Langaton ad hoc -verkko - Wireless ad hoc network

  (Uudelleenohjattu mobiili ad hoc -verkosta )

Langaton ad hoc -verkko ( WANET ) tai Mobile ad hoc -verkon ( MANET ) on hajautettu tyypin langaton verkko . Verkosto on ad hoc , koska se ei perustu ennalta olemassa olevaa infrastruktuuria, kuten reitittimiä langallisissa verkoissa tai tukiasemat talousmetsissä (infrastruktuuri) langattomia verkkoja. Sen sijaan kukin solmu osallistuu reititykseen lähettämällä dataa muille solmuille, joten mitkä solmut eteenpäin dataa määritetään dynaamisesti verkkoyhteyden ja käytetyn reititysalgoritmin perusteella.

Vuonna Windows-käyttöjärjestelmän , ad-hoc on tiedonsiirtotila (asetus), jonka avulla tietokoneita suoraan kommunikoida keskenään ilman reititintä. Langattomat ad hoc -verkot ovat itse konfiguroivia, dynaamisia verkkoja, joissa solmut voivat liikkua vapaasti.

Tällaisista langattomista verkoista puuttuu infrastruktuurin asennuksen ja hallinnan monimutkaisuus, minkä ansiosta laitteet voivat luoda ja liittyä verkkoihin "lennossa" - missä tahansa, milloin tahansa.

Jokainen MANET-laitteen laite voi liikkua vapaasti mihin tahansa suuntaan, joten se muuttaa linkkejä muihin laitteisiin usein. Jokaisen on välitettävä liikennettä, joka ei liity omaan käyttöön, ja siksi sen on oltava reititin . Ensisijainen haaste MANETin rakentamisessa on varustaa jokainen laite jatkuvasti ylläpitämään tarvittavia tietoja liikenteen oikealle reitille. Tällaiset verkot voivat toimia itsenäisesti tai olla kytkettynä laajempaan Internetiin . Ne voivat sisältää yhden tai useita ja erilaisia lähetinvastaanottimia solmujen välillä. Tuloksena on erittäin dynaaminen, autonominen topologia.

MANET yleensä reititettävä verkkoympäristössä päälle Link Layer tilapäisverkkoon. MANETit koostuvat vertaisverkkoisesta, itsensä muodostavasta, itseparantavasta verkosta. MANETit noin 2000–2015 kommunikoivat tyypillisesti radiotaajuuksilla (30 MHz - 5 GHz).

Historia pakettiradiossa

Stanford Research Institute : n Packet Radio Van , sivusto ensimmäinen kolmitie internetworked siirto.
Lähiajan digitaalradion ensimmäiset, laajamittaiset tutkimukset , helmikuu 1998.

Varhaisin langaton dataverkko oli nimeltään PRNET , pakettiradioverkko , ja sitä sponsoroi Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) 1970-luvun alkupuolella. Bolt, Beranek ja Newman Inc. (BBN) ja SRI International suunnittelivat, rakensivat ja kokeilivat näitä varhaisimpia järjestelmiä. Kokeilijoiden joukossa olivat Robert Kahn , Jerry Burchfiel ja Ray Tomlinson . Samanlaisia ​​kokeita tapahtui amatööriradioyhteisössä x25-protokollan avulla. Nämä aikaiset pakettiradiojärjestelmät edelsivät Internetiä, ja olivat todellakin osa alkuperäisen Internet Protocol -sarjan motivaatiota. Myöhemmin DARPA-kokeiluihin kuului Survivable Radio Network (SURAN) -projekti, joka toteutettiin 1980-luvulla. Näiden järjestelmien seuraaja otettiin käyttöön 1990-luvun puolivälissä Yhdysvaltain armeijalle ja myöhemmin muille kansakunnille, kuten Lähiajan digitaalinen radio .

Toinen kolmas akateemisen ja tutkimustoiminnan aalto alkoi 1990-luvun puolivälissä, kun tietokoneille annettiin halpoja 802.11- radiokortteja . Nykyiset langattomat ad-hoc-verkot on suunniteltu ensisijaisesti sotilaskäyttöön. Pakettiradio-ongelmia ovat: (1) tilaa vievät elementit, (2) hidas tiedonsiirtonopeus, (3) kykenemätön ylläpitämään linkkejä, jos liikkuvuus on suurta. Projekti eteni paljon vasta 1990-luvun alkupuolella, kun langattomat ad hoc -verkot syntyvät.

Varhainen työ MANET: llä

Kasvu läppäreissä ja 802,11 / Wi-Fi langaton verkko on tehnyt MANET suosittu tutkimuskohde, koska 1990-luvun puolivälistä. Monet akateemiset tutkielmat arvioivat protokollia ja niiden kykyjä olettaen, että liikkuvuusaste vaihtelee rajoitetussa tilassa, yleensä kaikkien solmujen ollessa muutaman humalan päässä toisistaan. Erilaiset protokollat ​​arvioidaan sitten mittausten, kuten paketin pudotusnopeuden, reititysprotokollan aiheuttaman yleiskustannuksen, päästä päähän -pakettien viiveiden, verkon läpäisykyvyn, skaalautumiskyvyn jne. Perusteella.

1990-luvun alkupuolella Charles Perkins SUN Microsystems USA: sta ja Chai Keong Toh Cambridgen yliopistosta aloittivat työskennellä erikseen eri Internetissä, langattomassa ad hoc -verkossa. Perkins työskenteli dynaamisten osoituskysymysten parissa. Toh kehitti uuden reititysprotokollan, joka tunnetaan nimellä ABR - assosiatiivisuuteen perustuva reititys . Perkins ehdotti lopulta DSDV - Destination Sequence Distance Vector -reititystä, joka perustui hajautettuun etäisyysvektorireititykseen. Tohin ehdotus oli kysyntäpohjainen reititys, eli reitit löydetään lennossa reaaliajassa tarvittaessa. ABR toimitettiin IETF : lle RFC: nä. ABR toteutettiin onnistuneesti Linux-käyttöjärjestelmässä Lucent WaveLAN 802.11a -yhteensopivilla kannettavilla tietokoneilla, ja käytännöllinen tapauskohtainen matkapuhelinverkko osoittautui sen vuoksi mahdollista vuonna 1999. Toinen AODV-niminen reititysprotokolla otettiin myöhemmin käyttöön ja todistettiin myöhemmin vuonna 2005. Vuonna 2007 David Johnson ja Dave Maltz ehdottivat DSR - dynaamista lähdereititystä .

Sovellukset

Langattomien ad-hoc-verkkojen hajautettu luonne tekee niistä sopivia moniin sovelluksiin, joissa keskeisiin solmuihin ei voida luottaa, ja voi parantaa verkkojen skaalautuvuutta verrattuna langattomiin hallittuihin verkkoihin, vaikkakin teoreettiset ja käytännölliset rajoitukset tällaisten kokonaiskapasiteetille verkot on tunnistettu. Pieni kokoonpano ja nopea käyttöönotto tekevät ad hoc -verkoista sopivia hätätilanteisiin, kuten luonnonkatastrofeihin tai sotilaallisiin konflikteihin. Dynaamisten ja mukautuvien reititysprotokollien läsnäolo mahdollistaa ad hoc -verkkojen muodostumisen nopeasti. Langattomat ad-hoc-verkot voidaan luokitella edelleen sovellustensa perusteella:

Mobiili ad hoc -verkot (MANET)

Mobiili ad hoc -verkko (MANET) on jatkuvasti itse konfiguroitu, itseorganisoituva, infrastruktuuriton mobiililaitteiden verkko, joka on kytketty ilman johtoja. Sitä kutsutaan joskus "lennossa" -verkoiksi tai "spontaaneiksi verkkoiksi".

Ajoneuvojen ad hoc -verkot (VANET)

VANET-laitteita käytetään viestintään ajoneuvojen ja tienvarsien välillä. Älykkäät ajoneuvojen ad hoc -verkot (InVANET) ovat eräänlainen tekoäly, joka auttaa ajoneuvoja käyttäytymään älykkäin tavoin ajoneuvojen ja ajoneuvojen törmäyksissä ja onnettomuuksissa. Ajoneuvot käyttävät radioaaltoja kommunikoidakseen keskenään, luomalla tietoliikenneverkot heti lennossa ajoneuvojen liikkuessa tietä pitkin.

Älypuhelimien ad hoc -verkot (SPAN)

SPAN hyödyntää olemassa olevia laitteita (lähinnä Wi-Fi ja Bluetooth ) ja ohjelmiston (protokollat) kaupallisesti saatavilla älypuhelimissa luoda peer-to-peer turvautumatta matkapuhelinverkon operaattorin verkoissa, langattomat tukiasemat, tai perinteisiä verkkoinfrastruktuurin. SPANit eroavat perinteisistä keskitin- ja puhelinverkoista, kuten Wi-Fi Direct , siinä mielessä , että ne tukevat multi-hop-releitä eikä ryhmäjohtajan käsitettä ole, joten ikäisensä voivat liittyä ja lähteä haluttaessa tuhoamatta verkkoa. Viimeksi Applen iPhone, jonka versio on 8.4 iOS tai uudempi, on otettu käyttöön monen vertaisverkon ad hoc -verkkotoiminnolla iPhonissa, jolloin miljoonat älypuhelimet voivat luoda ad hoc -verkkoja luottamatta solukkoviestintään. On väitetty, että tämä aikoo "muuttaa maailmaa".

iMANETs

Internet-pohjaiset ad hoc -verkot (iMANET) on langaton tapauskohtainen verkko, joka tukee Internet-protokollia, kuten TCP / UDP ja IP. Verkko käyttää verkkokerroksen reititysprotokollaa linkittämään mobiilisolmuja ja muodostamaan reittejä hajautetusti ja automaattisesti.

Langattomat mesh-verkot

Mesh-verkot saavat nimensä tuloksena olevan verkon topologiasta. Täysin kytketyssä verkossa jokainen solmu on kytketty jokaiseen muuhun solmuun muodostaen "mesh". Osittaisella mesillä sitä vastoin on topologia, jossa jotkut solmut eivät ole yhteydessä toisiin, vaikka tätä termiä käytetään harvoin. Langattomat ad hoc -verkot voivat olla verkko- tai muiden muodossa. Langattomalla ad hoc -verkolla ei ole kiinteää topologiaa, ja sen yhteys solmujen välillä on täysin riippuvainen laitteiden käyttäytymisestä, niiden liikkuvuusmalleista, etäisyydestä toisiinsa jne. Näin ollen langattomat verkkoverkot ovat erityinen langattoman ad hoc -tyypin tyyppi. verkot, painottaen erityisesti tuloksena olevaa verkkotopologiaa. Vaikka joillakin langattomilla mesh-verkoilla (etenkin kodin sisällä) on suhteellisen harvoin liikkuvaa ja siten harvoin linkin katkenneita, toiset mobiiliverkkoverkot vaativat usein reititysmuutoksia kadonneiden linkkien huomioon ottamiseksi. Google Home, Google Wi-Fi ja Google OnHub tukevat kaikki Wi-Fi mesh (eli Wi-Fi ad hoc) -verkkoja. Applen AirPort mahdollistaa langattomien verkkojen muodostumisen kotona, yhdistämällä erilaisia ​​Wi-Fi-laitteita toisiinsa ja tarjoamalla hyvän langattoman peiton ja liitettävyyden kotona.

Armeijan taktiset MANETit

Sotilaalliset yksiköt käyttävät sotilaallista tai taktista MANET-tekniikkaa painottaen tiedonsiirtonopeutta, reaaliaikaista tarvetta, nopeaa reititystä liikkuvuuden aikana, tietoturvaa, radioetäisyyttä ja integrointia olemassa oleviin järjestelmiin. Yhteinen radio aaltomuodot ovat Yhdysvaltain armeijan JTRS SRW ja Pysyvä Systemin WaveRelay. Ad-hoc-matkaviestintä on hyvin tyydyttävää tätä tarvetta, erityisesti sen infrastruktuuriton luonne, nopea käyttöönotto ja toiminta. Sotilaalliset yksiköt käyttävät sotilaallisia MANET-tekniikoita painottaen nopeaa käyttöönottoa, infrastruktuurittomia, kaikki langattomia verkkoja (ei kiinteitä radiotornia), kestävyyttä (linkkien katkennukset eivät ole ongelma), turvallisuutta, kantamaa ja välitöntä toimintaa. MANET-koneita voidaan käyttää armeijan "hyppimissä" miinoissa, ryhmissä, joissa sotilaat kommunikoivat vierailla maastoilla, mikä antaa heille paremman taistelun kentällä. Taktiset MANETit voidaan muodostaa automaattisesti operaation aikana ja verkko "katoaa", kun operaatio on ohitettu tai käytöstä poistettu. Sitä kutsutaan joskus langattomaksi taktiseksi verkkoksi.

Ilmavoimien UAV-tapausverkot

Lentävät ad hoc -verkot (FANET) koostuvat miehittämättömistä ilma- aluksista , mikä mahdollistaa suuren liikkuvuuden ja mahdollistaa yhteydet syrjäisille alueille.

Miehittämätön ilma- alus on ilma-alus, jolla ei ole lentäjää. UAV: it voidaan ohjata etäyhteydellä (ts. Lentäjä voi lentää maa-asemalla) tai ne voivat lentää itsenäisesti ennalta ohjelmoitujen lentosuunnitelmien perusteella. UAV: n siviilikäyttöön kuuluu 3D-maastojen mallintaminen, pakettien toimitus (Amazon) jne.

Yhdysvaltain ilmavoimat ovat käyttäneet UAV-laitteita myös tiedonkeruuseen ja tilanteen havaitsemiseen riskittämättä lentäjää vieraassa epäystävällisessä ympäristössä. UAV: iin upotetun langattoman ad hoc -verkkoteknologian avulla useat UAV: ​​t voivat kommunikoida keskenään ja työskennellä joukkueena yhteistyössä tehtävän ja tehtävän suorittamiseksi. Jos vihollinen tuhoaa UAV: ​​n, sen tiedot voidaan nopeasti ladata langattomasti muihin naapurimaiden UAV-laitteisiin. UAV-tapausviestintäverkkoon viitataan joskus myös UAV-pikataiteen verkkoon.

Laivasto ad hoc -verkot

Merivoimien alukset käyttävät perinteisesti satelliittiviestintää ja muita meriradioita kommunikoidakseen keskenään tai maanpäällisen aseman kanssa. Tällaisia ​​yhteyksiä rajoittavat kuitenkin viiveet ja rajoitettu kaistanleveys. Langattomat ad hoc -verkot mahdollistavat laiva-alueverkkojen muodostumisen merellä ollessaan, mahdollistaen nopean langattoman viestinnän alusten välillä, tehostamalla niiden kuvantamisen ja multimediatiedon jakamista ja parempaa koordinointia taistelukentällä. Jotkut puolustusyritykset (kuten Rockwell Collins ja Rohde & Schwartz) ovat tuottaneet tuotteita, jotka parantavat viestintää alusten välillä ja alusten välillä.

Langattomat anturiverkot

Anturit ovat hyödyllisiä laitteita, jotka keräävät tiettyyn parametriin, kuten meluun, lämpötilaan, kosteuteen, paineeseen, liittyviä tietoja. Anturit kytketään yhä enemmän langattoman verkon kautta, jotta anturitiedot voidaan kerätä laajassa mittakaavassa. Suurella näytötunnistimella voidaan analysoida prosessointia järkeväksi näistä tiedoista. Langattomien anturiverkkojen liitettävyys riippuu langattomien ad hoc -verkkojen periaatteista, koska anturit voidaan nyt ottaa käyttöön ilman kiinteitä radiotornia ja ne voivat nyt muodostaa verkkoja lennossa. "Älykäs pöly" oli yksi varhaisista hankkeista, jotka tehtiin UC Berkeleyssä, jossa pieniä radiopuhelimia käytettiin älypölyn yhdistämiseen. Viime aikoina langattomista mobiili-anturiverkoista (MWSN) on tullut myös akateemisen mielenkiinnon alue.

Ad hoc-koti älykäs valaistus

ZigBee on vähätehoinen langaton tapausverkko, joka on nyt löytämässä tietä kotiautomaatioon. Sen pieni virrankulutus, kestävyys ja mesh-verkkoon liittyvä laaja valikoima voivat tarjota useita etuja älykkäälle valaistukselle kodeissa ja toimistoissa. Ohjaus sisältää himmennettävien valojen, värivalojen ja värin tai kohtauksen säätämisen. Verkot mahdollistavat valaisimien sarjan tai osajoukon hallinnan älypuhelimen tai tietokoneen kautta. Kodin automaatiomarkkinoiden arvioidaan ylittävän 16 miljardia dollaria vuoteen 2019 mennessä.

Ad hoc katuvaloverkot

Langattomat ad hoc -katuvaloverkot alkavat kehittyä. Konseptina on käyttää kaupungin katuvalojen langatonta ohjausta energiatehokkuuden parantamiseksi osana älykkään kaupungin arkkitehtonista ominaisuutta. Useat katuvalot muodostavat langattoman ad hoc -verkon. Yksi yhdyskäytävälaite voi hallita jopa 500 katuvaloa. Yhdyskäytävälaitetta käyttämällä voidaan yksittäiset valot kytkeä päälle, pois päältä tai himmentää niitä, saada selville mikä yksittäinen valo on viallinen ja tarvitsee huoltoa.

Ad hoc -robottiverkko

Robotit ovat mekaanisia järjestelmiä, jotka ohjaavat automaatiota ja tekevät askareita, jotka vaikuttavat vaikeilta ihmiselle. Robottiryhmää on pyritty koordinoimaan ja hallitsemaan yhteistyön tekemiseksi tehtävän suorittamiseksi. Keskitetty ohjaus perustuu usein "tähti" -lähestymistapaan, jossa robotit vuorottelevat puhuakseen ohjaaja-asemalle. Langattomien ad hoc -verkkojen avulla robotit voivat kuitenkin muodostaa viestintäverkon lennossa, ts. Robotit voivat nyt "puhua" keskenään ja toimia yhteistyössä hajautetulla tavalla. Robottiverkoston avulla robotit voivat kommunikoida keskenään, jakaa paikallista tietoa ja päättää jakavasti, kuinka tehtävä ratkaista tehokkaimmalla ja tehokkaimmalla tavalla.

Katastrofien pelastusverkko

Toinen langattoman ad hoc -verkon siviilikäyttö on yleistä turvallisuutta. Katastrofien (tulvat, myrskyt, maanjäristykset, tulipalot jne.) Aikana tarvitaan nopea ja välitön langaton viestintäverkko. Erityisesti maanjäristysten aikana, kun radiotornit olivat romahtaneet tai tuhoutuneet, langattomat ad hoc -verkot voidaan muodostaa itsenäisesti. Palomiehet ja pelastustyöntekijät voivat käyttää ad hoc -verkkoja kommunikoidakseen ja pelastaakseen loukkaantuneet. Kaupalliset radiot, joilla on tällainen kyky, ovat saatavilla markkinoilla.

Sairaalan ad hoc -verkko

Langattomat ad hoc -verkot antureita, videoita, instrumentteja ja muita laitteita voidaan asentaa ja yhdistää langattomasti klinikan ja sairaalan potilaiden seurantaa, lääkäreiden ja sairaanhoitajien hälytysilmoitusta varten sekä tehdä aistit tällaisesta tiedosta nopeasti sulautumispisteissä, jotta ihmishenkiä voidaan tallennettu.

Tietojen seuranta ja louhinta

MANET voi käyttää helpottamaan keräämistä anturin tietojen data mining erilaisia sovelluksia, kuten ilman saastumisen seuranta ja erilaisia arkkitehtuureja voidaan käyttää tällaisia sovelluksia. Tällaisten sovellusten keskeinen ominaispiirre on, että ympäristöominaisuutta tarkkailevat lähellä olevat anturisolmut rekisteröivät tyypillisesti samanlaiset arvot. Tällainen anturin havaintojen välinen paikallinen korrelaatio johtuva datan redundanssi inspiroi tekniikoita verkon sisäiseen tietojen aggregointiin ja louhintaan. Mittaamalla spatiaalinen korrelaatio erilaisilla antureilla näytteistetyn datan välillä, voidaan kehittää laaja erikoistuneiden algoritmien luokka tehokkaampien paikkatietojen louhintaalgoritmien ja tehokkaampien reititysstrategioiden kehittämiseksi. Myös tutkijat ovat kehittäneet suorituskyky malleja Manet soveltaa jonoteoriassa .


haasteet

Useat kirjat ja teokset ovat paljastaneet langattomien ad hoc -verkkojen tai MANETien tekniset ja tutkimushaasteet. Seuraavaksi voidaan tiivistää lyhyesti käyttäjän hyödyt, tekniset toteuttamisvaikeudet ja sivuvaikutukset radiospektrin pilaantumiseen :

Edut käyttäjille

MANETien ilmeinen vetoomus on, että verkko on hajautettu ja solmut / laitteet ovat liikkuvia, toisin sanoen ei ole kiinteää infrastruktuuria, joka tarjoaa mahdollisuuden lukuisiin sovelluksiin eri alueilla, kuten ympäristöseuranta [1], [2], katastrofi helpotukset [3] - [5] ja sotilasviestinnät [3]. 2000-luvun alusta lähtien kiinnostus MANET-järjestelmiin on lisääntynyt huomattavasti, mikä johtuu osittain siitä, että liikkuvuus voi parantaa verkon kapasiteettia, osoittivat Grossglauser ja Tse uuden tekniikan käyttöönoton myötä.

Yksi hajautetun verkon tärkein etu on, että ne ovat tyypillisesti vankempia kuin keskitetyt verkot johtuen tiedonsiirron monimuotoisesta muodosta. Esimerkiksi solukkoverkkoasetuksissa peittokyky laskee, jos tukiasema lakkaa toimimasta, mutta MANET: n yhden vikakohdan mahdollisuus pienenee huomattavasti, koska data voi kulkea useita polkuja. Koska MANET-arkkitehtuuri kehittyy ajan myötä, sillä on potentiaalia ratkaista esimerkiksi eristäminen / katkaisu verkosta. Muita MANETS-etuja verrattuna kiinteään topologiaan liittyviin verkkoihin ovat joustavuus (ad hoc -verkko voidaan luoda missä tahansa mobiililaitteilla), skaalautuvuus (voit lisätä verkkoon helposti lisää solmuja) ja alhaisemmat hallintokustannukset (ei tarvitse rakentaa infrastruktuuria ensin ).

Yhteenvetona:

  • Suorituskykyinen verkko.
  • Kallista infrastruktuuria ei tarvitse asentaa
  • Nopea tiedon jakelu lähettäjän ympärillä
  • Ei yhtään epäonnistumispaikkaa.
  • multi hop
  • skaalautuvuus

Täytäntöönpanovaikeudet

Ajan myötä kehittyvän verkon kanssa on selvää, että verkon suorituskyvyssä pitäisi odottaa vaihteluita, koska kiinteää arkkitehtuuria ei ole (ei kiinteitä yhteyksiä). Lisäksi koska verkon topologia määrää häiriöt ja siten yhteydet, verkon sisällä olevien laitteiden liikkuvuuskuvio vaikuttaa verkon suorituskykyyn, mahdollisesti johtaen siihen, että dataa joudutaan lähettämään uudelleen useita kertoja (lisääntynyt viive) ja lopulta jakamaan verkkoresursseja, kuten virta on edelleen epäselvä. Lopuksi, mallin löytäminen, joka edustaa tarkasti ihmisen liikkuvuutta samalla kun se pysyy matemaattisesti jäljitettävänä, on edelleen avoin ongelma, koska siihen vaikuttavat monet tekijät. Joitakin käytettyjä tyypillisiä malleja ovat satunnainen kulku, satunnainen reittipiste ja maksulennon mallit.

Yhteenvetona:

  • Kaikki verkkoyksiköt voivat olla mobiileja, joten tarvitaan erittäin dynaaminen topologia.
  • Verkkotoimintojen mukautettavuuden on oltava korkea.
  • Keskusyksiköitä ei ole, joten toimintaa on hallittava täysin hajautetulla tavalla.
  • Akkurajoitukset

Sivuvaikutukset

Radiot ad hoc

Langattomat ad hoc -verkot voivat toimia erityyppisillä radioilla. Ne voivat olla UHF (300 - 3000 MHz), SHF (3 - 30 GHz) ja EHF (30 - 300 GHz). Ad hoc- Wi-Fi käyttää lisensoimattomia ISM 2,4 GHz -radioita. Niitä voidaan käyttää myös 5,8 GHz -radioissa.

Seuraavan sukupolven Wi-Fi, joka tunnetaan nimellä 802.11ax, tarjoaa pienen viiveen, suuren kapasiteetin (jopa 10 Gbit / s) ja alhaisen pakettihukkunopeuden, tarjoamalla 12 suoraa - 8 suoraa 5 GHz: llä ja 4 suoraa 2,4 GHz: llä. IEEE 802.11ax käyttää 8x8 MU-MIMO-, OFDMA- ja 80 MHz-kanavia. Siksi 802.11ax pystyy muodostamaan suuren kapasiteetin Wi-Fi ad hoc -verkkoja.

60 GHz: n taajuudella on myös toinen WiGi-muotoinen langaton verkko - langaton gigabitti. Tällä on kyky tarjota jopa 7 Gbit / s suorituskyky. Tällä hetkellä WiGi on tarkoitettu työskentelemään 5G-matkapuhelinverkkojen kanssa.

Mitä korkeampi taajuus, kuten 300 GHz: n taajuus, signaalin absorptio on hallitsevampi. Armeijan taktiset radiot käyttävät yleensä erilaisia ​​UHF- ja SHF-radiot, mukaan lukien VHF- radiot, tarjoamaan erilaisia ​​viestintätapoja. Taajuusalueella 800, 900, 1200, 1800 MHz solukkoradio on hallitseva. Jotkut matkapuhelimet käyttävät tapausviestintää laajentaakseen soluetäisyyden alueille ja laitteille, joihin solukkotuki ei pääse.

Protokollapino

MANET-ohjelmiin vaikuttavat haasteet ulottuvat OSI-protokollapinojen eri tasoista . Median käyttökerrosta (MAC) on parannettava törmäysten ja piilotettujen pääteongelmien ratkaisemiseksi. Verkkokerroksen reititysprotokollaa on parannettava dynaamisesti muuttuvien verkkotopologioiden ja rikkoutuneiden reittien ratkaisemiseksi. Kuljetuskerrosprotokollaa on parannettava kadonneiden tai katkenneiden yhteyksien käsittelemiseksi. Istuntokerrosprotokollan on käsiteltävä palvelimien ja palveluiden löytämistä.

Suurin rajoitus mobiilisolmuille on, että niillä on suuri liikkuvuus, mikä aiheuttaa linkkien rikkoutumisen ja palauttamisen usein. Lisäksi langattoman kanavan kaistanleveys on myös rajoitettu, ja solmut toimivat rajoitetulla akkuteholla, mikä lopulta kuluu loppuun. Nämä tekijät tekevät mobiili ad hoc -verkon suunnittelusta haastavan.

Rajat ylittävä kerros poikkeaa perinteisestä verkon suunnittelutavasta , jossa jokainen pinon kerros saisi toimimaan itsenäisesti. Muokattu lähetysteho auttaa kyseistä solmua muuttamaan dynaamisesti etenemisaluetta fyysisessä kerroksessa. Tämä johtuu siitä, että etenemisetäisyys on aina suoraan verrannollinen lähetystehoon. Nämä tiedot siirretään fyysisestä kerroksesta verkkokerrokseen, jotta se voi tehdä optimaalisia päätöksiä reititysprotokollien suhteen. Tämän protokollan tärkeä etu on, että se sallii tiedon pääsyn fyysisen kerroksen ja yläkerrosten (MAC ja verkkokerros) välillä.

Jotkut ohjelmistopinon elementit on kehitetty sallimaan koodin päivitykset in situ , ts. Solmujen ollessa upotettuina heidän fyysiseen ympäristöönsä ja ilman, että tarvitsee tuoda solmuja takaisin laboratoriopalveluun. Tällainen ohjelmistojen päivitys riippui epidemiologisesta tiedon levitystavasta, ja se oli tehtävä sekä tehokkaasti (harvat verkon siirrot) että nopeasti.

reititys

Reititys langattomissa ad hoc -verkoissa tai MANET-verkoissa jaetaan yleensä kolmeen luokkaan: (a) proaktiivinen reititys, (b) reagointi reitittämiseen ja (c) hybridi reititys.

Ennakoiva reititys

Tämäntyyppiset protokollat ​​ylläpitävät tuoreita kohteita ja niiden reittejä koskevia luetteloita jakamalla reititystaulukoita ajoittain verkossa. Tällaisten algoritmien tärkeimmät haitat ovat:

  • Kunnossapitotietojen määrä.
  • Hidas reaktio rakenneuudistuksiin ja epäonnistumisiin.

Esimerkki: Optimoitu linkin tilan reititysprotokolla (OLSR)

Etäisyys vektorin reititys

Kuten kiinteissä verkoissa, solmut ylläpitävät reititystaulukoita. Etäisyysvektoriprotokollat ​​perustuvat suunnan ja etäisyyden laskemiseen verkon mihin tahansa linkkiin. "Suunta" tarkoittaa yleensä seuraavaa hyppyosoitetta ja poistumisrajapintaa. "Etäisyys" on tietyn solmun saavuttamisen kustannusten mitta. Halvin reitti kahden solmun välillä on reitti, jolla on pienin etäisyys. Jokainen solmu ylläpitää vektoria (taulukkoa), jonka etäisyys on vähintään jokainen solmu. Kohteeseen pääsyn kustannukset lasketaan eri reittimittareiden avulla. RIP käyttää määränpään hyppylaskuria, kun taas IGRP ottaa huomioon muut tiedot, kuten solmuviive ja käytettävissä oleva kaistanleveys.

Reaktiivinen reititys

Tämäntyyppinen protokolla löytää käyttäjän ja liikenteen kysyntään perustuvan reitin upottamalla verkon reittipyyntö- tai etsintäpaketeilla. Tällaisten algoritmien tärkeimmät haitat ovat:

  • Korkea latenssiaika reitin löytämisessä.
  • Liiallinen tulva voi johtaa verkon tukkeutumiseen.

Klusterointia voidaan kuitenkin käyttää tulvien rajoittamiseen. Reitin löytämisen aikana syntynyt viive ei ole merkittävä verrattuna verkon kaikkien solmujen säännöllisiin reittipäivitysten vaihtoihin.

Esimerkki: tapauskohtainen etäisyysvektorireititys (AODV)

tulviminen

On yksinkertainen reititysalgoritmi, jossa jokainen saapuva paketti lähetetään jokaisen lähtevän linkin kautta paitsi yksi, johon se saapui. Tulvia käytetään silloittamisessa ja järjestelmissä, kuten Usenet- ja vertaisverkkotiedostojen jakaminen, ja osana joitain reititysprotokollia, mukaan lukien OSPF , DVMRP , ja langattomissa ad hoc -verkoissa käytettävissä.

Hybridi reititys

Tämäntyyppisessä protokollassa yhdistyvät proaktiivisen ja reaktiivisen reitityksen edut . Reititys muodostetaan aluksi joillakin proaktiivisesti ennakoiduilla reiteillä ja palvelee sitten lisäaktivoitujen solmujen kysyntää reaktiivisen tulvan kautta. Yhden tai toisen menetelmän valinta edellyttää ennalta määritystä tyypillisissä tapauksissa. Tällaisten algoritmien tärkeimmät haitat ovat:

  1. Etu riippuu muiden aktivoitujen solmujen lukumäärästä.
  2. Reagointi liikenteen kysyntään riippuu liikenteen määrän gradiendista.

Esimerkki: ZRP ( Zone Routing Protocol )

Paikkaan perustuva reititys

Paikkapohjaiset reititysmenetelmät käyttävät tietoa solmujen täsmällisistä sijainneista. Nämä tiedot saadaan esimerkiksi GPS- vastaanottimen kautta. Tarkan sijainnin perusteella voidaan määrittää paras lähde- ja kohdesolmujen välinen reitti.

Esimerkki: "Paikannusreititys mobiili ad hoc -verkoissa" ( LAR )

Toteutusta koskevat tekniset vaatimukset

Ad hoc -verkko muodostuu useista "solmuista", jotka yhdistetään "linkkillä".

Linkkeihin vaikuttavat solmun resurssit (esim. Lähettimen teho, laskentateho ja muisti) ja käyttäytymisominaisuudet (esim. Luotettavuus), samoin kuin linkin ominaisuudet (esim. Linkin pituus ja signaalin menetys, häiriöt ja kohina). Koska linkit voidaan kytkeä tai katkaista milloin tahansa, toimivan verkon on kyettävä selviytymään tästä dynaamisesta uudelleenjärjestelystä, mieluiten ajankohtaisella, tehokkaalla, luotettavalla, kestävällä ja skaalautuvalla tavalla.

Verkon on sallittava kahden solmun kommunikoida välittämällä tietoa muiden solmujen kautta. "Polku" on linkkisarja, joka yhdistää kaksi solmua. Eri reititysmenetelmät käyttävät yhtä tai kahta polkua minkä tahansa kahden solmun välillä; tulvamenetelmät käyttävät kaikkia tai suurimpaa osaa käytettävissä olevista reiteistä.

Keskitason käyttöoikeudet

Pääartikkeli: Median käyttöoikeuksien hallinta

Useimmissa langattomissa ad hoc -verkoissa solmut kilpailevat pääsystä jaettuun langattomaan väliaineeseen, mikä johtaa usein törmäyksiin (häiriöihin). Törmäykset voidaan hoitaa keskitetyllä aikataululla tai hajautetulla kilpailun pääsyprotokollalla. Käyttäen yhteistoiminnallinen langattoman viestinnän parantaa immuniteetin häiriöitä antamalla kohdesolmun yhdistää omainterferenssiä ja muut solmun häiriöitä parantaa dekoodauksen haluttua signaaleja.

Ohjelmiston uudelleenohjelmointi

Laajamittaisia ​​tapauskohtaisia ​​langattomia verkkoja voidaan ottaa käyttöön pitkään. Tänä aikana verkon tai ympäristön vaatimukset, joissa solmuja käytetään, voivat muuttua. Tämä voi edellyttää anturisolmuihin suoritettavan sovelluksen muuttamista tai sovellukselle tarjoamista erilaisilla parametrisarjoilla. Solmujen manuaalinen uudelleenohjelmointi voi olla vaikeaa mittakaavan (mahdollisesti satojen solmujen) ja käyttöönoton sulautuneen luonteen vuoksi, koska solmut voivat sijaita paikoissa, joihin fyysisesti on vaikea päästä käsiksi. Siksi tarkoituksenmukaisin uudelleenohjelmointimuoto on etämonipop-uudelleenohjelmointi käyttämällä langatonta tietovälinettä, joka uudelleenohjelmoi solmut, kun ne ovat upotettuina anturiympäristöönsä. Sulautettuihin solmuihin on kehitetty erikoistuneita protokollia, jotka minimoivat prosessin energiankulutuksen ja saavuttavat koko verkon todennäköisyydellä mahdollisimman lyhyessä ajassa.

Simulointi

Yksi avainongelma langattomissa ad hoc -verkoissa on erilaisten mahdollisten tilanteiden ennakoiminen. Tämän seurauksena mallinnuksesta ja simuloinnista (M&S), joka käyttää laajaa parametrien pyyhkäisyä ja mitä jos tapahtuu -analyysiä tulee erittäin tärkeä paradigma käytettäväksi ad hoc -verkoissa. Yksi ratkaisu on simulointityökalujen, kuten OPNET , NetSim tai ns2, käyttö . Vertaileva tutkimus erilaisista VANET-simulaattoreista paljastaa, että sellaiset tekijät kuin rajoitettu tien topologia, monireittinen häipyminen ja tienvarsiesteet, liikennevirta-mallit, matomallit, vaihteleva ajoneuvon nopeus ja liikkuvuus, liikennevalot, liikenneruuhkat, kuljettajien käyttäytyminen jne. , on otettava huomioon simulaatioprosessissa realististen olosuhteiden heijastamiseksi.

Emulointi testbed

Vuonna 2009 Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratorio (ARL) ja merivoimien tutkimuslaboratorio (NRL) kehittivät mobiilin Ad-Hoc-verkon emulointikokeen, jossa algoritmeille ja sovelluksille tehtiin edustavat langattoman verkon olosuhteet. Testialusta perustui NRL: n alun perin kehittämään "MANE" (Mobile Ad hoc Network Emulator) -ohjelmiston versioon.

ARL, NRL ja seuraavan sukupolven konsultointi- ja tekniikkaverkot (CENGN) laajensivat myöhemmin alkuperäistä testiympäristöä muodostaen eMANE: n, joka tarjosi järjestelmän, joka pystyy mallintamaan verkkojärjestelmiä monimutkaisilla, heterogeenisillä yhteyksillä (ts. Useita, erilaisia ​​radiorajapintoja).

Matemaattiset mallit

Perinteinen malli on satunnainen geometrinen kuvaaja . Varhainen työ sisälsi tapauskohtaisten mobiiliverkkojen simulointia harvaan ja tiheästi kytkettyyn topologiaan. Solmut on ensin hajallaan rajoitetussa fyysisessä tilassa satunnaisesti. Jokaisella solmulla on sitten ennalta määritetty kiinteä solukoko (radioalue). Solmun sanotaan olevan kytkettynä toiseen solmuun, jos tämä naapuri on radioalueellaan. Sitten solmut siirretään (siirretään pois) satunnaisen mallin perusteella, käyttäen satunnaista kävelyä tai brownian-liikettä. Erilainen liikkuvuus ja läsnä olevien solmujen lukumäärä tuottavat eri reitin pituuden ja siten eri määrän monenlaisia ​​hyppyjä.

Satunnaisesti rakennettu geometrinen kuvaaja, joka on piirretty neliön sisälle

Nämä ovat kaavioita , joka koostuu joukosta solmuja sijoitetaan mukaisesti pisteprosessi joissakin yleensä rajoittuu osajoukko on n-ulotteinen tasossa , keskenään kytketty mukaan boolean pistetodennäköisyysfunktio niiden paikallinen erottaminen (katso esim yksikkö levy kuvaajat ). Solmujen välisillä yhteyksillä voi olla eri painoja kanavavaimennusten eron mallintamiseksi. Voidaan sitten tutkia verkon havaittavuutta (kuten yhteyden , keskeinen tai asteen jakauma ) peräisin kaavio-teoreettinen näkökulmasta. Verkkoprotokollia ja algoritmeja voidaan tutkia edelleen verkon suorituskyvyn ja tasapuolisuuden parantamiseksi.

turvallisuus

Useimmat langattomat ad hoc -verkot eivät toteuta mitään verkon käyttöoikeuksien hallintaa, jolloin nämä verkot ovat alttiita resurssien kulutushyökkäyksille, joissa haitalliset solmut injektoivat paketteja verkkoon tavoitteena tyhjentää paketteja välittävien solmujen resurssit.

Tällaisten hyökkäysten estämiseksi tai estämiseksi oli tarpeen käyttää todennusmekanismeja, joilla varmistetaan, että vain valtuutetut solmut voivat syöttää liikennettä verkkoon. Jopa autentikoinnilla nämä verkot ovat alttiita pakettien pudottamiselle tai viivästyttäville hyökkäyksille, jolloin välisolmu pudottaa paketin tai viivyttää sitä sen sijaan, että se lähettää sen nopeasti seuraavaan hyppyyn.

Luottamuksen hallinta

Luottamuksen perustaminen ja hallinta MANET-ohjelmissa kohtaavat haasteita resurssirajoitteiden ja verkkojen monimutkaisen riippuvuuden vuoksi. Luottamuksen hallintaan MANET-järjestelmässä on otettava huomioon kognitiivisten, sosiaalisten, tieto- ja viestintäverkkojen väliset vuorovaikutukset ja otettava huomioon resurssirajoitukset (esim. Laskentateho, energia, kaistanleveys, aika) ja dynamiikka (esim. Topologian muutokset, solmun liikkuvuus, solmun vika, etenemiskanavan olosuhteet).

MANETin luottamuksenhallinnan tutkijat ehdottivat, että tällaiset monimutkaiset vuorovaikutukset vaativat yhdistelmäluottamusmallin, joka kaappaa viestinnän ja sosiaalisten verkostojen näkökohdat, ja vastaavat luottamuksen mittaamiseen, luottamuksen jakamiseen ja luottamuksen hallintajärjestelmiin.

Katso myös

Viitteet

Lisätietoja

  • Satyajeet, D .; Deshmukh, AR; Dorle, SS (tammikuu 2016). "Artikkeli: Heterogeeniset lähestymistavat klusteripohjaiseen reititysprotokollaan ajoneuvojen ad hoc -verkossa (VANET)". Kansainvälinen lehti tietokonesovelluksista . 134 (12): 1–8. Bibcode : 2016IJCA..134l ... 1S . doi : 10.5120 / ijca2016908080 .
  • Royer, E .; Chai Keong Toh (huhtikuu 1999). "Katsaus Ad Hoc -laitteiden langattomien verkkojen nykyisiin reititysprotokolliin". IEEE henkilökohtainen viestintä . 6 (2): 46–55. CiteSeerX  10.1.1.11.8637 . doi : 10.1109 / 98.760423 .
  • Mauve, M .; Widmer, J .; Hartenstein, H. (joulukuu 2001). "Kysely sijaintipohjaisesta reitityksestä mobiili Ad Hoc -verkoissa". IEEE-verkko . 1 (6): 30–39. CiteSeerX  10.1.1.25.2774 . doi : 10.1109 / 65.967595 .
  • Djenouri, D .; Kheladi, L .; Badache, N. (lokakuu 2005). "Tutkimus mobiili ad hoc - ja anturiverkkojen turvallisuusongelmista". IEEE-viestintätutkimukset ja -oppaat . 7 (4): 2–28. doi : 10.1109 / COMST.2005.1593277 .
  • Maihöfer, C. (huhtikuu 2004). "Geocast-reititysprotokollia koskeva tutkimus" . IEEE-viestintätutkimukset ja -oppaat . 6 (2): 32–42. doi : 10.1109 / COMST.2004.5342238 .
  • Jhaveri, Rutvij H .; Patel, Narendra M. (2015). "Sekvenssinumeropohjainen syöttijentunnistusjärjestelmä harmaan reikän hyökkäyksen estämiseksi ad-hoc-mobiiliverkoissa". Langattomat verkot - matkaviestinnän, laskennan ja tiedon lehti . 21 (8): 2781 - 2798. doi : 10.1007 / s11276-015-0945-9 .
  • Jhaveri, Rutvij H .; Patel, Narendra M. (2017). "Hyökkäyskuvioiden löytämiseen perustuva parannettu luottamusmalli turvalliselle reititykselle ad-hoc-mobiiliverkoissa". Kansainvälinen viestintäjärjestelmien lehti . 30 (7): e3148. doi : 10.1002 / dac.3148 .
  • Cano, Jose; Cano, Juan-Carlos; Toh, Chai-Keong; Calafate, Carlos T .; Manzoni, Pietro (2010). "EasyMANET: laajennettava ja konfiguroitava alusta palvelun tarjoamiseen MANET-ympäristöissä". IEEE Communications Magazine . 48 (12): 159–167. doi : 10.1109 / mcom.2010.5673087 .

Kahn, Robert E. (tammikuu 1977). Msgstr "Tietokoneresurssien järjestäminen pakettiradioverkoksi". IEEE-transaktiot viestinnästä . COM-25 (1): 169–178. doi : 10.1109 / tcom.1977.1093714 .

Ulkoiset linkit