UNIVERSITETET I OSLO

Transkript

1 UNIVERSITETET I OSLO Side 1 Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet UniK Universitetsstudiene på Kjeller Eksamen i: UniK 4290 Mobilitet i internett Eksamensdag: Fredag 4. juni 2004 Tid for eksamen: Oppgavesettet er på 12 sider Vedlegg: Ingen Tillatte hjelpemidler: Norsk <-> engelsk ordbok Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. 1

2 English Version Part 1: Multiple Choice Questions (45%) For each question below, there may be one or several correct answers. You get 1 point if you mark a correct answer. You also get 1 point if you leave the wrong answer unmarked. Otherwise you get 0 point. There are 15 questions and 45 answers in this part. You don t get any point if you mark all answers as correct, or leave all answers unmarked. Mark an answer as correct by filling in the check-box with an X ( ), or leave it blank to unselect a wrong answer. Draw an O around the check-box ( ) to invalidate an already marked answer. 1.1 DCF (Distributed Coordination Function) in IEEE (3%) When the channel is sensed as idle for DIFS (DCF Interframe Space), for the first transmission attempt, a node shall Transmit immediately Wait for a random backoff interval [0, CWmin] before transmitting Wait for a random backoff interval [0, CWmax] before transmitting 1.2 Mobile IPv4 (3%) Consider a simple Mobil IPv4 scenario where a Mobile Node (MN) has moved from its home network to a visited network. The datagram is tunneled between The Home Agent (HA) and the care-of-address (either the Foreign Agent (FA) or the MN itself) The FA and the MN The Correspondent Node (CN) and the FA 1.3 Wireless sensor networks (3%) What is/are true with respect to a large-scale wireless sensor network with thousands of sensors densely distributed in an area? Data delivery should still be successful even if few links are broken Each sensor knows explicitly the route to the sink Similar to ad hoc networks, DATA is unicast to the sink after the route is established 2

3 and TCP (3%) What is/are difference(s) regarding ACK in and ACK in TCP? ACK in TCP is at the transport layer and ACK in is at the MAC layer An ACK is sent after every successful packet/fragment transmission in , while only one ACK is sent after the successful transmission of several TCP packets/segments in TCP if the window size is larger than 1 No difference WLAN (2%) Assume an error-free channel. Given the same transmission data rate and other system parameters, the throughput will be higher in an WLAN with Larger DATA packet size Smaller DATA packet size 1.6 Routing protocol performance (4%) Which metrics are usually used to evaluate the performance of a routing protocol in ad hoc networks? Packet delivery ratio Protocol overhead End-to-end delay Jitter 1.7 NAV (Network Allocation Vector) in (3%) Consider three nodes in a chain topology as shown below. Both A and C can hear B, but A and C cannot hear each other directly. Assume RTS/CTS is used and the same range for carrier sensing and packet transmission. How long shall node C defer when node A starts transmitting to node B? A B C Figure 1. A two-hop ad hoc network with 3 nodes in chain topology. 3 SIFS_Time + CTS_Time + DATA_Time + ACK_Time 2 SIFS_Time + DATA_Time + ACK_Time SIFS_Time + ACK_Time 3

4 1.8 Security in ad hoc networks (3%) Which is/are reasonable solution(s) to key management in a medium- or largescale ad hoc network operated in a distributed manner? A centralized key server A distributed asynchronous key management service which has a pair of keys, Kprivate and Kpublic. The public key is known to all nodes in the network, and the private key is divided into several shares, one share for each server. A robust membership management scheme where nodes are divided into groups, and the keys are managed by group leaders 1.9 TCP unfairness (3%) What is/are correct regarding the TCP unfairness problem in based multi-hop ad hoc networks? The binary exponential backoff algorithm is one of the main reasons for the unfairness problem Larger window size in TCP makes the problem more serious Larger carrier sensing range makes the problem more serious e QoS enhancement in (3%) Assume that each node has only one traffic class, and each node generates a traffic class different from all other nodes. Which is/are correct regarding e EDCF (Enhanced Distributed Coordination Function)? The node with higher priority has shorter contention window size The node with highest priority always accesses the channel first The nodes with lower priority have to wait longer to ascertain that the channel is idle 1.11 Ad hoc On-demand Distance Vector (AODV) protocol (3%) In AODV unicast operation, a node may typically Broadcast a Route Request (RREQ) message and unicast a Route Reply (RREP) message Broadcast a RREQ message and broadcast a RREP message Unicast a RREQ message and unicast a RREP message 4

5 1.12 Micro-mobility (3%) Which of the following micro-mobility approache(s) has/have several Foreign Agents (FAs)? Cellular IP HAWAII (Handoff-Aware Wireless Access Internet Infrastructure) Hierarchical Mobile IP 1.13 Mobility in general (3%) Which of the following solution(s) deal(s) specifically with continuous mobility? Mobile IP Cellular IP Hierarchical Mobile IP 1.14 Network mobility (3%) Which statement(s) is/are correct about network mobility? Network mobility means that a collection of nodes moves together The terminals within the moving network may be comparatively static The network mobility problem will be most likely solved at the IP layer 1.15 Zone Routing Protocol (ZRP) (3%) What is/are the main idea(s) of the ZRP protocol? Use proactive protocol locally and reactive protocol globally Use reactive protocol locally and proactive protocol globally Adjust the zone radius to an optimal value Part 2: Essay Questions (55%) Write your answers to the following questions on a separate piece of paper. Question 2: QoS in ad hoc networks (15%) 2.1 What are potential problems if applying the IntServ/RSVP or DiffServ approach directly in a large-scale mobile ad hoc network with dynamic topology and timevarying links? Discuss briefly both approaches. (5%) 5

6 2.2 SWAN (Stateless Wireless Ad hoc Networks) is a proposed solution for QoS provisioning in ad hoc networks. Describe briefly how SWAN works. How do the intermediate node, the destination node and the source node react when congestion/overload happens? Before a real-time session starts, how does a source node decide whether the connection request should be accepted or not? (10%) Question 3: Routing protocol (20%) 3.1 List three major differences between the proactive protocols and the reactive protocols. (6%) 3.2 What are the main purposes of using MPRs (Multipoint Relays) in the OLSR (Optimized Link State Routing) protocol? Explain what an MPR selector is. (5%) 3.3 Consider the network topology shown below. Links are symmetric. Fill out the table with one-hop, two-hop neighbor(s), MPR(s) and MPR selector(s) of each node. (9%) Node A B C D E F One-hop neighbor(s) Two-hop neighbor(s) MPR MPR selected by A B C E D F Figure 2. A multi-hop ad hoc network with 6 nodes. 6

7 Question 4: MAC mechanisms in ad hoc networks (20%) 4.1 Discuss briefly the advantages and disadvantages of using Time Division Multiple Access (TDMA) as the MAC mechanism for multi-hop ad hoc networks. (6%) 4.2 What are the hidden terminal and the exposed terminal problems in wireless networks? What is the proposed solution to the hidden terminal problem in the IEEE MAC standard? Is this problem completely solved? (10%) 4.3 Re-consider the based 2-hop ad hoc network as shown in Figure 1 in Question 1.7. Node A is transmitting packets to node C. Why is the maximal throughput achieved at node C approximately one half of the one-hop maximal throughput achieved at node B? (4%) 7

8 Bokmål Versjon Del 1: Flervalgsoppgaver (45%) Et eller flere svar kan være riktige for hvert spørsmål nedenfor. Du får et poeng hvis du velge et riktig svar, og du får også et poeng hvis du ikke velge et galt svar. Ellers får du null poeng. Vi har totalt 15 spørsmål og 45 svar alternativer i denne delen. Du får ingen poeng hvis du merker alle sjekkboks med X, eller lar alle sjekkboksene være åpent. Rett svar alternativ markes med en X i sjekkboks ( ). Åpen sjekkboks betyr at du mener det er feil svar. Tegn en O rund sjekkboksen ( ) for å gjøre ugyldig et svar alternativ som ble market med en X. 1.1 DCF (Distributed Coordination Function) i IEEE (3%) Når kanalen antas som ledig for DIFS (DCF Interframe Space), ved det første forsøket på å sende, skal en node Sende umiddelbart Vente et tilfeldig backoff intervall [0, CWmin] før sending Vente et tilfeldig backoff intervall [0, CWmax] før sending 1.2 Mobil IPv4 (3%) Betrakt følgende scenario i vanlig Mobil IPv4 hvor en mobilnode har flyttet fra hjemnettverk sitt til et besøks nettverk. Datagram er tunneled i Mobil IP mellom Hjemeagent (HA) og the care-of-address (enten the Foreign Agent (FA) eller mobilnoden (MN)) FAen og MNen Korresponderende noden (CN) og FAen 1.3 Trådløse sensor nettverk (3%) Hva er rett for et stor skala trådløst sensor nettverk med flere tusen sensor distribuerte i et tett område? Pakke overføringen bør finne sted selv om noen få linker feiler Hver sensor kjenner eksplisitt ruten til destinasjonen Samme som i ad hoc nettverk, DATA blir unicast til destinasjonen etter at ruten er etablert 8

9 og TCP (3%) Hva er forskjell mellom ACK i og ACK i TCP ACK i TCP er på transport lag og ACK i er på MAC lag En ACK blir sendt etter hver pakke/fragment er mottatt i , mens bare en ACK sendes etter at flere TCP pakker/segment er mottatt dersom TCP-vinduet er større enn en Ingen forskjell Trådløst LAN (2%) Anta at radiokanalen er feilfri ( error-free ). Ved en gitt transmisjons data rate og andre systemparametere i et trådløst LAN, vil throughput være større for Større datapakker Mindre datapakker 1.6 Ytelse i rutings-protokoll (4%) Hvilke mål benyttes vanligvis for å evaluere ytelse til en rutings-protokoll i ad hoc nettverk? Pakke overførings rate Protokoll overhead Ende-til-ende forsinkelse Jitter 1.7 NAV (Network Allocation Vector) i (3%) Figuren under viser tre noder i kjedet topologi. Både A og C kan høre B, men de kan ikke høre hverandre. Anta at RTS/CTS er brukt, og at carrier sensing range og pakke transmisjon range er like. Hvor lenge skal node C vente ( defer ) når A begynner transmisjon til B? A B C Figur 1. Et to-hopp ad hoc nettverk med 3 noder i kjedet topologi. 3 SIFS_Tid + CTS_Tid + DATA_Tid + ACK_Tid 2 SIFS_Tid + DATA_Tid + ACK_Tid SIFS_Tid + ACK_Tid 9

10 1.8 Sikkerhet i ad hoc nettverk (3%) Hvilke(n) løsning(er) er fornuftig(e) for nøkkel administrering i et midlere til stort ad hoc nettverk som opererer distribuert? En sentralisert nøkkel server En distribuert asynkron nøkkel management tjeneste med to typer nøkler, Kprivat og Koffentlig. Den offentlige nøkkelen er kjente av alle noder i nettverket. Den private nøkkelen blir delt ut i flere deler med en del for hver server En robust medlemskap management forslag hvor nodene er delt inn i flere grupper, og nøklene blir managed av gruppelederne 1.9 TCP unfairness (3%) Hva er rett for TCP unfairness problemet i et basert multi-hop ad hoc nettverk? The binary exponential backoff algorithm er en av de hovedgrunnerne til unfairness problemet Problemet blir mer alvorlig med større vindustørrelse i TCP Problemet blir mer alvorlig med større carrier sensing range e QoS forbedring i (3%) Anta at hver node har bare en trafikk klasse, og hver node genererer trafikk i forskjellige trafikklass fra de andre nodene. Hva er riktig(e) for e EDCF (Enhanced Distributed Coordination Function)? Noden med høyre prioritet har mindre contention window size Noden med høyest prioritet aksesserer alltid kanalen først Nodene med lavere prioritet må vente lengre for å sikre at kanalen er ledig 1.11 Ad hoc On-demand Distance Vector (AODV) protokoll (3%) Ved AODV operert i typisk unicast mode, kan en node Broadcast en Route Request (RREQ) melding og unicast en Route Reply (RREP) melding Broadcast en RREQ melding og broadcast en RREP melding Unicast en RREQ melding og unicast en RREP melding 1.12 Mikro mobilitet (3%) Hvilke(n) av følgende mikro mobilitets løsning(er) har flere Foreign Agents (FAs)? Cellulær IP HAWAII (Handoff-Aware Wireless Access Internet Infrastructure) Hierarkisk Mobil IP 10

11 1.13 Mobilitet i alminnelighet (3%) Hvilke(n) av følgende løsning(er) håndterer spesifikk kontinuerlig mobilitet? Mobil IP Cellulær IP Hierarkisk Mobil IP 1.14 Nettverks mobilitet (3%) Hvilke(n) utsagn er riktig(e) om nettverks mobilitet? Nettverks mobilitet betyr at en samling av noder flytter sammen Nodene inne samlingen kan være relativt statiske Løsningen for nettverks mobilitet vi mest mulig bli løst på IP lag 1.15 Zone Routing Protocol (ZRP) (3%) Hva er hoved ide/ideene i ZRP? Bruk proaktive protokoller lokalt og reaktive protokoller globalt Bruk reaktive protokoller lokalt og proaktive protokoller globalt Justere soneradius til en optimalt verdi Del 2: Hovedoppgaver (55%) Skriv svarene dine til følgende oppgavene på et eget ark. Oppgave 2: QoS i ad hoc nettverk (15%) 2.1 Hva er potensielle problemer med å bruke IntServ/RSVP eller DiffServ løsninger direkte i et stort mobil ad hoc nettverk med dynamisk topologi og time-varying linker? Beskriv kort begge alternativer. (5%) 2.2 SWAN (Stateless Wireless Ad hoc Networks) er en forslått løsning for QoS provisioning i ad hoc nettverk. Beskriv kort SWANs virkemåte. Hvordan reagerer mellomnoden, kildenoden og destinasjonsnoden ved metning/overbelastning? Hvordan bestemmer en kildenode om den skal akseptere eller ikke en sanntids ( realtime ) forbindelsesanmodning? (10%) 11

12 Oppgave 3: Rutings-protokoll (20%) 3.1 Liste opp de tre viktigste forskjellene mellom proaktive og reaktive rutingsprotokollene. (6%) 3.2 Hva er hovedformålene med å benytte MPR (Multipoint Relay) in OLSR? Forklar hva en MPR selektor er. (5%) 3.3 Figur 2 viser en nettverks topologi. (Se samme figur på engelsk versjon.) Alle linker er symmetriske. Fyll inn tabellen nedenfor med en-hopp og to-hopp nabo(er), MPR(er) og MPR selektor(e) for hver node. (9%) Node A B C D E F En-hopp nabo(er) To-hopp nabo(er) MPR MPR valgt av Oppgave 4: MAC mekanisme i ad hoc nettverk (20%) 4.1 Beskriv kort fordeler og ulemper ved å benytte Time Division Multiple Access (TDMA) som MAC mekanisme i et multi-hop ad hoc nettverk. (6%) 4.2 Hva er hidden-terminal og exposed-terminal problemene i trådløse nettverk? Hva er den forslåtte løsningen for det hidden-terminal problemet i IEEE MAC standarden? Er problemet fullstendig løst? (10%) 4.3 Se på nettet som vist i Fig. 1 i spørsmål 1.7. Dette er et nett med to hopp. Node A sender data til node C. Hvorfor er maksimal throughput oppnådd for node C halvparten av ett hopps maksimal throughput for node B? (4%) 12