آگوست 6

WMNها، بی‌سیم، زمانبندی، مسیریابی، پروتکل

کاهش یابد. این باعث می‌شود که WMNها یک راه حل منحصربه فرد برای شبکه باشند و فقط به عنوان یک راه حل جایگزین به آن‌ها نگاه نشود[22].
مدیریت شبکه82
توابع مدیریتی زیادی برای عملکرد مناسب WMNها لازم است. از جمله این توابع می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد [22و23]:
مدیریت تحرک83: یک مدیریت توزیع شده برای تحرک در WMN‌ها لازم است. البته وجود زیرساخت بی‌سیم باعث می‌شود که این الگوریتم‌ها از الگوریتم‌های مشابه برای شبکه‌های Ad-hoc ساده[a109] تر باشند. باتوجه به این که مبحث تحرک به تمام لایه‌ها مربوط است، توسعه یک مدیریت تحرک چندلایه ای یک موضوع جالب برای تحقیق به نظر می‌رسد. سرویس مکان یک مشخصه مهم است که WMN‌ها به دنبال آن هستند. وجود اطلاعات مکان می‌تواند عملکرد لایه‌های دسترسی و مسیریابی را بهتر کند. همچنین[a110] وجود این اطلاعات می‌تواند به ارائه سرویس‌هایی که به مکان بستگی دارد، کمک کند.
مدیریت توان: اهداف مدیریت توان باتوجه به نوع گره‌ها متفاوت است. مسیریاب‌های مش محدودیت مصرف توان ندارند، بلکه هدف از مدیریت توان در آن‌ها حفظ اتصال شبکه، کاهش تداخل و افزایش استفاده مجدد مکانی84 از طیف فرکانس است. کاربران مش محدودیت توان دارند و هدف از کنترل توان در آن‌ها، حفظ اتصال به همراه کاهش مصرف توان است.
نظارت شبکه85: آمار موجود در مرکز مدیریت اطلاعات، باید به یک یا چندین سرویس دهنده برای نظارت بر عملکرد شبکه به طور پیوسته ارسال شوند. الگوریتم‌های پردازش داده در این سرویس دهنده‌ها داده‌های آماری را آنالیز می‌کنند تا اشکالات شبکه را کشف کنند. علاوه بر این، سرویس دهنده‌ها می‌توانند با این داده‌های آماری ساختار شبکه را نیز نظارت کنند. در زمینه نظارت شبکه می‌توان ارائه الگوریتم‌های بهینه برای انتقال داده‌های نظارت شبکه بر روی WMNها و هم چنین الگوریتم‌های آنالیز داده جدید برای تشخیص سریع خرابی‌های شبکه را از موارد باز برای تحقیق دانست.
طراحی بین لایه ای
مدل پروتکل‌های لایه ای لزوما باعث کارکرد بهینه شبکه نمی‌شود. این امر در WMNها بسیار مهمتر[a111] است[22]. همان طور که قبلا اشاره شد، به علت وجود پارامترهای مختلف در یک لایه که بازدهی لایه بالاتر را تحت تاثیر قرار می‌دهد، برای عملکرد بهینه یک شبکه لایه‌های دسترسی، مسیریابی و انتقال باید به طور فعالانه با لایه فیزیکی تعامل داشته باشند. برای مکانیزم بین لایه ای راه حل‌های زیر را می‌توان پیشنهاد داد[a112]:
اول این که با در نظر گرفتن پارامترهای مختلف عملکرد یک لایه خاص را بهبود ببخشیم. برای مثال می‌توان نرخ از بین رفتن بسته‌ها را از لایه دسترسی به لایه انتقال گزارش داد تا لایه انتقال بتواند فرق[a113] تلفات [a114]ناشی[a115] ازدحام و تلف دیگر بسته‌ها را تشخیص دهد. به عنوان یک مثال دیگر، لایه فیزیکی می‌تواند کیفیت لینک را به لایه مسیریابی گزارش دهد تا الگوریتم مسیریابی این پارامتر را به عنوان یک معیار در نظر بگیرد.
راه حل دوم این است که پروتکل‌های لایه مختلف را به یک پروتکل تبدیل کنیم. برای مثال در شبکه‌های Ad-hoc می‌توان لایه دسترسی و مسیریابی را به یک لایه واحد تبدیل کرد تا بتوان تعامل بین آن‌ها را کاملا در نظر گرفت.
راه حل نخست شفافیت بین لایه‌ها را حفظ می‌کند و راه حل دوم با بهره برداری حداکثری از تعاملات بین دولایه به عملکرد بهتری دست می‌یابد. درهرحال طراحی لایه ای بدون اشکال هم نیست. از جمله این مشکلات می‌توان ناهمگونی آن با پروتکل‌های موجود، پیچیدگی توسعه لایه‌های مختلف و نگهداری و مدیریت شبکه را مطرح[a116] کرد.
باوجود این که WMNها می‌توانند با بسیاری از پروتکل‌های موجود در لایه‌های مختلف کار کنند، ولی عملکرد آن‌ها بسیار پایین تر از حد انتظار است. لذا[a117] نیاز به طراحی پروتکل‌های جدید در لایه‌های دسترسی، مسیریابی و انتقال متناسب با کارکرد WMNها کاملا احساس می‌شود.
کاربردهای WMN
گسترش WMNباانگیزه ی کاربردهای متعددی صورت می گیرد که باهیچ کدام از شبکه های بی سیم موجود حمایت نمی شوند. در این قسمت به تعدادی از این کاربردها اشاره می نماییم.
شبکه‌ی خانگی باند وسیع
درحال حاضر این شبکه ها با استفاده از WLAN IEEE 802.11 تحقق داده می شوند. مشکل عمده ی این شبکه ها محل قرارگیری نقاط دسترسی است. یک خانه، معمولا دارای نواحی مرده ی متعددی است که تحت پوشش سرویس شبکه قرار نمی گیرند. نصب نقاط دسترسی زیاد برای رفع این مشکل بسیار گران و به علت سیم‌کشی اینترنت از نقاط دسترسی به مودم یا مرکز شبکه، غیر مناسب است. علاوه براین مخابرات بین گره های نهایی تحت پوشش دو AP مختلف باید همه ی مسیر تا مرکز شبکه را طی کند. همان طور که در شکل (2-13) نشان داده شده، با جایگزین کردن نقاط دسترسی توسط نقاط مش و برقراری اتصال مش میان آن ها این مشکل حل می گردد. در نتیجه، مخابرات بین گره ها بسیار قابل انعطاف تر شده و نسبت به از کارافتادن اتصالات مقاومت بیشتری نشان می‌دهد. نواحی مرده را نیز می توان با اضافه کردن، تغییر مکان و یا تنظیم خودکار سطح توان نقاط مش از بین برد. مخابرت داخل شبکه های خانگی را می توان از طریق شبکه کردن مش بدون نیاز به رفت و برگشت به مرکز دسترسی تحقق داده و در نتیجه از ازدحام شبکه کاست [22].
شکل ‏213- WMNها برای شبکه باند گسترده خانگی[22[a118]]
شبکه کردن اجتماعات و همسایگی ها
ساختار متداول برای دسترسی به شبکه در یک اجتماع برمبنای اتصال کابلی و یا DSLبه اینترنت است و تنها قدم[a119] با اتصال یک مسیریاب بی سیم به یک مودم کابلی یا DSL بی سیم صورت می گیرد. این نوع دسترسی به شبکه اشکال های متعددی دارد [22]:
حتی اگر لازم باشد اطلاعات داخل یک اجتماع یا همسایگی به اشتراک گذاشته شود، همه[a120] ترافیک باید از درون اینترنت عبور کند؛ این امر بهره‎گیری از منابع در شبکه را شدیدا کاهش می دهد.
درصد زیادی از نواحی بین خانه ها تحت پوشش سرویس بی سیم نیست.
به کارگیری یک دروازه گران با پهنای باند بالا در بین خانه ها عملی نبوده و سرویس های بی سیم باید به طور شخصی راه اندازی شوند. در نتیجه قیمت سرویس ها افزایش می یابد.
برای هرخانه تنها یک مسیر به منظور اتصال به اینترنت یا ارتباط با همسایگی خود وجود دارد.
شکل ‏214- WMNها برای یک شبکه مجتمع و همسایگی‌ها[22[a121]]
همان طور که در شکل(2-14) مشخص است، شبکه های بی سیم مش عیب های فوق را از طریق اتصالات قابل انعطاف مش در بین خانه ها برطرف می نمایند؛ همچنین کاربردهای دیگری مانند ذخیره کردن و دسترسی فایل ها به صورت پخش شده خواهند داشت [22و23].
شبکه کردن شرکت های تجاری
این کاربرد می‌تواند شبکه‌ای کوچک داخل یک اداره، شبکه ای متوسط برای همه ی ادارات داخل یک ساختمان، و یا یک شبکه ی بزرگ بین ادارات شامل[a122] چندین ساختمان باشد.به عنوان مثال در حال حاضر استاندارد IEEE 802.11 به طور گسترده در ادارات مختلف استفاده می شود. با این حال شبکه های بی‌سیم هنوز نواحی مجزایی هستند و اتصالات بین آن ها می تواند از طریق اینترنت برقرار شود، که علت اصلی قیمت زیاد این گونه شبکه کردن است.
شکل ‏215- WMNها برای یک شبکه تجاری[22[a123]]
اگر همان طور که در شکل (2-15) نشان داده شده است، نقاط دسترسی را با نقاط مش جایگزین نماییم، سیم های اینترنت حذف شده و مودم های چندگانه بین همه‌ی گره های کل شبکه به اشتراک گذاشته می شود. در[a124] نتیجه بهره گیری از منابع در شبکه ی شرکت های تجاری افزایش می یابد. این WMN نیز می تواند با گسترده شدن این شرکت ها، رشد داده شود [22و2].
شبکه های شهری
به کارگیری WMN در شبکه های شهری مزایای زیادی دارد. نرخ ارسال لایه ی فیزیکی یک گره در WMN بسیار بیشتر از شبکه های سلولی است [22و2].
شکل ‏216- WMNها برای یک شبکه MAN[22[a125]]
علاوه بر این، مخابرات بین گره ها در WMN متکی به زیرساخت سیمی نیست و در مقایسه با شبکه های سیمی، MAN86 بی سیم مش، گزینه ای اقتصادی برای شبکه کردن محدوده گسترده، خصوصا در نواحی تحت گسترش است. همان طور که در شکل (2-16) نشان داده شده است. این شبکه ها حالت گسترده تر و جامع تری از کاربردهای قبل هستند [23].
سایر شبکه‌ها
با توجه به این مثالها می‌توان به سادگی به اهمیت شایان توجه شبکه‌های WMNدر آینده دنیای شبکه پی برد. جایی که حضور شبکه‌های WMN ضمن برطرف نمودن کاستی‌ها و ایرادات سایر شبکه‌های بی‌سیم و یا حتی سیمی، مزایا و محاسن بسیاری را نیز برایمان به ارمغان می‌آورد. دو مثال دیگر پیرامون چگونگی استفاده از WMNها در سیستمهای حمل و نقل و یا سیستم اتوماسیون یک ساختمان را نیز می‌توان[a126] در شکل‌های (2-17) و (2-18) مشاهده کرد.
شکل ‏217- WMNها برای سیستم حمل و نقل [22]
شکل ‏218- WMNها برای سیستم اتوماسیون یک ساختمان [22]
چند مثال موردی از شبکه‌های WMN
MIT Roofnet : یک شبکه آزمایشی و تجربی چند گامی 802.11b است که از 50 گره تشکیل شده و در ساختمان‌های گروهی از داوطلبان در کمبریج واقع شده است. گره‌های این شبکه خارج از محفظه کامپیوترهای رومیزی قرار دارند که به آنتن‌های8 dBi و همه-جهته مجهز شده‌اند و در خارج ساختمان نصب گردیده‌اند[33].
کارت‌های شبکه نوع اصلاح شده‌ای از مود استاندارد Ad-Hoc است [33و34].
شکل ‏219- موقعیت گره‌‌‌های بکار رفته
لایه اتصال مش مایکروسافت (MCL) : این درایور قابل بارگذاری در محیط ویندوز، توسط آزمایشگاه تحقیقات مایکروسافت توسعه یافته است که یک سازمان‌دهنده (آداپتور) مجازی شبکه را[a127] ایجاد می‎کند و می‌تواند یک شبکه Ad-Hoc بین کامپیوترهای دارای ویندوز تشکیل دهد. سیستم مسیریابی بر اساس پروتکل DSR (مسیریابی پویا منبع) پایه‌ریزی شده که برای پشتیبانی و تضمین کیفیت معیار‌های لینک گسترش یافته است. این سیستم در ساختمان های اداری و یک مجتمع آپارتمانی محلی مستقر شده است.
UCSB MeshNet : این یک بستر شبکه 25 گره‌ای و تجربی مستقر در محوطه کالج دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا است. هر کدام از گره‌های مش از دو روتر بی‌سیم Linksys WRT54G تشکیل شده که به یکدیگر متصل شده‌اند. یکی از آنها برای به اجرا در آوردن پروتکل مسیریابی AODV87 و دیگری برای مدیریت خارج از باند استفاده شده است. گره دروازه یک کامپیوتر رومیزی کوچک است که روی آن لینوکس اجرا می شود.
iMesh Stony Brook : یک شبکه مش بی‌سیم برای استفاده در زیرساخت است که برای ارائه خدمات به کاربران تلفن[a128] همراه طراحی شده است، به طوری که هم برای آخرین نقطه دسترسی و هم دسترسی نظیر[a129] یه نظیر قابل استفاده باشد [34]. ارتباط بین گره‌های مش از طریق لینکهای WDS (سیستم توزیع بی سیم) با استفاده از پروتکل تشخیص همسایه برقرار می‌شود. iMesh برای مسیریابی از پروتکل مسیریابی حالت لینک بهینه(OLSR) استفاده می‌کند. این سیستم بر بستری از شش بورد پردازنده Soekris Engineering net4521 پیاده‌سازی شده است.
Metricom Ricochet : در اواسط سال 1990، Metricom Ricochet ، که متعلق به Metricom بود، یکی از اولین شبکه های مش بی‌سیم در ایالات متحده برای استفاده عموم مردم را راه‌اندازی کرد [35]. هدف آنها ارائه دسترسی به اینترنت بی‌سیم بود، به‌گونه‌ای که به عنوان یک گزینه “همیشه در دسترس”، جایگزینی برای سیستم‌های محبوب 28.8 کیلوبیت بر ثانیه مودم تلفن در آن زمان باشد. ترافیک کاربران توسط تکرارکننده‌ها و در باند 900 مگاهرتز ISM از طیف RF، به یک نقطه دسترسی سیمی ارسال می‌شد. این سیستم در سال 2001 و با اعلام ورشکستگی Metricom تعطیل شد.
پروژه ارتباطات بی‌سیم Champaign-Urbana 88 : این شبکه حاصل تلاش جمعی از توسعه دهندگان مستقل برای ساخت شبکه‌ی مشی متعلق به جامعه و نه برای سود است. CUWiN از پروتکل مسیریابی HSLS89 استفاده می‌کند که یک پروتکل حالت لینک است و از هر دو تکنیک فعال90 و واکنشی91 به منظور انتشار به روز رسانی‌های حالت لینک استفاده می‌کند. نرم افزار مربوط به آن، که CUWiNware نام دارد، منبع باز است و از چیپ‌ست‌های رادیویی مانند Intersil Prism، Atheros و Hermes پشتیبانی می‌کند.
جمع‌بندی
شبکه های بی‌سیم مش به عنوان یک تکنولوژی امیدبخش برای لایه دسترسی شبکه های بی سیم محسوب می‌شود و انتظار می‌رود[a130] نقش بسیار مهمی را در نسل آینده شبکه های بی‌سیم ثابت و سیار ایفا[a131] کنند. از ویژگی‌های این شبکه ها می‌توان به خود سازماندهی، خود التیامی در گسترش سریع شبکه، خود تنظیمی، نگهداری و حفظ آسان شبکه، کم هزینه بودن، مقیاس پذیر و قابل اطمینان بودن سرویس ها و بهبود ظرفیت شبکه اشاره کرد. به خاطر این ویژگی‌ها و خصوصیت ها، استانداردهایی همانند IEEE802.11(S) ، IEEE802.15 و IEEE802.16 (که با نام تجاری WiMAX نیز شناخته می‌شود) و LTE-Advanced این نوع هم بندی92 را به عنوان یک همبندی استاندارد مورد پشتیبانی قرار داده اند.
با[a132] وجود تشابه ظاهری این نوع از شبکه ها با شبکه های Ad-Hoc، این نوع از شبکه ها دارای تفاوت های بنیادین با شبکه های Ad-Hoc می باشند. شبکه های Ad-Hoc فاقد زیرساخت هستندو توپولوژی شبکه آن‌ها از تحرک نسبتا بالایی برخوردار است. در صورتی که شبکه های مش اصولا برای ایجاد زیرساخت های بی سیم به کار رفته و دارای تحرک بسیار اندکی می باشند (در جدول (2-1) مقایسه میان شبکه های Ad-Hoc و مش به صورت کامل صورت گرفته است). بنابراین پروتکل های شبکه Ad-Hoc دارای عملکرد نامطلوبی در شبکه‌های مش هستند و نیاز به بازنگری در پروتکل تمامی لایه ها (اعم از لایه فیزیکی، MAC، شبکه و انتقال) و معیارهای مورد نیاز برای این نوع از شبکه احساس می شود. در این فصل به بررسی چالش های فراوان موجود در این زمینه پرداختیم.
زمان‌بندی متمرکز در شبکه‌های مش بی‌سیم
در بخش‌های قبل، با طرز کار شبکه‌های مش بی‌سیم آشنا شدیم. در این فصل برای فرموله سازی مسئله، ساختار زمان‌بندی ارسال در یک مدل شبکه مش بی‌سیم پرکاربرد دراستاندارد IEEE 802.16 معرفی خواهد شد.
جهت ارسال بسته‌ها بین SSها و از SSها به BS در مد مش، نیاز به درخواست و تخصیص پنجرههای زمانی می‌باشد. پنجره های زمانی به دو دسته[a133] با مدیریت متمرکز و مدیریت توزیع شده تقسیم می‌شوند. در مکانیزم متمرکز، که برای هدایت ترافیک اینترنت SSها از طریق BS بکار برده میشود، BS مسئول زمانبندی ارسال‌ها در کل شبکه است. لذا زمانبندی در سطح شبکه انجام می‌شود. از آنجا که در این مکانیزم تمام بسته‌های کنترلی و دیتا از BS عبور می‌کنند، زمانبندی به صورت متمرکز و با قابلیت اطمینان بالا می‌باشد. با این حال تأخیر برپایی اتصال‌ها زیاد است. در مکانیزم توزیع شده، که برای ارتباط بین SSها و هدایت ترافیک اینترنت (در داخل شبکه مش) استفاده می‌شود، ارسال‌ها به شبکه کاملا توزیع شده و بدون نیاز به تعامل با BS زمانبندی می‌شوند. از آنجا که در این مکانیزم تصمیم‌گیری‌ها توسط گره‌‌‌ها صورت می‌گیرد، مکانیزم توزیع شده نسبت به مکانیزم متمرکز انعطاف پذیرتر بوده، ولی پیچیده تر و دارای سربار بیشتر می‌باشد. از آنجا که ترافیک اینترنت، عمده ترافیک شبکه را تشکیل می‌دهد[4] ، مکانیزم زمانبندی متمرکز، مکانیزم غالب می‌باشد. [4] کارایی زمانبندی های متمرکز و توزیع شده در مد مش استاندارد 802.16 را با هم مقایسه کرده است. نتیجه مطالعات نویسندگان نشان می‌دهد که برای ترافیک درازمدت و پایدار به / از BS، زمانبندی متمرکز نسبت به زمانبندی توزیع شده سربار کمتری دارد.
در بحث زمانبندی ارسال‌ها در استاندارد مش 802.16 با دو موضوع روبرو هستیم:
1. تعیین زمان ارسال پیغام‌های کنترلی
2. اختصاص پنجره‌های زمانی در زیر فریم دیتا به گره‌‌‌های شبکه برای حمل ترافیک کاربران.
در متن استاندارد 802.16، الگوریتم زمانبندی برای ارسال پیغام‌های کنترلی در مد مش مشخص شده است. در ارتباط با زمانبندی ارسال دیتا، اگرچه نحوه سیگنالینگ و ساختار پیغام‌ها مشخص شده است، لیکن[a134] جزئیات الگوریتم زمانبندی و نحوه دسترسی کارا و عادلانه گره‌‌‌ها به کانال و رزرو پنجره‌های زمانی زیرفریم دیتا در متن استاندارد نیامده و به زمان پیادهسازی استاندارد موکول شده است. دراین پایان‌نامه تمرکز برروی جنبه دوم یعنی اختصاص پنجره‌های زمانی در زیر فریم دیتا با مدیریت متمرکز می‌باشد.
فرض کنیم درخواست پهنای باند انتها به انتهای SSها توسط BS جمع‌آوری شده است. براین اساس BS باید پنجره‌های زمانی بخش متمرکز زیرفریم دیتا در یک یا چند فریم را، به لینک‌هایی که ارسال‌ها بر روی آنها انجام می‌شود[a135]، تخصیص دهد.
استاندارد 802.16 مدل هفت لایه‌ای[a136] OSI93 را بکار می‌گیرد. در این مدل عملکردهای مختلف پروتکل در هفت لایه مجزا دسته بندی می‌شوند. تنها دو لایه پایینی (لایه فیزیکی و لایه MAC) از این مدل توسط استاندارد توصیف می‌شود. لایه فیزیکی اتصالات فیریکی مابین دو طرف یک ارتباط را ایجاد می‌کند. لایه MAC نیز مسئول برپایی و نگهداری اتصال(دسترسی چندگانه، زمانبندی و ..) است. در ادامه به تشریح هر یک از این لایه‌ها و الگوی زمانبندی مبتنی بر استاندارد پرداخته می شود.
لایه فیزیکی استاندارد IEEE 802.16
لایه فیزیکی اتصالی فیزیکی و اغلب دوطرفه ( فروسو و فراسو) مابین دو طرف یک ارتباط برقرار می‌کند. از آنجا که استاندارد بر مبنای[a137] تکنولوژی دیجیتال است، این لایه مسئول ارسال ترتیبی از بیتهای اطلاعات



همه حقوق محفوظ است

Posted آگوست 6, 2018 by 92 in category "مقالات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *