وبلاگ

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

بررسی و ارائه یک الگوریتم مسیریابی مقاوم و کارا برای شبکه های بی سیم اقتضایی نظامی

به کوشش: امیرحسین ایمانی

 

از اوایل دهه 1980 مفهومی جدید به نام دفاع مبتنی بر شبکه در نیروهای نظامی به وجود آمده است. جهت دستیابی به این مفهوم نیاز به داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی با ظرفیت بالا وجود دارد تا بتواند اطلاعات را در بین نهادهای موجود در شبکه توزیع کند. شبکه‌های اقتضایی بی سیم بدلیل اینکه نیازی به زیر ساخت ندارند، مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. بیشترین کاربرد شبکه‌های اقتضایی، کاربرد نظامی می باشد. با گسترش روز افزون تکنولوژی‌های دسترسی به شبکه، شاهد بوجود آمدن شبکه‌های ناهمگن هستیم. در این شبکه‌ها، گره‌ها برای ارتباط با یکدیگر از تکنولوژی‌های مختلف استفاده می‌کنند. شبکه‌های اقتضایی معمولا با مشکل مقیاس پذیری و عدم اطمینان همراه هستند. اغلب پروتکل های مسیریابی پیشنهاد شده برای این شبکه‌ها، مقتضیات شبکه‌های ناهمگن را در نظر نمی گیرند. با در نظر گرفتن ناهمگنی گره‌ها و بهره بردن از آن، می توان مشکل مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان را برطرف کرد. جهت نیل به این هدف، استفاده از ساختار سلسله مراتبی برای بهره بردن از مزایای شبکه‌های ناهمگن پیشنهاد می شود. در این پایان نامه در ابتدا به معرفی شبكه‌ها‌ی اقتضایی، تاریخچه و کاربرد‌های آن می پردازیم. در ادامه انواع پروتکل‌های مسیریابی موجود را معرفی می کنیم. سپس به معرفی شبکه‌های سلسله مراتبی ناهمگن جهت حل مشکل مقیاس پذیری و قابلیت اطمینان می پردازیم. در ادامه، دو پروتکل مسیریابی سلسله مراتبی جدیدی برای شبکه‌های ناهمگن نظامی معرفی می شود. این دو پروتکل جدید مبتنی بر DSDV و AODV است. در ساختار پیشنهادی فرض شده است که گره‌های شبکه از نظر برد ارسال رادیویی و میزان باطری ناهمگن هستند. در این ساختار همه گره‌ها به یک رادیوی برد کوتاه مجهز هستند، اما بخشی از گره‌ها علاوه بر این رادیو، به یک رادیوی برد بلند نیز مجهز هستند. در نتیجه گره‌ها به دو دسته تقسیم شده اند و یک ساختار سلسله مراتبی دو طبقه شکل گرفته است. در این دو پروتکل در ابتدا، خوشه بندی کردن گره‌ها در لایه اول و انتخاب سرخوشه برای آنها انجام می شود. در ادامه مسیریابی در دو لایه پایین و بالا انجام می شود. در انتها پروتکل پیشنهادی کاملا با نرم افزار شبیه ساز NS‌2 شبیه سازی شده است. کارایی این پروتکل در مقایسه با دیگر پروتکل‌های مسیریابی در توپولوژی‌های مختلف بررسی شده است. مشکل مقیاس پذیری، تاثیر تعداد خوشه ها بر این روش و تاثیر تحرک گره ها بر این روش ها بررسی شده است.

واژگان کلیدی: شبکه‌های اقتضایی نظامی، پروتکل‌های مسیریابی سلسله مراتبی، شبکه ناهمگن، پروتکل مسیریابی DSDV.

 

فهرست

1-         فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………………………. 10

1-1      پیشگفتار…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 10

1-2      مشخصات شبکه های نظامی………………………………………………………………………………………………………………… 11

1-3      کارکرد شبکه های اقتضایی در سیستم های نظامی…………………………………………………………………………………. 12

1-4      ساختار پایان نامه………………………………………………………………………………………………………………………………… 13

2-         فصل دوم: شبکه های اقتضایی متحرک…………………………………………………………………………… 14

2-1      مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 14

2-2      تعریف شبکه‌های اقتضایی…………………………………………………………………………………………………………………… 15

2-3      تاریخچه شبکه‌های اقتضایی…………………………………………………………………………………………………………………. 17

2-4      ساختار لایه‌ها در شبکه‌های اقتضایی…………………………………………………………………………………………………….. 20

2-5      انواع شبکه های اقتضایی بی سیم………………………………………………………………………………………………………….. 23

2-5-1           شبکه بی سیم مش………………………………………………………………………………………………………………….. 23

2-5-2           شبکه حسگر هوشمند:……………………………………………………………………………………………………………. 24

2-5-3           شبکه های اقتضایی متحرک………………………………………………………………………………………………….. 25

2-6      کاربرد شبکه های اقتضایی بی سیم……………………………………………………………………………………………………….. 25

2-7      شبکه های بی سیم اقتضایی نظامی……………………………………………………………………………………………………….. 29

2-8      شبکه های اقتضایی ناهمگن…………………………………………………………………………………………………………………. 30

 

2-9   ویژگی‌های یا چالش‌های شبکه‌های اقتضایی :…………………………………………………. 32

2-10                                                   مسیریابی، بزرگترین چالش شبکه‌های اقتضایی : 34

2-10-1        چالش‌های مسیریابی در شبکه‌های اقتضایی بی سیم :……………………………………………………………… 35

2-11   نرم افزار شبیه ساز NS2………………………………………………………………………………………………………………………. 35

3-   فصل سوم: الگوریتم های مسیریابی در شبکه های اقتضایی بی سیم همگن…………………………………… 38

3-1       مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 38

3-2      ویژگی های پروتکل های مسیریابی شبکه های بی سیم اقتضایی……………………………………………………………… 39

3-3      تقسیم بندی پروتکل های مسیریابی شبکه های اقتضایی بی سیم……………………………………………………………….. 40

3-3-1           پروتکل های مسیریابی یکسان نگر………………………………………………………………………………………… 41

3-3-2 پروتکل های مسیریابی سلسله مراتبی……………………………………………………………………………………………….. 44

3-3-3           پروتکل های مسیریابی متکی بر موقعیت جغرافیایی………………………………………………………………. 44

3-3-4           پروتکل های مسیریابی ترکیبی………………………………………………………………………………………………. 45

3-4      بررسی دقیق تر پروتکل های مسیریابی برای ساختار مسطح…………………………………………………………………. 47

3-4-1 پروتکل مسیریابی DSDV…………………………………………………………………………………………………………………… 47

3-4-2           پروتکل مسیریابی AODV………………………………………………………………………………………………………. 48

3-4-3           پروتکل DSR…………………………………………………………………………………………………………………………. 49

3-4-4           پروتکل OLSR……………………………………………………………………………………………………………………….. 50

3-5      بررسی دقیق تر پروتکل های مسیریابی سلسله مراتبی…………………………………………………………………………… 51

3-5-1           پروتکل ZRP…………………………………………………………………………………………………………………………. 52

3-5-2           پروتکل LANMAR…………………………………………………………………………………………………………………. 52

4-   فصل چهارم: پروتکل های مسیریابی در شبکه های ناهمگن…………………………………………………….. 54

4-1      مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 54

4-2   شبکه‌های ناهمگن…………………………………………………………………………………………………………………… 54

4-3   گسترش روز‌افزون شبکه های ناهمگن……………………………………………………………………….. 55

4-4   ساختار سلسله مراتبی در شبکه های ناهمگن…………………………………………………. 58

4-5   پروتکل های مسیریابی در شبکه های ناهمگن…………………………………………………. 61

4-5-1           روش HGRP :……………………………………………………………………………………………………………………….. 62

4-5-2           مسیریابی یابی سلسله مراتبی مبتنی بر ناحیه………………………………………………………………………….. 65

4-5-3           روش مسیریابی HOLSR :………………………………………………………………………………………………………. 67

4-5-4           روش مسیریابی HCB :………………………………………………………………………………………………………….. 71

4-5-5           روش HAODV………………………………………………………………………………………………………………………. 73

4-5-6           روش HRTT :……………………………………………………………………………………………………………………….. 75

4-5-7           ساختار زیرساخت متحرک……………………………………………………………………………………………………. 78

4-5-8 پروتکل پیشنهادی HDSDV :……………………………………………………………………………………………………………… 85

4-5-9           روش HAODV :……………………………………………………………………………………………………………………. 92

5-     فصل پنجم: شبیه سازی…………………………………………………………………………………………….. 93

5-1      مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 93

5-2      نرم افزار های شبیه ساز شبکه……………………………………………………………………………………………………………… 93

5-3      ساختار شبیه ساز NS2 :……………………………………………………………………………………………………………………….. 96

5-4      معیارهای ارزیابی عملکرد پروتکل مسیریابی………………………………………………………………………………………. 99

5-5      نتایج شبیه سازی……………………………………………………………………………………………………………………………….. 100

5-5-1 بررسی پروتکل پیشنهادی در حل مشکل مقیاس پذیری……………………………………………………………………. 100

5-5-2 بررسی اثر تعداد خوشه ها……………………………………………………………………………………………………………… 104

6-         فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………………………………………… 107

6-1      نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………. 107

6-2      پیشنهادات :………………………………………………………………………………………………………………………………………. 108

7-     فهرست اختصارات………………………………………………………………………………………………… 108

8-         فهرست منابع……………………………………………………………………………………………… 109

 

 
 
 
 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

شکل ‏1‑1: نمایی از یک شبکه مخابراتی نظامی در محیط نبرد. 13

شکل ‏2‑1: مثالی از ساختار شبکه های اقتضایی.. 17

شکل ‏2‑2: شبکه رادیو بسته [8]. 19

شکل ‏2‑3: روند پیشرفت شبکه های مخابراتی بدون زیرساخت.. 20

شکل ‏2‑4: ساختار لایه های شبکه های اقتضایی [14]. 21

شکل ‏2‑5: شبکه بی سیم مش… 23

شکل ‏2‑6: شبکه بی سیم مش… 24

شکل ‏2‑7 شبکه اقتضایی متحرک.. 25

شکل ‏2‑8: نمایی از شبکه VANET. 28

شکل ‏2‑9 روند پیشرفت شبکه های مخابراتی الف: نسل اول ب: نسل دوم  ج: نسل سوم [21] 30

شکل ‏2‑10: ساختار سلسله مراتبی.. 31

شکل ‏2‑11: شبکه ناهمگن نظامی.. 32

شکل ‏3‑1 طبقه بندی پروتکل های مسیریابی شبکه های اقتضایی بی سیم. 46

شکل ‏3‑2 یک مدل کلی از ساختار سلسله مراتبی دو طبقه [37]. 51

شکل ‏3‑3 مسیریابی LANMAR [38]. 53

شکل ‏4‑1: شبکه اقتضایی نظامی.. 55

شکل ‏4‑2: تنوعی از تکنولوژی های ناهمگن.. 57

شکل ‏4‑3: شبکه ناهمگن اقتضایی در عملیات امداد و نجات.. 58

شکل ‏4‑4: شبکه ناهمگن نظامی.. 62

شکل ‏4‑5: معماری شبکه ناحیه بندی شده ناهمگن برای مسیریابی HGRP [40]. 63

شکل ‏4‑6: ساختار چند ناحیه ای بکاررفته در روش مسیریابی سلسله مراتبی مبتنی بر ناحیه بندی[22]. 66

شکل ‏4‑7: ساختار سلسله مراتبی بکار رفته در پروتکل HOLSR [62] 68

شکل ‏4‑8 مثالی از یک شبکه ناهمگن با رادیوهایی مجهز به بلوتوث و WiFi [63]. 74

شکل ‏4‑9 شبکه ناهمگن با ساختار سلسله مراتبی HRTT [37]. 76

شکل ‏4‑10: نمایی از ساختار زیر ساخت متحرک دو طبقه [38]. 79

شکل ‏4‑11: نمایی از شبکه نظامی با زیرساخت متحرک.. 80

شکل ‏4‑12: ساختار سلسله مراتبی پیشنهادی برای شبکه ها ناهمگن.. 86

شکل ‏4‑13: نمایی از شبکه خوشه بندی شده و ساختار مسیریابی.. 92

شکل ‏5‑1 ساختار سلسله مراتبی بکار رفته در نرم افزار OPNET. 94

شکل ‏5‑2: معماری شبیه ساز GloMoSim [67]. 95

شکل ‏5‑3: ساختار زبان های برنامه نویسی NS2. 98

شکل ‏5‑4: روند اجرای شبیه سازی در نرم افزار NS2. 98

شکل ‏5‑5:  نمای شبکه شبیه سازی شده در نرم افزار NS2. 101

شکل ‏5‑6: توان عملیاتی برحسب تعداد گره. 102

شکل ‏5‑7: تاخیر پایان به پایان برحسب تعداد گره. 102

شکل ‏5‑8: نرخ تحویل موفق بسته. 103

شکل ‏5‑9: سربار نرمال شده مسیریابی برحسب تعداد گره. 103

شکل ‏5‑10: توان عملیاتی برحسب تعداد خوشه. 105

شکل ‏5‑11: تاخیر پایان به پایان برحسب تعداد خوشه. 105

شکل ‏5‑12: نرخ تحویل موفق بسته برحسب تعداد خوشه. 106

شکل ‏5‑13: سر بار نرمال شده مسیریابی برحسب تعداد خوشه. 106

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-      فصل اول: مقدمه
 

 

1-1       پیشگفتار
از اوایل دهه 1980 رشد بسیار سریعی در زمینه کاربرد فناوری اطلاعات[1] در نیروهای نظامی به وجود آمده و مفهومی جدید به نام دفاع مبتنی بر شبکه [2]تعریف و گسترش یافت. جهت دستیابی به این مفهوم نیاز به داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی [3] با ظرفیت بالا وجود دارد تا بتواند اطلاعات را در بین نهادهای موجود در شبکه توزیع کند[1]. همچنین در سال های اخیر کاربرد شبکه های مخابراتی در نیرو های نظامی، همراه با تغییرات عمده و پیشرفت های چشمگیری در نحوه پیاده سازی یک شبکه و چگونگی ادغام فناوری های آن در ارتش، همراه بوده است. هم اکنون داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی به طوری که هر سرباز توانایی دسترسی به کل اطلاعات موجود در شبکه را داشته باشد، بالاترین اولویت نیروهای نظامی است. از طرف دیگر با ساخته شدن اسلحه ها دوربرد، داشتن شبکه های مخابراتی نظامی با برد بلند، یک ضرورت است.

یک شبکه مخابراتی نظامی به هر ایستگاه اجازه تبادل اطلاعاتی را که از طریق حسگر هایش دریافت کرده است، را می دهد. به این وسیله، فرمانده با دریافت اطلاعات ایستگاهی، در بیرون از برد حسگر‌های خود، به راحتی می تواند توانایی شناسایی ایستگاه خود را افزایش دهد و این امر موجب می شود آگاهی بیشتری از محیط اطراف خود به دست آورد. در نتیجه شبکه های مخابراتی نظامی به فرماندهان توانایی جنگ در مناطق بسیار وسیع را می دهند. داشتن چنین شبکه ای به نیرو های نظامی برتری بسیاری در میدان های نبرد می دهد [2]. با توجه به این نیاز، در این پایان‌نامه بررسی جامعی برروی الگوریتم های مسیریابی شبکه های اقتضایی مخابراتی خواهیم داشت و در نهایت یک شبکه اقتضایی ناهمگن مناسب برای کاربرد های نظامی معرفی می کنیم و با توجه به مقتضیات این شبکه یک الگوریتم مسیریابی مناسب برای آن ارائه می دهیم.

 

1-2       مشخصات شبکه های نظامی
شبکه های بیسیم نظامی [4]شرایط بسیار مختلفی را تجربه می کنند. محدودیت ها و نیازمندی های شبکه های نظامی، تفاوت های اساسی با شبکه های تجاری دارد. هدف شبکه های نظامی در این است که در هر زمانی و مکانی در میدان نبرد، ارتباطات باید برقرار باشد و این بدان معنی است که باید یک شبکه مخابراتی مقاوم [5]داشته باشیم که بتواند در همه جا ارتباط را حفظ کند[3]، هم چنین قابلیت اعتماد بالا [6]، توانایی بقا و عمر طولانی [7]در شرایط بحرانی را داشته باشد [4].

تفاوت شبکه های مخابراتی نظامی با شبکه های تجاری (محدودیت ها و مشکلات شبکه های نظامی [4]) در زیر توضیح داده شده است:

همه یا اکثر کاربر های آن متحرک هستند [8] و توپولوژی شبکه کاملا متغیر و پویا است.
به دلیلی شرایط آب و هوایی بد و موانع طبیعی بسیار، لینک های آن کاملا غیرقابل اعتماد است و کیفیت لینک ها و ظرفیت شبکه تغییر می کند.
معمولا شبکه باید به طور سریع قابل پیاده سازی باشد.
پهنای باند نسبتا کمی دارد.
احتمال حملات جهت مختل کردن شبکه یا جهت تداخل سیگنالی بسیار زیاد است. بنابرابن شبکه باید مقاوم طراحی شود.
احتمال نابود شدن و از دست رفتن تجهیزات توسط نیروهای دشمن وجود دارد.
معمولا پیام ها به تاخیر حساس هستند.
در بحث امنیت، شبکه های نظامی با محدودیت های بسیار روبرو هست.
 

 

1-3       کارکرد شبکه های اقتضایی در سیستم های نظامی
یک فناوری که ممکن است نیازمندیهای شبکه بالا را جوابگو باشد و بر محدودیت ها و مشکلات آن غلبه کند، شبکه های اقتضایی متحرک [9] است [1]. یک شبکه MANET مجموعه ای از مسیریاب[10] است که با گیرنده و فرستنده بی سیم مجهز شده اند. این گیرنده و فرستنده آزاد هستند که به هرجایی که خواستند حرکت کنند و به طور پویا تشکیل یک شبکه موقت – بدون هیچگونه زیر ساختی و یا کاربر مرکزی جهت فرماندهی- دهند. وضعیت لینک‌های ارتباطی در هر لحظه از زمان تابعی از عوامل مختلف است. در نتیجه توپولوژی شبکه به سرعت تغییر می کند [5].

ویژگی‌های شبکه‌های اقتضایی متحرک[11] که آن را برای کاربرد در شبکه‌های نظامی مناسب می کند [6]، به شرح زیر است:

نیازی به زیرساخت ندارد: در میدان های نبرد به وجود آوردن زیر ساخت ممکن نیست. شبکه باید قابلیت پیاده سازی سریع داشته باشد [2].
داشتن توپولوژی پویا (غیر ایستا)[12]: در شبکه های نظامی کاربرها متحرک هستند و وضعیت لینک ها متغیر است، در نتیجه توپولوژی شبکه دایم در حال تغییر است.
شبکه خود سازمانده [13]: نیاز به مرکز خاصی جهت مدیریت و فرماندهی ندارد.
قابلیت خود درمانی [14] دارد.
قابلیت خود ابقایی [15] دارد( شبکه های نظامی باید دارای امکان بازسازی سریع [16] و بازیابی شبکه [17] باشد [4].)
داشتن روابط مساوی در میان کاربرها
با در نظر گرفتن این ویژگی ها متوجه می شویم که شبکه اقتضایی یک تکنولوژی مناسب برای شبکه های نظامی با تحرک بالا هستند [2]. همچنین از آنجا که در شبکه های اقتضایی امکان بازپخش [18] اطلاعات وجود دارد، در نتیجه می توان بر محدودیت های جغرافیایی غلبه کرد و با بهره گرفتن از بازپخش های پی در پی ناحیه تحت پوشش را گسترش داد.

شکل ‏1‑1: نمایی از یک شبکه مخابراتی نظامی در محیط نبرد

1-4       ساختار پایان نامه
در این پایان نامه قرار است مسیریابی را به عنوان چالش برانگیزترین ویژگی شبکه های اقتضایی نظامی را مورد بررسی قرار دهیم. با توجه به کاربرد نظامی در نظر گرفته شده برای شبکه، ابتدا به معرفی شبکه های اقتضایی می پردازیم. سپس کاربرد ها و مسائل این شبکه ها را با تاکید بر مساله مسیریابی و کارکرد نظامی این شبکه ها، توضیح می دهیم. سپس مروری بر پروتکل های مسیریابی موجود داریم و از میان آنها، پروتکل های مناسب برای شبکه های نظامی را به طور کامل تر بررسی می کنیم، مقایسه ای در میان این پروتکل ها انجام می دهیم و معایب و کمبود های آنها را توضیح می دهیم. سپس برای برطرف کردن این معایب پروتکل پیشنهادی خود را معرفی می کنیم و با کمک نرم افزار شبیه سازی NS2، که معتبرترین نرم افزار شبیه سازی شبکه های اقتضایی می باشد، پروتکل پیشنهادی را ارزیابی می کنیم. در نهایت نتایج حاصل از شبیه سازی ها را جهت مقایسه با سایر کارهای موجود ارائه می دهیم .

 

2-      فصل دوم: شبکه های اقتضایی متحرک
 

2-1       مقدمه
قرن جدید، قرن انفجار اطلاعات می باشد. امروزه به کارگیری شبکه های بی سیم آنچنان گسترش و عمومیت یافته که تصور زندگی بدون جنبه ها و مظاهر آنها ممکن نمی باشد. اما این شبکه ها به علت بروز مفاهیمی چون سهولت پیاده سازی، راحتی به کارگیری، قابلیت استفاده درهمه‌جا و رهایی از نقاط اداره کننده مرکزی (نظیر BTS ) با چالش‌هایی روبرو هستند. جهت رفع این چالش‌ها، نسل جدیدی از شبکه‌ها با عنوان شبکه‌های بی سیم اقتضایی متحرک معرفی شده‌اند.

یک شبکه‌ی اقتضایی [19] مجموعه‌ای از گره‌ها می باشد که بدون داشتن هیچگونه زیر ساختی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. در اینگونه شبکه‌ها اگر از یک ساختار ثابت استفاده شود، آن را شبکه مش می نامند. در شبکه‌های اقتضایی از هاپ [20] ( پرش کوتاه) جهت ایجاد ارتباط بین گره ها استفاده می شود. شبکه‌های بی سیم اقتضایی نسبت به سایر شبکه‌ها دارای مزایای زیر می باشد:

پیاده سازی سریع و آسان: در این نوع شبکه، چون هیچ نیازی به هیچ زیر ساختی نظیر ایستگاه مرکزی یا آنتن و یا … ندارد، پیاده سازی آن می تواند بسیار سریع باشد .
قابلیت تحرک و انعطاف‌پذیری: بدلیل اینکه همه گره ها متحرک هستند، قابلیت انعطاف پذیری شبکه بالا می‌باشد. برچیدن این شبکه‌ها نیز می تواند سریع باشد .
قابلیت انتقال اطلاعات در مکان‌هایی که دید مستقیم وجود ندارد‌: در مکان‌هایی که شرایط طبیعی مساعدی وجود ندارد و گره ها با یکدیگر نمی توانند به طور مستقیم در ارتباط باشند (مانند وجود یک کوه درمیان شبکه)، شبکه‌های اقتضایی با بهره گرفتن از خاصیت مسیریابی و بازپخش اطلاعات می توانند ارتباط را برقرار کند.
اقتصادی بودن این نوع شبکه ها: به علت نیاز نداشتن به یک ساختار ثابت و توان مصرفی کم از نظر اقتصادی بهینه هستند .
با توجه به نیازهای امروز و آینده، توجیه فراوانی برای استفاده از شبکه‌های اقتضایی وجود دارد. اغلب این نیازها هنگامی مطرح می شوند که ایجاد زیرساخت به منظور تشکیل شبکه‌هایی از نوع شبکه‌های کنونی ممکن نیست و یا صرفه اقتصادی یا زمانی ندارد. در کنار این جنبه‌های زیبا از شبکه های اقتضایی، مسائلی نیز وجود دارد که شبکه را با چالش های فراوانی روبرو می کند. مهم ترین این مسائل مسیریابی می باشد. در این فصل نگاهی اجمالی به شبکه‌های اقتضایی، مفاهیم، تاریخچه، کاربردها و چالش های موجود در این شبکه ها داریم.

 

2-2       تعریف شبکه‌های اقتضایی
شبکه‌ی اقتضایی مجموعه ای از گره‌های متحرک است که مستقل از هرگونه زیر ساخت و از طریق امواج رادیویی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. هر کدام از این گره‌ها می توانند نقش بازپخش کننده [21] اطلاعات را برای پیام‌هایی که مقصد دیگری دارند، ایفا کنند و پیام را به سمت گره مقصد دوباره ارسال می کنند .

در شبکه اقتضایی، توپولوژی قابل تغییر می باشد و گره‌ها می توانند آزادانه حرکت کنند. در این شبکه‌ها هیچ نهادی برای تعین توپولوژی شبکه وجود ندارد، به همین علت شبکه‌ی اقتضایی را خود پیکر بندی شده [22] می نامند [7]. هر گره در این شبکه می تواند با گره‌های دیگری که در یک محدوده مجاز رادیویی از پیش تعریف شده قرار دارند، به طور مستقیم و بلاواسطه ارتباط برقرار کند. این گره‌ها، همسایه‌های بلافصل گره اول محسوب می شوند. اما یک گره مبدا به منظور برقراری ارتباط با یک گره مقصد که همسایه او محسوب نمی شود، نیاز مند به یک یا چند گره واسط میانی می باشد. این گره‌های واسط وظیفه پیش راندن بسته‌های داده رسیده از گره مبدا به سمت گره مقصد را بر عهده دارند [8].

این شبکه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا بتوانند بدون نیاز داشتن به یک اداره کننده مرکزی در حین حرکت، با یکدیگر ارتباط بی سیم داشته باشند. به همین دلیل شبکه‌های اقتضایی را خود سازماندهی شده [23] می نامند. در این شبکه‌ها اگر دو گره در برد رادیویی همدیگر باشند، به طور مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند در غیر این صورت از طریق گره‌های میانی و بازپخش اطلاعات با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. در نتیجه هر گره در این شبکه نه تنها می تواند نظیر سایر شبکه‌ها، فرستنده و یا گیرنده باشد، بلکه با بازپخش داده‌ها برای سایر گره‌ها نقش مسیریاب [24] را نیز ایفا کند. به کارگیری چنین شیوه‌ای، این شبکه‌ها را از وابستگی به نقاط مرکزی (که می تواند بسیار آسیب پذیر باشد )رها ساخته و پیاده سازی این شبکه‌ها را بسیار ساده کرده است. از این منظر، این شبکه‌ها را فاقد زیر ساخت [25]می نامند و آنها را برای کاربرد هایی که نیاز به پیاده سازی سریع و یا بدون زیرساخت دارند، همچنین برای کاربرد های نظامی که در آن گره ها ممکن است مورد حمله قرار گیرند، مناسب می کند [9].

شکل ‏2‑1: مثالی از ساختار شبکه های اقتضایی

 

شبکه‌های اقتضایی متحرک [26] یا MANET یک زیر شاخه از شبکه‌های اقتضایی می باشند که در آن گره‌ها می توانند حرکت کنند. در ادامه این فصل آشنایی کلی با شبکه‌های اقتضایی بدست می آوریم .

2-3       تاریخچه شبکه‌های اقتضایی
بیش از 30 سال است که تحقیقات بر روی شبکه‌های چند هاپ [27] در حال انجام است. در سال‌های اخیر این رشته تحقیقی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. علت این توجه در این است که کارت‌های بی سیم ارزان قیمت بسیاری به وجود آمده‌اند و علاقه عموم مردم به سمت شبکه‌های متحرک حرکت کرده است [10]. شبکه MANET یک شبکه بی سیم چند هاپ خود سازماندهی شده و خود پیکربندی می باشد.

سیستم مخابراتی سویچینگ بسته [28] را اولین سیستم از نسل شبکه‌های مخابراتی می توان دانست که در انتها منجر به معرفی و بکارگیری شبکه های اقتضایی بی سیم شده است. این سیستم توسط ARPANET در سال 1960 بکار گرفته شد. برتری این شبکه نسبت به سایر شبکه‌های مخابراتی هم دوره خود، در این بود که پهنای باند را به طور پویا بین گره‌ها تقسیم می کرد. وزارت دفاع آمریکا به سرعت به قابلیت رادیوی سوییچینگ بسته جهت متصل کردن گره‌های متحرک در میدان‌های نبرد پی برد. دو پروتکل مسیریابی مشهور بردار فاصله [29] و وضعیت لینک [30] اولین بار برای این شبکه‌ها مطرح شدند.

شبکه MANET از شبکه رادیو بسته متعلق به DARPA نشأت گرفته است. اولین شبکه اقتضایی را می توان شبکه رادیو بسته [31] یا PRNet نامید. DARPAتحقیقات بر روی شبکه رادیو بسته را از سال 1972 آغاز کرد. شبکه رادیو بسته این توانایی را داشت که کانال همه پخشی رادیویی را بین چندین رادیو به اشتراک بگذارد. از شبکه رادیو بسته برای انتقال اطلاعات دیجیتال از طریق محیط بی‌سیم استفاده می شد [11]. این شبکه جهت دسترسی به محیط [32] از ترکیبی از پروتکل‌های ALOHA و CSMA استفاده کرد.

در شکل زیر مثالی از PRNet را مشاهده می کنید:

 

شکل ‏2‑2: شبکه رادیو بسته [8]

در این شبکه از گره‌های ثابت و متحرک استفاده می شد و به طور کامل بدون زیر ساخت نبود. مزایای این شبکه در این بود که تکرارکننده‌ها [33] و ترمینال‌ها متحرک بودند و یک سری ایستگاه ثابت برای مسیریابی وجود داشت. در این ساختار از شبکه سیمی استفاده نمی شد. امکان پیاده‌سازی سریع و پشتیبانی کردن از گره‌های متحرک نیز وجود داشت. مشکل این سیستم در این بود که به خاطر توپولوژی پویا و محیط ارتباطی‌اش از پیچیدگی بالایی برخوردار بود. ساختار ارتباطی آن نیمه دو طرفه[34] بود و در بین ایستگاه‌های مسیریاب ثابت، الگوریتم مسیریابی Bellmam-ford (بردار فاصله [35]) پیاده سازی شده بود.

[1] Information Technology

[2] Network Based Defense

[3] Tactical Network

[4] tactical wireless network

[5] robust

[6] reliability

[7] survivability sever

[8] dynamic Nodes

[9] mobile ad hoc networks (MANET)

[10] Router

[11] MANET

[12] Dynamic topology

[13] self organized network

[14] self –healing

[15] self-maintaining

[16] fast reconfiguration

[17] recovery of network

[18] relay

[19] Ad hoc network

[20] Hop

[21] relay

[22] Self configuring

[23] Self organizing

[24] router

[25] Infrastructure-less

[26] Mobile Ad hoc Network

[27] Multi hop network

[28] Packet switching