WikiDer > Беспроводная ячеистая сеть

Wireless mesh network
Схема, показывающая возможную конфигурацию проводно-беспроводной ячеистой сети, подключенной восходящим потоком через канал VSAT (щелкните, чтобы увеличить)

А беспроводная ячеистая сеть (WMN) это сеть связи состоит из радио узлы организованный в сетка топология. Это также может быть форма беспроводная одноранговая сеть.[1]

А сетка относится к богатому взаимодействию между устройствами или узлами. Беспроводные ячеистые сети часто состоят из ячеистых клиентов, ячеистых маршрутизаторов и шлюзов. Подвижность узлов менее часта. Если узлы постоянно или часто перемещаются, сетка тратит больше времени на обновление маршрутов, чем на доставку данных. В беспроводной ячеистой сети топология имеет тенденцию быть более статичной, так что вычисление маршрутов может сходиться и может происходить доставка данных по назначению. Следовательно, это маломобильная централизованная форма беспроводная одноранговая сеть. Кроме того, поскольку он иногда полагается на статические узлы в качестве шлюзов, это не действительно полностью беспроводная одноранговая сеть.[нужна цитата]

Mesh-клиентами часто являются ноутбуки, сотовые телефоны и другие беспроводные устройства. Сетевые маршрутизаторы перенаправляют трафик на шлюзы и от них, которые могут, но не обязательно, быть подключены к Интернету. Зону покрытия всех радиоузлов, работающих как единую сеть, иногда называют ячеистым облаком. Доступ к этому ячеистому облаку зависит от совместной работы радиоузлов для создания радиосети. Ячеистая сеть надежна и предлагает избыточность. Когда один узел больше не могут работать, остальные узлы могут связываться друг с другом напрямую или через один или несколько промежуточных узлов. Беспроводные ячеистые сети могут формироваться и восстанавливаться. Беспроводные ячеистые сети работают с различными беспроводными технологиями, включая 802.11, 802.15, 802.16, сотовые технологии и не должны ограничиваться какой-либо одной технологией или протоколом. Смотрите также ячеистая сеть.[нужна цитата]

Функции

Архитектура

Архитектура беспроводной сети - это первый шаг к обеспечению рентабельности и низкой мобильности в определенной зоне покрытия. Инфраструктура беспроводной ячеистой сети, по сути, представляет собой сеть маршрутизаторов без кабелей между узлами. Он построен из одноранговых радиоустройств, которые не нужно подключать к проводному порту, как традиционный WLAN точки доступа (AP) делать. Ячеистая инфраструктура передает данные на большие расстояния, разбивая расстояние на серию коротких переходов. Промежуточные узлы не только усиливают сигнал, но и совместно передают данные из точки A в точку B, принимая решения о пересылке на основе своих знаний о сети, т. Е. Выполняют маршрутизацию, сначала определяя топологию сети.

Беспроводные ячеистые сети представляют собой сеть с относительно "стабильной топологией", за исключением случайных отказов узлов или добавления новых узлов. Путь трафика, собираемого от большого количества конечных пользователей, меняется нечасто. Практически весь трафик в ячеистой сети инфраструктуры либо перенаправляется на шлюз, либо от него, в то время как в беспроводные сети ad hoc или клиентских ячеистых сетей трафик проходит между произвольными парами узлов.[2]

Если скорость мобильности между узлами высока, то есть часто случаются разрывы каналов, беспроводные ячеистые сети начинают выходить из строя и имеют низкую производительность связи.[3]

Управление

Инфраструктура этого типа может быть децентрализованной (без центрального сервера) или централизованно управляемой (с центральным сервером).[4] Оба являются относительно недорогими, могут быть очень надежными и устойчивыми, поскольку каждый узел нужно только передать до следующего узла. Узлы действуют как маршрутизаторы для передачи данных из ближайших узлов в сверстники которые слишком далеко, чтобы достичь их за один прыжок, в результате чего сеть может охватывать большие расстояния. Топология ячеистой сети должна быть относительно стабильной, то есть не иметь слишком большой мобильности. Если один узел выпадает из сети из-за аппаратного сбоя или по любой другой причине, его соседи могут быстро найти другой маршрут, используя протокол маршрутизации.

Приложения

Mesh-сети могут включать фиксированные или мобильные устройства. Решения столь же разнообразны, как и потребности в связи, например, в сложных условиях, таких как чрезвычайные ситуации, туннели, нефтяные вышки, наблюдение за полем боя, приложения для высокоскоростного мобильного видео на борту общественного транспорта, телеметрия гоночных автомобилей в реальном времени или самостоятельная организация доступа в Интернет для сообществ.[5] Важным возможным приложением для беспроводных ячеистых сетей является VoIP. Используя схему качества обслуживания, беспроводная сеть может поддерживать маршрутизацию локальных телефонных вызовов через сеть. Большинство приложений в беспроводных ячеистых сетях аналогичны приложениям в беспроводные сети ad hoc.

Некоторые текущие приложения:

  • Вооруженные силы США теперь используют беспроводную связь ячеистая сеть для подключения своих компьютеров, в основном ноутбуков повышенной прочности, в полевых условиях.[нужна цитата]
  • Электрические умные счетчики Теперь, когда они развернуты в жилых домах, они передают свои показания от одного к другому и, в конечном итоге, в центральный офис для выставления счетов без необходимости использования считывателей счетчиков или подключения счетчиков кабелями.[6]
  • Ноутбуки в Один ноутбук на ребенка Программа использует беспроводную ячеистую сеть, чтобы студенты могли обмениваться файлами и выходить в Интернет, даже если у них нет проводного или сотового телефона или других физических подключений в их районе.
  • Google Home, Google Wi-Fi и Google OnHub все поддерживают Ячеистая сеть Wi-Fi (т. Е. Сеть Wi-Fi ad hoc).[7] Некоторые производители маршрутизаторов Wi-Fi начали предлагать сетевые маршрутизаторы для домашнего использования в середине 2010-х годов.[8]
  • 66-спутник Созвездие Иридиум работает как ячеистая сеть с беспроводными линиями связи между соседними спутниками. Вызовы между двумя спутниковыми телефонами маршрутизируются через сетку, от одного спутника к другому через созвездие, без необходимости проходить через земная станция. Это сокращает расстояние прохождения сигнала, снижает задержку, а также позволяет группировке работать с гораздо меньшим количеством земных станций, чем потребовалось бы для 66 традиционных спутников связи.

Операция

Принцип похож на способ пакеты путешествовать по проводам Интернет- данные передаются от одного устройства к другому, пока в конечном итоге не достигнут пункта назначения. Динамический маршрутизация алгоритмы, реализованные в каждом устройстве, позволяют это осуществить. Чтобы реализовать такие протоколы динамической маршрутизации, каждое устройство должно передавать информацию о маршрутизации другим устройствам в сети. Затем каждое устройство определяет, что делать с полученными данными - либо передать их следующему устройству, либо сохранить, в зависимости от протокола. Маршрутизация алгоритм used должен стремиться всегда гарантировать, что данные идут по наиболее подходящему (самому быстрому) маршруту к месту назначения.

Мульти-радио сетка

Сетка с несколькими радиостанциями означает, что разные радиостанции работают на разных частотах для соединения узлов в сети. Это означает, что для каждого беспроводного перехода используется уникальная частота и, следовательно, выделенный CSMA область столкновения. При большем количестве радиодиапазонов пропускная способность связи, вероятно, увеличится в результате большего количества доступных каналов связи. Это похоже на предоставление двойных или множественных радиоканалов для передачи и приема данных.

Темы исследований

В одной из наиболее часто цитируемых работ по беспроводным ячеистым сетям в 2005 г. были определены следующие области как открытые исследовательские проблемы.

  • Новая схема модуляции
    • Для достижения более высокой скорости передачи требуются новые схемы широкополосной передачи, отличные от OFDM и UWB.
  • Расширенная обработка антенны
    • Расширенная обработка антенны, включая направленный, умная и множественная антенна технологии дополнительно исследуются, поскольку их сложность и стоимость все еще слишком высоки для широкой коммерциализации.
  • Гибкий управление использованием спектра
    • Для повышения эффективности прилагаются огромные усилия по исследованию методов с быстрой перестройкой частоты.
  • Межуровневая оптимизация
    • Межуровневые исследования - это популярная в настоящее время тема исследований, когда информация распределяется между различными уровнями связи для повышения уровня знаний и текущего состояния сети. Это могло бы облегчить разработку новых и более эффективных протоколов. Совместный протокол, который решает различные проблемы проектирования - маршрутизацию, планирование, назначение каналов и т. Д. - может обеспечить более высокую производительность, поскольку эти проблемы тесно взаимосвязаны.[9] Обратите внимание, что небрежный межуровневый дизайн может привести к тому, что код будет сложно поддерживать и расширять.[10]
  • Программно-конфигурируемая беспроводная сеть
    • Централизованный, распределенный или гибридный? - В[11] исследуется новая архитектура SDN для WDN, которая устраняет потребность в многозвенной лавинной рассылке информации о маршруте и, следовательно, позволяет легко расширять WDN. Ключевая идея - разделить управление сетью и пересылку данных с помощью двух отдельных частотных диапазонов. Узлы пересылки и контроллер SDN обмениваются информацией о состоянии канала и другой сигнализацией управления сетью в одном из диапазонов, в то время как фактическая пересылка данных происходит в другом диапазоне.
  • Безопасность
    • WMN можно рассматривать как группу узлов (клиентов или маршрутизаторов), которые взаимодействуют друг с другом для обеспечения связи. Такой открытая архитектура, где клиенты служат маршрутизаторами для пересылки пакетов данных, подвержен многим типам атак, которые могут прервать работу всей сети и вызвать отказ в обслуживании (DoS) или распределенный отказ в обслуживании (DDoS).[12]

Протоколы

Протоколы маршрутизации

Существует более 70 конкурирующих схем маршрутизации пакетов в ячеистых сетях. Некоторые из них включают:

  • Маршрутизация на основе ассоциативности (ABR)[1]
  • AODV (Специальный вектор расстояния по запросу)
  • БЭТМЕН. (Лучший подход к мобильной специальной сети)
  • Вавилон (протокол) (протокол маршрутизации на основе вектора расстояния для IPv6 и IPv4 со свойствами быстрой сходимости)
  • Динамическая маршрутизация NIx-Vector | DNVR[13]
  • DSDV (Последовательная маршрутизация с помощью вектора расстояния)
  • DSR (Динамическая маршрутизация от источника)
  • HSLS (Нечеткое состояние связи)
  • HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol, протокол обязательной маршрутизации по умолчанию для IEEE 802.11s)
  • Инфраструктура Wireless Mesh Protocol (IWMP) для ячеистых сетей с инфраструктурой от GRECO UFPB-Brazil[14]
  • OLSR (Оптимизированный протокол маршрутизации состояния канала)
  • OORP (Протокол маршрутизации OrderOne) (Протокол маршрутизации OrderOne Networks)
  • OSPF (Открытая маршрутизация по кратчайшему пути)
  • Протокол маршрутизации для сетей с низким энергопотреблением и с потерями (протокол IETF ROLL RPL, RFC 6550)
  • PWRP (протокол прогнозируемой беспроводной маршрутизации)[15]
  • ТОРА (Алгоритм временной маршрутизации)
  • ZRP (Протокол зональной маршрутизации)

В IEEE разработал набор стандартов под названием 802.11s.

Менее подробный список можно найти на Список протоколов специальной маршрутизации.

Протоколы автоконфигурации

Стандартные протоколы автоконфигурации, такие как DHCP или же Автоконфигурация IPv6 без сохранения состояния может использоваться в ячеистых сетях.

Протоколы автоконфигурации для ячеистой сети включают:

  • Протокол специальной конфигурации (AHCP)
  • Проактивная автоконфигурация (протокол проактивной автоконфигурации)
  • Протокол динамической конфигурации WMN (DWCP)

Сообщества и провайдеры

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Чай Кеонг То Специальные мобильные беспроводные сети, издательство Prentice Hall, 2002. ISBN 978-0-13-007817-9
  2. ^ Дж. Джун, М.Л. Сичитиу, «Номинальная емкость беспроводных ячеистых сетей», в IEEE Wireless Communications, vol 10, 5 pp 8-14. Октябрь 2003 г.
  3. ^ Беспроводная связь, сети и приложения: материалы WCNA 2014.
  4. ^ Ченг, Син-Мин; Линь, телефон; Хуанг, Ди-Вэй; Ян, Шун-Рен (июль 2006 г.). «Исследование распределенного / централизованного планирования для беспроводной ячеистой сети». IWCMC '06: Материалы Международной конференции по беспроводной связи и мобильным вычислениям 2006 г.: 599. Дои:10.1145/1143549.1143668. ISBN 1595933069. S2CID 8584989.
  5. ^ Бейер, Дэйв; Вестрих, Марк; Гарсия-Луна-Асевес, Хосе (1999). «Сеть сообщества на крыше: бесплатный высокоскоростной доступ к сети для сообществ». В Hurley, D .; Келлер, Дж. (Ред.). Первые 100 футов. MIT Press. стр.75–91. ISBN 0-262-58160-4.
  6. ^ "Обзор умной энергии ZigBee.org".
  7. ^ Хильденбранд, Джерри (13 октября 2016 г.). «Как работают ячеистые сети Wi-Fi». Android Central.
  8. ^ Флейшман, Гленн (5 мая 2020 г.). «Беспроводные ячеистые сети: все, что вам нужно знать». PCWorld. Получено 2018-10-09.
  9. ^ Pathak, P.H .; Датта, Р. (2011). «Обзор проблем проектирования сети и совместных подходов к проектированию в беспроводных ячеистых сетях». Обзоры и учебные пособия по коммуникациям IEEE. 13 (3): 396–428. Дои:10.1109 / SURV.2011.060710.00062. S2CID 206583549.
  10. ^ Kawadia, V .; Кумар, П.Р. (2005). «Поучительный взгляд на кросс-слойный дизайн». Беспроводная связь IEEE. 12 (1): 3–11. Дои:10.1109 / MWC.2005.1404568. ISSN 1536-1284. S2CID 1303663.
  11. ^ Аболхасан, Мехран; Липман, Джастин; Ни, Вэй; Хагельштейн, Бретт (июль 2015 г.). «Программно-определяемые беспроводные сети: централизованные, распределенные или гибридные?». Сеть IEEE. 29 (4): 32–38. Дои:10.1109 / MNET.2015.7166188. ISSN 0890-8044. S2CID 1133260.
  12. ^ Аланази, Шейкер; Салим, Кашиф; Аль-Мухтади, Джалал; Дерхаб, Абделуахид (2016). «Анализ влияния отказа в обслуживании на маршрутизацию данных в беспроводной ячеистой сети мобильного электронного здравоохранения». Мобильные информационные системы. 2016: 1–19. Дои:10.1155/2016/4853924. ISSN 1574-017X.
  13. ^ Ли, Ю. Дж .; Райли, Дж. Ф. (март 2005 г.). «Динамическая nix-векторная маршрутизация для мобильных одноранговых сетей». Конференция IEEE по беспроводной связи и сети, 2005 г.. 4: 1995–2001 Vol. 4. Дои:10.1109 / WCNC.2005.1424825. ISBN 0-7803-8966-2. S2CID 2648870.
  14. ^ Порту, Д. К. Ф .; Cavalcanti, G .; Элиас, Г. (1 апреля 2009 г.). «Многоуровневая архитектура маршрутизации для инфраструктурных беспроводных ячеистых сетей». Пятая Международная конференция по сетям и услугам, 2009 г. ICNS '09: 366–369. Дои:10.1109 / ICNS.2009.91. ISBN 978-1-4244-3688-0. S2CID 16444897.
  15. ^ «TropOS проверена на практике для создания масштабируемой сетевой архитектуры - Технология TropOS | Унифицированное управление сетью (решения для беспроводной ячеистой сети | ABB Wireless)». new.abb.com. Получено 2019-12-19.

внешняя ссылка