Trådløst ad hoc-nettverk - Wireless ad hoc network

  (Viderekoblet fra mobil ad hoc-nettverk )

Et trådløst ad hoc-nettverk ( WANET ) eller Mobile ad hoc-nettverk ( MANET ) er en desentralisert type trådløst nettverk . Nettverket er ad hoc fordi det ikke er avhengig av en eksisterende infrastruktur, for eksempel rutere i kablede nettverk eller tilgangspunkter i styrte (infrastruktur) trådløse nettverk. I stedet deltar hver node i ruting ved å videresende data for andre noder, så bestemmelsen av hvilke noder som videresender data gjøres dynamisk på grunnlag av nettverkstilkobling og rutingsalgoritmen som er i bruk.

I Windows-operativsystemet er ad-hoc en kommunikasjonsmodus (innstilling) som lar datamaskiner direkte kommunisere med hverandre uten en ruter. Trådløse mobile ad hoc- nettverk er selvkonfigurerende, dynamiske nettverk der noder er frie til å bevege seg.

Slike trådløse nettverk mangler kompleksitetene i konfigurering og administrasjon av infrastruktur, noe som gjør det mulig for enheter å opprette og bli med i nettverk "on the fly" - hvor som helst, når som helst.

Hver enhet i et MANET står fritt til å bevege seg uavhengig i alle retninger, og vil derfor ofte endre koblinger til andre enheter. Hver må videresende trafikk uten tilknytning til egen bruk, og derfor være en ruter . Den viktigste utfordringen med å bygge et MANET er å utstyre hver enhet for kontinuerlig å opprettholde informasjonen som kreves for å rute trafikken på riktig måte. Slike nettverk kan operere av seg selv eller kan være koblet til det større Internett . De kan inneholde en eller flere og forskjellige mottakere mellom noder. Dette resulterer i en svært dynamisk, autonom topologi.

MANET-er har vanligvis et rutbart nettverksmiljø på toppen av et ad hoc-nettverk i Link Layer . MANETer består av et jevnaldrende, selvdannende, selvhelbredende nettverk. MANETer rundt 2000–2015 kommuniserer vanligvis ved radiofrekvenser (30 MHz - 5 GHz).

Historikk på pakkeradio

Et Stanford Research Institute 's Packet Radio Van , nettstedet for den første treveis internettarbeidede sendingen.
Innledende, store skalaer av nærradio digital radio , februar 1998.

Det tidligste trådløse datanettverket ble kalt PRNET , pakkeradionettet , og ble sponset av Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) på begynnelsen av 1970-tallet. Bolt, Beranek og Newman Inc. (BBN) og SRI International designet, bygde og eksperimenterte med disse tidligste systemene. Eksperimenter inkluderer Robert Kahn , Jerry Burchfiel og Ray Tomlinson . Lignende eksperimenter fant sted i amatørradiosamfunnet med x25-protokollen. Disse tidlige pakkeradiosystemene gikk foran Internett, og var faktisk en del av motivasjonen til den originale Internet Protocol-pakken. Senere DARPA-eksperimenter inkluderte prosjektet Survivable Radio Network (SURAN), som fant sted på 1980-tallet. En etterfølger av disse systemene ble felt på midten av 1990-tallet for den amerikanske hæren og senere andre nasjoner, som den nærmeste sikt digitale radioen .

En annen tredje bølge av akademisk og forskningsaktivitet startet på midten av 1990-tallet med ankomsten av billige 802.11 radiokort for personlige datamaskiner . Nåværende trådløse ad-hoc-nettverk er primært designet for militært bruk. Problemer med pakkeradioer er: (1) voluminøse elementer, (2) langsom datahastighet, (3) kan ikke opprettholde koblinger hvis mobiliteten er høy. Prosjektet gikk ikke særlig lenger før på begynnelsen av 1990-tallet da trådløse ad hoc-nettverk ble født.

Tidlig arbeid med MANET

Veksten av bærbare datamaskiner og 802.11 / Wi-Fi trådløst nettverk har gjort MANET-er til et populært forskningsemne siden midten av 1990-tallet. Mange akademiske artikler evaluerer protokoller og deres evner, forutsatt at de varierer grad av bevegelighet i et avgrenset rom, vanligvis med alle noder innen noen få humle av hverandre. Ulike protokoller evalueres deretter basert på tiltak som pakkedroppfrekvens, overhead introdusert av rutingsprotokollen, ende-til-ende pakkeforsinkelser, nettverksgjennomgang, skaleringsevne osv.

På begynnelsen av 1990-tallet begynte Charles Perkins fra SUN Microsystems USA, og Chai Keong Toh fra Cambridge University hver for seg å jobbe på et annet internett, det for et trådløst ad hoc-nettverk. Perkins jobbet med de dynamiske adresseringsproblemene. Toh jobbet med en ny rutingsprotokoll, som ble kjent som ABR - assosiativitetsbasert ruting . Perkins foreslo etter hvert DSDV - Destination Sequence Distance Vector routing, som var basert på distribuert avstandsvektorruting. Tohs forslag var en on-demand-basert ruting, dvs. ruter blir oppdaget direkte i sanntid etter behov. ABR ble sendt til IETF som RFC-er. ABR ble implementert med suksess i Linux OS på Lucent WaveLAN 802.11a-aktiverte bærbare datamaskiner og et praktisk ad hoc-mobilnett ble derfor bevist å være mulig i 1999. En annen rutingsprotokoll kjent som AODV ble deretter introdusert og senere påvist og implementert i 2005. I 2007, David Johnson og Dave Maltz foreslo DSR - Dynamic Source Routing .

applikasjoner

Den desentraliserte karakteren av trådløse ad-hoc-nettverk gjør dem egnet for en rekke applikasjoner der sentrale noder ikke kan stole på og kan forbedre skalerbarheten til nettverk sammenlignet med trådløse administrerte nettverk, men teoretiske og praktiske grenser for den totale kapasiteten til slike nettverk er identifisert. Minimal konfigurasjon og rask distribusjon gjør ad hoc-nettverk egnet for nødssituasjoner som naturkatastrofer eller militære konflikter. Tilstedeværelsen av dynamiske og adaptive rutingsprotokoller gjør det mulig å raskt danne ad hoc-nettverk. Trådløse ad-hoc-nettverk kan videre klassifiseres etter deres applikasjoner:

Ad hoc-nettverk for mobil (MANETer)

Et mobilt ad hoc-nettverk (MANET) er et kontinuerlig selvkonfigurerende, selvorganiserende, infrastrukturfritt nettverk av mobile enheter koblet uten ledninger. Det er noen ganger kjent som "on-the-fly" nettverk eller "spontane nettverk".

Ad hoc-nettverk (VANET)

VANET- er brukes til kommunikasjon mellom kjøretøy og veikantutstyr . Intelligent kjøretøy ad hoc-nettverk (InVANET) er en slags kunstig intelligens som hjelper kjøretøyer til å oppføre seg på intelligent måte ved kollisjoner mellom kjøretøy og bil. Kjøretøyer bruker radiobølger for å kommunisere med hverandre, og skaper kommunikasjonsnett umiddelbart mens du kjører langs veiene.

Ad hoc-nettverk (SPAN) for smarttelefoner

En SPAN utnytter eksisterende maskinvare (først og fremst Wi-Fi og Bluetooth ) og programvare (protokoller) i kommersielt tilgjengelige smarttelefoner for å lage peer-to-peer-nettverk uten å stole på mobilnett, trådløse tilgangspunkter eller tradisjonell nettverksinfrastruktur. Spenner skiller seg fra tradisjonelle hub og snakket nettverk, for eksempel Wi-Fi Direct , ved at de støtter multi-hop releer og det er ingen forestilling om en gruppeleder så jevnaldrende kan delta og permisjon på vilje uten å ødelegge nettverket. Senest har Apples iPhone med versjon 8.4 iOS og nyere blitt aktivert med multi-peer ad hoc-nettverksfunksjon, i iPhones, slik at millioner av smarte telefoner kan lage ad hoc-nettverk uten å stole på mobilkommunikasjon. Det er blitt hevdet at dette kommer til å "forandre verden".

iMANETs

Internett-baserte mobile ad-hoc-nettverk (iMANET-er) er en type trådløst ad hoc-nettverk som støtter Internett-protokoller som TCP / UDP og IP. Nettverket bruker en nettverkslags rutingsprotokoll for å koble mobilnoder og etablere ruter distribuert og automatisk.

Trådløse nettverk

Mesh-nettverk tar navnet fra topologien i det resulterende nettverket. I et fullt tilkoblet nett er hver node koblet til hver annen node, og danner et "nett". En delvis netting derimot har en topologi der noen noder ikke er koblet til andre, selv om dette begrepet sjelden er i bruk. Trådløse ad hoc-nettverk kan ha form av nettnett eller andre. Et trådløst ad hoc-nettverk har ikke fast topologi, og dets tilkobling mellom noder er helt avhengig av atferden til enhetene, deres mobilitetsmønster, avstand til hverandre, etc. Derfor er trådløse nettverk en spesiell type trådløs ad hoc nettverk, med spesiell vekt på den resulterende nettverkstopologien. Mens noen trådløse nettverk (spesielt i hjemmet) har relativt sjelden mobilitet og dermed sjeldne koblingsbrudd, krever andre mer mobile nettverk ofte rutingjusteringer for å gjøre rede for tapte koblinger. Google Hjem, Google Wi-Fi og Google OnHub støtter alle Wi-Fi-nettverk (dvs. Wi-Fi ad hoc) nettverk. Apples AirPort tillater dannelse av trådløse nettverk hjemme, kobler ulike Wi-Fi-enheter sammen og gir god trådløs dekning og tilkobling hjemme.

Hærens taktiske MANETer

Militære eller taktiske MANETer brukes av militære enheter med vekt på datahastighet, sanntidskrav, rask omdirigering under mobilitet, datasikkerhet, radioområde og integrasjon med eksisterende systemer. Vanlige radiobølgeformer inkluderer den amerikanske hærens JTRS SRW og Persistent System's WaveRelay. Ad hoc mobilkommunikasjon er bra for å oppfylle dette behovet, spesielt infrastrukturløs karakter, rask distribusjon og drift. Militære MANETer brukes av militære enheter med vekt på rask distribusjon, infrastrukturløse, trådløse nettverk (ingen faste radiotårn), robusthet (koblingsbrudd er ikke noe problem), sikkerhet, rekkevidde og øyeblikkelig drift. MANETS kan brukes i "hopping" -miner i hæren, på platonger der soldater kommuniserer i fremmede terreng, noe som gir dem overlegenhet på slagmarken. Taktiske MANETer kan dannes automatisk under oppdraget, og nettverket "forsvinner" når oppdraget er over eller avviklet. Det kalles noen ganger "on-the-fly" trådløst taktisk nettverk.

Air Force UAV Ad hoc-nettverk

Flygende ad hoc-nettverk (FANET) er sammensatt av ubemannede luftkjøretøyer , noe som gir stor bevegelighet og gir tilkobling til avsidesliggende områder.

Ubemannet luftfartøy , er et fly uten pilot om bord. UAV-er kan fjernstyres (dvs. flys av en pilot på en bakkekontrollstasjon) eller kan fly autonomt basert på forhåndsprogrammerte flyplaner. Sivil bruk av UAV inkluderer modellering av 3D-terreng, levering av pakker (Amazon), etc.

UAV-er har også blitt brukt av US Air Force for datainnsamling og sensering av situasjoner, uten å risikere piloten i et fremmed uvennlig miljø. Med trådløs ad hoc-nettverksteknologi innebygd i UAV-ene, kan flere UAV-er kommunisere med hverandre og samarbeide for å fullføre en oppgave og et oppdrag. Hvis en UAV blir ødelagt av en fiende, kan dataene raskt bli lastet ned trådløst til andre nabovennlige UAV-er. UAV ad hoc-kommunikasjonsnettverk blir også noen ganger referert til UAV instant sky-nettverk.

Navne ad hoc-nettverk

Marineskip bruker tradisjonelt satellittkommunikasjon og andre maritime radioer for å kommunisere med hverandre eller med bakkestasjon på land. Imidlertid er slik kommunikasjon begrenset av forsinkelser og begrenset båndbredde. Trådløse ad hoc-nettverk gjør det mulig å danne skip-nettverk mens du er til sjøs, noe som muliggjør høyhastighets trådløs kommunikasjon mellom skip, forbedrer deres deling av bildediagnostikk og multimediedata og bedre koordinering i slagmarkens operasjoner. Noen forsvarsselskaper (som Rockwell Collins og Rohde & Schwartz) har produsert produkter som forbedrer kommunikasjon fra skip til skip og fra land.

Trådløse sensornettverk

Sensorer er nyttige enheter som samler informasjon relatert til en spesifikk parameter, for eksempel støy, temperatur, fuktighet, trykk, etc. Sensorer kobles i økende grad via trådløs for å tillate storskala innsamling av sensordata. Med en stor prøve sensordata, kan analytisk prosessering brukes til å gi mening ut av disse dataene. Tilkoblingen til trådløse sensornettverk er avhengig av prinsippene bak trådløse ad hoc-nettverk, siden sensorer nå kan distribueres uten faste radiotårn, og de kan nå danne nettverk mens du er på farten. "Smart Dust" var et av de tidlige prosjektene som ble gjort på UC Berkeley, der bittesmå radioer ble brukt for å sammenkoble smart støv. Nylig har mobile trådløse sensornettverk (MWSN) også blitt et område av akademisk interesse.

Ad hoc-hjemmesmart belysning

ZigBee er en laveffektform av trådløse ad hoc-nettverk som nå finner veien i automatisering av hjemmet. Det lave strømforbruket, robustheten og det utvidede utvalget som er innebygd i nettverksnett, kan gi flere fordeler for smart belysning i hjem og på kontorer. Kontrollen inkluderer justering av dimbare lys, fargelys og farge eller scene. Nettverkene lar et sett eller et delsett av lys kontrolleres over en smarttelefon eller via en datamaskin. Hjemmeautomatiseringsmarkedet er tippet til å overstige 16 milliarder dollar innen 2019.

Ad hoc gatelysnettverk

Trådløse ad hoc-smarte gatelysnettverk begynner å utvikle seg. Konseptet er å bruke trådløs kontroll av gatelys for bedre energieffektivitet, som del av en smart byarkitektonisk funksjon. Flere gatelys danner et trådløst ad hoc-nettverk. En enkelt gatewayenhet kan kontrollere opptil 500 gatelys. Ved hjelp av gateway-enheten kan man slå individuelle lys PÅ, AV eller dempe dem, samt finne ut hvilket individuelt lys som er feil og trenger vedlikehold.

Ad hoc-nettverk av roboter

Roboter er mekaniske systemer som driver automatisering og utfører gjøremål som vil virke vanskelig for mennesker. Det er gjort anstrengelser for å koordinere og kontrollere en gruppe roboter for å gjennomføre samarbeidsarbeid for å fullføre en oppgave. Sentralisert kontroll er ofte basert på en "stjerne" -tilnærming, der roboter tar svinger for å snakke med kontrollstasjonen. Imidlertid, med trådløse ad hoc-nettverk, kan roboter danne et kommunikasjonsnettverk direkte, dvs. at roboter nå kan "snakke" med hverandre og samarbeide på en distribuert måte. Med et nettverk av roboter kan robotene kommunisere seg imellom, dele lokal informasjon og distribuere hvordan de skal løse en oppgave på en mest mulig effektiv og effektiv måte.

Ad hoc-nettverk for katastrofesett

En annen sivil bruk av trådløst ad hoc-nettverk er offentlig sikkerhet. I katastrofetider (flom, uvær, jordskjelv, branner osv.) Er et raskt og øyeblikkelig trådløst kommunikasjonsnettverk nødvendig. Spesielt i jordskjelv når radiotårnene hadde kollapset eller ble ødelagt, kan trådløse ad hoc-nettverk dannes uavhengig av hverandre. Brannmenn og redningsarbeidere kan bruke ad hoc-nettverk for å kommunisere og redde de skadde. Kommersielle radioer med en slik kapasitet er tilgjengelige på markedet.

Sykehus ad hoc-nettverk

Trådløse ad hoc-nettverk gjør at sensorer, videoer, instrumenter og andre enheter kan distribueres og kobles sammen trådløst for klinikk og sykehuspasientovervåking, varsling fra lege og sykepleiere, og også gjøre sanser av slike data raskt på fusjonspunkter, slik at liv kan bli frelst.

Dataovervåking og gruvedrift

MANETS kan brukes til å lette innsamlingen av sensordata for data mining for en rekke applikasjoner som forurensning av luftforurensning og forskjellige typer arkitekturer kan brukes til slike applikasjoner. Et sentralt kjennetegn ved slike applikasjoner er at nærliggende sensornoder som overvåker en miljøfunksjon typisk registrerer lignende verdier. Denne typen data redundans på grunn av den romlige korrelasjonen mellom sensorobservasjoner inspirerer teknikkene for dataggregasjon og gruvedrift i nettverket. Ved å måle den romlige korrelasjonen mellom data samplet av forskjellige sensorer, kan en bred klasse av spesialiserte algoritmer utvikles for å utvikle mer effektive romlige data mining algoritmer så vel som mer effektive rutingstrategier. Forskere har også utviklet ytelsesmodeller for MANET for å anvende køteori .


utfordringer

Flere bøker og verk har avslørt tekniske og forskningsutfordringer trådløse ad hoc-nettverk eller MANETer står overfor. Fordelene for brukere, de tekniske vanskeligheter ved implementering og bivirkningen på radiospektrumforurensning kan kort oppsummeres nedenfor:

Fordeler for brukere

Den åpenbare appellen til MANETs er at nettverket er desentralisert og noder / enheter er mobile, det vil si at det ikke er noen fast infrastruktur som gir mulighet for mange applikasjoner på forskjellige områder som miljøovervåking [1], [2], katastrofe lettelse [3] - [5] og militær kommunikasjon [3]. Siden begynnelsen av 2000-tallet har interessen for MANET-er økt kraftig, noe som delvis skyldes at mobilitet kan forbedre nettverkskapasiteten, vist av Grossglauser og Tse sammen med introduksjonen av nye teknologier.

En hovedfordel med et desentralisert nettverk er at de typisk er mer robuste enn sentraliserte nettverk på grunn av multihoppmåten der informasjon videresendes. I innstillingen for mobilnettverk for eksempel oppstår det et fall i dekningen hvis en basestasjon slutter å virke, men sjansen for et enkelt feil punkt i en MANET reduseres betydelig siden dataene kan ta flere stier. Siden MANET-arkitekturen utvikler seg med tiden, har den potensialet til å løse problemer som isolasjon / frakobling fra nettverket. Ytterligere fordeler med MANETS fremfor nettverk med en fast topologi inkluderer fleksibilitet (et ad hoc-nettverk kan opprettes hvor som helst med mobile enheter), skalerbarhet (du kan enkelt legge til flere noder i nettverket) og lavere administrasjonskostnader (ikke nødvendig å bygge en infrastruktur først ).

Oppsummert:

  • Svært fungerende nettverk.
  • Ingen dyr infrastruktur må installeres
  • Rask distribusjon av informasjon rundt avsender
  • Ikke noe eneste feil punkt.
  • multihopp
  • skalerbarhet

Implementeringsvansker

Med et tidsutviklende nettverk er det klart vi bør forvente variasjoner i nettverksytelsen på grunn av ingen fast arkitektur (ingen faste tilkoblinger). Siden nettverkstopologi bestemmer interferens og dermed tilkoblingsmuligheter, vil mobilitetsmønsteret til enheter i nettverket dessuten påvirke nettverksytelsen, noe som muligens vil føre til at data må sendes om en rekke ganger (økt forsinkelse) og til slutt tildeling av nettverksressurser som strøm forblir uklar. Til slutt, å finne en modell som nøyaktig representerer menneskelig mobilitet mens den forblir matematisk settbar, forblir et åpent problem på grunn av det store spekteret av faktorer som påvirker den. Noen typiske modeller som brukes inkluderer tilfeldige gangmodeller, tilfeldige veipunkt og avgiftsflymodeller.

Oppsummert:

  • Alle nettverksenheter kan være mobile, så det trengs en veldig dynamisk topologi.
  • Nettverksfunksjoner må ha en høy grad av tilpasningsevne.
  • Det er ingen sentrale enheter, så operasjoner må styres på en fullstendig distribuert måte.
  • Batteribegrensninger

Bivirkninger

Radioer for ad hoc

Trådløse ad hoc-nettverk kan operere over forskjellige typer radioer. De kan være UHF (300 - 3000 MHz), SHF (3 - 30 GHz) og EHF (30 - 300 GHz). Wi-Fi ad hoc bruker de ulisensierte ISM 2,4 GHz radioene. De kan også brukes på 5,8 GHz radioer.

Neste generasjons Wi-Fi kjent som 802.11ax gir lav forsinkelse, høy kapasitet (opptil 10Gbit / s) og lav pakkehastighet , og tilbyr 12 strømmer - 8 strømmer ved 5 GHz og 4 strømmer ved 2,4 GHz. IEEE 802.11ax bruker 8x8 MU-MIMO, OFDMA og 80 MHz kanaler. Derfor har 802.11ax muligheten til å danne Wi-Fi ad hoc-nettverk med høy kapasitet.

Ved 60 GHz er det en annen form for Wi-Fi kjent som WiGi - trådløs gigabit. Dette har muligheten til å tilby opptil 7 Gbit / s gjennomstrømning. For øyeblikket er WiGi målrettet å jobbe med 5G mobilnettverk.

Jo høyere frekvens, som for eksempel 300 GHz, vil absorpsjonen av signalet være mer dominerende. Hærens taktiske radioer bruker vanligvis en rekke UHF- og SHF-radioer, inkludert VHF- radioer for å gi en rekke kommunikasjonsmåter. I området 800, 900, 1200, 1800 MHz er mobilradioer dominerende. Noen mobilradioer bruker ad hoc-kommunikasjon for å utvide mobilområdet til områder og enheter som ikke kan nås med den cellulære basestasjonen.

Protokollbunke

Utfordringene som påvirker MANETer spenner fra forskjellige lag i OSI-protokollbunken . Media access laget (MAC) må forbedres for å løse kollisjoner og skjulte terminalproblemer. Nettverkslagets rutingsprotokoll må forbedres for å løse dynamisk skiftende nettverkstopologier og ødelagte ruter. Transportlagsprotokollen må forbedres for å håndtere tapte eller ødelagte tilkoblinger. Protokollen for øktlag må håndtere oppdagelse av servere og tjenester.

En viktig begrensning med mobile noder er at de har høy mobilitet, noe som fører til at koblinger ofte blir brutt og gjenopprettet. Dessuten er båndbredden til en trådløs kanal også begrenset, og noder fungerer på begrenset batteristrøm, som til slutt vil være oppbrukt. Disse faktorene gjør utformingen av et mobilt ad hoc-nettverk utfordrende.

Tversjiktdesignen avviker fra den tradisjonelle tilnærmingen til nettverksdesign der hvert lag av stabelen ville få til å fungere uavhengig. Den endrede overføringskraften vil hjelpe den noden til dynamisk å variere dens utbredelsesområde i det fysiske laget. Dette fordi utbredelsesavstanden alltid er direkte proporsjonal med overføringskraften. Denne informasjonen sendes fra det fysiske laget til nettverkslaget, slik at det kan ta optimale beslutninger når det gjelder rutingprotokoller. En stor fordel med denne protokollen er at den gir tilgang til informasjon mellom fysiske lag og topplag (MAC og nettverkslag).

Noen elementer i programvarestabelen ble utviklet for å tillate kodeoppdateringer in situ , dvs. med nodene innebygd i deres fysiske miljø og uten å måtte bringe knutepunktene tilbake i laboratoriefasiliteten. Slik programvareoppdatering var avhengig av epidemisk formidling av informasjon og måtte gjøres både effektivt (få nettverksoverføringer) og raskt.

ruting

Ruting i trådløse ad hoc-nettverk eller MANET-er faller vanligvis i tre kategorier, nemlig: (a) proaktiv ruting, (b) reagerende ruting, og (c) hybrid ruting.

Proaktiv ruting

Denne typen protokoller opprettholder ferske lister over destinasjoner og deres ruter ved periodisk å distribuere rutetabeller over hele nettverket. De viktigste ulempene med slike algoritmer er:

  • Respektiv mengde data for vedlikehold.
  • Langsom reaksjon på omstilling og fiaskoer.

Eksempel: Optimalisert Link State Routing Protocol (OLSR)

Avstandsvektorruting

Som i et fikse nettnoder vedlikeholder rutetabeller. Avstandsvektorprotokoller er basert på å beregne retning og avstand til hvilken som helst kobling i et nettverk. "Retning" betyr vanligvis den neste humleadressen og exit grensesnittet. "Distanse" er et mål på kostnadene for å nå en viss nod. Den minste kostnadsruten mellom to noder er ruten med minsteavstand. Hver node opprettholder en vektor (tabell) med minimum avstand til hver node. Kostnaden for å nå et mål beregnes ved å bruke forskjellige rutemetriker. RIP bruker destinasjonshoppet til destinasjonen, mens IGRP tar hensyn til annen informasjon som nodeforsinkelse og tilgjengelig båndbredde.

Reaktiv ruting

Denne typen protokoller finner en rute basert på bruker- og trafikkbehov ved å oversvømme nettverket med Route Request eller Discovery-pakker. De viktigste ulempene med slike algoritmer er:

  • Høy latenstid i rutefunnet.
  • Overdreven flom kan føre til tilstopping av nettverket.

Clustering kan imidlertid brukes til å begrense flom. Latensen som oppstår under ruteoppdagelsen er ikke signifikant sammenlignet med periodisk ruteoppdateringsutveksling med alle noder i nettverket.

Eksempel: Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV)

flooding

Er en enkel rutingsalgoritme der hver innkommende pakke sendes gjennom hver utgående lenke bortsett fra den den kom på. Flooding brukes til å bygge bro og i systemer som Usenet og peer-to-peer fildeling og som en del av noen rutingsprotokoller, inkludert OSPF , DVMRP , og de som brukes i trådløse ad hoc-nettverk.

Hybrid ruting

Denne typen protokoller kombinerer fordelene med proaktiv og reaktiv ruting . Rutingen er opprinnelig etablert med noen proaktivt utsatte ruter og tjener deretter etterspørselen fra tilleggsaktiverte noder gjennom reaktiv flom. Valget av den ene eller den andre metoden krever forhåndsbestemmelse for typiske tilfeller. De viktigste ulempene med slike algoritmer er:

  1. Fordelen avhenger av antall andre noder som er aktivert.
  2. Reaksjon på trafikkbehov avhenger av gradient av trafikkmengde.

Eksempel: ZRP ( Zone Routing Protocol )

Posisjonsbasert ruting

Posisjonsbaserte rutingsmetoder bruker informasjon om de nøyaktige plasseringene av nodene. Denne informasjonen fås for eksempel via en GPS- mottaker. Basert på den nøyaktige plasseringen kan den beste banen mellom kilde- og destinasjonsnoder bestemmes.

Eksempel: "Stedsstøttet ruting i mobile ad hoc-nettverk" ( LAR )

Tekniske krav for implementering

Et ad hoc-nettverk består av flere "noder" koblet sammen med "lenker."

Koblinger påvirkes av nodens ressurser (f.eks. Senderkraft, datakraft og minne) og atferdsegenskaper (f.eks. Pålitelighet), så vel som lenkeegenskaper (f.eks. Lengde på kobling og signaltap, interferens og støy). Siden koblinger kan tilkobles eller kobles fra når som helst, må et fungerende nettverk være i stand til å takle denne dynamiske omstillingen, helst på en måte som er betimelig, effektiv, pålitelig, robust og skalerbar.

Nettverket må tillate at to noder kommuniseres ved å videresende informasjonen via andre noder. En "bane" er en serie koblinger som kobler sammen to noder. Ulike rutemetoder bruker en eller to stier mellom to noder; flommetoder bruker alle eller de fleste tilgjengelige stier.

Middels tilgangskontroll

Hovedartikkel: Media tilgangskontroll

I de fleste trådløse ad hoc-nettverk konkurrerer nodene om tilgang til delt trådløst medium, noe som ofte resulterer i kollisjoner (interferens). Kollisjoner kan håndteres ved bruk av sentralisert planlegging eller distribuerte protokoller for tilgangstilgang. Å bruke kooperativ trådløs kommunikasjon forbedrer immunitet mot interferens ved å ha destinasjonsnoden til å kombinere selvinterferens og interferens av andre noder for å forbedre avkoding av de ønskede signalene.

Programmering av programvare

Trådløse ad hoc-trådløse nettverk kan distribueres over lengre tid. I løpet av denne tiden kan kravene fra nettverket eller miljøet der nodene er distribuert endre seg. Dette kan kreve å endre applikasjonen som kjøres på sensornodene, eller gi applikasjonen et annet sett med parametere. Det kan være veldig vanskelig å manuelt omprogrammere nodene på grunn av skalaen (muligens hundrevis av noder) og den innebygde naturen til distribusjonen, siden nodene kan være plassert på steder som er vanskelig tilgjengelige fysisk. Derfor er den mest relevante formen for omprogrammering ekstern multihop-omprogrammering ved bruk av det trådløse mediet som omprogrammerer nodene når de er innebygd i sitt sansermiljø. Spesialiserte protokoller er utviklet for de innebygde nodene som minimerer energiforbruket i prosessen i tillegg til å nå hele nettverket med stor sannsynlighet på så kort tid som mulig.

simulering

Et sentralt problem i trådløse ad hoc-nettverk er å forutse de forskjellige mulige situasjoner som kan oppstå. Som et resultat blir modellering og simulering (M&S) ved bruk av omfattende parametersveiping og hva-hvis-analyse et ekstremt viktig paradigme for bruk i ad hoc-nettverk. En løsning er bruk av simuleringsverktøy som OPNET , NetSim eller ns2 . En komparativ studie av ulike simulatorer for VANET-er avslører at faktorer som begrenset vegtopologi, flerveis falming og hindringer ved veikanten, trafikkflytmodeller, turmodeller, varierende kjøretøyhastighet og mobilitet, trafikklys, trafikkstopping, sjåførers oppførsel, etc. , må tas i betraktning i simuleringsprosessen for å reflektere realistiske forhold.

Emulering testbed

I 2009 utviklet US Army Research Laboratory (ARL) og Naval Research Laboratory (NRL) en Mobile Ad-Hoc Network emulering testbed, der algoritmer og applikasjoner ble utsatt for representative trådløse nettverksforhold. Testbedet var basert på en versjon av "MANE" (Mobile Ad hoc Network Emulator) programvare som opprinnelig ble utviklet av NRL.

ARL, NRL og Consulting & Engineering Next Generation Networks (CENGN) utvidet senere den originale testbeden til å danne eMANE, som ga et system som kan modellere nettverkssystemer med kompleks, heterogen tilkobling (dvs. flere forskjellige radiogrensesnitt).

Matematiske modeller

Den tradisjonelle modellen er den tilfeldige geometriske grafen . Tidlig arbeid inkluderte simulering av ad hoc mobilnett på sparsomme og tett koblede topologier. Noder er for det første spredt i et begrenset fysisk rom tilfeldig. Hver node har da en forhåndsdefinert fast cellestørrelse (radioområde). En node sies å være koblet til en annen node hvis denne naboen er innenfor sitt radioområde. Noder blir deretter flyttet (migrert bort) basert på en tilfeldig modell ved bruk av tilfeldig gange eller brownian bevegelse. Ulike mobilitet og antall noder som er til stede gir ulik rutelengde og derav forskjellig antall multihopp.

En tilfeldig konstruert geometrisk graf tegnet inne i en firkant

Dette er grafer som består av et sett noder som er plassert i henhold til en punktprosess i noen vanligvis avgrensede undergruppen av det n-dimensjonale plan , gjensidig koblet i henhold til en boolsk sannsynlighetsmassefunksjon for deres romlige separasjon (se f.eks . Enhetsdiskgrafer ). Forbindelsene mellom noder kan ha forskjellige vekter for å modellere forskjellen i kanaldempninger. Man kan deretter studere observerbare nettverk (som tilkobling , sentralitet eller gradfordeling ) fra et grafteoretisk perspektiv. Man kan videre studere nettverksprotokoller og algoritmer for å forbedre nettverkets gjennomstrømning og rettferdighet.

Sikkerhet

De fleste trådløse ad hoc-nettverk implementerer ikke noen nettverkstilgangskontroll, noe som etterlater disse nettverkene sårbare for angrep på ressursforbruk der en ondsinnet node injiserer pakker i nettverket med mål om å tømme ressursene til nodene som videresender pakkene.

For å hindre eller forhindre slike angrep, var det nødvendig å benytte autentiseringsmekanismer som sikrer at bare autoriserte noder kan injisere trafikk i nettverket. Selv med autentisering er disse nettverkene sårbare for at pakken slipper eller forsinker angrep, der en mellomliggende node slipper pakken eller forsinker den, i stedet for å sende den til neste hopp.

Tillitsforvaltning

Tillitsetablering og ledelse i MANETs møter utfordringer på grunn av ressursbegrensninger og den komplekse gjensidige avhengigheten til nettverk. Å håndtere tillit til et MANET må vurdere samspillene mellom de sammensatte kognitive, sosiale, informasjons- og kommunikasjonsnettverk, og ta hensyn til ressursbegrensningene (f.eks. Datakraft, energi, båndbredde, tid) og dynamikk (f.eks. Topologiske endringer, nodemobilitet, nodefeil, forplantningskanalforhold).

Forskere av tillitshåndtering i MANET antydet at slike komplekse interaksjoner krever en sammensatt tillitsmetrik som fanger opp aspekter ved kommunikasjon og sosiale nettverk, og tilsvarende tillitsmåling, tillitsfordeling og tillitsadministrasjonsordninger.

Se også

referanser

Videre lesning

  • Satyajeet, D.; Deshmukh, AR; Dorle, SS (januar 2016). "Artikkel: Heterogene tilnærminger for klyngebasert rutingprotokoll i VANET (Vehicular Ad Hoc Network)". International Journal of Computer Applications . 134 (12): 1–8. Bibcode : 2016IJCA..134l ... 1S . doi : 10.5120 / ijca2016908080 .
  • Royer, E .; Chai Keong Toh (april 1999). "En gjennomgang av gjeldende ruteprotokoller for trådløse ad hoc-mobilnettverk". IEEE personlig kommunikasjon . 6 (2): 46–55. CiteSeerX  10.1.1.11.8637 . doi : 10.1109 / 98.760423 .
  • Mauve, M .; Widmer, J .; Hartenstein, H. (desember 2001). "En undersøkelse om posisjonsbasert ruting i mobile ad hoc-nettverk". IEEE-nettverk . 1 (6): 30–39. CiteSeerX  10.1.1.25.2774 . doi : 10.1109 / 65.967595 .
  • Djenouri, D .; Kheladi, L .; Badache, N. (oktober 2005). "En undersøkelse av sikkerhetsproblemer i mobil ad hoc- og sensornettverk". IEEE kommunikasjonsundersøkelser og opplæringsprogrammer . 7 (4): 2–28. doi : 10.1109 / COMST.2005.1593277 .
  • Maihöfer, C. (april 2004). "En undersøkelse om geokastrutingsprotokoller" . IEEE kommunikasjonsundersøkelser og opplæringsprogrammer . 6 (2): 32–42. doi : 10.1109 / COMST.2004.5342238 .
  • Jhaveri, Rutvij H.; Patel, Narendra M. (2015). "Et ordningsnummerbasert agn-deteksjonsprogram for å hindre Grayhole-angrep i mobile ad-hoc-nettverk". Trådløse nettverk-tidsskriftet for mobil kommunikasjon, beregning og informasjon . 21 (8): 2781–2798. doi : 10.1007 / s11276-015-0945-9 .
  • Jhaveri, Rutvij H.; Patel, Narendra M. (2017). "Oppdagelsesmønster-basert forbedret tillitsmodell for sikker ruting i mobile ad-hoc-nettverk". International Journal of Communication Systems . 30 (7): e3148. doi : 10.1002 / dac.3148 .
  • Cano, Jose; Cano, Juan-Carlos; Toh, Chai-Keong; Calafate, Carlos T .; Manzoni, Pietro (2010). "EasyMANET: en utvidbar og konfigurerbar plattform for tjenesteyting i MANET-miljøer". IEEE Communications Magazine . 48 (12): 159–167. doi : 10.1109 / mcom.2010.5673087 .

Kahn, Robert E. (januar 1977). "Organiseringen av datamaskinressurser i et pakkeradionettverk". IEEE-transaksjoner med kommunikasjon . COM-25 (1): 169–178. doi : 10.1109 / tcom.1977.1093714 .

Eksterne linker