Resumen— Una red ¨Ad hoc¨, consiste en un
grupo de ordenadores que se comunican cada uno directamente con los otros a
través de las señales de radio si usar un punto de acceso. Las configuraciones
¨Ad hoc¨, son comunicaciones de tipo punto a punto. Solamente los ordenadores
dentro de un rango de transmisión definido pueden comunicarse entre ellos. La
tecnología es utilizada en varios campos como en el ejército, celulares y
juegos de videos. En fin, en la tecnología ¨Ad hoc¨, cada terminal de
comunicación se comunica con sus compañeros para hacer una red ¨peer to peer¨.
[1]
Palabras
claves— comunicación inalámbrica, red, señal, transmisión.
I. INTRODUCCIÓN [2]
Una red móvil Ad-hoc (también conocida como
MANET, por sus siglas en inglés Mobile Ad-hoc NETwork) es un conjunto de
nodos que se comunican a través de una red de radio en varios saltos, sin
depender de una infraestructura estable. El crecimiento del uso de
ordenadores portátiles y la expansión de las redes inalámbricas (WIFI,
Bluetooth) han hecho de este tipo de redes un tema de investigación muy popular.
En estas redes los nodos son generalmente dispositivos que funcionan con
baterías, que pueden comunicarse vía radio con otros dispositivos que
están dentro de su radio de alcance. Debido a la falta de una fuente de
alimentación fiable y la movilidad, los nodos pueden tener un cambio
continuo en el conjunto de nodos con los que pueden comunicarse (vecinos). Esta
naturaleza hace que incluso el más simple de los problemas de
comunicación sea difícil de resolver. Por lo tanto, los nuevos
protocolos para este tipo de redes, a menudo tienen fuertes requisitos de
sincronización y de estabilidad, como el de tener una red estable conectada
durante un tiempo suficientemente largo.
El principal problema es como hacer frente a
las desconexiones que con frecuencia surgen en estos entornos inalámbricos. El objetivo es
intentar mantener la comunicación estable en este tipo de redes dinámicas,
incluso cuando la ruta entre el remitente y el destinatario no existe en la
red. El resultado es que la comunicación multi-salto se puede lograr a
través de la “comunicación oportunista”, es decir, la ruta del mensaje es
seguida salto a salto mientras el siguiente enlace esté disponible; en caso
contrario, el mensaje espera en el nodo para dar el siguiente salto cuando haya
disponibilidad. Con este tipo de comunicación no son necesarios grandes requisitos de
conectividad. Sin embargo, la movilidad juega un papel importante, un ejemplo
cotidiano de esto podría ser un teléfono móvil equipado con WIFI, que se
conecta a Internet a través de este tipo de redes, puede desbloquear el envío
de datos cuando el usuario que lo lleva pasa por el área de cobertura de una
red de este tipo.
Dentro de las MANET con comunicación
oportunista podemos definir una clase particular que llamamos “potencialmente
epidémica”. Una MANET pertenece a este tipo, si los cambios en la topología de la
comunicación son tales que existe una ruta que interconecta cualquier par
de nodos que desean comunicarse.
En este
ámbito se están desarrollando nuevos protocolos e investigando en la eficiencia
de los existentes. Diferentes estudios y publicaciones nos dan la clave para concluir que
la sincronización entre los dispositivos de la red es una de las piezas clave
para que el resultado de la evaluación de un protocolo sea óptimo.
II. DEFINICIÓN
Fig. 1 Red AD-HOC [3]
Una red móvil AD HOC (Mobile
Ad Hoc Network O MANET) consiste en un conjunto de nodos móviles que se auto organizan
para poder comunicarse entre ellos sin necesitar que intervenga ningún tipo de
infraestructura previa desplegada (como pudiera ser una antena de una red de
telefonía o un punto de acceso de una WLAN). Este tipo de redes pueden surgir
de forma espontánea y por sus características el medio inalámbrico es el que
usan de forma natural para comunicarse.
Los nodos de la MANET son simultáneamente
hosts y routers, ya que pueden tanto ejecutar aplicaciones que hacen uso de la red,
como participar en el encaminamiento de los paquetes.
El hecho de usar transmisión inalámbrica incluye
decididamente en el comportamiento de las MANET. Las comunicaciones inalámbricas
tienen un rango de transmisión en el que el receptor es capaz de recibir e interpretar
correctamente la señal que envió el emisor. Si se encuentra fuera de este rango
el receptor no podría interpretar adecuadamente los paquetes que fueron
destinados a él. Por eso en las MANET los nodos colaboran para enviarse los
paquetes de datos enrutándolos salto a salto. En la figura 2 vemos como el nodo
B colabora para que el trafico destinado a C llegue a buen puerto.
Las MANET pueden concebirse como redes
aisladas o como extensiones de redes fijas a las que están conectadas. Este último
caso es lo que se conoce como redes ad hoc híbridas y necesitan de uno o varios
gateways que ejerzan de pasarela entre ambas redes. Hay consenso en que las MANETS
no serán redes de transito que conecten otras redes, sino que el trafico estará
originado/dirigido por/hacia los nodos internos[4]
Fig. 2 Retransmisión de un
paquete por parte de un nodo intermedio en una MANET [4]
III. CARACTERÍSTICAS DE LA RED [5]
A
continuación se enlistan las características particulares de una Red Ad-Hoc:
·
Nodos Autónomos: Los nodos pueden realizar tareas de enrutamiento, y se ven involucrados
tanto en procesamiento de datos, así como de descubrimiento y mantenimiento de
rutas.
·
Topología Dinámica de la red: Estas redes por si solas agregan dispositivos
en medida en que los usuarios entran a la red, así como también los elimina de
la misma, todo esto de manera dinámica, por lo tanto las rutas de estas cambian
sin previo aviso y por tanto su topología.
·
Funcionamiento no centralizado: El control y la administración de la red no se
encuentran en un nodo central, en este caso se encuentra distribuido en cada
uno de los nodos, cada nodo actúa de manera que se acople a las necesidades de
la red.
·
Nodos con capacidades limitadas: Los nodos en este tipo de redes son
dispositivos con limitaciones de energía y capacidad de procesamiento, debido a
esto se debe hacer uso de algoritmos que permitan a estos nodos optimizar los
recursos.
·
Enrutamiento multi-salto: Los paquetes que son mandados de un nodo fuente pueden alcanzar el nodo
destino mediante múltiples saltos entre varios nodos intermedios.
IV. ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO PARA ESTE
TIPO DE REDES[5]
El enrutamiento en Redes Ad-Hoc debe
satisfacer ciertos objetivos:
·
Minimización de costos inherentes:
Debido a la escasez de recursos energéticos y ancho de banda, se debe reducir
la cantidad de mensajes de control intercambiados, así como la carga
computacional de las operaciones.
·
Capacidad multisalto:
Debe asegurarse el reenvío de paquetes a través de los nodos de la red dado que
habitualmente el destino no se encuentra dentro del alcance de la fuente.
·
Mantenimiento dinámico de topología:
Debido a las características cambiantes de la red, las rutas establecidas
deberán ser actualizadas constantemente.
·
Eliminación de bucles:
Evitar la posibilidad de que un nodo sea visitado más de una vez por un paquete
en su trayecto hacia el destino, ya que esto implica un costo inaceptable de
ancho de banda y recursos de procesamiento y transmisión.
·
De acuerdo a la forma que
realizan el descubrimiento de la ruta a establecer y su mantenimiento, la
clasificación más habitual de los algoritmos de enrutamiento es:
·
Proactivos:
Este tipo de algoritmos basa su funcionamiento en tablas, creadas a partir de
una fase original de descubrimiento de ruta, que albergan la información
referente a los caminos en la red con base a distintos criterios. Esta información
es de ámbito global y por tanto, todos los nodos conservan caminos posibles
hacia el resto. Para la diseminación de la misma, los nodos intercambian estos
datos periódicamente.
·
Reactivos: En
este tipo de algoritmos las rutas se construyen únicamente en el momento en que
un nodo necesita establecer una comunicación. Es en ese preciso instante cuando
se desencadena una fase de descubrimiento de ruta que concluye una vez que la
fuente recibe la respuesta del destino que incluye el camino elegido para el
envío de datos.
·
Híbridos:
Este tipo de algoritmos incluye los dos procedimientos anteriores en distintos
niveles del enrutamiento. Así, se consigue reducir la sobrecarga de la red con
mensajes de control presentada por los algoritmos proactivos, mientras que se
disminuye la latencia de las operaciones de búsqueda mostrada entre los
reactivos.
Los algoritmos seleccionados para realizar las
evaluaciones se describen brevemente a continuación.
A. Ad Hoc On-Demand Distance Vector (AODV)
En AODV los nodos mantienen una tabla de
enrutamiento para los destinos conocidos, empleando el algoritmo vector de
distancia. Inicialmente esta tabla está formada por los nodos vecinos.
Solamente se agregan destinos nuevos cuando es necesario, es decir, cuando un nodo
necesita comunicarse con otro que no está en su tabla. En ese momento inicia un
proceso de descubrimiento de ruta hacia el destino, para ello se emiten
mensajes de descubrimiento de ruta RREQ que se van propagando entre todos los
nodos. En cambio, los nodos generan una tabla de encaminamiento inversa para
que puedan regresar las contestaciones RREP a las solicitudes de ruta al nodo
que la originó.
B. Destination Sequenced
Distance Vector (DSDV)
DSDV es esencialmente una modificación
del algoritmo de Bellman-Ford, bien conocido por su utilidad en redes fijas.
En este algoritmo, los nodos vecinos
intercambian periódicamente sus tablas de encaminamiento enteras para estimar
la distancia a la que se encuentran los demás nodos no vecinos.
Las modificaciones introducidas por DSDV
proporcionan básicamente la obtención de rutas sin bucles mediante la
introducción de números de secuencia para la determinación de las rutas más
nuevas. Aunque DSDV sólo proporciona un camino para cada destino, siempre elige
el camino más corto basándose en el número de saltos hacia este destino. DSDV
utiliza dos tipos de mensajes de actualización, uno más grande (full-dump) y
otro mucho más pequeño (incremental).
C. Dynamic Source
Routing (DSR)
DSR se fundamenta en el encaminamiento
desde el origen, es decir, los paquetes de datos incluyen una cabecera de
información acerca de los nodos exactos que deben atravesar.
No requiere ningún tipo de mensajes
periódicos, disminuyendo así la sobrecarga de mensajes de control.
Además ofrece la posibilidad de obtener,
con la solicitud de una ruta, múltiples caminos posibles hacia el destino. Para
poder realizar el encaminamiento en el origen, a cada paquete de datos se le
inserta una cabecera DSR de opciones que se colocará entre la cabecera de
transporte y la IP. Entre dichas opciones se incluirá la ruta que debe seguir
el paquete nodo a nodo. En los procesos de descubrimiento de rutas se generan
mensajes de solicitud, respuesta y error siendo estos mensajes ROUTE REQUEST,
REPLY y ERROR respectivamente.
V.
APLICACIONES [6]
Al tratarse de redes que no requieren de
una infraestructura fija, las redes MANET son fácilmente desplegables. Es por
eso que son muy útiles en entornos dónde resulte muy costoso instalar una
infraestructura fija, dónde las características físicas del entorno no lo
permitan o en dónde se requiera de un despliegue rápido. Algunas de las
aplicaciones que pueden tener las redes MANET son las siguientes:
A.
Entornos militares
En muchos avances tecnológicos las
aplicaciones militares son de las primeras en aparecer y las redes MANET no son
una excepción. En entornos militares las redes MANET permiten establecer
comunicación entre distintas unidades, vehículos o centros de mando sin necesidad
de establecer una infraestructura fija, lo cual puede ser muy difícil o
imposible.
B.
Situaciones de emergencia
Ya sea por desastres naturales o por otras
razones, cuando los equipos de emergencia, rescate o salvamento tienen que
actuar rápidamente no existe la posibilidad de instalar una infraestructura
fija si es que no existe ninguna previamente o la que existe ha quedado
inutilizada. Desplegar una red MANET es una solución rápida y eficaz para
muchas situaciones de emergencia.
C.
Entornos civiles
Las
posibles aplicaciones en entornos civiles son muy amplias. Se pueden crear
redes de sensores por ejemplo en entornos agrícolas, más económico que instalar
una infraestructura. Pero también se pueden crear redes MANET para compartir
información entre los participantes en un congreso, una conferencia, una clase,
etc. Otros ejemplos dónde existen muchas aplicaciones son en estadios
deportivos, en aeropuertos, cafeterías, museos, centros comerciales, etc.
D.
Redes de área personal
Conocidas como PAN (Personal Area
Network) se tratan de redes formadas por dispositivos de uso personal como un
ordenador portátil, un teléfono móvil, una PDA, etc. Usar una red MANET nos
puede permitir comunicar estos dispositivos entre ellos fácilmente.
VI. CONCLUSIONES
- Las
MANET son sistemas autónomos constituidos por nodos móviles que se comunican a
través de enlaces inalámbricos de múltiples saltos.
- En términos más sencillos esto quiere
decir que una red móvil ad hoc permite que una red se pueda establecer sin la
necesidad de una administración central o de infraestructura preestablecida, ya
que la red se conforma sólo de usuarios móviles capaces de transmitir y recibir
información entre sí.
- En el campo de las comunicaciones
inalámbricas el propósito de las redes ad hoc es el de proporcionar
flexibilidad y autonomía aprovechando los principios de la auto- organización.
- Las redes móviles Ad-Hoc presentan grandes
retos para la comunidad científica porque las topologías en este tipo de redes
son aleatorias, de múltiples saltos y dinámicas. Además presentan limitaciones
en cuanto al uso del ancho de banda y al consumo de la potencia. Como se espera
que las MANET puedan soportar cientos o miles de usuarios móviles, la
escalabilidad se debe asegurar con el fin de obtener un buen desempeño. [7]
- Las redes Ad-Hoc no están limitadas a un
grupo homogéneo de computadores, sino a cualquier dispositivo capaz de transmitir
por un medio inalámbrico.
- Las redes ad hoc han sido mayormente usadas
en el sector militar, donde poder establecer una comunicación ad hoc es a
menudo una necesidad. Por otra parte, en el sector comercial, los ejemplos
exitosos de redes de radio ad hoc son pocos hasta ahora. Las redes de área
personal a pequeña escala, como el Bluetooth que es una tecnología de radio
corto alcance están estimulando la demanda de la operación ad hoc en la
búsqueda de la facilidad de uso y flexibilidad.[8]
VII.
Referencias
[1]
Redes
inalámbricas AD-HOC[en línea] disponible en:
[3]
Red
Ad-Hoc[en línea], disponible en:
[4]
Evaluación
de Propuestas de Interconexión a Internet para Redes Móviles Ad Hoc Hibridas[en
línea] disponible en: http://masimum.inf.um.es/fjrm/downloads/pfc-fjrm.pdf,
[consulta 22-11-10]
[5]
Estudio
y análisis de prestaciones de redes móviles Ad Hoc mediante simulaciones NS-2 para
validar modelos analíticos [en línea] disponible en:
[6]
Revista
EIDOS[en línea] disponible en:
http://www.ute.edu.ec/posgrados/revistaEIDOS/edicion2/art04.html,
[consulta 22-11-10]
[7]
Introducción[en
línea] disponible en:
http://eav.upb.edu.co/banco/files/03INTRODUCCION.pdf,
[consulta 22-11-10]
[8]
Redes
inalámbricas AD-HOC [en línea] disponible en: http://bc.inter.edu/facultad/cgonzalezr/ELEN4618/Adhoc.pdf,
[consulta 22-11-10]
