• hjem
  •  > 
  • Verktøy
  •  > 
  • Trådløse selvorganiserende nettverk. Kognitive trådløse selvorganiserende nettverk

Trådløse selvorganiserende nettverk. Kognitive trådløse selvorganiserende nettverk

Et selvorganiserende nettverk er et nettverk som ikke har en spesifikk struktur, som endrer og distribuerer funksjoner mellom noder når en ny enhet kobles til, trafikkens natur endres osv.

2. skapelses- og utviklingshistorie

Historien til moderne selvorganiserende nettverk begynner på 1970-tallet med etableringen av PRNET (Packet Radio Networks), finansiert av det amerikanske forsvarsdepartementet. Målet med å lage selvorganiserende nettverk var å kunne jobbe online, få tilgang til Internett hvor som helst, selv på farten, uten å stole på en fast nettverksinfrastruktur.

Med utviklingen av gjennomgripende nettverk oppsto behovet for å bruke en ny type nettverk, uten en stabil struktur og i stand til å tilpasse seg de skiftende egenskapene til kommunikasjonskanaler. Disse begynte å bli kalt selvorganiserende. De første kommersielle selvorganiserende mobilnettverkene ble distribuert i USA og Japan i 2009-2010.

Selvorganiserende nettverk, avhengig av hastigheten på selvorganisering og andelen mennesker som deltar i det, er delt inn i mål (ad hoc) og mesh (mesh) nettverk. Oversatt fra latin betyr "ad hoc" bokstavelig talt "for dette formålet, spesielt for denne anledningen." Hovedforskjellen mellom ad hoc- og mesh-nettverk er at ad hoc som regel er klassifisert som terminalnettverk, og Mesh er klassifisert som transitt, selv om denne inndelingen er veldig vilkårlig, men er for tiden akseptert.

3. Spesifikasjoner

Et selvorganiserende nettverk har følgende egenskaper:

    Selvkonfigurering – gjenkjenning og registrering av nye tilkoblede enheter på nettverket. Samtidig justerer naboene automatisk sine tekniske parametere (for eksempel strålingseffekt, antennetilt osv.).

    Selvoptimering – tilpasning av enhetsparametere når nettverksparametere endres: antall brukere, signalnivå, nivå av ekstern interferens, etc.

    Selvhelbredende - automatisk deteksjon og eliminering av feil: omfordeling av funksjoner mellom enheter når noen nettverksnoder ikke klarer å øke nettverksfeiltoleransen.

Rutingalgoritmer for selvorganiserende nettverk:

    Proaktiv ruting – tilstedeværelsen av konstant oppdaterte komplette lister over destinasjonsadresser og ruter til dem.

    Reaktiv ruting – ruter bygget etter behov, dvs. i nærvær av trafikk beregnet på en spesifikk mottaker, ved å bruke avstemninger av nabonoder og nabodeteksjonsalgoritmer.

    Hybrid ruting er en kombinasjon av elementer av proaktiv og reaktiv ruting. De. lagre en tabell over noen mottakere, og deretter polle dem på forespørsel når det blir nødvendig å bygge andre ruter.

For å organisere et selvorganiserende nettverk er protokollene som oftest brukes Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, og for ruting - AODV, SAODV, ZRP, OLSR, LAR.

4. Søknadssaker

Rask distribusjon av sensornettverk i nødssituasjoner: for eksempel for å søke etter ofre, analysere omfanget av katastrofen, etc. I lokale nettverk (HANET-nettverk), for eksempel ved opprettelse av et bygningsautomasjonssystem, hjemmeautomatiseringssystem, lokale posisjoneringssystemer (RTLS).

I transportsektoren for systemet for smart transport og smart trafikk - VANET-nettverk. På overfylte steder for å losse basestasjoner og sikre kommunikasjon av mobile enheter direkte uten deltakelse av basestasjoner (MANET).

5. Nyttige lenker

Kilder:

Hvis vi i tilfellet med et "tradisjonelt" trådløst nettverk må distribuere en ofte kostbar infrastruktur av basestasjoner, er det i tilfellet med selvorganiserende nettverk tilstrekkelig med ett eller flere aksesspunkter.

Essensen av selvorganiserende nettverk er å gi abonnenten muligheten til å få tilgang til ulike nettverkstjenester ved å overføre og motta "deres" trafikk gjennom naboabonnenter.

Selvorganiserende kommunikasjonsnettverk er nettverk med en foranderlig desentralisert infrastruktur. Generelt har disse nettverkene fordelene med bred dekning og en teoretisk bred abonnentbase uten et stort antall dyre basestasjoner og økt signaleffekt.

Enkelt sagt består strukturen til det enkleste selvorganiserende nettverket av et stort antall abonnenter i et bestemt område, som ganske enkelt kan kalles nettverksdekningsområdet, og ett eller flere aksesspunkter til eksterne nettverk. Hver abonnentenhet, avhengig av kraften, har sitt eget handlingsområde. Hvis en abonnent, som er "i periferien", sender en pakke til en abonnent som befinner seg i midten av nettverket eller til et tilgangspunkt, vil den såkalte multi-hop-prosessen for å overføre pakken gjennom noder plassert langs banen til en forhåndsdefinert rute oppstår. Dermed kan vi si at hver ny abonnent, ved å bruke ressursene, øker rekkevidden til nettverket. Derfor kan kraften til hver enkelt enhet være minimal. Og dette innebærer både lavere kostnader for abonnentenheter og bedre indikatorer for sikkerhet og elektromagnetisk kompatibilitet.

For øyeblikket er det et bredt spekter av forskning og anvendelser av selvorganiserende nettverk på følgende områder:

Militær kommunikasjon;

Intelligente transportsystemer;

Lokale nettverk;

Sensor nettverk;

Alle disse områdene vil bli diskutert i de følgende artiklene.

For tiden er det flere "kjerne"-teknologier for selvorganiserende nettverk:

1.Bluetooth

Selvorganiserende enheter basert på Bluetooth består av master- og slaveenheter (disse rollene kan kombineres), som er i stand til å overføre data i både synkron og asynkron modus. Synkron overføringsmodus innebærer direkte kommunikasjon mellom master- og slaveenheter med en tilordnet kanal og tilgangstidsluker. Denne modusen brukes ved tidsbegrensede sendinger. Asynkron modus innebærer utveksling av data mellom en master og flere slaveenheter ved hjelp av pakkedataoverføring. Brukes til å organisere pikonetter. Én enhet (både master og slave) kan støtte opptil 3 synkrone tilkoblinger.

I synkron modus er den maksimale dataoverføringshastigheten 64 kbit/s. Maksimal overføringshastighet i asynkron modus er 720 kbit/s.

Fordeler med Bluetooth-baserte nettverk:

    mulighet for rask distribusjon;

    relativt lavt strømforbruk til abonnentenheter;

    et bredt spekter av enheter som støtter denne teknologien.

Nettverksulemper:

    lite handlingsområde (rekkevidden til en abonnentenhet er 0,1 - 100 m);

    lave dataoverføringshastigheter (til sammenligning: i WiFi-nettverk er dette tallet 11 - 108 Mbit/s);

    mangel på frekvensressurs.

Kanskje vil det siste problemet løses med utgivelsen av Bluetooth 3.0-enheter, hvor det antas at det vil være mulig å bruke alternative protokoller på MAC- og fysiske nivåer for akselerert overføring av Bluetooth-profiler (AMP). Spesielt kan 802.11 standardprotokoller brukes.

Basert på det ovennevnte kan vi konkludere med at Bluetooth-baserte nettverk bare kan brukes på overfylte steder (for eksempel i bysentre, små kontorer, butikker). Et slikt nettverk kan for eksempel brukes til å organisere videoovervåking ved et lite anlegg.

802.11-nettverk ble opprinnelig tenkt som en måte å erstatte kablede nettverk. Men relativt høye overføringshastigheter (opptil 108 Mbit/s) gjør det lovende for mulig bruk i de selvorganiserende nettverkene der det er nødvendig å overføre store mengder informasjon i sanntid (for eksempel videosignaler).

I 2007 ble et utkast til versjon av 802.11s-standarden først utgitt, som definerer hovedkarakteristikkene til selvorganiserende WiFi-baserte nettverk.

I motsetning til tradisjonelle WiFi-nettverk, der det bare er to typer enheter - "tilgangspunkt" og "terminal", antar 802.11s-standarden tilstedeværelsen av såkalte "nettverksnoder" og "nettverksportaler". Noder kan kommunisere med hverandre og støtte ulike tjenester. Noder kan kombineres med tilgangspunkter, mens portaler tjener til å koble til eksterne nettverk.

Basert på eksisterende 802.11-standarder er det mulig å bygge MANET-nettverk (mobile selvorganiserende nettverk), som har et stort dekningsområde (flere kvadratkilometer).

Problemer som krever spesiell oppmerksomhet i videreutviklingen av selvorganiserende WiFi-baserte nettverk kan deles inn i følgende klasser:

Båndbreddeproblemer;

Nettverks skalerbarhetsproblemer.

3. ZigBee

802.15.4 (ZigBee)-standarden beskriver kommunikasjonsnettverk med lav hastighet og kort rekkevidde med overføringsenheter med lav effekt. Bruken av tre frekvensområder er gitt: 868-868,6 MHz, 902-928 MHz, 2,4-2,4835 GHz.

Kanaltilgangsmetoden bruker DSSS med forskjellige sekvenslengder for 868/915- og 2450 MHz-båndene.

Datahastigheter varierer fra 20 til 250 kbps.

I henhold til standarden støtter ZigBee-nettverket arbeid med stjerne- og hver-til-hver-topologier.

Det finnes to typer sender/mottakerenheter: fullfunksjons (FFD) og ikke-fullverdig (RFD). Den grunnleggende forskjellen mellom disse enhetene er at FFD-er kan kommunisere direkte med alle enheter, mens RFD-er bare kan kommunisere med FFD-er.

Et ZigBee-nettverk kan bestå av flere klynger dannet av FFD-enheter.

ZigBee-nettverk kan fungere i mesh-modus. Det antas at hver nettverksnode (nettverksnoden danner en FFD-enhet, RFD-er fungerer som såkalte sensorer) konstant overvåker tilstanden til nabonodene, og oppdaterer rutetabellene deres om nødvendig.

I motsetning til alle tidligere versjoner av ad hoc-nettverk, er ZigBee designet for lave dataoverføringshastigheter og det er ingen problemer med muligheten for å øke dem.

I en tid med kommunikasjonsenheter, sosiale nettverk og andre tjenester ser kommunikasjon på avstand og umiddelbar utveksling av informasjon ut til å være noe som tas for gitt. Evnen til å holde kontakten nøyaktig i de øyeblikkene kommunikasjonsinfrastrukturen blir forstyrret, blir imidlertid spesielt viktig. For eksempel, i Haiti, etter det nylige katastrofale jordskjelvet, viste det seg at hovedkommunikasjonsmidlet var satellitttelefoner levert av hjelpetjenester. Men det er ikke bare store naturkatastrofer som kan lamme mobilinfrastrukturen; selv et enkelt strømbrudd kan gjøre våre mobile enheter til ubrukelige leker.
I slike tilfeller blir det å opprette et trådløst selvorganiserende (eller dynamisk eller ad hoc) nettverk et stadig mer attraktivt alternativ. En slik struktur danner seg når spesialprogrammerte mobiltelefoner eller andre kommunikasjonsenheter er innenfor direkte tilgang. Hver av dem utfører funksjonene til både en sender og en mottaker i et dynamisk nettverk, og fungerer også, som er veldig viktig, som et relépunkt for alle enheter i nærheten. Enheter som er adskilt med en avstand som er større enn den direkte kommunikasjonsrekkevidden, kan kommunisere med hverandre hvis andre enheter som befinner seg mellom dem er villige til å hjelpe dem, sende meldinger langs kjeden, som bøtter i en brann. Med andre ord, hver node i nettverket fungerer både som en kommunikator for sine egne meldinger og som et element av infrastruktur for meldinger fra andre noder.
Katastrofehjelp er bare en mulig funksjon av selvorganiserende nettverk. De vil være nyttige der det vil være for tidkrevende, vanskelig eller dyrt å etablere en permanent base. Forsvaret har investert mye penger i å utvikle selvorganiserende systemer for bruk på slagmarken. Dynamiske nettverk i hjemmet ditt vil tillate apparater å finne og kommunisere med hverandre, noe som eliminerer behovet for å føre ledninger inn på soverommet eller kontoret. Fjerntliggende bosetninger og lavinntektsnaboer kan få bredbåndstilgang til Internett gjennom trådløse ad hoc-nettverk. Forskere som studerer økologiske mikrohabitater i tretopper eller hydrotermiske ventiler på havbunnen, kunne plassere sensorer på interessante steder uten å bekymre seg for om de kunne "høre" hverandre eller hvordan informasjonen ville komme inn i datamaskinen deres.
Utviklingen av slike nettverk har pågått i mer enn tre tiår, men først de siste årene har fremskritt innen nettverksteori ført til etableringen av de første fungerende systemene i stor skala. I San Francisco har et nytt selskap, Meraki Network, koblet 400 000 byboere til Internett gjennom sitt Free the Net-system, basert på trådløs ad hoc-nettverksteknologi. Bluetooth-komponenter i mobiltelefoner, dataspillsystemer og bærbare datamaskiner kommuniserer med hverandre uten kablede tilkoblinger eller spesiell konfigurasjon ved hjelp av dynamiske nettverksteknologier. Selvorganiserende nettverk er distribuert på en rekke avsidesliggende eller ugjestmilde steder for å samle informasjon fra trådløse sensorer med lav effekt. Det kreves fortsatt en rekke tekniske gjennombrudd for at slike nettverk skal bli utbredt, men det er allerede gjort fremskritt på flere fronter.

Mobilnettverk
Trådløse selvorganiserende nettverk er fortsatt sjeldne. For å forstå årsaken til deres trege adopsjon, er det nyttig å se på forskjellene mellom nye teknologier som mobiltelefoner og Wi-Fi. Når du ringer en venn på mobiltelefonen, involverer den trådløse kommunikasjonen bare hver av de tilkoblede telefonene og nærmeste mobiltårn (basestasjon) til den. Tårnene er stasjonære og forbundet med et omfattende nettverk av ledninger og kabler. Trådløse LAN, spesielt Wi-Fi, bruker også faste antenner og kablede tilkoblinger.
Denne tilnærmingen har både fordeler og ulemper. For å overføre informasjon kreves energi, og i klassiske trådløse nettverk lagres den i batteriene til mobile enheter (for eksempel telefoner og bærbare datamaskiner), og maksimalt mulig del av kommunikasjonsbelastningen plasseres på den stasjonære infrastrukturen, drevet fra strømnettet. Trådløs båndbredde er også en fast og begrenset ressurs. I tradisjonelle trådløse nettverk spares båndbredde ved å overføre mesteparten av informasjonen over kablede lenker. Ved å bruke fast infrastruktur kan du skape større og mer pålitelige telefon- og WiFi-kommunikasjonsressurser i områder der behovet er størst.
Bruken av en fast infrastruktur gjør imidlertid disse nettverkene sårbare: driften deres forstyrres ved strømbrudd og andre feil, selv om individuelle telefoner og andre mobile enheter innenfor nettverksdekningen fungerer som de skal. Påliteligheten til dynamiske nettverk er mye høyere. Hvis en mobil enhet går offline, modifiserer de andre nettverket på en slik måte at de kompenserer for det tapte elementet i størst mulig grad. Etter hvert som enheter kobles til og fra, justerer nettverket seg og "helbreder" seg selv.
Men slik rekonfigurering kommer ikke forgjeves. Nettverket skal overføre informasjon på en slik måte at meldingen kan rekonstrueres selv om noen ledd i kommunikasjonskjeden mellom avsender og adressat under overføringen av meldingen slutter å fungere. Systemet må bestemme den optimale banen for å levere meldingen til mottakeren, selv om avsenderenheten ikke er i stand til å bestemme mottakerens plassering. I tillegg må nettverket takle den uunngåelige støyen fra mange enheter som sender meldinger samtidig.

Trådløse selvorganiserende nettverk (andre navn: trådløse ad hoc-nettverk, trådløse dynamiske nettverk) er desentraliserte trådløse nettverk som ikke har en permanent struktur. Klientenheter kobles til mens de er på farten og danner et nettverk. Hver nettverksnode prøver å videresende data beregnet på andre noder. I dette tilfellet gjøres bestemmelsen av hvilken node data skal sendes til dynamisk, basert på nettverkstilkobling. Dette i motsetning til kablede nettverk og administrerte trådløse nettverk, der oppgaven med å kontrollere dataflyten utføres av rutere (i kablede nettverk) eller tilgangspunkter (i administrerte trådløse nettverk).

De første trådløse selvorganiserende nettverkene var "pakkeradio"-nettverk som startet på 1970-tallet, finansiert av DARPA etter ALOHAnet-prosjektet.

Applikasjon: Minimal konfigurasjon og rask distribusjon tillater bruk av selvorganiserende nettverk i nødsituasjoner som naturkatastrofer og militære konflikter.

Avhengig av applikasjonen kan trådløse selvorganiserende nettverk deles inn i:

mobile selvorganiserende nettverk

trådløse mesh-nettverk

trådløse sensornettverk

Grunnleggende prinsipper for trådløse ad-hoc-nettverk:

  • - Trådløse nettverk er delt inn i to kategorier - Infrastruktur-nettverk (infrastruktur) og ad-hoc-nettverk (spesialiserte). For å koble flere datamaskiner til et infrastrukturnettverk, brukes rutere eller gruppetilgangspunkter. Et ad-hoc-nettverk bruker ikke rutere eller gruppetilgangspunkter. Den består av datamaskiner som utveksler data direkte med hverandre.
  • - Ad-hoc-nettverk er et sett med trådløse mobilkommunikasjonsnoder (stasjoner, brukere) som danner et dynamisk autonomt nettverk ved bruk av en fullt mobil infrastruktur. Nodene kommuniserer med hverandre uten innblanding fra sentraliserte tilgangspunkter eller basestasjoner, så hver node fungerer både som en ruter og en sluttbruker.
  • – Et eksempel kan være å koble flere datamaskiner trådløst uten tilgangspunkt. Denne koblingsmetoden brukes ofte på utstillinger og konferanserom.
  • – På Internett eies rutere innenfor sentrale områder av nettverket av kjente operatører og det forutsettes derfor en viss grad av tillit. Men denne antagelsen er ikke lenger gyldig for ad-hoc-nettverk, fordi Alle noder i nettverket forventes å delta i ruting.

IBSS-modus:- IBSS-modus, også kalt ad-hoc-modus, er for punkt-til-punkt-tilkoblinger. Det er faktisk to typer ad-hoc-modus. En av dem er IBSS-modus, også kalt ad-hoc-modus eller IEEE ad-hoc-modus. Denne modusen er definert av IEEE 802.11-standarder. Den andre modusen kalles demo ad-hoc-modus, eller Lucent ad-hoc-modus (eller, noen ganger feilaktig, ad-hoc-modus). Dette er en gammel ad-hoc-modus før 802.11 og bør kun brukes for eldre nettverk.

Kryptering:– Kryptering på trådløst nettverk er viktig fordi du ikke lenger har muligheten til å begrense nettverket til et godt sikret område. Dine trådløse nettverksdata kringkastes i hele området slik at alle interesserte kan lese dem. Det er her kryptering kommer inn. Ved å kryptere data som sendes over luften, gjør du det mye vanskeligere for noen å avskjære dem direkte.

  • - De to mest brukte metodene for å kryptere data mellom klienten og tilgangspunktet er WEP og ip-sec:
  • - WEP. WEP er forkortelse for Wired Equivalency Protocol. WEP er et forsøk på å gjøre trådløse nettverk like pålitelige og sikre som kablede nettverk.
  • - IP-sek. ip-sec er en mye mer pålitelig og kraftig måte å kryptere data på et nettverk. Denne metoden er definitivt den foretrukne metoden for å kryptere data på et trådløst nettverk.

Verktøy:- Det er flere verktøy som kan brukes til å konfigurere og feilsøke et trådløst nettverk:

bsd-airtools-pakken

  • - Bsd-airtools-pakken er et komplett sett med verktøy, inkludert verktøy for å teste det trådløse nettverket for WEP-nøkkelknekking, punktdeteksjon, etc.
  • - Bsd-airtools-verktøyene kan installeres fra nett/bsd-airtools-porten .

wicontrol, ancontrol og raycontrol-verktøy

Dette er verktøy som kan brukes til å kontrollere oppførselen til en trådløs adapter på et nettverk. Wicontrol velges når den trådløse nettverksadapteren er wi0-grensesnittet. Hvis en Cisco trådløs tilgangsenhet er installert, vil dette grensesnittet være an0, og deretter vil en kontroll bli brukt

Støttede adaptere: Tilgangspunkter

De eneste adaptere som for øyeblikket støttes i BSS-modus (som et tilgangspunkt) er de som er basert på Prism 2, 2.5 eller 3 brikkesett).

802.11a- og 802.11g-klienter

  • – Dessverre er det fortsatt mange produsenter som ikke gir skjematiske diagrammer av driverne sine til open source-fellesskapet, siden denne informasjonen anses som en forretningshemmelighet. Derfor står utviklere av operativsystemer igjen med to alternativer: utvikle drivere gjennom en lang og kompleks omvendt utviklingsprosess, eller bruk eksisterende drivere for Microsoft® Windows-plattformer.
  • – Takket være innsatsen til Bill Paul (wpaul), er det "transparent" støtte for Network Driver Interface Specification (NDIS). FreeBSD NDISulator (også kjent som Project Evil) konverterer den binære Windows-driveren slik at den fungerer akkurat som den gjør på Windows. Denne funksjonen er fortsatt relativt ny, men den fungerer tilstrekkelig i de fleste tester.

Den grunnleggende infrastrukturen til det moderne Internett er kjent for å bli administrert og vedlikeholdt av dusinvis av organisasjoner, hvorav noen er kontrollert av den amerikanske regjeringen. Ikke alle liker denne tilstanden, og derfor har IT-spesialister i flere år diskutert alternative måter å organisere globale informasjonsnettverk på.

Det er to hovedtrusler mot sikker informasjonsutveksling i elektroniske nettverk: uautorisert tilgang til private data og forstyrrelse av driften av utstyr og enheter for å forstyrre deres aktivitet og til og med deaktivere dem.

Et mulig svar på disse truslene ligger i spredningen av en ny type telekommunikasjon - uavhengige, desentraliserte nettverk, der hver enhet er en fullverdig deltaker og har sin del av ansvaret for nettverkets funksjon. Denne typen informasjonsnettverk kalles AHN (ad hoc-nettverk).

Hovedproblemet som tidligere forhindret distribusjon av slike nettverk på global skala stammet fra den lave ytelsen til enheter og "smale" kommunikasjonskanaler: ruting og overføring av data som er nødvendig for driften av et ad hoc-nettverk tar opp systemressurser og plasserer høyt krav til båndbredden til kanalen som kobler enhetene seg imellom. I dag har mange enheter ikke disse manglene, noe som betyr at vi i de kommende årene bør forvente fremveksten av eksperimentelle ad hoc-nettverk bestående av tusenvis av enheter.

Og i løpet av et par tiår kan trådløse eller mobile ad hoc-nettverk (MANETs, ​​​​Mobile ad hoc-nettverk) godt bli en forutsetning for sikker drift av fremtidige transportsystemer, som vil koble sammen et stort antall robotbiler, fly og tog . Hvert kjøretøy i et slikt system vil motta navigasjon og annen informasjon direkte fra naboene: Dette kan sikre pålitelig og kontinuerlig kommunikasjon for autonome kjøretøy.

Trådløse selvorganiserende nettverk (MANET-Mobile Ad-Hoc Networks) representerer arkitekturen til mobile radionettverk, som forutsetter fravær av en fast nettverksinfrastruktur (basestasjoner) og sentralisert administrasjon. Disse nettverkene ble spesielt attraktive med fremkomsten av trådløse standarder og nettverksteknologier (Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX). Basert på de allerede eksisterende standardene 802.11 og 802.16, er det mulig å bygge trådløse selvorganiserende nettverk i urban skala, hvis kjennetegn er et stort dekningsområde (flere kvadratkilometer).

Et trådløst selvorganiserende nettverk (WSN) er preget av dynamiske endringer i topologi, begrenset båndbredde, begrenset batterikraft i noder, heterogenitet av noderessurser, begrenset sikkerhet, etc. Imidlertid har WSN-nettverk nylig begynt å bli brukt i intelligente transportsystemer og for hjemmet (HANET - Home AdHoc Network), for nettverk av små kontorer, for felles databehandling av datamaskiner plassert i et lite område. Selvorganiserende nettverk (Ad-Hoc-nettverk) kan klassifiseres i henhold til deres applikasjon: - mobile trådløse selvorganiserende nettverk (Mobile Ad-hoc-nettverk, MANET); - Trådløse mesh-nettverk (WMN);

Et mobilt trådløst ad hoc-nettverk (MANET), noen ganger kalt et mobilt mesh-nettverk, er et selvkonfigurerende nettverk som består av mobile enheter. Alle noder bruker trådløse forbindelser for kommunikasjon (fig. 1.8).

Ris. 1.8. Eksempel på WSN-nettverksarkitektur

Alle enheter i et WSN-nettverk er i konstant bevegelse, og derfor endres forbindelsene i nettverket hele tiden. Hver node må utføre funksjonene til en ruter og delta i videresending av datapakker. Hovedoppgaven med å lage et slikt nettverk er å sikre at alle enheter hele tiden kan opprettholde oppdatert informasjon for riktig ruting av trafikk. Et WSN-nettverk kan også deles inn i flere klasser:

Vehicular Ad Hoc Network (VANET) er et ad-hoc-nettverk som brukes til å kommunisere mellom kjøretøy og veikantutstyr;

Intelligent kjøretøy ad hoc-nettverk (InVANET) er en slags kunstig intelligens som hjelper til med å kontrollere en bil i ulike uforutsette situasjoner;

Internet Based Mobile Ad hoc Network (iMANET) er et WSN-nettverk som kobler sammen mobile noder med faste Internett-gatewayer.

Trådløse mesh-nettverk er en spesiell type ad-hoc-nettverk som har en mer planlagt konfigurasjon. Mesh-nettverk består av klienter, rutere og gatewayer (Figur 1.9). Hovedforskjellen er at trådløse noder ikke beveger seg i rommet mens de opererer. Hovedforskjellen mellom MANET og Mesh-nettverk er at MANET som regel refererer til et terminalnettverk, dvs. til et nettverk uten transittfunksjoner, og et Mesh-nettverk til et transittnettverk, selv om denne inndelingen er veldig vilkårlig, men er foreløpig akseptert. I samsvar med de mer komplekse funksjonene til et Mesh-nettverk skilles også foreldre- og underordnede Internett-nettverk når de bygger det.


Ris. 1.9. Eksempel på et trådløst mesh-nettverk

For øyeblikket er det enorm vitenskapelig og anvendt interesse for å skape selvorganiserende, selvhelbredende nettverk.

Som nevnt ovenfor anses en av de mest relevante kandidatene for å implementere kognitive trådløse nettverk å være trådløse selvorganiserende nettverk.

Ramming hevder at et WSN-nettverk krever en ny type nettverksteknologi kalt kognitiv teknologi. Han argumenterer for at et slikt nettverk må forstå oppgavene til applikasjonen, og applikasjonen er i stand til å forstå nettverkets muligheter når som helst. Dette vil tillate nettverket, ved å lære de grunnleggende kravene til applikasjonen, å utnytte nye muligheter og dynamisk velge nettverksprotokoller som tilfredsstiller disse kravene.

Som hovedprinsippet i kognitiv teori, brukes den kognitive løkken i nettverk for mønstergjenkjenning. I hvilken grad en node kan gjenkjenne mønstre avhenger av dens logiske posisjon og plasseringsnivå i nettverket. Basert på dette, som et WSN-nettverk, kan et kognitivt nettverk betraktes som et dynamisk integrerende nettverk. Derfor er det mulig å anvende kognitiv teknologi i WSN-er, noe som følgelig fører til utvikling av WSN-er.

Et kognitivt trådløst selvorganiserende nettverk er det naturlige endepunktet for utviklingen av et moderne WSN-nettverk. Kognitive nettverk reagerer imidlertid mye raskere enn selvorganiserende nettverk fordi de må kunne lære og planlegge og derfor er det større behov for introspeksjon. Man kan hevde at et fullt fungerende kognitivt nettverk er en naturlig utvikling av et WSN-nettverk.

La oss vurdere det enkleste eksemplet på rutingkontroll i et kognitivt trådløst selvorganiserende nettverk. Som et eksempel på behovet for å tilpasse hele systemet, vurderes en dataoverføringsøkt i et selvorganiserende nettverk mellom den utgående noden S1 og destinasjonsnoden D1, som vist i fig. 1.10. Opprinnelsesnoden S1 har ikke nok kraft til å overføre data direkte til D1. Derfor må den overføre data til destinasjonsnoden bare gjennom mellomnoder som R1 og R2.

Ris. 1.10. Rutingkontroll i det kognitive Ad-Nos-nettverket

Kretsen fra kilde til destinasjon antas å ha høy sannsynlighet for vellykket overføring. Rutinglaget vil bestemme ruter basert på et minimum antall mellomnoder, som i dette tilfellet inkluderer enten R1 eller R2. Node S1 utfører koblingslagtilpasning for å velge R1 eller R2 basert på signal-til-støy-forholdet og den laveste sannsynligheten for kommunikasjonsfeil. Fra lenkelagets synspunkt ved node S1 gir dette størst sannsynlighet for at overførte pakker kommer riktig til relénodene. Men uten tilleggsinformasjon garanterer ikke dette valget sannsynligheten for levering av de overførte dataene fra S1 til D1.

I motsetning til tilpasning av individuelle nettverkselementer, bruker det kognitive nettverket informasjon fra alle noder for å beregne den totale sannsynligheten for kommunikasjonsfeil på veien fra node S1 til D1 gjennom nodene R1 og R2. Dette viser fordelen med en mer global tilnærming, men det kognitive nettverket har også en annen fordel: evnen til å lære. Anta at kognisjonsmotoren måler gjennomstrømningen fra kilde til destinasjon for å evaluere effektiviteten til tidligere beslutninger, og nodene S1 og S2 ruter trafikken deres i begge retninger gjennom noden R2 siden dette tilfredsstiller kravet om en minimumssannsynlighet for kommunikasjonsfeil. Det antas nå at R2 er i ferd med å bli full på grunn av det høye trafikkvolumet som kommer fra S2. Dette blir åpenbart når man studerer gjennomstrømningen basert på meldingene til nodene S1 og S2. Læringsmekanismen erkjenner at den forrige løsningen ikke lenger er optimal, og den kognitive prosessen er rettet mot å generere en annen løsning. Det kognitive nettverket vet tydeligvis ikke at det er overløp ved node R2 fordi vi ikke tok med denne informasjonen som en observasjon. Nettverket er imidlertid i stand til å utlede at det kan være problemer på grunn av redusert gjennomstrømning, og deretter svare på overbelastningen, kanskje ved å omdirigere trafikk gjennom nodene R1 og/eller R3. Dette eksemplet illustrerer potensialet til kognitive nettverk for å optimalisere kontinuerlig drift og evnen til å reagere på uforutsette omstendigheter. Den kognitive nettverksrutingsprotokollen er ikke basert på en ren algoritmisk tilnærming og er i stand til å velge en effektiv driftsmodus selv i uventede situasjoner.

Bibliografi

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

2- Komashinsky V.I. Mobilradiokommunikasjonssystemer med pakkeoverføring av informasjon./ V.I. Komashinsky, A.V. Maksimov // St. Petersburg: Lem Publishing House, 2006. - 238 s.

3- Cordeiro C. IEEE 802.22: den første verdensomspennende trådløse standarden basert 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. S.328-337.

4- Baranov V.P. Syntese av mikroprogramautomater. M.: Kunnskap, 1997.-376 s.

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

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