Routing und Adressierung in mobilen multi-hop Ad-hoc-Netzen

Günes, Mesut; Spaniol, Otto

doi:HT013939293

Routing und Adressierung in mobilen multi-hop Ad-hoc-Netzen

Günes, Mesut (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mesut Günes

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

UmfangXVIII, 178 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Spaniol, Otto (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-01-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7587
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59210/files/Guenes_Mesut.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ad-hoc-Netz (Genormte SW) ; Hop <Vermittlungstechnik> (Genormte SW) ; Mobilfunk (Genormte SW) ; Routing (Genormte SW) ; Konfiguration <Informatik> (Genormte SW) ; Kommunikationsprotokoll (Genormte SW) ; Leistungsbewertung (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; Schwarmintelligenz (frei) ; Adressierung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Ein Ad-hoc-Netzwerk besteht aus einer Menge von Knoten, die über Funk miteinander kommunizieren und dafür keinerlei Infrastruktur benötigen. Zwei Knoten, die sich in ihrer gegenseitigen Reichweite befinden, können direkt miteinander kommunizieren. Knoten, die voneinander entfernt sind, benötigen die Hilfe von weiteren Knoten, die sich zwischen ihnen befinden. Ein Ad-hoc-Netzwerk ist flexibel, sowohl hinsichtlich der Selbstkonfiguration als auch bezüglich der Anpassung an die Netzwerkstruktur, d.h. an die vorhandenen Netzwerkteilnehmer und die Netzwerktopologie. In dieser Arbeit werden grundlegende Verfahren betrachtet, die für die Entwicklung und Realisierung von zukünftigen Ad-hoc-Netzen erforderlich sind. Obwohl sich Ad-hoc-Netze von klassischen leitungsgebundenen Netzen in nur wenigen Punkten unterscheiden, besitzen sie von Haus aus bestimmte Eigenschaften, wodurch sie sehr schwer handhabbar sind. Vor allem zwei Aspekte von Ad-hoc-Netzen erschweren ihre effiziente Realisierung. Der erste Aspekt ist das verwendete Übertragungsmedium, nämlich die Luftschnittstelle, die, verglichen mit anderen Medien, schlechte Eigenschaften für die Kommunikation besitzt. Der zweite Aspekt ist die sich ändernde Netzwerktopologie, welche durch die Knotenmobilität verursacht wird. Diese beiden Problemursachen haben Auswirkungen auf alle Schichten des Kommunika-tions-protokolls. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei aktuelle Fragestellungen von Ad-hoc-Netzen behandelt. Die erste Fragestellung betrifft das Routing und die zweite Fragestellung die Autokonfiguration in Ad-hoc-Netzen. Routing: Das Routing wird in Ad-hoc-Netzen durch die Knotenmobilität erschwert, da im ungünstigsten Fall die Netzwerktopologie sich ständig ändert. Um die Kommunikation effizient gestalten zu können, müssen die Datenpakete auf einem günstigsten (bzw. kürzesten) Pfad zwischen dem Quell- und Zielknoten übertragen werden. Dies erfordert von den eingesetzten Routingalgorithmen eine hohe Adaptionsfähigkeit an die Netzwerktopologie. Dabei ist darauf zu achten, dass in einem Ad-hoc-Netz, wegen des Fehlens einer Infrastruktur, die Funktionalität von den teilnehmenden Knoten erbracht werden muss. In dieser Arbeit wird ein neuartiger Routingalgorithmus auf der Basis von Ameisenalgorithmen, die ein Teilgebiet der Schwarmintelligenz sind, vorgestellt und mit bekannten Routingalgorithmen für Ad-hoc-Netze verglichen. Adresskonfiguration: Die zweite Frage, mit der sich diese Arbeit beschäftigt, ist die automatische Konfiguration von Ad-hoc-Netzen. Da in Zusammenhang mit Ad-hoc-Netzen implizit auch über Zero-Konfiguration-Netzwerke gesprochen wird, spielt diese Fragestellung eine wichtige Rolle. Es wird also angenommen, dass ein Ad-hoc-Netz sich automatisch selbstkonfiguriert, ohne dass Benutzereingriffe erforderlich sind. Viele Untersuchungen im Bereich der Ad-hoc-Netze gehen davon aus, dass alle Knoten in einem Ad-hoc-Netz eine eindeutige Adresse haben. Bevor jedoch z.B. ein Routingalgorithmus einen Pfad zwischen Quell- und Zielknoten finden kann, müssen die Knoten auf der Netzwerkschicht identifiziert werden. Diese Arbeit stellt einen verteilten Algorithmus für die automatische Konfiguration von Ad-hoc-Netzen und das zugehörige Protokoll vor und bewertet seine Leistung.

A mobile ad-hoc network (MANET) is a collection of mobile nodes, which communicate over radio. These networks have an important advantage; they do not require any existing infrastructure or central administration. Two nodes can communicate together as soon as they are in communication range. Two nodes apart from each other need the help of intermediate nodes relay their data. Mobile ad-hoc networks are suitable for temporary communication links. This flexibility, however, comes at a price. Communication is difficult to organize due to frequent topology changes. In this thesis, fundamental questions in regard to mobile ad-hoc networks, which are needed to realize and develop such networks are considered. While the difference between mobile ad-hoc networks and classical networks are minor, ad-hoc networks have inherently some properties, which make them much more difficult to handle. Especially, two aspects of ad-hoc networks make more intricate their realization: The first aspect is the used communication medium, which, compared to wired communication, has higher bit error rates. The other aspect is the dynamic network topology, which is caused by node mobility. These two problems of ad-hoc networks have effects on all communication layers. This thesis deals with two main issues in ad-hoc networking. Namely routing and automatic configuration. Routing Routing in ad-hoc networks is aggravated by the dynamic network topology. In the worst case the topology is changing continuously. To guarantee efficient data communication, it is necessary to transmit data packets over a shortest path. This requires high adaptability from routing algorithms. At the same time it is important to take into consideration, that the routing must be realized by all nodes in the ad-hoc network. This thesis presents a new on-demand routing algorithm based on ant algorithms named 'ant routing algorithm (ARA)' and evaluates its performance. Address configuration The second topic of this thesis is automatic configuration of ad-hoc networks, since zero configuration networking is also associated with ad-hoc networks. Many investigations assume, that each node in an ad-hoc network has an unique IP-address, but it is an open question how this can be performed. This thesis presents a distributed algorithm for the assignment of IP-addresses in ad-hoc networks and evaluates the protocol.

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