Mobile ad hoc networks (MANETs) are networks of wireless mobile nodes without fixed infrastructure. Due to the highly dynamic topology there are special demands for routing protocols. Many routing protocols for MANETs have been proposed.
This paper deals with both a classification of MANET routing protocols and a review of the protocols AODV, OLSR, CBRP, FSR, ZRP and GPSR. Some results are presented, derived from the extended simulations that have been performed with the NS-2 network simulator, in order to compare the efficiency of the above protocols with respect to Paket Delivery Ratio, Average End-to-End Delay, Path Optimality and Throughput. Simulation
results show that in terms of Paket Delivery Ratio and Throughput most protocols perform worse in larger networks with many nodes than in smaller ones with less nodes.
Inhaltsverzeichnis
1 Problem- und Aufgabenstellung
2 Einleitung
3 Grundlagen
3.1 Eigenschaften und Anwendungsgebiete von mobilen Ad-Hoc-Netzwerken
3.2 Anforderungen an MANET-Routingprotokolle
3.3 Klassifizierung von MANET-Routingprotokollen
4 Ausgewählte Routingprotokolle für Mobile Ad-hoc-Netzwerke
4.1 Optimized Link State Routing (OLSR)
4.2 Ad Hoc On-Demand Distance-Vector (AODV)
4.3 Zone Routing Protocol (ZRP)
4.4 Fisheye State Routing (FSR)
4.5 Cluster Based Routing Protocol (CBRP)
4.6 Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR)
5 Methodik
5.1 Der Simulator NS-2
5.2 Die Simulationsumgebung
5.3 Verwendete Metriken
5.4 Implementierung der Simulation
6 Ergebnisse der Simulation
6.1 Packet Delivery Ratio
6.2 Average End-to-End Delay
6.3 Path Optimality
6.4 Throughput
7 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Skalierbarkeit verschiedener Routingprotokolle in mobilen Ad-Hoc-Netzwerken (MANETs). Das primäre Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit ausgewählter Protokolle unter variierenden Parametern wie Netzwerkkonfiguration, Knotenanzahl, Knotenmobilität und Netzwerklast zu analysieren und zu vergleichen.
- Klassifizierung und Analyse von MANET-Routingprotokollen (proaktiv, reaktiv, hybrid, geografisch).
- Detaillierte Untersuchung der Protokolle OLSR, AODV, ZRP, FSR, CBRP und GPSR.
- Durchführung umfangreicher Simulationen mittels Netzwerksimulator NS-2 in verschieden dimensionierten Szenarien.
- Evaluation der Performance anhand der Metriken Paketzustellrate, Ende-zu-Ende-Verzögerung, Pfadoptimalität und Durchsatz.
Auszug aus dem Buch
4.1 Optimized Link State Routing (OLSR)
OLSR ist ein proaktives LSR-Protokoll, das für MANETs optimiert worden ist. OLSR ist als experimentelles RFC (Clausen & Jacquet 2003) von der IETF spezifiziert worden. Im Gegensatz zum klassischen LSR, bei dem Verbindungsinformationen im gesamten Netzwerk geflutet werden (vgl. Kapitel 3.3), versucht OLSR Bandbreite zu sparen, indem das Fluten nur über ausgewählte Knoten durchgeführt wird. Diese Technik nennt sich „Multi Point Relay (MPR) Flooding“.
Das OLSR-Protokoll enthält drei wesentliche konzeptuelle Elemente: einen Mechanismus zur Nachbarschaftserkundung („Neighbor Detection“), einen Mechanismus, um Kontrollnachrichten effizient an Knoten im Netzwerk zu verteilen („MPR Flooding“), und einen Mechanismus, um ausreichend Topologieinformationen zur Bereitstellung optimaler Pfade zu gewinnen und diese im Netzwerk zu verteilen („Topology Discovery“).
Neighbor Detection
Dieses Verfahren (Clausen & Jacquet 2003, S. 33–38) wird von Knoten angewendet, um Änderungen in der Nachbarschaft zu erkennen, um zu überprüfen, ob Verbindungen zu benachbarten Knoten bidirektional sind, und um Topologieinformationen über die sog. 2-Hop-Nachbarschaft zu gewinnen. Dies wird durch periodisches Versenden von HELLO-Nachrichten ermöglicht, die eine Liste der Verbindungen zu den Knotennachbarn sowie den jeweiligen Status enthalten (der Status der Verbindung wird mittels „Link Sensing“ ermittelt und kann symmetrisch oder asymmetrisch sein).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Problem- und Aufgabenstellung: Definition der Herausforderungen des Routings in hochdynamischen mobilen Ad-Hoc-Netzwerken und Zielsetzung der Leistungsuntersuchung.
2 Einleitung: Einführung in die Thematik der drahtlosen ad-hoc Netze, Abgrenzung der verschiedenen Kategorien von Routingprotokollen und Überblick über den strukturellen Aufbau der Arbeit.
3 Grundlagen: Erläuterung der Netzwerkeigenschaften, Anforderungen an Routingprotokolle sowie Vorstellung der Klassifizierungssysteme für Routingprotokolle in MANETs.
4 Ausgewählte Routingprotokolle für Mobile Ad-hoc-Netzwerke: Detaillierte technische Beschreibung der ausgewählten Protokolle OLSR, AODV, ZRP, FSR, CBRP und GPSR.
5 Methodik: Darstellung des Netzwerksimulators NS-2, der gewählten Simulationsumgebung, der untersuchten Leistungsmetriken sowie der konkreten Implementierung der Experimente.
6 Ergebnisse der Simulation: Präsentation und Bewertung der erzielten Simulationsergebnisse hinsichtlich Paketzustellrate, Verzögerung, Pfadoptimalität und Datendurchsatz.
7 Fazit: Zusammenfassende Bewertung der Leistungsfähigkeit der getesteten Protokolle und Erkenntnisse bezüglich ihrer Skalierbarkeit in den gewählten Szenarien.
Schlüsselwörter
MANET, mobiles Ad-Hoc-Netzwerk, Routingprotokolle, Skalierbarkeit, Netzwerksimulation, NS-2, Paketzustellrate, Durchsatz, Knotenmobilität, Topologieänderung, AODV, OLSR, GPSR, FSR, CBRP.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und dem Leistungsvergleich verschiedener Routingprotokolle in mobilen Ad-Hoc-Netzwerken (MANETs) unter variierenden Netzwerkbedingungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die theoretischen Grundlagen des Routings in dynamischen Funknetzen, die technische Funktionsweise verschiedener Protokollansätze sowie deren praktische Evaluierung mittels Netzwerksimulation.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, die Skalierbarkeit von Routingprotokollen zu bewerten, indem untersucht wird, wie sich die Protokollleistung bei wachsender Netzwerkgröße, steigender Knotenanzahl, variierender Mobilität und Netzwerklast verhält.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine quantitative Methode angewandt, wobei verschiedene Netzwerkszenarien im Netzwerksimulator NS-2 implementiert und anhand spezifischer Leistungsmetriken (wie Zustellrate und Durchsatz) statistisch ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst eine theoretische Klassifizierung und detaillierte Beschreibung der Routingprotokolle OLSR, AODV, ZRP, FSR, CBRP und GPSR sowie die methodische Aufarbeitung der Simulation und die Analyse der Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie MANET, Routingprotokolle, Skalierbarkeit, Netzwerksimulation, NS-2 und Leistungsmetriken charakterisieren.
Warum liefern ZRP und CBRP keine Ergebnisse im Test?
Aufgrund von technischen Problemen in den jeweiligen NS-2-Implementierungen kam es bei der Simulation von ZRP und CBRP zu "Segmentation Faults", die eine weitere Datenerhebung verhinderten.
Wie schlägt sich das GPSR-Protokoll im Vergleich?
GPSR liefert über alle Experimente hinweg sehr gute Ergebnisse bei der Paketzustellrate, zeigt jedoch bei der Ende-zu-Ende-Verzögerung und beim Durchsatz in stärker belasteten Netzen Schwächen, die auf den Perimeter-Modus und den Location-Service zurückzuführen sind.
- Quote paper
- Adrian Heißler (Author), 2008, Skalierbarkeit von Routingprotokollen in mobilen Ad-Hoc-Netzen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/151750
