Trådløse selvorganiserende netværk. Kognitive trådløse selvorganiserende netværk

Et selvorganiserende netværk er et netværk, der ikke har en specifik struktur, der ændrer og fordeler funktioner mellem noder, når en ny enhed tilsluttes, arten af ​​trafik ændres osv.

2. Tilblivelses- og udviklingshistorie

Historien om moderne selvorganiserende netværk begynder i 1970'erne med oprettelsen af ​​PRNET (Packet Radio Networks), finansieret af det amerikanske forsvarsministerium. Målet med at skabe selvorganiserende netværk var at kunne arbejde online, få adgang til internettet hvor som helst, selv på farten, uden at være afhængig af en fast netværksinfrastruktur.

Med udviklingen af ​​omsiggribende netværk opstod behovet for at bruge en ny type netværk, uden en stabil struktur og i stand til at tilpasse sig kommunikationskanalernes skiftende karakteristika. Disse begyndte at blive kaldt selvorganiserende. De første kommercielle selvorganiserende mobilnetværk blev implementeret i USA og Japan i 2009-2010.

Selvorganiserende netværk, afhængigt af hastigheden af ​​selvorganisering og andelen af ​​mennesker, der deltager i det, er opdelt i mål (ad hoc) og mesh (mesh) netværk. Oversat fra latin betyder "ad hoc" bogstaveligt "til dette formål, især til denne lejlighed." Den største forskel mellem ad hoc- og mesh-netværk er, at ad hoc som regel klassificeres som terminalnetværk, og Mesh er klassificeret som transit, selvom denne opdeling er meget vilkårlig, men er i øjeblikket accepteret.

3. Specifikationer

Et selvorganiserende netværk har følgende egenskaber:

Selvkonfiguration – genkendelse og registrering af nye tilsluttede enheder på netværket. Samtidig justerer naboer automatisk deres tekniske parametre (for eksempel strålingseffekt, antennehældning osv.).

Selvoptimering – tilpasning af enhedsparametre, når netværksparametre ændres: antal brugere, signalniveau, niveau af ekstern interferens mv.

Selvhelbredende - automatisk detektion og eliminering af fejl: omfordeling af funktioner mellem enheder, når nogen netværksknuder ikke øger netværksfejltolerancen.

Routingalgoritmer til selvorganiserende netværk:

Proaktiv routing – tilstedeværelsen af ​​konstant opdaterede komplette lister over destinationsadresser og ruter til dem.

Reaktiv routing – ruter bygget efter behov, dvs. ved tilstedeværelse af trafik beregnet til en bestemt modtager, ved hjælp af afstemninger af naboknudepunkter og nabodetektionsalgoritmer.

Hybrid routing er en kombination af elementer af proaktiv og reaktiv routing. De der. gemme en tabel over nogle modtagere og derefter polle dem efter behov, efterhånden som det bliver nødvendigt at bygge andre ruter.

For at organisere et selvorganiserende netværk er de oftest brugte protokoller Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee og til routing - AODV, SAODV, ZRP, OLSR, LAR.

4. Ansøgningssager

Hurtig implementering af sensornetværk i nødsituationer: for eksempel at søge efter ofre, analysere omfanget af katastrofen osv. I lokale netværk (HANET netværk), for eksempel ved oprettelse af et bygningsautomationssystem, hjemmeautomatiseringssystem, lokale positioneringssystemer (RTLS).

I transportsektoren for systemet med smart transport og smart trafik - VANET-netværk. På overfyldte steder at aflæse basestationer og sikre kommunikation af mobile enheder direkte uden deltagelse af basestationer (MANET).

5. Nyttige links

Kilder:

Hvis vi i tilfælde af et "traditionelt" trådløst netværk skal installere en ofte dyr infrastruktur af basestationer, så er i tilfælde af selvorganiserende netværk et eller flere adgangspunkter tilstrækkeligt.

Essensen af ​​selvorganiserende netværk er at give abonnenten mulighed for at få adgang til forskellige netværkstjenester ved at transmittere og modtage "deres" trafik gennem naboabonnenter.

Selvorganiserende kommunikationsnetværk er netværk med en foranderlig decentral infrastruktur. Generelt har disse netværk fordelene ved bred dækning og en teoretisk bred abonnentbase uden et stort antal dyre basestationer og øget signaleffekt.

Enkelt sagt består strukturen af ​​det enkleste selvorganiserende netværk af et stort antal abonnenter i et bestemt område, som blot kan kaldes netværkets dækningsområde, og et eller flere adgangspunkter til eksterne netværk. Hver abonnentenhed har, afhængig af dens effekt, sit eget handlingsområde. Hvis en abonnent, der er "i periferien", sender en pakke til en abonnent placeret i midten af ​​netværket eller til et adgangspunkt, den såkaldte multi-hop-proces med at transmittere pakken gennem noder placeret langs stien til en foruddefineret rute opstår. Således kan vi sige, at hver ny abonnent ved hjælp af sine ressourcer øger netværkets rækkevidde. Derfor kan strømmen af ​​hver enkelt enhed være minimal. Og dette indebærer både lavere omkostninger til abonnentenheder og bedre indikatorer for sikkerhed og elektromagnetisk kompatibilitet.

I øjeblikket er der en bred vifte af forskning og anvendelser af selvorganiserende netværk inden for følgende områder:

Militær kommunikation;

Intelligente transportsystemer;

Lokale netværk;

Sensor netværk;

Alle disse områder vil blive diskuteret i de følgende artikler.

I øjeblikket er der flere "kerne"-teknologier til selvorganiserende netværk:

1.Bluetooth

Selvorganiserende enheder baseret på Bluetooth består af master- og slave-enheder (disse roller kan kombineres), der er i stand til at transmittere data i både synkrone og asynkrone tilstande. Synkron transmissionstilstand involverer direkte kommunikation mellem master- og slaveenheder med en tildelt kanal og adgangstidsslots. Denne tilstand bruges i tilfælde af tidsbegrænsede transmissioner. Asynkron tilstand involverer udveksling af data mellem en master og flere slaveenheder ved hjælp af pakkedataoverførsel. Bruges til at organisere piconetter. Én enhed (både master og slave) kan understøtte op til 3 synkrone forbindelser.

I synkron tilstand er den maksimale dataoverførselshastighed 64 kbit/s. Den maksimale transmissionshastighed i asynkron tilstand er 720 kbit/s.

Fordele ved Bluetooth-baserede netværk:

mulighed for hurtig implementering;

relativt lavt strømforbrug for abonnentenheder;

en bred vifte af enheder, der understøtter denne teknologi.

Netværks ulemper:

lille handlingsområde (rækkevidden af ​​en abonnentenhed er 0,1 - 100 m);

lave dataoverførselshastigheder (til sammenligning: i WiFi-netværk er dette tal 11 - 108 Mbit/s);

mangel på frekvensressource.

Måske vil sidstnævnte problem blive løst med udgivelsen af ​​Bluetooth 3.0 enheder, hvor det antages, at det vil være muligt at anvende alternative protokoller på MAC og fysisk niveau med henblik på accelereret transmission af Bluetooth profiler (AMP). Især 802.11 standardprotokoller kan bruges.

Baseret på ovenstående kan vi konkludere, at Bluetooth-baserede netværk kun er anvendelige på overfyldte steder (for eksempel i bycentre, små kontorer, butikker). Et sådant netværk kan f.eks. bruges til at organisere videoovervågning på et lille anlæg.

802.11-netværk blev oprindeligt tænkt som en måde at erstatte kablede netværk på. Men relativt høje transmissionshastigheder (op til 108 Mbit/s) gør det lovende til mulig brug i de selvorganiserende netværk, hvor det er nødvendigt at transmittere store mængder information i realtid (f.eks. videosignaler).

I 2007 blev et udkast til version af 802.11s-standarden først udgivet, som definerede hovedkarakteristikaene ved selvorganiserende WiFi-baserede netværk.

I modsætning til traditionelle WiFi-netværk, hvor der kun er to typer enheder - "adgangspunkt" og "terminal", antager 802.11s-standarden tilstedeværelsen af ​​såkaldte "netværksknuder" og "netværksportaler". Noder kan kommunikere med hinanden og understøtte forskellige tjenester. Noder kan kombineres med adgangspunkter, mens portaler tjener til at forbinde til eksterne netværk.

Baseret på eksisterende 802.11-standarder er det muligt at bygge MANET-netværk (mobile selvorganiserende netværk), hvis kendetegn er et stort dækningsområde (flere kvadratkilometer).

Problemer, der kræver særlig opmærksomhed i den videre udvikling af selvorganiserende WiFi-baserede netværk, kan opdeles i følgende klasser:

Båndbredde problemer;

Problemer med netværksskalerbarhed.

3.ZigBee

802.15.4 (ZigBee)-standarden beskriver kommunikationsnetværk med lav hastighed og kort rækkevidde med sendeenheder med lav effekt. Der tilbydes brug af tre frekvensområder: 868-868,6 MHz, 902-928 MHz, 2,4-2,4835 GHz.

Kanaladgangsmetoden bruger DSSS med forskellige sekvenslængder for 868/915- og 2450 MHz-båndene.

Datahastigheder varierer fra 20 til 250 kbps.

Ifølge standarden understøtter ZigBee-netværket arbejde med stjerne- og hver-til-hver-topologier.

Der er to typer af transceiver-enheder: fuld-featured (FFD) og non-full-featured (RFD). Den grundlæggende forskel mellem disse enheder er, at FFD'er kan kommunikere direkte med enhver enhed, mens RFD'er kun kan kommunikere med FFD'er.

Et ZigBee-netværk kan bestå af flere klynger dannet af FFD-enheder.

ZigBee-netværk kan fungere i mesh-tilstand. Det antages, at hver netværksknude (netværksknudepunktet danner en FFD-enhed, RFD'er fungerer som såkaldte sensorer) konstant overvåger tilstanden af ​​naboknudepunkter, og opdaterer deres routingtabeller om nødvendigt.

I modsætning til alle tidligere versioner af ad hoc-netværk er ZigBee designet til lave dataoverførselshastigheder, og der er ingen problemer med muligheden for at øge dem.

I en tid med kommunikationsenheder, sociale netværk og andre tjenester synes kommunikation på afstand og øjeblikkelig udveksling af information at være noget, der tages for givet. Men evnen til at forblive forbundet præcis i de øjeblikke, hvor kommunikationsinfrastrukturen er forstyrret, bliver særlig vigtig. For eksempel i Haiti, efter det nylige katastrofale jordskælv, viste det sig, at det vigtigste kommunikationsmiddel var satellittelefoner leveret af nødhjælpstjenester. Men det er ikke kun store naturkatastrofer, der kan lamme den cellulære infrastruktur; selv et simpelt strømafbrydelse kan gøre vores mobile enheder til ubrugeligt legetøj.
I sådanne tilfælde bliver oprettelse af et trådløst selvorganiserende (eller dynamisk eller ad hoc) netværk en stadig mere attraktiv mulighed. En sådan struktur danner sig selv, når specielt programmerede mobiltelefoner eller andre kommunikationsenheder er inden for direkte adgang. Hver af dem udfører funktionerne af både en sender og en modtager i et dynamisk netværk, og fungerer også, hvilket er meget vigtigt, som et relæpunkt for alle nærliggende enheder. Enheder, der er adskilt af en afstand, der er større end den direkte kommunikationsrækkevidde, kan kommunikere med hinanden, hvis andre enheder, der er placeret imellem dem, er villige til at hjælpe dem og sender beskeder langs kæden, som spande i en ild. Med andre ord fungerer hver node i netværket både som kommunikatør for sine egne beskeder og som et element af infrastruktur for beskeder fra andre noder.
Katastrofehjælp er blot en mulig funktion af selvorganiserende netværk. De vil være nyttige, hvor det ville være for tidskrævende, vanskeligt eller dyrt at etablere en permanent base. Militæret har investeret mange penge i at udvikle selvorganiserende systemer til brug på slagmarken. Dynamiske netværk i dit hjem vil gøre det muligt for apparater at finde og kommunikere med hinanden, hvilket eliminerer behovet for at føre ledninger ind i soveværelset eller kontoret. Fjerntliggende bebyggelser og naboer med lav indkomst kunne modtage bredbåndsinternetadgang via trådløse ad hoc-netværk. Forskere, der studerer økologiske mikrohabitater i trætoppe eller hydrotermiske åbninger på havbunden, kunne placere sensorer på interessepunkter uden at bekymre sig om, hvorvidt de kunne "høre" hinanden, eller hvordan informationen ville komme ind i deres computer.
Udviklingen af ​​sådanne netværk har stået på i mere end tre årtier, men først i de seneste år har fremskridt inden for netværksteori ført til skabelsen af ​​de første fungerende systemer i stor skala. I San Francisco har et nyt firma, Meraki Network, forbundet 400.000 byboere til internettet gennem deres Free the Net-system, baseret på trådløs ad hoc-netværksteknologi. Bluetooth-komponenter i mobiltelefoner, computerspilsystemer og bærbare computere kommunikerer med hinanden uden kablede forbindelser eller speciel konfiguration ved hjælp af dynamiske netværksteknologier. Selvorganiserende netværk er installeret på en række fjerntliggende eller ugæstfrie steder for at indsamle information fra trådløse sensorer med lav effekt. Der kræves stadig en række tekniske gennembrud, for at sådanne netværk kan blive udbredt, men der er allerede gjort fremskridt på flere fronter.

Mobilnetværk
Trådløse selvorganiserende netværk er stadig sjældne. For at forstå årsagen til deres langsomme adoption er det nyttigt at se på forskellene mellem nye teknologier som mobiltelefoner og Wi-Fi. Når du ringer til en ven på din mobiltelefon, involverer den trådløse kommunikation kun hver af de tilsluttede telefoner og det nærmeste mobiltårn (basestation) til den. Tårnene er stationære og forbundet med et omfattende netværk af ledninger og kabler. Trådløse LAN'er, især Wi-Fi, bruger også faste antenner og kablede forbindelser.
Denne tilgang har både fordele og ulemper. For at overføre information kræves energi, og i klassiske trådløse netværk lagres den i batterierne på mobile enheder (for eksempel telefoner og bærbare computere), og den maksimalt mulige del af kommunikationsbelastningen placeres på den stationære infrastruktur, drevet fra lysnettet. Trådløs båndbredde er også en fast og begrænset ressource. I traditionelle trådløse netværk spares båndbredde ved at transmittere det meste af informationen via kablede links. Ved at bruge fast infrastruktur kan du skabe større og mere pålidelige telefon- og WiFi-kommunikationsressourcer i områder, hvor behovet er størst.
Brugen af ​​en fast infrastruktur gør imidlertid disse netværk sårbare: deres drift afbrydes i tilfælde af strømafbrydelser og andre fejl, selvom individuelle telefoner og andre mobile enheder inden for netværksdækningen fungerer korrekt. Pålideligheden af ​​dynamiske netværk er meget højere. Hvis en mobilenhed går offline, ændrer de andre netværket på en sådan måde, at de kompenserer for det tabte element i videst muligt omfang. Efterhånden som enheder tilsluttes og afbrydes, justerer netværket og "helbreder" sig selv.
Men en sådan omkonfiguration kommer ikke forgæves. Netværket skal transmittere information på en sådan måde, at meddelelsen kan rekonstrueres, selvom nogle led i kommunikationskæden mellem afsender og adressat under overførslen af ​​meddelelsen holder op med at fungere. Systemet skal bestemme den optimale vej til at levere beskeden til modtageren, selvom den afsendende enhed ikke er i stand til at bestemme modtagerens placering. Derudover skal netværket klare den uundgåelige støj fra mange enheder, der samtidig sender beskeder.

Trådløse selvorganiserende netværk (andre navne: trådløse ad hoc-netværk, trådløse dynamiske netværk) er decentraliserede trådløse netværk, der ikke har en permanent struktur. Klientenheder opretter forbindelse i farten og danner et netværk. Hver netværksknude forsøger at videresende data beregnet til andre knudepunkter. I dette tilfælde foretages bestemmelsen af, hvilken node der skal sendes data til, dynamisk baseret på netværksforbindelse. Dette er i modsætning til kablede netværk og administrerede trådløse netværk, hvor opgaven med at kontrollere dataflowet udføres af routere (i kablede netværk) eller adgangspunkter (i administrerede trådløse netværk).

De første trådløse selvorganiserende netværk var "pakkeradio"-netværk, der startede i 1970'erne, finansieret af DARPA efter ALOHAnet-projektet.

Ansøgning: Minimal konfiguration og hurtig implementering tillader brugen af ​​selvorganiserende netværk i nødsituationer såsom naturkatastrofer og militære konflikter.

Afhængigt af applikationen kan trådløse selvorganiserende netværk opdeles i:

mobile selvorganiserende netværk

trådløse mesh-netværk

trådløse sensornetværk

Grundlæggende principper for trådløse ad-hoc netværk:

• - Trådløse netværk er opdelt i to kategorier - Infrastruktur-netværk (infrastruktur) og ad-hoc-netværk (specialiserede). For at forbinde flere computere til et infrastrukturnetværk, bruges routere eller gruppeadgangspunkter. Et ad-hoc-netværk bruger ikke routere eller gruppeadgangspunkter. Den består af computere, der udveksler data direkte med hinanden.
• - Ad-hoc-netværk er et sæt trådløse mobilkommunikationsknuder (stationer, brugere), der danner et dynamisk autonomt netværk ved hjælp af en fuldt mobil infrastruktur. Noderne kommunikerer med hinanden uden indgriben fra centraliserede adgangspunkter eller basestationer, så hver node fungerer som både en router og en slutbruger.
• - Et eksempel kunne være at forbinde flere computere trådløst uden et adgangspunkt. Denne forbindelsesmetode bruges ofte ved udstillinger og konferencelokaler.
• - På internettet er routere inden for centrale områder af netværket ejet af kendte operatører, og derfor forudsættes en vis grad af tillid. Men denne antagelse er ikke længere gyldig for Ad-hoc netværk, fordi Alle noder i netværket forventes at deltage i routing.

IBSS-tilstand:- IBSS-tilstand, også kaldet ad-hoc-tilstand, er til punkt-til-punkt-forbindelser. Der er faktisk to typer ad-hoc-tilstand. En af dem er IBSS-tilstand, også kaldet ad-hoc-tilstand eller IEEE ad-hoc-tilstand. Denne tilstand er defineret af IEEE 802.11-standarderne. Den anden tilstand kaldes demo ad-hoc-tilstand eller Lucent ad-hoc-tilstand (eller, nogle gange forkert, ad-hoc-tilstand). Dette er en gammel ad-hoc-tilstand før 802.11 og bør kun bruges til ældre netværk.

Kryptering:- Kryptering på et trådløst netværk er vigtigt, fordi man ikke længere har mulighed for at begrænse netværket til et godt sikret område. Dine trådløse netværksdata udsendes i hele området, så alle interesserede kan læse dem. Det er her kryptering kommer i spil. Ved at kryptere data sendt trådløst gør du det meget sværere for nogen at opsnappe dem direkte.

• - De to mest udbredte metoder til at kryptere data mellem din klient og adgangspunktet er WEP og ip-sec:
• - WEP. WEP er en forkortelse for Wired Equivalency Protocol. WEP er et forsøg på at gøre trådløse netværk lige så pålidelige og sikre som kablede netværk.
• - IP-sek. ip-sec er et meget mere pålideligt og kraftfuldt middel til at kryptere data på et netværk. Denne metode er absolut den foretrukne metode til at kryptere data på et trådløst netværk.

Hjælpeprogrammer:- Der er flere hjælpeprogrammer, der kan bruges til at konfigurere og fejlfinde et trådløst netværk:

bsd-airtools-pakke

• - bsd-airtools-pakken er et komplet sæt værktøjer, inklusive værktøjer til at teste det trådløse netværk for WEP-nøgleknakning, punktdetektering osv.
• - Bsd-airtools-værktøjerne kan installeres fra net/bsd-airtools-porten .

wicontrol, ancontrol og raycontrol hjælpeprogrammer

Disse er værktøjer, der kan bruges til at kontrollere adfærden af ​​en trådløs adapter på et netværk. Wicontrol er valgt, når den trådløse netværksadapter er wi0-grænsefladen. Hvis der er installeret en Cisco trådløs adgangsenhed, vil denne grænseflade være an0, og derefter vil en kontrol blive brugt

Understøttede adaptere: Adgangspunkter

De eneste adaptere, der i øjeblikket understøttes i BSS-tilstand (som et adgangspunkt), er dem, der er baseret på Prism 2, 2.5 eller 3 chipsættet).

802.11a og 802.11g klienter

• - Desværre er der stadig mange producenter, der ikke leverer deres driverskemaer til open source-fællesskabet, da disse oplysninger betragtes som en forretningshemmelighed. Derfor står operativsystemudviklere tilbage med to muligheder: udvikle drivere gennem en lang og kompleks reverse engineering-proces eller brug eksisterende drivere til Microsoft® Windows-platforme.
• - Takket være indsatsen fra Bill Paul (wpaul) er der "gennemsigtig" understøttelse af Network Driver Interface Specification (NDIS). FreeBSD NDISulator (også kendt som Project Evil) konverterer den binære Windows-driver, så den fungerer ligesom den gør på Windows. Denne funktion er stadig relativt ny, men den fungerer tilstrækkeligt i de fleste tests.

Den grundlæggende infrastruktur for det moderne internet er kendt for at blive administreret og vedligeholdt af snesevis af organisationer, hvoraf nogle er kontrolleret af den amerikanske regering. Ikke alle kan lide denne situation, og derfor har it-specialister i flere år nu diskuteret alternative måder at organisere globale informationsnetværk på.

Der er to hovedtrusler mod sikker informationsudveksling i elektroniske netværk: uautoriseret adgang til private data og interferens med driften af ​​udstyr og enheder for at forstyrre deres aktivitet og endda deaktivere dem.

En mulig reaktion på disse trusler ligger i udbredelsen af ​​en ny type telekommunikation - uafhængige, decentraliserede netværk, hvor hver enhed er en fuldgyldig deltager og bærer sin del af ansvaret for netværkets funktion. Denne type informationsnetværk kaldes AHN (ad hoc netværk).

Hovedproblemet, der tidligere forhindrede implementeringen af ​​sådanne netværk på globalt plan, stammede fra den lave ydeevne af enheder og "snævre" kommunikationskanaler: routing og transmission af data, der er nødvendige for driften af ​​et ad hoc-netværk, optager systemressourcer og placerer højt krav til båndbredden af ​​den kanal, der forbinder enhederne indbyrdes. I dag har mange enheder ikke disse mangler, hvilket betyder, at vi i de kommende år bør forvente fremkomsten af ​​eksperimentelle ad hoc-netværk bestående af tusindvis af enheder.

Og om et par årtier kan trådløse eller mobile ad hoc-netværk (MANET'er, mobile ad hoc-netværk) meget vel blive en nødvendig betingelse for sikker drift af fremtidige transportsystemer, som vil forbinde et stort antal robotbiler, -fly og tog. Hvert køretøj i et sådant system vil modtage navigation og anden information direkte fra sine naboer: dette kan sikre pålidelig og kontinuerlig kommunikation for autonome køretøjer.

Trådløse selvorganiserende netværk (MANET-Mobile Ad-Hoc Networks) repræsenterer arkitekturen af ​​mobile radionetværk, som forudsætter fraværet af en fast netværksinfrastruktur (basestationer) og centraliseret styring. Disse netværk blev særligt attraktive med fremkomsten af ​​trådløse standarder og netværksteknologier (Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX). Baseret på de allerede eksisterende standarder 802.11 og 802.16 er det muligt at bygge trådløse selvorganiserende netværk i bymæssig målestok, hvis kendetegn er et stort dækningsområde (flere kvadratkilometer).

Et trådløst selvorganiserende netværk (WSN) er karakteriseret ved dynamiske ændringer i topologi, begrænset båndbredde, begrænset batteristrøm i noder, heterogenitet af noderessourcer, begrænset sikkerhed osv. For nylig er WSN-netværk dog begyndt at blive brugt i intelligente transportsystemer og til hjemmet (HANET - Home AdHoc Network), til netværk af små kontorer, til fælles databehandling af computere placeret i et lille område. Selvorganiserende netværk (Ad-Hoc-netværk) kan klassificeres efter deres anvendelse: - mobile trådløse selvorganiserende netværk (Mobile Ad-hoc-netværk, MANET); - Trådløse mesh-netværk (WMN);

Et mobilt trådløst ad hoc-netværk (MANET), nogle gange kaldet et mobilt mesh-netværk, er et selvkonfigurerende netværk, der består af mobile enheder. Alle noder bruger trådløse forbindelser til kommunikation (fig. 1.8).

Ris. 1.8. Eksempel på WSN netværksarkitektur

Alle enheder i et WSN-netværk bevæger sig konstant, og derfor ændres forbindelserne i netværket konstant. Hver node skal udføre en routers funktioner og deltage i videresendelse af datapakker. Hovedopgaven ved at skabe et sådant netværk er at sikre, at alle enheder konstant kan opretholde ajourførte informationer til den korrekte routing af trafik. Et WSN-netværk kan også opdeles i flere klasser:

Vehicular Ad Hoc Network (VANET) er et ad hoc-netværk, der bruges til at kommunikere mellem køretøjer og vejkantsudstyr;

Intelligent køretøj Ad-Hoc netværk (InVANET) er en slags kunstig intelligens, der hjælper med at styre en bil i forskellige uforudsete situationer;

Internet Based Mobile Ad hoc Network (iMANET) er et WSN-netværk, der forbinder mobile noder med faste internetgateways.

Trådløse mesh-netværk er en speciel type ad-hoc-netværk, der har en mere planlagt konfiguration. Mesh-netværk består af klienter, routere og gateways (figur 1.9). Den største forskel er, at trådløse noder ikke bevæger sig i rummet, mens de er i drift. Hovedforskellen mellem MANET- og Mesh-netværk er, at MANET som regel refererer til et terminalnetværk, dvs. til et netværk uden transitfunktioner og et Mesh-netværk til et transitnetværk, selvom denne opdeling er meget vilkårlig, men er i øjeblikket accepteret. I overensstemmelse med de mere komplekse funktioner i et Mesh-netværk skelnes der også mellem forældre- og underordnede internetnetværk, når de opbygges.

Ris. 1.9. Eksempel på et trådløst mesh-netværk

I øjeblikket er der en enorm videnskabelig og anvendt interesse for at skabe selvorganiserende, selvhelbredende netværk.

Som nævnt ovenfor anses en af ​​de mest relevante kandidater til implementering af kognitive trådløse netværk for at være trådløse selvorganiserende netværk.

Ramming hævder, at et WSN-netværk kræver en ny type netværksteknologi kaldet kognitiv teknologi. Han argumenterer for, at et sådant netværk skal forstå applikationens opgaver, og applikationen er i stand til at forstå netværkets muligheder til enhver tid. Dette ville gøre det muligt for netværket, ved at lære de grundlæggende krav til applikationen, at udnytte nye muligheder og dynamisk vælge netværksprotokoller, der opfylder disse krav.

Som hovedprincippet i kognitiv teori anvendes den kognitive loop i netværk til mønstergenkendelse. I hvilken grad en node kan genkende mønstre afhænger af dens logiske position og placeringsniveau i netværket. Baseret på dette kan et kognitivt netværk ligesom et WSN-netværk betragtes som et dynamisk integrerende netværk. Derfor er det muligt at anvende kognitiv teknologi i WSN'er, hvilket følgelig fører til udvikling af WSN'er.

Et kognitivt trådløst selvorganiserende netværk er det naturlige slutpunkt for udviklingen af ​​et moderne WSN-netværk. Kognitive netværk reagerer dog meget hurtigere end selvorganiserende netværk, fordi de skal kunne lære og planlægge og derfor er der et større behov for introspektion. Man kan argumentere for, at et fuldt fungerende kognitivt netværk er en naturlig udvikling af et WSN-netværk.

Lad os overveje det enkleste eksempel på routingkontrol i et kognitivt trådløst selvorganiserende netværk. Som et eksempel på behovet for at tilpasse hele systemet betragtes en datatransmissionssession i et selvorganiserende netværk mellem den udgående node S1 og destinationsknuden D1, som vist i fig. 1.10. Det oprindelige knudepunkt S1 har ikke nok strøm til at transmittere data direkte til D1. Derfor skal den kun transmittere data til destinationsknuden gennem mellemliggende knudepunkter såsom R1 og R2.

Ris. 1.10. Routing kontrol i det kognitive Ad-Nos netværk

Kredsløbet fra kilde til destination antages at have en høj sandsynlighed for vellykket transmission. Routinglaget vil bestemme ruter baseret på et minimum antal mellemliggende noder, som i dette tilfælde inkluderer enten R1 eller R2. Node S1 udfører linklagstilpasning for at vælge R1 eller R2 baseret på signal-til-støj-forholdet og den laveste sandsynlighed for kommunikationsfejl. Fra linklagets synspunkt ved knudepunktet S1 giver dette den højeste sandsynlighed for, at transmitterede pakker ankommer korrekt til relæknuderne. Uden yderligere information garanterer dette valg dog ikke sandsynligheden for levering af de transmitterede data fra S1 til D1.

I modsætning til tilpasning af individuelle netværkselementer, bruger det kognitive netværk information fra alle knudepunkter til at beregne den samlede sandsynlighed for kommunikationsfejl på vejen fra knudepunkt S1 til D1 gennem knudepunkter R1 og R2. Dette viser fordelen ved en mere global tilgang, men det kognitive netværk har også en anden fordel: dets evne til at lære. Antag, at kognitionsmotoren måler gennemløbet fra kilde til destination for at evaluere effektiviteten af ​​tidligere beslutninger, og noderne S1 og S2 dirigerer deres trafik i begge retninger gennem knudepunktet R2, da dette opfylder kravet om en minimumssandsynlighed for kommunikationsfejl. Det antages nu, at R2 er ved at være fuld på grund af den høje trafikmængde, der kommer fra S2. Dette bliver indlysende, når man studerer gennemløbet baseret på meddelelserne fra noderne S1 og S2. Læringsmekanismen erkender, at den tidligere løsning ikke længere er optimal, og den kognitive proces er rettet mod at generere en anden løsning. Det kognitive netværk ved tydeligvis ikke, at der er et overløb ved node R2, fordi vi ikke inkluderede denne information som en observation. Netværket er dog i stand til at udlede, at der kan være problemer på grund af reduceret gennemløb, og reagerer derefter på overbelastningen, måske ved at omdirigere trafik gennem knudepunkter R1 og/eller R3. Dette eksempel illustrerer kognitive netværks potentiale til at optimere kontinuerlig drift og evnen til at reagere på uforudsete omstændigheder. Den kognitive netværksroutingprotokol er ikke baseret på en rent algoritmisk tilgang og er i stand til at vælge en effektiv driftstilstand selv i uventede situationer.

Bibliografi

1- Wyglinski A.M., Nekovee M., Hou Y.T. (Redaktører). Kognitiv radiokommunikation og netværk: principper og praksis, Academic Press | 2009, 736 sider.

2- Komashinsky V.I. Mobilradiokommunikationssystemer med pakketransmission af information./ V.I. Komashinsky, A.V. Maksimov // St. Petersburg: Lem Publishing House, 2006. - 238 s.

3- Cordeiro C. IEEE 802.22: den første verdensomspændende trådløse standard baseret på kognitiv radio / C Cordeiro, K. Challapali, D. Birru, Sai Shankar // First IEEE International Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN 2005), nov. 2005. P.328-337.

4- Baranov V.P. Syntese af mikroprogramautomater. M.: Viden, 1997.-376 s.

5- Kucheryavyi A.E. Selvorganiserende netværk og nye tjenester / A.E. Curly // Electrosvyaz, nr. 1 2009. S. 19-23.

6- Ramming S. Kognitive netværk. Proceedings of DARPA Tech Symposium, marts 2004. s.9-11.