Tesi_Khepera3_Manet

ABSTRACT ................................................................................................................... - 1 -

INTRODUZIONE ........................................................................................................... - 2 -

CAPITOLO 1 RETI MANET E PROTOCOLLO DI ROUTING OLSR ........... - 3 -

1.1 Un po’ di storia… .................................................................................... - 3 -

1.2 Reti MANET (Mobile Ad-hoc NETwork) ................................................ - 4 -

• 1.2.1 Reti MANET per Robot mobili ............................................................. - 6 -

1.3 Protocollo di routing ................................................................................ - 7 -

• 1.3.1 Descrizione del protocollo utilizzato nella parte sperimentale .......... - 9 -
• 1.3.2 Formato del pacchetto OLSR ............................................................ - 10 -
• 1.3.3 Patrimonio informativo di un nodo .................................................... - 10 -
• 1.3.3.1 Formato e generazione degli HELLO-message ......................... - 11 -
• 1.3.3.2 Link Sensing .......................................................................... - 11 -
• 1.3.3.3 Neighbor Detection ............................................................... - 11 -
• 1.3.3.4 Topology Discovery .............................................................. - 12 -
• 1.3.3.5 Calcolo delle Routing Table ................................................. - 13 -

1.4 Metrica ....................................................................................................... - 13 -

• 1.4.1 ETX (Expected Transmission Count) ................................................ - 14 -

CAPITOLO 2 HARDWARE E SOFTWARE UTILIZZATI ........................... - 15 -

2.1 Khepera III ............................................................................................... - 15 -

• 2.1.1 Motori e controllo della velocità .......................................................... - 16 -

2.2 KoreBot II e interfacciamento con il PC ................................................. - 17 -

2.3 Khepera III Toolbox ................................................................................ - 19 -

2.4 OLSRd ..................................................................................................... - 19 -

CAPITOLO 3 ATTIVITA’ SPERIMENTALE ............................................ - 21 -

3.1 Creazione della rete Ad-Hoc ................................................................ - 22 -

3.2 Navigazione su punti di via .................................................................... - 23 -

3.3 Rilievi Sperimentali ................................................................................ - 24 -

• 3.3.1 Esperimenti con nodi statici nella stessa posizione ........................... - 25 -
• 3.3.1.1 – Robot mobile più robot statico in posizione A ..................... - 28 -
• 3.3.1.2 – Robot mobile più robot statico in posizione B ..................... - 29 -
• 3.3.1.3 – Robot mobile più Base Station in posizione A ................... - 30 -

3.4.1.4 – Robot mobile più Base Station in posizione B.....................- 32 -

3.3.1.5 – Robot mobile più Robot statico e Base Station in posizione A - 33 -

3.3.1.6 – Robot mobile più Robot statico e Base Station in posizione B - 35 -

3.3.2 Esperimenti con nodi statici in posizioni diverse..........................- 37 -

3.3.2.1 – Robot esploratore più Robot fermo in posizione A e Base Station in posizione B...................................................................................................- 37 -

3.3.2.2 – Robot esploratore più Base Station in posizione A con OLSRd a regime e Robot fermo in posizione B con OLSRD non avviato...........- 38 -

CONCLUSIONI E SVILUPPI FURURI..........................................................- 39 -

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1.2 Reti MANET (Mobile Ad-hoc NETwork)

"Una MANET è un sistema autonomo di router mobili e dei loro host associati, connessi con collegamenti di tipo wireless che sono uniti formando un grafo di forma arbitraria. Tali router sono liberi di muoversi casualmente e di auto organizzarsi arbitrariamente, sebbene la topologia wireless vari rapidamente ed in modo imprevedibile. Tale rete può operare da sola oppure essere connessa alla rete Internet." Questa definizione data dall’organismo IEFT introduce quello che è realmente una rete MANET, ovvero una nuova tipologia di rete, esclusivamente wireless, all’interno della quale la comunicazione avviene senza l’utilizzo di un’infrastruttura realmente esistente.

In una rete MANET non esiste quindi alcuna infrastruttura e la topologia della rete può cambiare dinamicamente in maniera imprevedibile, dato che i nodi sono liberi di muoversi e può di conseguenza accadere che questi potrebbero spostarsi a loro piacimento all’interno della rete. Se ciò dovesse accadere, i cambiamenti risultanti nella topologia devono essere però resi noti a tutti gli altri nodi, cosicché da aver sempre aggiornata la topologia della rete stessa. Le reti MANET e le reti ad hoc in generale, sono quindi delle reti wireless peer-to-peer e multi-hop, in cui i pacchetti informazione sono trasmessi dalla sorgente ad una destinazione arbitraria, attraverso nodi intermedi che hanno un ruolo di instradatori.

Ogni dispositivo (un telefono cellulare, un palmare, un computer o un robot come nel nostro caso) si comporta come un nodo capace di far arrivare automaticamente pacchetti contenenti informazioni verso un altro nodo, che si trova più vicino alla destinazione prescelta (concetto di routing descritto nel paragrafo successivo). Ci troviamo dunque di fronte a reti multi hop, letteralmente multi-salto; questa tecnologia è capace di far giungere le informazioni attraverso diversi dispositivi per portarle, con una serie di piccoli balzi, ad un obiettivo che può essere anche molto lontano. In altre parole, invece di instaurare la comunicazione facendo un grande salto fino ad un'antenna (come avviene ad esempio nella telefonia cellulare), si utilizzano una serie di piccoli hop che necessitano di meno energia e dovrebbero garantire una maggiore affidabilità.

Le reti MANET, come accennato in precedenza si basano sul concetto di Peer-to-Peer (P2P), dove i peer non sono altro che normali personal computer, palmari, laptop etc. P2P è un’ architettura nella quale i peer possono condividere capacità di calcolo, spazio su disco e ogni tipo di risorsa in generale. senza l’utilizzo di un server centrale; è una rete point-to-multipoint tra host equivalenti che si comportano, a seconda della situazione, da server o da client.

La natura delle reti MANET le rende particolarmente utili in tutti quei contesti in cui le infrastrutture di comunicazione non sono disponibili, non sono affidabili o semplicemente troppo costose. Per fare un esempio si potrebbe pensare ad

Capitolo 1 – Reti MANET e protocollo di routing OLSR

protocolli reattivi: i percorsi vengono calcolati solo se richiesti al momento dell’effettivo instradamento dei pacchetti (on-demand).

Il protocollo utilizzato nell’attività sperimentale è un protocollo di tipo proattivo chiamato OLSR (largamente descritto in seguito).

1.3.1 Descrizione del protocollo utilizzato nella parte sperimentale

OLSR (Optimized Link State Routing) è un protocollo per reti MANET proposto da T. Clausen e P. Jaquet nel RFC 3626 pubblicato nell’Ottobre 2003

È un protocollo proattivo, cioè che scambia informazioni sull’intera topologia della rete regolarmente, permettendo così di avere immediatamente a disposizione la rotta per un certo nodo quando necessaria. È un’ottimizzazione del classico protocollo Link State: il concetto chiave è l’uso dei MultiPoint Relays (MPR) cioè dei nodi eletti per inoltrare i messaggi in broadcast durante il processo di flooding. Questa tecnica riduce l’overhead rispetto ad un classico flooding in cui ogni nodo ritrasmette ogni messaggio. Un MPR è responsabile di comunicare a tutta la rete la rotta per raggiungere i nodi che lo hanno scelto come tale.

Il protocollo è particolarmente efficace in reti larghe e dense, ed è idoneo a topologie che cambiano nel tempo. Per adattarsi a reti che cambiano molto rapidamente, OLSR può rendersi più reattivo riducendo l’intervallo massimo di tempo tra due trasmissioni di pacchetti di controllo.

Il protocollo non necessita di una trasmissione affidabile dei pacchetti di controllo, infatti la periodicità con cui vengono inviati rende sostenibile una ragionevole perdita di pacchetti, situazione molto frequente in una rete wireless. OLSR non necessita neanche di un ordinamento dei pacchetti ricevuti, infatti un packet sequence number presente in ogni pacchetto rende il ricevitore capace di identificare l’informazione più recente. Per questi due motivi i pacchetti di controllo vengono trasmessi su UDP.

Figura 1.4 - Formato del pacchetto di OLSR