الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم. الشبكات اللاسلكية المعرفية ذاتية التنظيم

الشبكة ذاتية التنظيم هي شبكة ليس لها بنية محددة، حيث تتغير الوظائف وتوزعها بين العقد عند توصيل جهاز جديد، وتتغير طبيعة حركة المرور، وما إلى ذلك.

2. تاريخ الخلق والتطور

يبدأ تاريخ الشبكات الحديثة ذاتية التنظيم في السبعينيات من القرن الماضي مع إنشاء شبكة PRNET (شبكات راديو الحزمة)، بتمويل من وزارة الدفاع الأمريكية. كان الهدف من إنشاء شبكات ذاتية التنظيم هو التمكن من العمل عبر الإنترنت، والوصول إلى الإنترنت في أي مكان، حتى أثناء التنقل، دون الاعتماد على بنية تحتية ثابتة للشبكة.

مع تطور الشبكات المنتشرة، ظهرت الحاجة إلى استخدام نوع جديد من الشبكات، بدون بنية مستقرة وقادرة على التكيف مع الخصائص المتغيرة لقنوات الاتصال. بدأ يطلق على هذه التنظيم الذاتي. تم نشر أول شبكات الهاتف المحمول التجارية ذاتية التنظيم في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان في الفترة 2009-2010.

تنقسم الشبكات ذاتية التنظيم، اعتمادًا على سرعة التنظيم الذاتي وحصة الأشخاص المشاركين فيها، إلى شبكات مستهدفة (مخصصة) وشبكية (شبكية). ترجمة من اللاتينية، تعني كلمة "ad hoc" حرفيًا "لهذا الغرض، وخاصة لهذه المناسبة". يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الشبكات المخصصة والشبكات المعشقة في أنه، كقاعدة عامة، يتم تصنيف الشبكات المخصصة على أنها شبكات طرفية، ويتم تصنيف الشبكات على أنها شبكات عبور، على الرغم من أن هذا التقسيم تعسفي للغاية، ولكنه مقبول حاليًا.

3. المواصفات

تتميز الشبكة ذاتية التنظيم بالخصائص التالية:

التكوين الذاتي – التعرف على الأجهزة المتصلة الجديدة وتسجيلها على الشبكة. وفي الوقت نفسه، تقوم المناطق المجاورة تلقائيًا بضبط معلماتها الفنية (على سبيل المثال، طاقة الإشعاع، وإمالة الهوائي، وما إلى ذلك).

التحسين الذاتي – تكييف معلمات الجهاز عندما تتغير معلمات الشبكة: عدد المستخدمين، ومستوى الإشارة، ومستوى التداخل الخارجي، وما إلى ذلك.

الإصلاح الذاتي - الكشف التلقائي عن حالات الفشل وإزالتها: إعادة توزيع الوظائف بين الأجهزة عند فشل أي عقد في الشبكة لزيادة تحمل أخطاء الشبكة.

خوارزميات التوجيه للشبكات ذاتية التنظيم:

التوجيه الاستباقي – وجود قوائم كاملة محدثة باستمرار لعناوين الوجهة والطرق المؤدية إليها.

التوجيه التفاعلي – المسارات التي يتم إنشاؤها حسب الحاجة، على سبيل المثال. في ظل وجود حركة مرور مخصصة لمستلم معين، وذلك باستخدام استطلاعات الرأي للعقد المجاورة وخوارزميات الكشف عن الجوار.

التوجيه المختلط هو مزيج من عناصر التوجيه الاستباقي والتفاعلي. أولئك. تخزين جدول لبعض المستلمين، ثم استطلاعهم عند الطلب حيث يصبح من الضروري إنشاء مسارات أخرى.

لتنظيم شبكة ذاتية التنظيم، البروتوكولات المستخدمة غالبًا هي Bluetooth وWi-Fi وZigBee وللتوجيه - AODV وSAODV وZRP وOLSR وLAR.

4. حالات التطبيق

النشر السريع لشبكات الاستشعار في حالات الطوارئ: على سبيل المثال، للبحث عن الضحايا، وتحليل حجم الكارثة، وما إلى ذلك. في الشبكات المحلية (شبكة HANET)، على سبيل المثال، عند إنشاء نظام التشغيل الآلي للمبنى، ونظام التشغيل الآلي للمنزل، وأنظمة تحديد المواقع المحلية (RTLS).

في قطاع النقل لنظام النقل الذكي والمرور الذكي – شبكات VANET. في الأماكن المزدحمة لتفريغ المحطات الأساسية وضمان اتصال الأجهزة المحمولة مباشرة دون مشاركة المحطات الأساسية (MANET).

5. روابط مفيدة

مصادر:

إذا كان علينا في حالة الشبكة اللاسلكية "التقليدية" نشر بنية تحتية مكلفة في كثير من الأحيان للمحطات الأساسية، ففي حالة الشبكات ذاتية التنظيم تكون نقطة وصول واحدة أو أكثر كافية.

يتمثل جوهر الشبكات ذاتية التنظيم في تزويد المشترك بفرصة الوصول إلى خدمات الشبكة المختلفة عن طريق إرسال واستقبال حركة المرور "الخاصة به" من خلال المشتركين المجاورين.

شبكات الاتصالات ذاتية التنظيم هي شبكات ذات بنية تحتية لامركزية قابلة للتغيير. بشكل عام، تتمتع هذه الشبكات بمزايا التغطية الواسعة وقاعدة المشتركين الواسعة نظريًا دون وجود عدد كبير من المحطات الأساسية باهظة الثمن وزيادة قوة الإشارة.

بعبارات بسيطة، يتكون هيكل أبسط شبكة ذاتية التنظيم من عدد كبير من المشتركين في منطقة معينة، والتي يمكن أن تسمى ببساطة منطقة تغطية الشبكة، ونقطة وصول واحدة أو أكثر إلى الشبكات الخارجية. كل جهاز مشترك، حسب قوته، لديه نطاق عمل خاص به. إذا أرسل مشترك، كونه "على المحيط"، حزمة إلى مشترك موجود في مركز الشبكة أو إلى نقطة وصول، فإن ما يسمى بعملية القفزات المتعددة لنقل الحزمة عبر العقد الموجودة على طول مسار الشبكة يحدث الطريق المحدد مسبقا. وبالتالي، يمكننا القول أن كل مشترك جديد، باستخدام موارده، يزيد من نطاق الشبكة. ولذلك، فإن قوة كل جهاز على حدة يمكن أن تكون ضئيلة. وهذا يعني انخفاض تكاليف أجهزة المشتركين وتحسين مؤشرات السلامة والتوافق الكهرومغناطيسي.

في الوقت الحالي، هناك مجموعة واسعة من الأبحاث والتطبيقات للشبكات ذاتية التنظيم في المجالات التالية:

الاتصالات العسكرية؛

أنظمة النقل الذكية.

الشبكات المحلية؛

شبكات الاستشعار؛

سيتم مناقشة كل هذه المجالات في المقالات التالية.

يوجد حاليًا العديد من التقنيات "الأساسية" للشبكات ذاتية التنظيم:

1. بلوتوث

تتكون أجهزة التنظيم الذاتي المعتمدة على تقنية Bluetooth من أجهزة رئيسية وتابعة (يمكن الجمع بين هذه الأدوار)، قادرة على نقل البيانات في الوضعين المتزامن وغير المتزامن. يتضمن وضع الإرسال المتزامن اتصالاً مباشرًا بين الأجهزة الرئيسية والتابعة مع قناة مخصصة وفتحات زمنية للوصول. يُستخدم هذا الوضع في حالة الإرسال لفترة زمنية محدودة. يتضمن الوضع غير المتزامن تبادل البيانات بين الأجهزة الرئيسية والعديد من الأجهزة التابعة باستخدام نقل حزم البيانات. تستخدم لتنظيم piconets. يمكن لجهاز واحد (رئيسي وتابع) دعم ما يصل إلى 3 اتصالات متزامنة.

في الوضع المتزامن، يبلغ الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات 64 كيلوبت/ثانية. الحد الأقصى لسرعة الإرسال في الوضع غير المتزامن هو 720 كيلوبت/ثانية.

مزايا الشبكات المعتمدة على البلوتوث:

إمكانية الانتشار السريع؛

استهلاك منخفض نسبيًا للطاقة لأجهزة المشتركين؛

مجموعة واسعة من الأجهزة التي تدعم هذه التكنولوجيا.

عيوب الشبكة:

نطاق عمل صغير (نطاق جهاز مشترك واحد هو 0.1 - 100 م) ؛

معدلات نقل بيانات منخفضة (للمقارنة: في شبكات WiFi، يتراوح هذا الرقم بين 11 و108 ميجابت/ثانية)؛

نقص موارد التردد.

ربما سيتم حل المشكلة الأخيرة مع إصدار أجهزة Bluetooth 3.0، حيث من المفترض أنه سيكون من الممكن استخدام بروتوكولات بديلة على مستوى MAC والمستويات المادية لغرض النقل السريع لملفات تعريف Bluetooth (AMP). على وجه الخصوص، يمكن استخدام البروتوكولات القياسية 802.11.

بناءً على ما سبق، يمكننا أن نستنتج أن الشبكات المعتمدة على البلوتوث قابلة للتطبيق فقط في الأماكن المزدحمة (على سبيل المثال، في مراكز المدن والمكاتب الصغيرة والمحلات التجارية). على سبيل المثال، يمكن استخدام مثل هذه الشبكة لتنظيم المراقبة بالفيديو في منشأة صغيرة.

تم تصميم شبكات 802.11 في الأصل كوسيلة لاستبدال الشبكات السلكية. ومع ذلك، فإن سرعات الإرسال العالية نسبيًا (تصل إلى 108 ميجابت/ثانية) تجعلها واعدة بإمكانية استخدامها في تلك الشبكات ذاتية التنظيم التي يكون من الضروري فيها نقل كميات كبيرة من المعلومات في الوقت الفعلي (على سبيل المثال، إشارات الفيديو).

في عام 2007، تم إصدار مسودة نسخة من معيار 802.11s لأول مرة، والتي تحدد الخصائص الرئيسية للشبكات المعتمدة على شبكة WiFi ذاتية التنظيم.

على عكس شبكات WiFi التقليدية، التي يوجد فيها نوعان فقط من الأجهزة - "نقطة الوصول" و"المحطة الطرفية"، يفترض معيار 802.11s وجود ما يسمى "عقد الشبكة" و"بوابات الشبكة". يمكن للعقد التواصل مع بعضها البعض ودعم الخدمات المختلفة. يمكن دمج العقد مع نقاط الوصول، بينما تعمل البوابات على الاتصال بالشبكات الخارجية.

استنادًا إلى معايير 802.11 الحالية، من الممكن بناء شبكات MANET (شبكات متنقلة ذاتية التنظيم)، وتتميز بمساحة تغطية كبيرة (عدة كيلومترات مربعة).

يمكن تقسيم المشكلات التي تتطلب اهتمامًا خاصًا في التطوير الإضافي للشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم إلى الفئات التالية:

مشاكل عرض النطاق الترددي.

مشاكل قابلية التوسع في الشبكة.

3.زيجبي

يصف معيار 802.15.4 (ZigBee) شبكات الاتصال منخفضة السرعة وقصيرة المدى مع أجهزة إرسال منخفضة الطاقة. يتم توفير استخدام ثلاثة نطاقات تردد: 868-868.6 ميجا هرتز، 902-928 ميجا هرتز، 2.4-2.4835 جيجا هرتز.

تستخدم طريقة الوصول إلى القناة DSSS بأطوال تسلسلية مختلفة لنطاقي 868/915 و2450 ميجاهرتز.

تتراوح معدلات البيانات من 20 إلى 250 كيلو بايت في الثانية.

وفقًا للمعيار، تدعم شبكة ZigBee العمل مع طبولوجيا "النجمة" و"كل منهما".

هناك نوعان من أجهزة الإرسال والاستقبال: كاملة المواصفات (FFD) وغير كاملة المواصفات (RFD). والفرق الأساسي بين هذه الأجهزة هو أن FFDs يمكنها الاتصال مباشرة مع أي جهاز، بينما يمكن لـ RFDs الاتصال فقط مع FFDs.

يمكن أن تتكون شبكة ZigBee من عدة مجموعات مكونة من أجهزة FFD.

يمكن لشبكات ZigBee العمل في وضع الشبكة. من المفترض أن كل عقدة شبكة (تشكل عقدة الشبكة جهاز FFD، وتعمل RFDs كما يسمى بأجهزة الاستشعار) تراقب باستمرار حالة العقد المجاورة، وتحديث جداول التوجيه الخاصة بها إذا لزم الأمر.

على عكس جميع الإصدارات السابقة من الشبكات المخصصة، تم تصميم ZigBee بمعدلات نقل بيانات منخفضة ولا توجد مشاكل في إمكانية زيادتها.

في عصر أجهزة الاتصال والشبكات الاجتماعية والخدمات الأخرى، يبدو أن التواصل عن بعد والتبادل الفوري للمعلومات أمر مفروغ منه. ومع ذلك، فإن القدرة على البقاء على اتصال على وجه التحديد في تلك اللحظات التي تتعطل فيها البنية التحتية للاتصالات تصبح ذات أهمية خاصة. على سبيل المثال، في هايتي، بعد الزلزال المدمر الأخير، تبين أن وسائل الاتصال الرئيسية كانت الهواتف الساتلية التي توفرها خدمات الإغاثة. ولكن ليست الكوارث الطبيعية واسعة النطاق فقط هي التي يمكن أن تشل البنية التحتية الخلوية؛ بل إن انقطاع التيار الكهربائي البسيط يمكن أن يحول أجهزتنا المحمولة إلى ألعاب عديمة الفائدة.
في مثل هذه الحالات، أصبح إنشاء شبكة لاسلكية ذاتية التنظيم (أو ديناميكية أو مخصصة) خيارًا جذابًا بشكل متزايد. يتشكل مثل هذا الهيكل عندما تكون الهواتف المحمولة المبرمجة خصيصًا أو أجهزة الاتصال الأخرى في متناول اليد مباشرة. يؤدي كل واحد منهم وظائف كل من جهاز الإرسال والاستقبال في شبكة ديناميكية، وهو أمر مهم للغاية، ويعمل كنقطة ترحيل لجميع الأجهزة القريبة. يمكن للأجهزة التي تفصلها مسافة أكبر من نطاق الاتصال المباشر أن تتواصل مع بعضها البعض إذا كانت الأجهزة الأخرى الموجودة بينها مستعدة لمساعدتها، وتمرير الرسائل على طول السلسلة، مثل الدلاء في النار. بمعنى آخر، تعمل كل عقدة في الشبكة كجهة اتصال لرسائلها الخاصة وكعنصر من عناصر البنية التحتية للرسائل الواردة من العقد الأخرى.
إن الإغاثة في حالات الكوارث هي مجرد وظيفة واحدة محتملة للشبكات ذاتية التنظيم. وستكون مفيدة عندما يكون إنشاء قاعدة دائمة مستهلكًا للوقت أو صعبًا أو مكلفًا. لقد استثمر الجيش الكثير من الأموال في تطوير أنظمة ذاتية التنظيم لاستخدامها في ساحة المعركة. ستسمح الشبكات الديناميكية في منزلك للأجهزة بالعثور على بعضها البعض والتواصل معها، مما يلغي الحاجة إلى توصيل الأسلاك إلى غرفة النوم أو المكتب. يمكن للمستوطنات النائية والجيران ذوي الدخل المنخفض الحصول على إمكانية الوصول إلى الإنترنت عريض النطاق من خلال شبكات لاسلكية مخصصة. يمكن للعلماء الذين يدرسون الموائل البيئية الدقيقة في قمم الأشجار أو الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط وضع أجهزة الاستشعار في نقاط الاهتمام دون القلق بشأن ما إذا كان بإمكانهم "سماع" بعضهم البعض أو كيفية وصول المعلومات إلى أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم.
لقد استمر تطوير مثل هذه الشبكات لأكثر من ثلاثة عقود، ولكن في السنوات الأخيرة فقط أدى التقدم في نظرية الشبكات إلى إنشاء أول أنظمة عمل واسعة النطاق. وفي سان فرانسيسكو قامت شركة جديدة تدعى Meraki Network بربط 400 ألف من سكان المدينة بالإنترنت من خلال نظام Free the Net الخاص بها، والذي يعتمد على تكنولوجيا الشبكات اللاسلكية المخصصة. تتواصل مكونات Bluetooth في الهواتف المحمولة وأنظمة ألعاب الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة مع بعضها البعض دون اتصالات سلكية أو تكوين خاص باستخدام تقنيات الشبكات الديناميكية. يتم نشر شبكات التنظيم الذاتي في عدد من المواقع النائية أو غير المضيافة لجمع المعلومات من أجهزة الاستشعار اللاسلكية منخفضة الطاقة. لا تزال هناك حاجة إلى عدد من الإنجازات التقنية حتى تصبح هذه الشبكات واسعة الانتشار، ولكن تم إحراز تقدم بالفعل على عدة جبهات.

شبكه خلوية
لا تزال الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم نادرة. لفهم سبب اعتمادها البطيء، من المفيد أن ننظر إلى الاختلافات بين التقنيات الجديدة مثل الهواتف المحمولة والواي فاي. عندما تتصل بصديق على هاتفك الخلوي، فإن الاتصال اللاسلكي يشمل فقط كل هاتف من الهواتف المتصلة وأقرب برج خلوي (محطة أساسية) إليه. الأبراج ثابتة ومترابطة بشبكة واسعة من الأسلاك والكابلات. تستخدم الشبكات المحلية اللاسلكية، وخاصة Wi-Fi، أيضًا هوائيات ثابتة واتصالات سلكية.
هذا النهج له مزايا وعيوب. لنقل المعلومات، هناك حاجة إلى طاقة، وفي الشبكات اللاسلكية الكلاسيكية يتم تخزينها في بطاريات الأجهزة المحمولة (على سبيل المثال، الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة)، ويتم وضع أقصى جزء ممكن من حمل الاتصالات على البنية التحتية الثابتة، التي يتم تشغيلها من أنابيب. يعد النطاق الترددي اللاسلكي أيضًا موردًا ثابتًا ومحدودًا. في الشبكات اللاسلكية التقليدية، يتم حفظ عرض النطاق الترددي عن طريق نقل معظم المعلومات عبر الروابط السلكية. يتيح لك استخدام البنية التحتية الثابتة إنشاء موارد اتصالات هاتفية وواي فاي أكبر وأكثر موثوقية في المناطق التي تشتد الحاجة إليها.
ومع ذلك، فإن استخدام البنية التحتية الثابتة يجعل هذه الشبكات عرضة للخطر: حيث يتعطل عملها في حالة انقطاع التيار الكهربائي وغيرها من الأعطال، حتى لو كانت الهواتف الفردية والأجهزة المحمولة الأخرى داخل تغطية الشبكة تعمل بشكل صحيح. موثوقية الشبكات الديناميكية أعلى بكثير. إذا انقطع اتصال أحد الأجهزة المحمولة، تقوم الأجهزة الأخرى بتعديل الشبكة بطريقة تعوض عن العنصر المفقود إلى أقصى حد ممكن. عندما يتم توصيل الأجهزة وفصلها، تقوم الشبكة بضبط نفسها و"معالجتها".
لكن إعادة التشكيل هذه لا تأتي عبثا. يجب أن تنقل الشبكة المعلومات بطريقة يمكن من خلالها إعادة بناء الرسالة حتى لو توقفت بعض الروابط في سلسلة الاتصال بين المرسل والمرسل إليه عن العمل أثناء إرسال الرسالة. يجب أن يحدد النظام المسار الأمثل لتسليم الرسالة إلى المستلم، حتى لو كان الجهاز المرسل غير قادر على تحديد موقع المستلم. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتعامل الشبكة مع الضوضاء التي لا مفر منها من العديد من الأجهزة التي تنقل الرسائل في وقت واحد.

الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم (أسماء أخرى: الشبكات اللاسلكية المخصصة، والشبكات الديناميكية اللاسلكية) هي شبكات لاسلكية لا مركزية ليس لها بنية دائمة. تتصل الأجهزة العميلة بسرعة لتشكل شبكة. تحاول كل عقدة شبكة إعادة توجيه البيانات المخصصة للعقد الأخرى. في هذه الحالة، يتم تحديد العقدة التي سيتم إرسال البيانات إليها ديناميكيًا، استنادًا إلى اتصال الشبكة. وهذا على النقيض من الشبكات السلكية والشبكات اللاسلكية المُدارة، حيث يتم تنفيذ مهمة التحكم في تدفق البيانات بواسطة أجهزة التوجيه (في الشبكات السلكية) أو نقاط الوصول (في الشبكات اللاسلكية المُدارة).

كانت أولى الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم هي شبكات "حزم الراديو" التي بدأت في السبعينيات، بتمويل من وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) بعد مشروع ALOHAnet.

طلب:يسمح الحد الأدنى من التكوين والنشر السريع باستخدام شبكات التنظيم الذاتي في حالات الطوارئ مثل الكوارث الطبيعية والصراعات العسكرية.

اعتمادًا على التطبيق، يمكن تقسيم الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم إلى:

شبكات المحمول ذاتية التنظيم

شبكات شبكية لاسلكية

شبكات الاستشعار اللاسلكية

المبادئ الأساسية للشبكات اللاسلكية المخصصة:

• - تنقسم الشبكات اللاسلكية إلى فئتين - شبكات من نوع البنية التحتية (البنية التحتية) وشبكات من النوع المخصص (المتخصصة). لتوصيل عدة أجهزة كمبيوتر بشبكة بنية أساسية، يتم استخدام أجهزة التوجيه أو نقاط الوصول الجماعية. لا تستخدم الشبكة المخصصة أجهزة التوجيه أو نقاط الوصول الجماعية. وتتكون من أجهزة كمبيوتر تتبادل البيانات مباشرة مع بعضها البعض.
• - الشبكات المخصصة هي مجموعة من عقد الاتصالات المتنقلة اللاسلكية (المحطات والمستخدمين) التي تشكل شبكة ديناميكية مستقلة باستخدام بنية تحتية متنقلة بالكامل. تتواصل العقد مع بعضها البعض دون تدخل نقاط الوصول المركزية أو المحطات الأساسية، بحيث تعمل كل عقدة كجهاز توجيه ومستخدم نهائي.
• - من الأمثلة على ذلك توصيل عدة أجهزة كمبيوتر لاسلكيًا بدون نقطة وصول. تُستخدم طريقة الاتصال هذه غالبًا في المعارض وقاعات المؤتمرات.
• - على الإنترنت، تكون أجهزة التوجيه الموجودة في المناطق المركزية للشبكة مملوكة لمشغلين معروفين، وبالتالي يُفترض وجود درجة معينة من الثقة. لكن هذا الافتراض لم يعد صالحًا للشبكات المخصصة، لأن من المتوقع أن تشارك جميع العقد في الشبكة في التوجيه.

وضع اي بي اس اس:- وضع IBSS، ويسمى أيضًا الوضع المخصص، مخصص للاتصالات من نقطة إلى نقطة. يوجد في الواقع نوعان من الوضع المخصص. أحدها هو وضع IBSS، ويسمى أيضًا الوضع المخصص أو وضع IEEE المخصص. يتم تعريف هذا الوضع بمعايير IEEE 802.11. يُطلق على الوضع الثاني اسم الوضع المخصص التجريبي، أو وضع Lucent المخصص (أو الوضع المخصص في بعض الأحيان بشكل غير صحيح). يعد هذا وضعًا مخصصًا قديمًا لما قبل 802.11 ويجب استخدامه فقط للشبكات الأقدم.

التشفير:- يعد التشفير على شبكة لاسلكية أمرًا مهمًا لأنه لم تعد لديك القدرة على قصر الشبكة على منطقة آمنة بشكل جيد. يتم بث بيانات الشبكة اللاسلكية الخاصة بك في جميع أنحاء المنطقة حتى يتمكن أي شخص مهتم من قراءتها. وهنا يأتي دور التشفير. من خلال تشفير البيانات المرسلة عبر الهواء، فإنك تجعل من الصعب على أي شخص اعتراضها مباشرة.

• - الطريقتان الأكثر استخدامًا لتشفير البيانات بين العميل ونقطة الوصول هما WEP وIP-sec:
• - ويب. WEP هو اختصار لـ Wired Equivalency Protocol. WEP هو محاولة لجعل الشبكات اللاسلكية موثوقة وآمنة مثل الشبكات السلكية.
• - IP ثانية. يعد ip-sec وسيلة أكثر موثوقية وقوة لتشفير البيانات على الشبكة. هذه الطريقة هي بالتأكيد الطريقة المفضلة لتشفير البيانات على شبكة لاسلكية.

خدمات:- هناك العديد من الأدوات المساعدة التي يمكن استخدامها لتكوين شبكة لاسلكية وتصحيح أخطائها:

حزمة bsd-airtools

• - حزمة bsd-airtools عبارة عن مجموعة كاملة من الأدوات، بما في ذلك أدوات لاختبار الشبكة اللاسلكية لاختراق مفاتيح WEP، واكتشاف النقاط، وما إلى ذلك.
• - يمكن تثبيت الأدوات المساعدة bsd-airtools من منفذ net/bsd-airtools .

أدوات wicontrol و ancontrol و raycontrol

هذه هي الأدوات التي يمكن استخدامها للتحكم في سلوك المحول اللاسلكي على الشبكة. يتم تحديد Wicontrol عندما يكون محول الشبكة اللاسلكية هو واجهة wi0. إذا تم تثبيت جهاز وصول لاسلكي من Cisco، فستكون هذه الواجهة هي 0، ثم سيتم استخدام عنصر التحكم

المحولات المدعومة:نقطة وصول

المحولات الوحيدة المدعومة حاليًا في وضع BSS (كنقطة وصول) هي تلك التي تعتمد على مجموعة شرائح Prism 2 أو 2.5 أو 3).

عملاء 802.11a و802.11g

• - لسوء الحظ، لا يزال هناك العديد من الشركات المصنعة التي لا تقدم مخططات تخطيطية لبرامج التشغيل الخاصة بها إلى مجتمع المصادر المفتوحة، حيث تعتبر هذه المعلومات سرًا تجاريًا. ولذلك، يُترك لمطوري أنظمة التشغيل خياران: تطوير برامج التشغيل من خلال عملية هندسة عكسية طويلة ومعقدة، أو استخدام برامج التشغيل الموجودة لمنصات Microsoft® Windows.
• - بفضل جهود بيل بول (wpaul)، يوجد دعم "شفاف" لمواصفات واجهة برنامج تشغيل الشبكة (NDIS). يقوم FreeBSD NDISulator (المعروف أيضًا باسم Project Evil) بتحويل برنامج التشغيل الثنائي لنظام التشغيل Windows بحيث يعمل تمامًا كما يعمل على نظام Windows. لا تزال هذه الميزة جديدة نسبيًا، ولكنها تعمل بشكل مناسب في معظم الاختبارات.

ومن المعروف أن البنية التحتية الأساسية للإنترنت الحديثة تتم إدارتها وصيانتها من قبل عشرات المنظمات، وبعضها تسيطر عليه حكومة الولايات المتحدة. لا يحب الجميع هذا الوضع، وبالتالي، منذ عدة سنوات، يناقش متخصصو تكنولوجيا المعلومات طرقًا بديلة لتنظيم شبكات المعلومات العالمية.

هناك تهديدان رئيسيان لتأمين تبادل المعلومات في الشبكات الإلكترونية: الوصول غير المصرح به إلى البيانات الخاصة والتدخل في تشغيل المعدات والأجهزة من أجل تعطيل نشاطها وحتى تعطيلها.

يكمن الرد المحتمل على هذه التهديدات في انتشار نوع جديد من الاتصالات - الشبكات المستقلة اللامركزية، حيث يكون كل جهاز مشاركًا كاملاً ويتحمل نصيبه من المسؤولية عن عمل الشبكة. يسمى هذا النوع من شبكات المعلومات AHN (شبكة مخصصة).

المشكلة الرئيسية التي حالت في السابق دون نشر مثل هذه الشبكات على نطاق عالمي تنبع من الأداء المنخفض للأجهزة وقنوات الاتصال "الضيقة": حيث أن توجيه ونقل البيانات اللازمة لتشغيل شبكة مخصصة يستهلك موارد النظام ويحتل أماكن عالية مطالب على عرض النطاق الترددي للقناة التي تربط الأجهزة فيما بينها. واليوم، لا تعاني العديد من الأجهزة من هذه العيوب، مما يعني أننا يجب أن نتوقع في السنوات القادمة ظهور شبكات تجريبية مخصصة تتكون من آلاف الأجهزة.

وفي غضون عقدين من الزمن، قد تصبح الشبكات اللاسلكية أو المتنقلة المخصصة (MANETs، شبكات المحمول المخصصة) شرطًا أساسيًا للتشغيل الآمن لأنظمة النقل المستقبلية، والتي ستربط عددًا كبيرًا من السيارات والطائرات والقطارات الآلية . ستتلقى كل مركبة في مثل هذا النظام معلومات ملاحية ومعلومات أخرى مباشرة من جيرانها: وهذا يمكن أن يضمن اتصالاً موثوقًا ومستمرًا للمركبات ذاتية القيادة.

تمثل الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم (MANET-Mobile Ad-Hoc Networks) بنية شبكات الراديو المتنقلة، والتي تفترض عدم وجود بنية تحتية للشبكة الثابتة (المحطات الأساسية) والإدارة المركزية. أصبحت هذه الشبكات جذابة بشكل خاص مع ظهور المعايير اللاسلكية وتقنيات الشبكات (Bluetooth، Wi-Fi، WiMAX). استنادا إلى المعايير الموجودة بالفعل 802.11 و 802.16، من الممكن بناء شبكات لاسلكية ذاتية التنظيم على نطاق حضري، والسمة المميزة لها هي منطقة التغطية الكبيرة (عدة كيلومترات مربعة).

تتميز الشبكة اللاسلكية ذاتية التنظيم (WSN) بالتغيرات الديناميكية في الهيكل، وعرض النطاق الترددي المحدود، ومحدودية طاقة البطارية في العقد، وعدم تجانس موارد العقد، والأمن المحدود، وما إلى ذلك. ومع ذلك، بدأ استخدام شبكات WSN مؤخرًا في أنظمة النقل الذكية وللمنزل (HANET - Home AdHoc Network)، لشبكات المكاتب الصغيرة، للحوسبة المشتركة لأجهزة الكمبيوتر الموجودة في منطقة صغيرة. يمكن تصنيف الشبكات ذاتية التنظيم (الشبكات المخصصة) وفقًا لتطبيقاتها: - الشبكات اللاسلكية المتنقلة ذاتية التنظيم (Mobile Ad-hoc Networks, MANET)؛ - الشبكات المتداخلة اللاسلكية (WMN)؛

شبكة المحمول اللاسلكية المخصصة (MANET)، والتي تسمى أحيانًا شبكة متنقلة متداخلة، هي شبكة ذاتية التكوين تتكون من أجهزة محمولة. تستخدم جميع العقد اتصالات لاسلكية للاتصال (الشكل 1.8).

أرز. 1.8. مثال على بنية شبكة WSN

جميع الأجهزة في شبكة WSN تتحرك باستمرار، وبالتالي فإن الاتصالات في الشبكة تتغير باستمرار. يجب أن تؤدي كل عقدة وظائف جهاز التوجيه وتشارك في ترحيل حزم البيانات. تتمثل المهمة الرئيسية في إنشاء مثل هذه الشبكة في التأكد من أن جميع الأجهزة يمكنها الاحتفاظ بمعلومات محدثة باستمرار من أجل التوجيه الصحيح لحركة المرور. يمكن أيضًا تقسيم شبكة WSN إلى عدة فئات:

شبكة المركبات المخصصة (VANET) - شبكة مخصصة، تُستخدم لتوصيل المركبات مع بعضها البعض، بالإضافة إلى توصيلها بالمعدات الموجودة على جانب الطريق؛

الشبكة المخصصة للمركبات الذكية (InVANET) هي نوع من الذكاء الاصطناعي الذي يساعد على قيادة السيارة في مختلف المواقف غير المتوقعة؛

شبكة الجوال المخصصة المستندة إلى الإنترنت (iMANET) هي شبكة WSN تربط العقد المتنقلة ببوابات الإنترنت الثابتة.

شبكات شبكية لاسلكيةهو نوع خاص من شبكة Ad-Hoc التي تحتوي على تكوين أكثر تخطيطًا. تتكون الشبكات المعشقة من العملاء وأجهزة التوجيه والبوابات (الشكل 1.9). والفرق الرئيسي هو أن العقد اللاسلكية لا تتحرك في الفضاء أثناء التشغيل. الفرق الرئيسي بين شبكات MANET وشبكات Mesh هو أن MANET، كقاعدة عامة، تشير إلى شبكة طرفية، أي. إلى شبكة بدون وظائف عبور، وشبكة متداخلة إلى شبكة عبور، على الرغم من أن هذا التقسيم اعتباطي للغاية، إلا أنه مقبول حاليًا. وفقًا للوظائف الأكثر تعقيدًا للشبكة المعشقة، عند بنائها، يتم أيضًا التمييز بين شبكات الإنترنت الأصلية والتابعة.

أرز. 1.9. مثال على شبكة شبكية لاسلكية

في الوقت الحالي، هناك اهتمام علمي وتطبيقي هائل بإنشاء شبكات ذاتية التنظيم والشفاء الذاتي.

كما ذكرنا أعلاه، تعتبر الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم واحدة من أكثر المرشحين أهمية لتنفيذ الشبكات اللاسلكية المعرفية.

يرى رامينج أن شبكة WSN تتطلب نوعًا جديدًا من تكنولوجيا الشبكات تسمى التكنولوجيا المعرفية. ويجادل بأن مثل هذه الشبكة يجب أن تفهم مهام التطبيق، وأن التطبيق قادر على فهم قدرات الشبكة في أي وقت. وهذا من شأنه أن يسمح للشبكة، من خلال تعلم المتطلبات الأساسية للتطبيق، باستغلال القدرات الجديدة واختيار بروتوكولات الشبكة التي تلبي تلك المتطلبات ديناميكيًا.

باعتبارها المبدأ الرئيسي للنظرية المعرفية، يتم تطبيق الحلقة المعرفية في شبكات التعرف على الأنماط. تعتمد الدرجة التي يمكن للعقدة من خلالها التعرف على الأنماط على موضعها المنطقي ومستوى موقعها في الشبكة. وبناءً على ذلك، مثل شبكة WSN، يمكن اعتبار الشبكة المعرفية بمثابة شبكة ديناميكية متكاملة. لذلك، من الممكن تطبيق التكنولوجيا المعرفية في شبكات WSN، مما يؤدي بالتالي إلى تطوير شبكات WSN.

تعد الشبكة اللاسلكية المعرفية ذاتية التنظيم نقطة النهاية الطبيعية لتطوير شبكة WSN الحديثة. ومع ذلك، فإن الشبكات المعرفية تستجيب بشكل أسرع بكثير من الشبكات ذاتية التنظيم لأنها يجب أن تكون قادرة على التعلم والتخطيط وبالتالي هناك حاجة أكبر للاستبطان. يمكن للمرء أن يجادل بأن الشبكة المعرفية التي تعمل بكامل طاقتها هي تطور طبيعي لشبكة WSN.

لنفكر في أبسط مثال للتحكم في التوجيه في شبكة لاسلكية معرفية ذاتية التنظيم. وكمثال على الحاجة إلى تكييف النظام بأكمله، يتم النظر في جلسة نقل البيانات في شبكة ذاتية التنظيم بين العقدة الصادرة S1 والعقدة الوجهة D1، كما هو موضح في الشكل 1. 1.10. لا تتمتع العقدة الأصلية S1 بالطاقة الكافية لنقل البيانات مباشرة إلى D1. لذلك، يجب أن تنقل البيانات إلى العقدة الوجهة فقط من خلال العقد الوسيطة مثل R1 وR2.

أرز. 1.10. التحكم في التوجيه في شبكة Ad-Nos المعرفية

من المفترض أن تكون الدائرة من المصدر إلى الوجهة ذات احتمالية عالية للإرسال الناجح. ستحدد طبقة التوجيه المسارات بناءً على الحد الأدنى لعدد العقد الوسيطة، والتي تتضمن في هذه الحالة إما R1 أو R2. تقوم Node S1 بإجراء تكيف لطبقة الارتباط لتحديد R1 أو R2 بناءً على نسبة الإشارة إلى الضوضاء وأقل احتمال لفشل الاتصال. من وجهة نظر طبقة الارتباط عند العقدة S1، يوفر هذا أعلى احتمال لوصول الحزم المرسلة بشكل صحيح إلى عقد الترحيل. ومع ذلك، بدون معلومات إضافية، لا يضمن هذا الاختيار احتمالية تسليم البيانات المرسلة من S1 إلى D1.

على عكس تكييف عناصر الشبكة الفردية، تستخدم الشبكة المعرفية المعلومات من جميع العقد لحساب الاحتمال الإجمالي لفشل الاتصال على المسار من العقدة S1 إلى D1 عبر العقدتين R1 وR2. وهذا يُظهر ميزة اتباع نهج أكثر عالمية، ولكن الشبكة المعرفية تتمتع أيضًا بميزة أخرى: قدرتها على التعلم. لنفترض أن محرك الإدراك يقيس الإنتاجية من المصدر إلى الوجهة لتقييم فعالية القرارات السابقة، وتقوم العقدتان S1 وS2 بتوجيه حركة المرور الخاصة بهما في كلا الاتجاهين من خلال العقدة R2 لأن هذا يلبي متطلبات الحد الأدنى من احتمال فشل الاتصال. من المفترض الآن أن R2 أصبح ممتلئًا بسبب الحجم الكبير لحركة المرور القادمة من S2. يصبح هذا واضحًا عند دراسة الإنتاجية بناءً على رسائل العقدتين S1 وS2. تدرك آلية التعلم أن الحل السابق لم يعد الأمثل، ويتم توجيه العملية المعرفية نحو توليد حل مختلف. من الواضح أن الشبكة المعرفية لا تعرف أن هناك تجاوزًا في العقدة R2 لأننا لم ندرج هذه المعلومات كملاحظة. ومع ذلك، فإن الشبكة قادرة على استنتاج احتمال وجود مشكلات بسبب انخفاض الإنتاجية، ومن ثم الاستجابة للازدحام، ربما عن طريق إعادة توجيه حركة المرور عبر العقدتين R1 و/أو R3. يوضح هذا المثال إمكانات الشبكات المعرفية لتحسين التشغيل المستمر والقدرة على الاستجابة للظروف غير المتوقعة. لا يعتمد بروتوكول توجيه الشبكة المعرفية على نهج خوارزمي بحت، وهو قادر على تحديد وضع تشغيل فعال حتى في المواقف غير المتوقعة.

فهرس

1- ويغلينسكي أ.م.، نيكوفي م.، هو ي.ت. (المحررين). الاتصالات والشبكات الراديوية المعرفية: المبادئ والممارسة، الصحافة الأكاديمية | 2009، 736 صفحة.

2- أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتنقلة Komashinsky V.I. مع نقل حزم المعلومات./ V.I. كوماشينسكي، أ.ف. ماكسيموف // سانت بطرسبرغ: دار نشر ليم، 2006. - 238 ص.

3- Cordeiro C. IEEE 802.22: أول معيار لاسلكي عالمي يعتمد على الراديو المعرفي / C Cordeiro, K. Challapali, D. Birru, Sai Shankar // ندوة IEEE الدولية الأولى حول الحدود الجديدة في شبكات الوصول إلى الطيف الديناميكي (DySPAN 2005)، نوفمبر. 2005. ص328-337.

4- بارانوف ف.ب. توليف البرامج الدقيقة الآلي. م: المعرفة، 1997.-376 ص.

5- Kucheryavyi A.E. شبكات التنظيم الذاتي والخدمات الجديدة / A.E. مجعد // Electrosvyaz، رقم 1 2009. ص 19-23.

6- صدمات الشبكات المعرفية. وقائع ندوة DARPA التقنية، مارس 2004. الصفحات من 9 إلى 11.