Библиографическое описание:

Филиппов А. Н. Свойства и характеристики Ad Hoc сетей // Молодой ученый. — 2016. — №11. — С. 522-525.



Топология сети может временами непредсказуемо меняться по различным причинам: как из-за того, что работающие узлы мобильны, так и из того, что некоторые из неподвижных узлов могут выйти из строя и перестать работать. Время от времени в подобной сети происходят изменения, вследствие чего изменяется расстояние между соседними узлами. Именно поэтому Ad Hoc сети принято называть также эпизодическими сетями. Зачастую в качестве эпизодической сети выступает именно беспроводная сеть. Эпизодическая сеть является одноранговой, это означает, что каждый узел в сети наделен одинаковыми функциями. Каждое из таких устройств может общаться с любым другим, и в этом случае не предусмотрено отдельной базовой станции или точки доступа. Однако, в случае, если возникнет необходимость подключения этой Ad Hoc сети к другой сети, например, такой, как Интернет, один из этих узлов эпизодической сети может наделяться правами базовой станции или некоторого координатора этой сети. Узлы эпизодической сети имеют ограниченную мощность передатчика, из-за этого они имеют также ограниченную «радиовидимость». Еще одним важным свойством узлов такой эпизодической сети, не считая прием и передачу, является возможность ретранслировать информацию и маршрутизировать. Поэтому, возникает разумный вопрос: как должна быть организована работа эпизодической сети, чтобы при условии непредсказуемого перемещения узлов в сети можно было бы гарантировать доставку информации нужному адресату.

Таким образом, целью данной работы было исследование свойств и характеристик Ad Hoc сетей.

Основные определения и характеристики

Мобильными эпизодическими сетями называются одноранговые самоконфигурируемые сети, в основе которых выступают узлы-маршрутизаторы, которые соединены между собой беспроводными каналами связи и отличаются тем, что топология таких сетей меняется. Каждое устройство в такой сети перемещается независимо от других в абсолютно любом направлении. Самоконфигурируемость необходима для того, чтобы была возможность связности узлов. Узлы, во время своего функционирования в сети, используют общий беспроводной канал, причем доступ к нему предоставляется случайным образом. Узлами реализуется передача данных посредством ретрансляции. Поэтому узлы в сети являются не только хостами, но также и маршрутизаторами. [1] Наиболее важными особенностями таких сетей являются [1]:

– наличие одноранговой структуры и децентрализованного управления;

– наличие непредсказуемо и динамически меняющейся топологии;

– наличие функции маршрутизации у всех узлов;

– самоорганизация сети (через ретрансляцию);

– различные ограничивающие факторы в сети в виде дальности радиовидимости или ёмкости батарей устройств;

– большая потеря данных;

Существует несколько основных эпизодических сетей (рис 1.1):

– мобильная эпизодическая сеть (MANET — mobile ad hoc network);

– фиксированная эпизодическая сеть, пример — беспроводная сенсорная сеть (WSN — wireless sensor network);

C:\Users\Администратор\Desktop\Безымянный.png

Рис. 1. сети с переменной топологией: а) — стационарная сеть; б) — сеть с подвижными узлами; в) — сеть с отказавшими узлами [1]

У сетей MANET также есть свои разновидности, среди них [1]:

– VANET — автомобильная сеть (vehicular ad hoc network);

– InVANET — эпизодическая сеть на основе роботизированных мобильных систем (intelligent VANET);

– IMANET — эпизодическая сеть с возможностью выхода на фиксированную сеть Интернет (internet MANET);

– WANET — беспроводная эпизодическая сеть с подвижными базовыми станциями (wireless ad hoc network);

– WMN — беспроводная клеточная (ячеистая) сеть (wireless mesh networks);

– Airborne Ad Hoc Network — такая эпизодическая сеть, приёмопередатчики которой находятся на воздушных платформах.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика сетей.

Таблица 1

Сравнительная характеристика[1]

Тип сети

Мобильность

Энергетика

Вычислительная мощность

MANET

Низкая

Ограничена

Средняя

VANET

Высокая

Не ограничена

Высокая

Проводная

Отсутствует

Не ограничена

Высокая

Для того чтобы полностью классифицировать эпизодическую сеть используют различные признаки и свойства, такие как [1]:

– архитектура сети (одноранговая или с выходом в другие сети);

– мобильность (фиксированные узлы или мобильные);

– взаимное размещение узлов в пространстве (трёхмерное, плоское или линейное);

– число узлов (малое, среднее, много, огромно);

– скорость (время) изменения топологии (дни, часы, минуты, секунды) и т. д.

Из-за подвижности абонентов топология сети постоянно меняется и становится непредсказуемой (рис 2). Простейшим видом связи является прямая передача — между соседними узлами (в один скачок). Для передачи информации между произвольными узлами, как правило, требуется многоскачковая (релейная) трансляция, причем набор промежуточных узлов из-за их мобильности может меняться даже в течение сеанса связи. Поскольку сеть Ad Hoc — сеть одноранговая, в процессе одновременной передачи информации несколькими узлами могут возникать конфликтные ситуации, и не только в отношении общего канала связи. Например, мобильный аппарат должен работать для одного маршрута, как оконечный приемник, а для другого маршрута — как ретранслятор. [1]

C:\Users\Администратор\Desktop\Безымянный.png

Рис. 2. влияние движения абонентов на топологию сети: а — прямая передача, б — релейная передача (два скачка), в — конфликт в узле[1]

Эпизодическая сеть может работать независимо или подключаться к другим сетям, например, к интернету, через соответствующие устройства. Концепция эпизодических сетей имеет большие перспективы как с точки зрения развития сетей следующего поколения, так и с точки зрения концепции всепроникающих телекоммуникаций (omni-communications). [1]

Основными характеристиками эпизодических сетей, отражающими их специфику, являются [1]:

– Среднее число функционирующих узлов в сети;

– Подвижность узлов;

– Предельная ёмкость сети;

– Гарантированная емкость сети;

– Максимальное (среднее, гарантированное) время пересылки в сети;

– Связность или среднее число соседних узлов в зоне радиовидимости;

– Живучесть сети или вероятность доставки информации любому действующему узлу в сети;

– Мортальность узлов (пропадание, выход из зоны видимости узлов за определенный срок, среднее значение).

Вместе с тем нужно упомянуть о преимуществах эпизодических сетей [1]:

– Относительная простота — не требуется предварительная установка стационарного оборудования;

– Гибкость — сеть легко разворачивается в любое время в любом месте;

– Обеспечение доступа к информации и услугам без привязки к географическому расположению абонентов.

Перечислим особенности эпизодических сетей с точки зрения применения в специализированных системах, обусловленные хорошо развитым алгоритмическим и программным обеспечением [1]:

– Поддержка интерактивного обмена информацией в реальном времени;

– Высокие требования по энергетической эффективности;

– Устойчивость к наведенным помехам;

– Мобильность магистральной линии;

– Устойчивость к прерываниям связи;

– Управление безопасностью и обеспечение живучести;

– Обнаружение несанкционированного доступа;

– Эффективность и безопасность маршрутизации;

– Динамическая адресация;

– Адекватная емкость сети.

Область применения этих эпизодических сетей широка и разнообразна. Ad hoc сеть может быть применена в самых различных отраслях науки и техники. В таблице 2 приведены области, в которых может быть применена эпизодическая сеть. [1]

Таблица 2

Области применения мобильных эпизодических сетей [1]

Область применения

Описания/службы

Сенсорные сети

Домашние приложения: умные сенсорные узлы и управляющие устройства могут быть встроены в бытовую технику для того, чтобы конечные пользователи могли управлять бытовой техникой локально или удаленно. Приложения. Относящиеся к окружающей среде, которые включают в себя отслеживание передвижения животных, химическое/биологическое обнаружение, точное сельское хозяйство и т. д. Отслеживание событий, взаимосвязанных во времени и пространстве, например сенсоры для погодных явлений и активности Земли.

Работы при чрезвычайных ситуациях

Поисковые и спасательные ситуации. Устранение последствий чрезвычайных ситуаций. Раннее получение и транспортировка информации о пациенте (запись, статус, диагностика) из/в госпиталь. Замена фиксированной инфраструктуры в случае землетрясения ураганов, пожаров и др.

Коммерческие приложения

Электронная коммерция: электронные платежи из любого места (например, из такси). Бизнес. Динамический доступ к данным, которые хранятся в центральном хранилище во время полёта. Предоставление согласованных баз данных агентам. Мобильный офис. Сервисы для транспортных средств. Передача новостей, состояния дороги, прогноза погоды, музыки. Локальная эпизодическая сеть с ближайшими транспортными средствами для получения информации о дороге/дорожных происшествиях.

Тактические сети

Военные коммуникации, операции. Автоматизированные поля битв.

Домашние и представительские сети

Домашние/офисные беспроводные сети (WLAN), например, использование общедоступных лекционных экранов, использование карманных компьютеров для печати документов из любого места, торговые презентации. Персональные сети

Учебные приложения

Установка виртуальных классов или комнат для конференций. Установление эпизодических коммуникаций во время мероприятий.

Область применения

Описания/службы

Развлечения

Игры с несколькими пользователями. Роботизированные питомцы. Доступ в интернет на улице.

Сервисы для определения местоположения

Сервисы по отслеживанию автоматической переадресации вызова, передачи актуальной информации о текущем местоположении. Информационные сервисы: от абонента — информация о местонахождении определенного сервиса в зависимости от местоположения, например, заправочной станции; к абоненту — туристический гид в зависимости от местоположения, информация о доступных сервисах (принтер, факс, телефон, сервер, заправочные станции).

Литература:

  1. А. А. Бахтин, А. В. Смирнов, О. П. Тимофеева Свойства и характеристики AdHoc сетей, учебное пособие, Москва 2012

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle