE Journal on 19.7(2001): 1300-1315.

5 Tonguz, Ozan K., et al. ”On the broadcast storm problem in ad hocwireless networks.”Broadband Communications, Networks andSystems, 2006. BROADNETS 2006. 3rd International Conferenceon. IEEE, 2006.



Referencias

6 Perkins, Charles E., and Pravin Bhagwat. ”Highly dynamicdestination-sequenced distance-vector routing (DSDV) for mobilecomputers.”ACM SIGCOMM Computer Communication Review.Vol. 24. No. 4. ACM, 1994.

7 Perkins, Charles E., and Elizabeth M. Royer. ”Ad-hoc on-demanddistance vector routing.”Mobile Computing Systems andApplications, 1999. Proceedings. WMCSA’99. Second IEEEWorkshop on. IEEE, 1999.

8 Gorantala, Krishna. ”Routing protocols in mobile ad-hocnetworks.”Master’s Thesis in Computing Science, June 15 (2006).

9 Royer, Elizabeth M., and Charles E. Perkins. ”Multicast operation ofthe ad-hoc on-demand distance vector routing protocol.”Proceedingsof the 5th annual ACM/IEEE international conference on Mobilecomputing and networking. ACM, 1999.


estudo sobre mobile ad hoc networks(manets)

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