Rețea ad hoc fără fir - Wireless ad hoc network

O rețea wireless ad hoc ( WANET ) sau o rețea mobilă ad hoc ( MANET ) este un tip descentralizat de rețea wireless . Rețeaua este ad hoc, deoarece nu se bazează pe o infrastructură preexistentă, cum ar fi routerele din rețelele cu fir sau punctele de acces din rețelele fără fir. În schimb, fiecare nod participă la rutare prin redirecționarea datelor pentru alte noduri, astfel încât determinarea datelor nodurilor de redirecționare se face dinamic pe baza conectivității rețelei și a algoritmului de rutare utilizat.

În sistemul de operare Windows , ad hoc este un mod de comunicare (setare) care permite computerelor să comunice direct între ele fără un router. Rețelele mobile ad hoc fără fir sunt rețele autoconfigurabile, dinamice, în care nodurile sunt libere să se deplaseze.

Astfel de rețele fără fir nu au complexitatea configurării și administrării infrastructurii, permițând dispozitivelor să creeze și să se alăture rețelelor „din mers”.

Fiecare dispozitiv dintr-un MANET este liber să se deplaseze independent în orice direcție și, prin urmare, își va schimba frecvent legăturile cu alte dispozitive. Fiecare trebuie să redirecționeze traficul fără legătură cu propria sa utilizare și, prin urmare, să fie un router . Principala provocare în construirea unui MANET este echiparea fiecărui dispozitiv pentru a menține continuu informațiile necesare pentru direcționarea corectă a traficului. Acest lucru devine mai greu pe măsură ce scara MANET crește datorită 1) dorinței de a direcționa pachetele către / prin fiecare alt nod, 2) procentul de trafic aerian necesar pentru a menține starea de rutare în timp real, 3) fiecare nod are propriul său goodput să direcționeze independent și să nu știe de nevoile altora și 4) toți trebuie să aibă o lățime de bandă de comunicare limitată , cum ar fi o porțiune de spectru radio. Astfel de rețele pot funcționa singure sau pot fi conectate la internetul mai mare . Acestea pot conține unul sau mai multe transceiver-uri diferite între noduri. Acest lucru are ca rezultat o topologie extrem de dinamică și autonomă. MANET-urile au de obicei un mediu de rețea rutabil deasupra unei rețele ad hoc de straturi de legături .

Istoric la radio pachet

Un Stanford Institutul de Cercetare e Packet Radio Van , site - ul primei trei căi internetworked de transmisie.
Încercări inițiale pe scară largă ale radioului digital pe termen scurt , februarie 1998.

Cea mai veche rețea de date fără fir a fost numită PRNET , rețeaua radio de pachete și a fost sponsorizată de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) la începutul anilor 1970. Bolt, Beranek și Newman Inc. (BBN) și SRI International au proiectat, construit și experimentat cu aceste sisteme primare. Experimentatorii au inclus Robert Kahn , Jerry Burchfiel și Ray Tomlinson . Experimente similare au avut loc în comunitatea radioamatorilor cu protocolul x25. Aceste sisteme radio pachete timpurii au fost anterioare internetului și, într-adevăr, au făcut parte din motivația suitei originale Internet Protocol. Experimentele ulterioare DARPA au inclus proiectul Survivable Radio Network ( SURAN ), care a avut loc în anii 1980. Un succesor al acestor sisteme a fost lansat la mijlocul anilor 1990 pentru armata SUA și mai târziu pentru alte națiuni, ca radio digital pe termen scurt .

Un alt al treilea val de activitate academică și de cercetare a început la mijlocul anilor 1990, odată cu apariția cardurilor radio 802.11 ieftine pentru computerele personale . Rețelele ad hoc fără fir actuale sunt proiectate în principal pentru utilități militare. Problemele cu aparatele de radio sunt: ​​(1) elemente voluminoase, (2) viteză redusă de date, (3) incapacitate de a menține legături dacă mobilitatea este mare. Proiectul nu a continuat mult până la începutul anilor 1990, când se nasc rețele wireless ad hoc.

Lucrări timpurii la MANET

Creșterea laptopurilor și a rețelelor wireless 802.11 / Wi-Fi au făcut din MANET-uri un subiect popular de cercetare de la mijlocul anilor '90. Multe lucrări academice evaluează protocoalele și abilitățile acestora, presupunând diferite grade de mobilitate într-un spațiu delimitat, de obicei cu toate nodurile la câteva hamei unul de celălalt. Diferite protocoale sunt apoi evaluate pe baza unor măsuri precum rata de scădere a pachetelor, cheltuielile generale introduse de protocolul de rutare, întârzierile pachetelor de la un capăt la altul, capacitatea de rețea, capacitatea de a scala etc.

La începutul anilor 1990, Charles Perkins de la SUN Microsystems SUA și Chai Keong Toh de la Universitatea Cambridge au început separat să lucreze pe un alt internet, cel al unei rețele wireless ad hoc. Perkins lucra la problemele dinamice de abordare. Toh a lucrat la un nou protocol de rutare, cunoscut sub numele de ABR - rutare bazată pe asociativitate . Perkins a propus în cele din urmă DSDV - Direcția de direcționare a vectorului de distanță a secvenței de destinație, care a fost bazată pe direcționarea vectorului de distanță distribuită. Propunerea lui Toh a fost o rutare bazată la cerere, adică rutele sunt descoperite din mers în timp real, când și când este necesar. ABR a fost trimis la IETF ca RFC-uri. ABR a fost implementat cu succes în sistemul de operare Linux pe laptopurile activate Lucent WaveLAN 802.11a și, prin urmare, s-a dovedit că este posibilă o rețea mobilă practică ad hoc în 1999. Un alt protocol de rutare cunoscut sub numele de AODV a fost introdus ulterior și ulterior dovedit și implementat în 2005. În 2007, David Johnson și Dave Maltz au propus DSR - Dynamic Source Routing .

Aplicații

Natura descentralizată a rețelelor ad hoc fără fir le face potrivite pentru o varietate de aplicații în care nodurile centrale nu pot fi invocate și pot îmbunătăți scalabilitatea rețelelor în comparație cu rețelele gestionate fără fir, deși limitele teoretice și practice ale capacității globale a acestor rețele Au fost identificate. Configurarea minimă și implementarea rapidă fac ca rețelele ad hoc să fie potrivite pentru situații de urgență, cum ar fi dezastrele naturale sau conflictele militare. Prezența protocoalelor de rutare dinamică și adaptivă permite formarea rapidă a rețelelor ad hoc. Rețelele ad hoc fără fir pot fi clasificate în continuare în funcție de aplicațiile lor:

Rețele mobile ad hoc (MANET)

O rețea mobilă ad hoc (MANET) este o rețea continuă de auto-configurare, auto-organizare, fără infrastructură de dispozitive mobile conectate fără fire. Uneori este cunoscut sub numele de rețele „din mers” sau „rețele spontane”.

Rețele ad-hoc pentru vehicule (VANET-uri)

VANET-urile sunt utilizate pentru comunicarea între vehicule și echipamentele de pe șosea. Rețelele ad hoc vehiculate inteligente (InVANETs) sunt un fel de inteligență artificială care ajută vehiculele să se comporte în moduri inteligente în timpul coliziunilor vehicul cu vehicul, accidente. Vehiculele utilizează unde radio pentru a comunica între ele, creând rețele de comunicații instantaneu din mers în timp ce vehiculele se deplasează de-a lungul drumurilor. VANET trebuie să fie securizat cu protocoale ușoare.

Rețele ad hoc pentru smartphone (SPAN)

Un SPAN valorifică hardware-ul existent (în principal Wi-Fi și Bluetooth ) și software-ul (protocoale) în smartphone-urile disponibile comercial pentru a crea rețele peer-to-peer fără a se baza pe rețelele de telefonie mobilă, punctele de acces fără fir sau infrastructura de rețea tradițională. SPAN-urile diferă de rețelele tradiționale de hub și de vorbire , cum ar fi Wi-Fi Direct , prin faptul că acceptă relee multi-hop și nu există noțiunea de lider de grup, astfel încât colegii să se poată alătura și să plece după bunul plac fără a distruge rețeaua. Cel mai recent, iPhone - ul Apple cu versiunea 8.4 iOS și versiuni ulterioare a fost activat cu capacitate de rețea ad-hoc multi-peer mesh, pe iPhone, permițând milioane de telefoane inteligente să creeze rețele ad hoc fără a se baza pe comunicații celulare. S-a susținut că acest lucru va „schimba lumea”.

Rețele fără fir mesh

Articol principal: Rețea de rețea fără fir

Rețelele Mesh își iau numele din topologia rețelei rezultate. Într-o rețea complet conectată, fiecare nod este conectat la orice alt nod, formând o „rețea”. O plasă parțială, în schimb, are o topologie în care unele noduri nu sunt conectate la altele, deși acest termen este rar folosit. Rețelele ad hoc fără fir pot lua forma unei rețele mesh sau altele. O rețea ad hoc fără fir nu are topologie fixă, iar conectivitatea acesteia între noduri depinde în totalitate de comportamentul dispozitivelor, de tiparele de mobilitate ale acestora, de distanța dintre ele, etc. Prin urmare, rețelele de rețea fără fir sunt un anumit tip de wireless ad hoc. rețele, cu accent deosebit pe topologia de rețea rezultată. În timp ce unele rețele de rețea fără fir (în special cele din interiorul unei case) au o mobilitate relativ rară și, prin urmare, pauze de legături rare, alte rețele de rețea mai mobile necesită ajustări frecvente de rutare pentru a ține cont de legăturile pierdute.

MANET-uri tactice ale armatei

MANET-urile militare sau tactice sunt utilizate de unitățile militare cu accent pe rata de date, cerința în timp real, redirecționarea rapidă în timpul mobilității, securitatea datelor, raza radio și integrarea cu sistemele existente. Formele de undă radio comune includ JTRS SRW al armatei SUA și WaveRelay al Sistemului persistent. Comunicațiile mobile ad hoc vin bine pentru a satisface această nevoie, în special natura sa fără infrastructură, implementarea și funcționarea rapidă. MANET-urile militare sunt utilizate de unitățile militare cu accent pe implementarea rapidă, rețelele fără infrastructură, fără fir (fără turnuri radio fixe), robustețea (pauzele de legătură nu sunt o problemă), securitatea, autonomia și funcționarea instantanee.

Rețelele ad hoc ale forțelor aeriene UAV

Rețelele de zbor ad hoc (FANET) sunt compuse din vehicule aeriene fără pilot , permițând o mare mobilitate și asigurând conectivitate la zone îndepărtate.

Vehicul aerian fără pilot , este un avion fără pilot la bord. UAV-urile pot fi controlate de la distanță (adică, pilotate de un pilot la o stație de control la sol) sau pot zbura autonom pe baza planurilor de zbor pre-programate. Utilizarea civilă a UAV include modelarea terenurilor 3D, livrarea pachetelor ( logistică ) etc.

UAV-urile au fost utilizate și de Forțele Aeriene ale SUA pentru colectarea datelor și detectarea situației, fără a risca pilotul într-un mediu străin neprietenos. Cu tehnologia de rețea wireless ad hoc încorporată în UAV-uri, mai multe UAV-uri pot comunica între ele și pot lucra în echipă, în colaborare pentru a finaliza o sarcină și o misiune. Dacă un UAV este distrus de un inamic, datele sale pot fi descărcate rapid fără fir către alte UAV-uri învecinate. Rețeaua de comunicații ad hoc UAV este, de asemenea, uneori menționată la rețeaua de cer instantanee UAV. Mai general, MANET-urile aeriene în UAV-uri sunt acum (începând cu 2021) implementate și operaționale cu succes ca mini-UAV-uri ISR ​​de recunoaștere tactică, cum ar fi BRAMOR C4EYE din Slovenia.


Rețele ad hoc ale marinei

Navele marine folosesc în mod tradițional comunicațiile prin satelit și alte radiouri maritime pentru a comunica între ele sau cu stația terestră înapoi pe uscat. Cu toate acestea, astfel de comunicări sunt restricționate de întârzieri și lățime de bandă limitată. Rețelele ad hoc fără fir permit formarea rețelelor de navă în timp ce sunt pe mare, permițând comunicații fără fir de mare viteză între nave, îmbunătățind partajarea lor de imagini și date multimedia și o mai bună coordonare în operațiunile de pe câmpul de luptă. Unele companii de apărare (precum Rockwell Collins și Rohde & Schwartz) au produs produse care îmbunătățesc comunicațiile de la navă la navă și de la navă la țărm.

Rețele de senzori fără fir

Senzorii sunt dispozitive utile care colectează informații legate de un anumit parametru, cum ar fi zgomotul, temperatura, umiditatea, presiunea etc. Senzorii sunt conectați din ce în ce mai mult prin wireless pentru a permite colectarea pe scară largă a datelor senzorilor. Cu un eșantion mare de date despre senzori, procesarea analitică poate fi utilizată pentru a avea un sens din aceste date. Conectivitatea rețelelor de senzori fără fir se bazează pe principiile din spatele rețelelor ad hoc fără fir, deoarece senzorii pot fi acum implementați fără turnuri radio fixe și acum pot forma rețele din mers. „Smart Dust” a fost unul dintre primele proiecte realizate la UC Berkeley, unde radiouri mici au fost folosite pentru a interconecta praful inteligent. Mai recent, rețelele mobile de senzori fără fir (MWSN) au devenit, de asemenea, o zonă de interes academic.

Rețea ad hoc de roboți

Roboții sunt sisteme mecanice care conduc automatizarea și efectuează treburi care ar părea dificile pentru om. S-au depus eforturi pentru a coordona și controla un grup de roboți pentru a întreprinde lucrări de colaborare pentru a finaliza o sarcină. Controlul centralizat se bazează adesea pe o abordare „stelară”, în care roboții se alternează pentru a vorbi cu stația de control. Cu toate acestea, cu rețelele ad hoc fără fir, roboții pot forma o rețea de comunicații din mers, adică, roboții pot „vorbi” între ei și pot colabora într-un mod distribuit. Cu o rețea de roboți, roboții pot comunica între ei, pot împărtăși informații locale și pot decide în mod distributiv cum să rezolve o sarcină în cel mai eficient și eficient mod.

Rețea ad hoc pentru salvarea dezastrelor

O altă utilizare civilă a rețelei ad hoc fără fir este siguranța publică. În perioade de dezastre (inundații, furtuni, cutremure, incendii etc.), este necesară o rețea rapidă și instantanee de comunicații fără fir. Mai ales în perioadele de cutremure când turnurile radio se prăbușiseră sau erau distruse, rețelele wireless ad hoc se pot forma independent. Pompierii și lucrătorii de salvare pot folosi rețele ad hoc pentru a comunica și salva cei răniți. Aparatele de radio comerciale cu o astfel de capacitate sunt disponibile pe piață.

Rețea ad hoc de spital

Rețelele ad hoc fără fir permit ca senzorii, videoclipurile, instrumentele și alte dispozitive să fie implementate și interconectate fără fir pentru monitorizarea pacienților din clinică și spital, notificarea de alertă a medicului și a asistenților medicali și, de asemenea, identificarea rapidă a acestor date la punctele de fuziune, astfel încât viețile să poată fi salvat.

Monitorizarea datelor și minerit

MANETS poate fi utilizat pentru facilitarea colectării datelor senzorilor pentru extragerea datelor pentru o varietate de aplicații, cum ar fi monitorizarea poluării aerului și diferite tipuri de arhitecturi pot fi utilizate pentru astfel de aplicații. O caracteristică cheie a acestor aplicații este că nodurile senzorilor din apropiere care monitorizează o caracteristică de mediu înregistrează de obicei valori similare. Acest tip de redundanță a datelor datorată corelației spațiale dintre observațiile senzorilor inspiră tehnicile de agregare a datelor în rețea și minare. Măsurând corelația spațială dintre datele eșantionate de diferiți senzori, se poate dezvolta o clasă largă de algoritmi specializați pentru a dezvolta algoritmi de exploatare a datelor spațiale mai eficiente, precum și strategii de rutare mai eficiente. De asemenea, cercetătorii au dezvoltat modele de performanță pentru MANET pentru a aplica teoria cozilor .

Streaming video adaptiv în rețele ad hoc

Utilizarea unei strategii adaptive la transmiterea videoclipurilor poate ajuta la reducerea congestiei rețelei și a pierderii de pachete. Prin utilizarea SVC, sursa video poate regla rata de biți în funcție de lățimea de bandă disponibilă.

Provocări

Mai multe cărți și lucrări au dezvăluit provocările tehnice și de cercetare cu care se confruntă rețelele ad hoc fără fir sau MANET-urile. Avantajele pentru utilizatori, dificultățile tehnice în implementare și efectul secundar asupra poluării spectrului de radio pot fi rezumate pe scurt mai jos:

Avantajele pentru utilizatori

Apelul evident al MANET este că rețeaua este descentralizată și nodurile / dispozitivele sunt mobile, adică nu există o infrastructură fixă ​​care să ofere posibilitatea pentru numeroase aplicații în diferite domenii, cum ar fi monitorizarea mediului [1], [2], dezastru ajutor [3] - [5] și comunicații militare [3]. De la începutul anilor 2000, interesul pentru MANET a crescut foarte mult, ceea ce, în parte, se datorează faptului că mobilitatea poate îmbunătăți capacitatea rețelei, demonstrată de Grossglauser și Tse împreună cu introducerea de noi tehnologii.

Un avantaj principal al unei rețele descentralizate este că acestea sunt de obicei mai robuste decât rețelele centralizate datorită modului multi-hop în care sunt transmise informațiile. De exemplu, în setarea rețelei celulare, o scădere a acoperirii are loc dacă o stație de bază nu mai funcționează, cu toate acestea șansa unui singur punct de eșec într-un MANET este redusă semnificativ, deoarece datele pot lua mai multe căi. Deoarece arhitectura MANET evoluează în timp, are potențialul de a rezolva probleme precum izolarea / deconectarea de la rețea. Alte avantaje ale MANETS față de rețelele cu o topologie fixă ​​includ flexibilitate (o rețea ad hoc poate fi creată oriunde cu dispozitive mobile), scalabilitate (puteți adăuga cu ușurință mai multe noduri la rețea) și costuri de administrare mai mici (nu este nevoie să construiți mai întâi o infrastructură ).

În concluzie:

  • Rețea foarte performantă.
  • Nu trebuie instalată nicio infrastructură costisitoare
  • Distribuirea rapidă a informațiilor în jurul expeditorului
  • Nu există un singur punct de eșec.
  • multi hop
  • scalabilitate

Dificultăți de implementare

Cu o rețea care evoluează în timp, este clar că ar trebui să ne așteptăm la variații ale performanței rețelei datorită lipsei unei arhitecturi fixe (fără conexiuni fixe). Mai mult, întrucât topologia rețelei determină interferențele și, astfel, conectivitatea, modelul de mobilitate al dispozitivelor din rețea va avea impact asupra performanței rețelei, ceea ce va duce la transmiterea datelor de mai multe ori (întârziere crescută) și, în cele din urmă, la alocarea resurselor rețelei, cum ar fi puterea rămâne neclar. În cele din urmă, găsirea unui model care să reprezinte cu acuratețe mobilitatea umană în timp ce rămâne tratabilă matematic rămâne o problemă deschisă datorită gamei largi de factori care o influențează. Unele modele tipice utilizate includ modele de mers aleator, waypoint aleator și modele de zbor cu taxă.

În concluzie:

  • Toate entitățile din rețea pot fi mobile, deci este necesară o topologie foarte dinamică.
  • Funcțiile de rețea trebuie să aibă un grad ridicat de adaptabilitate.
  • Nu există entități centrale, astfel încât operațiunile trebuie gestionate într-o manieră complet distribuită.
  • Constrângeri ale bateriei

Efecte secundare

Radiouri și modulare

Rețelele ad hoc fără fir pot funcționa pe diferite tipuri de aparate de radio. Toate aparatele de radio folosesc modulația pentru a muta informațiile pe o anumită lățime de bandă a frecvențelor radio. Având în vedere necesitatea de a muta rapid cantități mari de informații pe distanțe mari, un canal radio MANET are în mod ideal o lățime de bandă mare (de exemplu, cantitatea de spectru radio), frecvențe mai mici și o putere mai mare. Având în vedere dorința de a comunica cu multe alte noduri în mod ideal simultan, sunt necesare multe canale. Având în vedere că spectrul radio este partajat și reglementat , există o lățime de bandă mai mică disponibilă la frecvențe mai mici. Prelucrarea multor canale radio necesită multe resurse. Având în vedere nevoia de mobilitate, dimensiunile reduse și consumul redus de energie sunt foarte importante. Alegerea unui radio și modulare MANET are multe compromisuri; mulți încep cu frecvența și lățimea de bandă specifice pe care li se permite să le folosească.

Radiourile pot fi UHF (300 - 3000 MHz), SHF (3 - 30 GHz) și EHF (30 - 300 GHz). Wi-Fi ad hoc folosește radiouri ISM fără licență de 2,4 GHz. Ele pot fi utilizate și pe radiouri de 5,8 GHz.

Cu cât frecvența este mai mare, cum ar fi cele de 300 GHz, absorbția semnalului va fi mai predominantă. Radiourile tactice ale armatei folosesc de obicei o varietate de radiouri UHF și SHF, inclusiv cele ale VHF pentru a oferi o varietate de moduri de comunicare. În intervalul 800, 900, 1200, 1800 MHz, radiourile celulare sunt predominante. Unele radiouri celulare utilizează comunicații ad hoc pentru a extinde gama celulară către zone și dispozitive care nu pot fi accesate de stația de bază celulară.

Wi-Fi de generația următoare, cunoscut sub numele de 802.11ax, oferă o întârziere redusă, o capacitate mare (până la 10 Gbit / s) și o rată scăzută de pierdere a pachetelor, oferind 12 fluxuri - 8 fluxuri la 5 GHz și 4 fluxuri la 2,4 GHz. IEEE 802.11ax folosește canale 8x8 MU-MIMO, OFDMA și 80 MHz. Prin urmare, 802.11ax are capacitatea de a forma rețele Wi-Fi ad hoc de mare capacitate.

La 60 GHz, există o altă formă de Wi-Fi cunoscută sub numele de WiGi - gigabit wireless. Aceasta are capacitatea de a oferi până la 7 Gbit / s debit. În prezent, WiGi este destinat să funcționeze cu rețele celulare 5G.

În jurul anului 2020, consensul general găsește că „cea mai bună” modulație pentru deplasarea informațiilor pe unde de frecvență mai mare este multiplexarea ortogonală cu diviziune de frecvență , așa cum este utilizată în 4G LTE , 5G și Wi-Fi .

Stivă de protocol

Provocările care afectează MANET-urile se întind de la diferite straturi ale stivei de protocol OSI . Stratul de acces media (MAC) trebuie îmbunătățit pentru a rezolva coliziunile și problemele ascunse ale terminalului. Protocolul de rutare a stratului de rețea trebuie îmbunătățit pentru a rezolva topologiile de rețea care se schimbă dinamic și rutele rupte. Protocolul stratului de transport trebuie îmbunătățit pentru a gestiona conexiunile pierdute sau rupte. Protocolul stratului de sesiune trebuie să se ocupe de descoperirea serverelor și serviciilor.

O limitare majoră a nodurilor mobile este că acestea au o mobilitate ridicată, ceea ce face ca legăturile să fie frecvent rupte și restabilite. Mai mult, lățimea de bandă a unui canal fără fir este, de asemenea, limitată, iar nodurile funcționează cu o baterie limitată, care în cele din urmă va fi epuizată. Acești factori fac ca proiectarea unei rețele mobile ad hoc să fie dificilă.

Proiectarea stratului transversal se abate de la abordarea tradițională de proiectare a rețelei în care fiecare strat al stivei ar fi făcut să funcționeze independent. Puterea de transmisie modificată va ajuta acel nod să-și varieze dinamic intervalul de propagare la nivelul fizic. Acest lucru se datorează faptului că distanța de propagare este întotdeauna direct proporțională cu puterea de transmisie. Aceste informații sunt transmise de la stratul fizic la stratul de rețea, astfel încât să poată lua decizii optime în protocoalele de rutare. Un avantaj major al acestui protocol este că permite accesul la informații între stratul fizic și straturile superioare (stratul MAC și stratul de rețea).

Unele elemente ale stivei de software au fost dezvoltate pentru a permite actualizări de cod in situ , adică cu nodurile încorporate în mediul lor fizic și fără a fi nevoie să readucă nodurile în laborator. O astfel de actualizare a software-ului s-a bazat pe modul epidemic de diseminare a informațiilor și a trebuit să fie făcută atât în ​​mod eficient (puține transmisii de rețea), cât și rapid.

Rutare

Rutarea în rețele ad hoc fără fir sau MANET-uri se încadrează în general în trei categorii, și anume: (a) rutare proactivă, (b) rutare de reacție și (c) rutare hibridă.

Rutare proactivă

Acest tip de protocoale menține liste noi de destinații și rute ale acestora prin distribuirea periodică a tabelelor de rutare în întreaga rețea. Principalele dezavantaje ale acestor algoritmi sunt:

  • Cantitatea respectivă de date pentru întreținere.
  • Reacție lentă la restructurare și eșecuri.

Exemplu: Protocolul de rutare a statului de legătură optimizat (OLSR)

Rutare vector distanță

La fel ca într-o corecție, nodurile de rețea mențin tabele de rutare. Protocoalele vector-distanță se bazează pe calcularea direcției și a distanței către orice legătură dintr-o rețea. „Direcție” înseamnă de obicei următoarea adresă de salt și interfața de ieșire. „Distanța” este o măsură a costului pentru atingerea unui anumit nod. Ruta cu cel mai mic cost între oricare două noduri este ruta cu distanță minimă. Fiecare nod menține un vector (tabel) de distanță minimă la fiecare nod. Costul pentru a ajunge la o destinație este calculat folosind diferite valori ale rutei. RIP utilizează numărul de salturi al destinației, în timp ce IGRP ia în considerare alte informații, cum ar fi întârzierea nodului și lățimea de bandă disponibilă.

Rutare reactivă

Acest tip de protocol găsește o rută bazată pe cererea utilizatorului și a traficului prin inundarea rețelei cu pachete de solicitare a traseului sau Discovery. Principalele dezavantaje ale acestor algoritmi sunt:

  • Timp mare de latență în găsirea traseului.
  • Inundațiile excesive pot duce la înfundarea rețelei.

Cu toate acestea, gruparea poate fi utilizată pentru a limita inundațiile. Latența suportată în timpul descoperirii rutei nu este semnificativă în comparație cu schimburile periodice de actualizare a rutei de către toate nodurile din rețea.

Exemplu: Direcționare ad-hoc la distanță Vector Routing (AODV)

Inundare

Este un algoritm de rutare simplu în care fiecare pachet de primire este trimis prin fiecare legătură de ieșire, cu excepția celui pe care a ajuns. Floodarea este utilizată în punte și în sisteme precum Usenet și partajarea de fișiere peer-to-peer și ca parte a unor protocoale de rutare, inclusiv OSPF , DVMRP și cele utilizate în rețelele wireless ad hoc.

Rutare hibridă

Acest tip de protocol combină avantajele rutării proactive și reactive . Rutare este inițial stabilită cu unele rute prospectate proactiv și apoi servește cererea de la noduri activate suplimentar prin inundații reactive. Alegerea uneia sau altei metode necesită predeterminare pentru cazurile tipice. Principalele dezavantaje ale acestor algoritmi sunt:

  1. Avantajul depinde de numărul de alte noduri activate.
  2. Reacția la cererea de trafic depinde de gradientul volumului de trafic.

Exemplu: Zone Routing Protocol (ZRP)

Rutare bazată pe poziție

Metodele de rutare bazate pe poziție utilizează informații despre locațiile exacte ale nodurilor. Aceste informații sunt obținute, de exemplu, printr-un receptor GPS . Pe baza locației exacte, se poate determina cea mai bună cale între nodurile sursă și destinație.

Exemplu: „Rutare asistată de locație în rețelele mobile ad hoc” ( LAR )

Cerințe tehnice pentru implementare

O rețea ad hoc este formată din mai multe „noduri” conectate prin „linkuri”.

Legăturile sunt influențate de resursele nodului (de exemplu, puterea emițătorului, puterea de calcul și memoria) și proprietățile comportamentale (de exemplu, fiabilitatea), precum și de proprietățile legăturilor (de exemplu, lungimea legăturii și pierderea semnalului, interferența și zgomotul). Deoarece legăturile pot fi conectate sau deconectate în orice moment, o rețea funcțională trebuie să poată face față acestei restructurări dinamice, de preferință într-un mod care să fie în timp util, eficient, fiabil, robust și scalabil.

Rețeaua trebuie să permită oricăror două noduri să comunice prin transmiterea informațiilor prin alte noduri. O „cale” este o serie de legături care conectează două noduri. Diverse metode de rutare utilizează una sau două căi între oricare două noduri; metodele de inundare utilizează toate sau majoritatea căilor disponibile.

Controlul accesului mediu

Articolul principal: Controlul accesului media

În majoritatea rețelelor ad hoc fără fir, nodurile concurează pentru accesul la mediul wireless partajat, rezultând adesea coliziuni (interferențe). Coliziunile pot fi gestionate folosind programarea centralizată sau protocoalele de acces la conflictele distribuite. Utilizarea comunicațiilor fără fir de cooperare îmbunătățește imunitatea la interferențe prin faptul că nodul de destinație combină auto-interferența cu alte interferențe pentru a îmbunătăți decodarea semnalelor dorite.

Simulare

O problemă cheie în rețelele wireless ad hoc este prevederea varietății de situații posibile care pot apărea. Ca rezultat, modelarea și simularea (M&S) utilizând extinderea parametrilor și analiza ce se întâmplă dacă devine o paradigmă extrem de importantă pentru utilizarea în rețelele ad hoc. O soluție este utilizarea instrumentelor de simulare precum OPNET , NetSim sau ns2 . Un studiu comparativ al diverselor simulatoare pentru VANET-uri relevă faptul că factori precum topologia drumului constrânsă, decolorarea pe mai multe căi și obstacolele de pe marginea drumului, modelele de circulație a traficului, modelele de deplasare, viteza și mobilitatea vehiculelor variate, semafoarele, congestia traficului, comportamentul șoferilor etc. , trebuie luate în considerare în procesul de simulare pentru a reflecta condițiile realiste.

Emulation testbed

În 2009, US Army Research Laboratory (ARL) și Naval Research Laboratory (NRL) au dezvoltat un banc de test pentru emularea rețelei mobile ad-hoc , unde algoritmii și aplicațiile au fost supuse unor condiții de rețea fără fir reprezentative. Testbed-ul s-a bazat pe o versiune a software-ului „MANE” (Mobile Ad hoc Network Emulator) dezvoltat inițial de NRL.

Modele matematice

Modelul tradițional este graficul geometric aleatoriu . Lucrările timpurii au inclus simularea rețelelor mobile ad hoc pe topologii rare și dens conectate. Nodurile sunt mai întâi împrăștiate în mod aleatoriu într-un spațiu fizic constrâns. Fiecare nod are apoi o dimensiune de celulă fixă ​​predefinită (interval radio). Se spune că un nod este conectat la un alt nod dacă acest vecin se află în raza sa radio. Nodurile sunt apoi mutate (migrate) pe baza unui model aleatoriu, folosind mersul aleatoriu sau mișcarea browniană. Mobilitatea și numărul de noduri diferite prezintă o lungime diferită a traseului și, prin urmare, un număr diferit de multi-hamei.

Un grafic geometric construit aleatoriu desenat în interiorul unui pătrat

Acestea sunt grafice care constau dintr-un set de noduri plasate în conformitate cu un proces punctual într-un subset de obicei delimitat al planului n-dimensional , cuplate reciproc în funcție de o funcție de masă booleană de probabilitate a separării lor spațiale (a se vedea, de exemplu , graficele de disc unitate ). Conexiunile dintre noduri pot avea greutăți diferite pentru a modela diferența de atenuare a canalului. Se poate studia apoi observabilele din rețea (cum ar fi conectivitatea , centralitatea sau distribuția gradelor ) dintr -o perspectivă teoretică a graficului . Se pot studia în continuare protocoalele și algoritmii de rețea pentru a îmbunătăți randamentul și corectitudinea rețelei.

Securitate

Majoritatea rețelelor ad hoc fără fir nu implementează niciun control de acces la rețea, lăsând aceste rețele vulnerabile la atacurile de consum de resurse în cazul în care un nod rău intenționat injectează pachete în rețea cu scopul de a epuiza resursele nodurilor care retransmit pachetele.

Pentru a contracara sau preveni astfel de atacuri, a fost necesar să se utilizeze mecanisme de autentificare care să asigure că numai nodurile autorizate pot injecta trafic în rețea. Chiar și cu autentificare, aceste rețele sunt vulnerabile la eliminarea pachetelor sau la întârzierea atacurilor, prin care un nod intermediar renunță la pachet sau îl întârzie, mai degrabă decât să îl trimită imediat la următorul salt.

Într-un mediu multicast și dinamic, stabilirea „sesiunilor” securizate 1: 1 temporare folosind PKI cu orice alt nod nu este fezabilă (cum se face cu HTTPS , majoritatea VPN-urilor etc. la nivelul de transport). În schimb, o soluție obișnuită este utilizarea de chei pre-partajate pentru criptare simetrică, autentificată la stratul de legătură, de exemplu MACsec folosind AES -256- GCM . Cu această metodă, fiecare pachet formatat corespunzător primit este autentificat apoi transmis pentru decriptare sau eliminat. De asemenea, înseamnă că cheia (tastele) din fiecare nod trebuie schimbate mai des și simultan (de exemplu, pentru a evita reutilizarea unui IV ).

Managementul încrederii

Înființarea și gestionarea încrederii în MANET se confruntă cu provocări datorate constrângerilor de resurse și interdependenței complexe a rețelelor. Gestionarea încrederii într-un MANET trebuie să ia în considerare interacțiunile dintre rețelele compozitive cognitive, sociale, de informație și comunicații și să ia în considerare constrângerile resurselor (de exemplu, puterea de calcul, energia, lățimea de bandă, timpul) și dinamica (de exemplu, modificările topologiei, mobilitatea nodului, eșecul nodului, condițiile canalului de propagare).

Cercetătorii de management al încrederii din MANET au sugerat că astfel de interacțiuni complexe necesită o metrică de încredere compusă care surprinde aspecte ale comunicațiilor și rețelelor sociale, precum și măsuri corespunzătoare de încredere, distribuție a încrederii și scheme de gestionare a încrederii.

Monitorizarea continuă a fiecărui nod dintr-un MANET este necesară pentru încredere și fiabilitate, dar dificilă, deoarece, prin definiție, este continuă, 2) necesită intrare de la nod în sine și 3) de la colegii săi din apropiere.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

Kahn, Robert E. (ianuarie 1977). „Organizarea resurselor informatice într-o rețea radio pachet”. Tranzacții IEEE în comunicații . COM-25 (1): 169–178. doi : 10.1109 / tcom.1977.1093714 .

linkuri externe