Main aspects of Mobile ad hoc network

Mobilaus ad hoc tinklo pagrindiniai aspektai

Įvadas

Mobilusis ad hoc tinklas („mobile ad hoc network“ arba MANET) yra autonominė specialiojo belaidžio tinklo sistema, susidedanti iš nepriklausomų mazgų, judančių dinamiškai besikeičiančiame tinkle. Skirtingai nuo mobiliųjų telefonų belaidžio tinklo, MANET neegzistuoja statinės ar fiksuotos infrastruktūros bei nėra jokios centralizuotos kontrolės. Tinklas gali būti suformuotas bet kur ir bet kada, kol du ar daugiau mazgų yra sujungti ir komunikuojasi radijo bangomis arba tarpiniais mobiliaisiais mazgais. Mobilieji mazgai gali atlikti tiek pagrindinio kompiuterio, tiek maršrutizatoriaus vaidmenis. Realiame gyvenime, MANET mobilumas apsunkina jo įgyvendinimą. Teisingai suprojektuoti topologijos valdymą, maršruto parinkimą, paslaugų kokybę, išteklių valdymą, tinklo operacijas, saugos paslaugas tampa didžiuliu iššūkiu. Tai reiškia, kad MANET mobiliųjų mazgų mobilumo modelių savybes reikia labai atidžiai išanalizuoti ir ištirti. Taip pat, projektuojant ir įgyvendinant šį tinklą, būtina žinoti mobilumo modelių poveikį tinklo protokolams, programinėms paslaugoms ir sistemoms. MANET pritaikymą ir naudojimą galima pamatyti kariuomenėje, transporto priemonių susisiekime, kaip komunikacijos priemonę stichinių nelaimių atveju bei vėlavimui tolerantiškuose tinkluose („delay-tolerant networking“ arba DTN). Mažesnį ad hoc tinklų paplitimą lemia pilnai nerealizuotos efektyviam tinklo veikimui svarbios funkcijos. Viena iš jų, kelianti daugiausiai problemų, yra saugumas. Šiame referate bus aptariami pagrindiniai aspektai į kuriuos daugiausiai atsižvelgiama sudarant mobilųjį ad hoc tinklą bei saugumo grėsmes šio tipo tinkluose.

Topologijos formavimas

Formuojant topologiją MANET tinklui, išskiriami du pagrindiniai faktoriai į kuriuos būtina atsižvelgti: kaimyninių mazgų atradimas bei paketų perdavimo algoritmai.

Kaimyninių mazgų atradimas

Ad hoc tinklo veikimas priklauso nuo komunikuojančių mazgų sąveikos tam tikroje apylinkėje. Todėl, prieš pradedant mazgo komunikaciją, jis turi atrasti kitą mazgą arba jų rinkinį, kurie yra jo tiesioginio ryšio diapazone. Surinkęs šią informaciją, mazgas ją laiko vidinėje duomenų struktūroje ir naudoja ją įvairiose tinklo veiklose, tokiose kaip maršruto parinkimas. Mazgo elgesys priklauso nuo jo kaimyninių mazgų elgesio, nes prieš pradedant perduoti paketus kitiems mazgams jo trikdžių diapazone, jis turi pajusti esamą tinklo terpę, siekiant išvengti interferencijos. Mazgų ir ryšio veiklos aptikimas gali būti pasiektas periodiškai perduodant švyturio paketus arba pasyviai šnipinėjant kanale.

Paketų perdavimo algoritmai

Svarbi maršruto sudarymo protokolo dalis yra paketų persiuntimo algoritmas, kuris pasirenka maršrutą duomenų paketų perdavimui tarp kaimyninių mazgų. Persiuntimo algoritmas siekia iškeltą persiuntimo sąlygą, kuri, pavyzdžiui, gali būti trumpiausias vidutinis šuolio atstumas nuo šaltinio iki tikslo. Tokiu atveju potencialių mazgų rinkinį gali sudaryti tiesioginio ryšio diapazone nuo dabartinio mazgo esantys mazgai arba galimų mazgų rinkinys maršrute iki tikslo. Persiuntimo sąlygą taip pat gali apimti kai kuriuos QoS („Quality of service“) parametrus, pavyzdžiui, kiekviename mazge esantį energijos kiekį.

• Toliau nagrinėjami persiuntimo algoritmai atsižvelgia tik į tuos mazgus, kurie yra tiesioginiame mazgo, turinčio perduoti duomenų paketą, ryšio diapazone, kaip pavaizduota 1 paveiksle. Toliausiai nutolęs spindulyje („The Most Forward within Radius“ arba MFR) persiuntimo algoritmas pasirenka mazgą, kuris maksimaliai padidina atstumą nuo mazgo S iki taško p. Šis taškas nustatomas brėžiant liniją stačiu kampu į spindulį, nukreiptą į tikslo mazgą. Paveiksle, pirmu numeriu žymimas mazgas atitinka keliamus reikalavimus. Artimiausio progreso („The Nearest Forward Progress“ arba NFP) persiuntimo algoritmas pasirenka mazgą, kuris sumažina atstumą nuo mazgo S iki taško q. Taško q nustatymas vyksta taip pat, kaip ir prieš tai minėtame pavyzdyje, tik spindulyje parenkamas taškas, esantis arčiausiai mazgo S. Šiuo atveju, tai būtų antru numeriu žymimas mazgas. Godžioji maršrutizavimo schema („The greedy routing scheme“ arba GRS) naudoja mazgų geografinę vietą ir pasirenka mazgą, kuris yra arčiausiai tikslo mazgo D. Bus naudojamas trečiu numeriu žymimas mazgas. Kompaso (COMPASS) maršruto sudarymo algoritmas pasirenka mazgą, kuris sumažina kampą α, sudaromą tarp minėto spindulio ir pasirenkamo mazgo, bei atsižvelgia į mazgus, esančius arčiau mazgo D. Šiuo atveju, bus naudojamas ketvirtu numeriu žymimas mazgas. Atsitiktinio duomenų persiuntimo algoritmas, kaip minima pavadinime, pasirenka atsitiktinį mazgą, esantį tiesioginio ryšio diapazone nuo S. Dalinės topologijos žinojimo perdavimo („Partial Topology Knowledge Forwarding“ arba PTKF) algoritmas pasirenka mazgą, naudodamas lokalizuotą trumpiausio kelio maršrutizavimą. Maršrutai apskaičiuojami remiantis vietiniu topologiniu vaizdu ir atsižvelgia į perdavimo metu sunaudojamą energijos kiekį.