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Ad-hoc-Netz
Aus Kefk.
Ein Ad-hoc-Netz (lat. ad hoc, sinngemäß „für diesen Augenblick gemacht“) ist ein drahtloses Rechnernetz, das zwei oder mehr Endgeräte zu einem vermaschten Netz verbindet. Netze, die sich selbständig aufbauen und konfigurieren, nennt man auch mobile Ad-hoc-Netze (engl. mobile ad hoc network, MANet) oder Mesh-Netze (engl. mesh [mɛʃ], „Masche“, „Netz“)
Ad-hoc-Netze verbinden mobile Geräte (Netzknoten) wie Mobiltelefone, Personal Digital Assistants und Notebooks ohne feste Infrastruktur wie Wireless Access Points. Daten werden von Netzknoten zu Netzknoten weitergereicht, bis sie ihren Empfänger erreicht haben, wodurch sich die Datenlast vorteilhafter verteilt als in Netzen mit zentraler Anlaufstelle. Knappe Ressourcen wie Rechenzeit, Energie und Bandbreite fordern eine effektive Zusammenarbeit der Netzknoten. Spezielle Routingverfahren sorgen dafür, dass sich das Netz beständig anpasst, wenn sich Knoten bewegen, hinzukommen oder ausfallen.
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Funktionsweise
1. direkte Verbindung:
Die einzelnen Knoten sehen sich und können miteinander kommunizieren.
2. indirekte Verbindung:
Die einzelnen Knoten sind zum Teil so weit voneinander entfernt, dass sie nicht direkt miteinander kommunizieren können. Hierbei leiten die dazwischen liegenden Knoten die Daten weiter. Auf diese Weise kann ein fast beliebig großes, sich selbst verwaltendes Netz entstehen.
Vor- und Nachteile eines vermaschten Funknetzes
Vorteile:
- Sicherste Variante eines Netzwerkes
- Bei Ausfall eines Endgerätes ist durch Umleitung die Datenkommunikation weiterhin möglich
- Sehr leistungsfähig
- Gute Lastverteilung
- Niedrige Netzwerkkosten
- Keine zentrale Verwaltung
Nachteile:
- Vergleichsweise komplexes Routing nötig
- Speichern von Routing-Tabellen in jedem Endgerät
- Jedes Endgerät arbeitet als Router und ist demnach oft aktiv
- Die Endgeräte sollten möglichst eingeschaltet bleiben
- Höherer Stromverbrauch im Endgerät
Näheres siehe Artikel Vermaschtes Netz.
Routingverfahren allgemein
Um eine zielgerichtete Weiterleitung der Daten in einem mobilen Ad-hoc-Netz zu ermöglichen, kommen spezielle Routingprotokolle zum Einsatz. Diese haben die Aufgabe, einen Pfad vom Quell- zum Zielknoten zu bestimmen. Je nach verwendeter Metrik sollte dieser z. B. möglichst kurz sein, oder möglichst gering belastete Regionen des Netzes nutzen. Weitere Anforderungen an die Protokolle sind möglichst kleine Routingtabellen, welche ständig aktualisiert werden müssen, wenn Knoten verschwinden, sich bewegen oder neue erscheinen. Die Zeit und die Anzahl der Nachrichten, die zum Auffinden einer Route benötigt werden, sollten möglichst gering sein.
Auf Grund der speziellen Bedingungen in einem mobilen Ad-hoc-Netzwerk können die üblicherweise im Internet eingesetzten Routingalgorithmen nicht verwendet werden. Die wesentlichen Gründe hierfür sind:
- Knoten haben kein Vorwissen über die Topologie des Netzwerkes, sie müssen diese selbst erkunden
- keine zentralen Instanzen zum Speichern von Routinginformationen
- Mobilität der Knoten und damit verbundener ständiger Topologiewechsel
- Wechselnde Metrik der Übertragungsstrecken z. B. durch Interferenzen
- Beschränkte Ressourcen der Knoten (z. B. Systemleistung, Energieverbrauch)
Routing-Protokolle
Es gibt mehr als 70 konkurrierende Entwürfe für das Routing der Pakete durch ein Mobiles ad-hoc / Maschennetzwerk (siehe englisches Wikipedia: Ad hoc protocol list). Eine Klassifikation der Routingprotokolle kann durch Anzahl der Empfänger getroffen werden:
- unicast Routing - Ziel der Datenübertragung ist ein einzelner Knoten
- multicast Routing - Ziel sind mehrere Knoten
- geocast Routing - Ziel sind alle Knoten in einem bestimmten geografischen Bereich
- broadcast Forwarding - Ziel sind alle Knoten in der Reichweite des Senders
Eine andere Möglichkeit der Klassifikation besteht in der Einteilung der Protokolle hinsichtlich des grundsätzlichen Ansatzes. Diese Ansätze werden im Folgenden vorgestellt.
positionsbasierte Routingverfahren
Positionsbasierte Routingverfahren nutzen Informationen über die genauen Positionen der Knoten. Diese Informationen werden z. B. über GPS-Empfänger gewonnen. Anhand dieser Informationen lässt sich der beste Pfad zwischen Quell- und Zielknoten bestimmen. Ein Beispiel für ein positionsbasiertes Routingprotokoll ist LAR.
topologiebasierte Routingverfahren
Die topologiebasierten Routingverfahren kommen ohne genaue Informationen über die Positionen der Knoten des mobilen Ad-hoc-Netzes aus. Ihnen genügen Informationen über die Nachbarschaftsbeziehungen der Knoten, also welche Knoten eine direkte Verbindung haben und somit ohne die Hilfe anderer Knoten miteinander kommunizieren können. Diese Informationen werden meistens durch den Versand so genannter HELLO-Pakete gewonnen.
proaktive Verfahren
Proaktive Routingverfahren bestimmen die zu verwendenden Pfade zwischen zwei Knoten bereits, bevor diese tatsächlich benötigt werden. Sollen dann tatsächlich Daten verschickt werden, so muss nicht auf die Bestimmung des Pfads zum Zielknoten gewartet werden. Nachteilig ist dafür jedoch, dass diese Verfahren viele Kontrollpakete verschicken, um Pfade zu bestimmen, die womöglich später nicht benötigt werden. Ein Beispiel für ein Protokoll aus dieser Klasse ist das „Optimized Link State Routing“ (OLSR).
reaktive Verfahren
Im Gegensatz zu den proaktiven Verfahren bestimmen reaktive Routingverfahren für mobile Ad-hoc-Netze die benötigten Pfade zwischen zwei Knoten erst, wenn diese tatsächlich benötigt werden. Daraus ergibt sich, dass das erste Datenpaket einer Verbindung erst mit einer geringen Verzögerung versendet werden kann, da zunächst auf den Abschluss der Routenbestimmung gewartet werden muss. Dafür werden allerdings auch nur Kontrollpakete versendet, wenn tatsächlich Daten verschickt werden und dies zur Routenbestimmung notwendig ist. Dies schlägt sich positiv im Energieverbrauch der Knoten nieder. Das Protokoll „Ad hoc On-Demand Distance Vector“ (AODV) ist ein Beispiel für ein Protokoll dieser Kategorie.
hybride Verfahren
Hybride Verfahren kombinieren proaktive und reaktive Routingverfahren. Dabei soll das Ziel erreicht werden, die Vorteile der beiden Ansätze in einem neuen Routingprotokoll zusammenzufassen. Beispielsweise kann in einem lokal beschränkten Bereich ein proaktives Verfahren eingesetzt werden, während für weiter entfernte Ziele ein reaktives Verfahren eingesetzt wird. Dies vermindert die Belastung des Netzes durch Kontrollpakete, die bei einem rein proaktiven Verfahren über das gesamte Netz versendet würden. Trotzdem stehen für lokale Ziele sofort Pfade zur Verfügung, ohne dass auf deren Bestimmung wie bei einem rein reaktiven Verfahren gewartet werden müsste. ZRP ist ein Routingprotokoll, das diesen Ansatz umsetzt.
Kommerzielle Bedeutung
2004 ist das Thema noch ziemlich akademisch und es existieren fast ausschließlich einige Pilotprojekte. Die Übernahme von MeshNetworks, einem führenden Anbieter im Bereich mobiler Ad-hoc-Netze, durch Motorola Ende 2004 zeigt, dass die Industrie hier mit stark wachsenden Märkten rechnet.
2006 könnte mobilen Ad-hoc-Netzen neue Aufmerksamkeit zukommen. Im Roadcasting wird ein mobiles Ad-hoc-Netz genutzt, um ein individualisiertes Radioprogramm zu verbreiten, noch ist aber auch diese Software nur ein Prototyp.
In großem Maßstab wird im Rahmen des gemeinnützigen Projekts 100-Dollar-Laptop die Vernetzung der speziell konstruierten Schüler-Laptops automatisch über ein Mesh-Netzwerk erfolgen. Dazu hat das Massachusetts Institute of Technology ein neuartiges Protokoll auf den mobilen Computern installiert. Im Jahr 2007 werden voraussichtlich an die fünf Millionen dieser 100-Dollar-Laptops produziert und ausgeliefert.
Ad-hoc-Netzwerk
Ein Ad-hoc-Netzwerk (ad hoc: lat. "für dieses", "hierfür") bezeichnet in der Informationstechnologie ein drahtloses Netz zwischen zwei oder mehr mobilen Endgeräten, das ohne feste Infrastruktur auskommt.
Verwendet wird diese Technik zum Beispiel bei Bluetooth, um die spontane Koppelung von Mobiltelefonen z. B. mit Headsets zu ermöglichen. Auch WLAN kennt einen Ad-hoc-Modus.
Einfache Ad-hoc-Netze unter 802.11
Mit gewöhnlichen Endgeräten für die WLAN-Standards IEEE 802.11 können Verbindungen zwischen Geräten gleichzeitig aufgebaut werden.
Mobile Ad-hoc-Netze
Um drei oder mehr Geräte ad-hoc sinnvoll zu vernetzen, sind also zusätzlich Protokolle nötig, die ein Mobiles Ad-hoc-Netz (MANet) schaffen. MANets werden zur Zeit hauptsächlich noch experimentell betrieben, es gibt aber erste Software- und Hardware-Produkte, wie beispielsweise kleine Router, die mit OLSR arbeiten.
Sind die Knoten eines MANets in Fahrzeugen, so spricht man von einem VANet.
Infrastruktur-Netze (nicht ad-hoc)
Neben dem Ad-hoc-Modus können WLAN-Geräte nach IEEE 802.11 auch in einem Infrastrukturmodus betrieben werden. Infrastruktur-Netze benötigen als zentralen Punkt mindestens eine Basisstation (Wireless Access Point), an der sich die Endgeräte einbuchen. Der Access Point vermittelt die Daten zwischen allen Teilnehmern.
Siehe auch
Weblinks
- IETF MANET group
- Meshnode Open source mesh router projekt
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