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);
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]
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:
- А. А. Бахтин, А. В. Смирнов, О. П. Тимофеева Свойства и характеристики AdHoc сетей, учебное пособие, Москва 2012
