شبكه بي سيم

امروزه تمايل به استفاده از شبكه هاي بي سيم روز به روز در حال افزايش است ،‌ چون هر شخصي،‌ هر جايي و در هر زماني مي تواند از آنها استفاده نمايد . در سالهاي اخير رشد شگرفي در فروش كامپيوترهاي laptop و كامپيوترهاي قابل حمل بوجود آمده است . اين كامپيوترهاي كوچك،‌به چندين گيگا بايت حافظه روي ديسك ،‌ نمايش رنگي با كيفيت بالا و كارتهاي شبكه بي سيم مجهز هستند . علاوه بر اين ،‌ اين كامپيوترهاي كوچك مي توانند چندين ساعت فقط با نيروي باتري كار كنند و كاربران آزادند براحتي آنها را به هر طرف كه مي خواهند منتقل نمايند .

زماني كه كاربران شروع به استفاده از كامپيوترهاي متحرك نمودند ،‌ به اشتراك گذاشتن اطلاعات بين كامپيوترها يك نياز طبيعي را بوجود آورد . از جمله كاربردهاي به اشتراك گذاري اطلاعات در مكانهايي نظير سالن كنفرانس ،‌كلاس درس ‌،‌ ترمينالهاي فرودگاه و همچنين در محيط هاي نظامي است .

دوروش براي ارتباط بي سيم بين كامپيوترهاي متحرك وجود دارد .
۱- استفاده از يك زير ساخت ثابت كه توسط يك Acces point خارج شد آنگاه در محدوده راديويي Wireless Access point ها فراهم مي آيد . كه در اين گونه شبكه ها ،‌ نودهاي متحرك از طريق Access Point ها با يكديگر ارتباط برقرار مي كنند و هنگاميكه يك نود از محدوده راديويي Access Pointديگري قرار مي گيرد . مشكل اصلي در اينجا هنگامي است كه يك اتصال بايد از يك Access Point به Access Point ديگري تحويل داده شود ،‌ بدون آنكه تاخير قابل توجهي به وجود آيد ويا بسته اي گم شود .
۲- شكل دادن يك شبكه بي سيم Adhoc در بين كاربراني است كه مي خواهند با هم ارتباط داشته باشند . اين گونه شبكه ها زير ساخت ثابتي ندارند و كنترل كننده و مركزي نيز براي آنها وجود ندارد .

شبكه هاي بي سيم Adhoc از مجموعه اي از نودهاي متحرك تشكيل شده اند كه اين نودها قادرند به طور آزادانه و مداوم مكانشان را در شبكه تغيير دهند . نودهاي موجود در شبكه Adhoc همزمان به عنوان client و مسيرياب عمل مي كنند و با توجه به عدم وجود ساختار ثابت در اين گونه شبكه‎ها ،‌ نودها مسئوليت مسيريابي را براي بسته هايي كه مي خواهند در شبكه ارسال شوند بر عهده دارند و در انجام اين امر با يكديگر همكاري مي كنند .

هدف ما نيز در اينجا بررسي و مطالعه بر روي خصوصيات و ويژگي هاي اين تكنيكهاي مسير يابي است . لازم بذكر است پروتكل هاي مسيريابي متفاوتي براي استفاده در شبكه هاي Adhoc پيشنهاد شده اند كه پس از مطالعه اجمالي برروي نحوه عملكرد هر يك از آنها ،‌ قادر خواهيم بود آنها را بر طبق خصوصياتشان قسمت بندي نمائيم .چرا نياز به طراحي پروتكلهاي مسير يابي جديدي براي شبكه هاي Adhoc وجود دارد ؟‌
در شبكه هاي سيم دار تغييرات در توپولوژي شبكه بندرت اتفاق مي افتد . بيشتر host ها و نودهاي ديگر در يك جاي مشخصي در شبكه قرار دارند ويك شكستگي در لينك زماني اتفاق مي‎افتد كه يك قطع فيزيكي نظير fail‌ شدن host و يا خسارت فيزيكي كامل اتفاق بيفتد . براي اين نوع شبكه هاي سيم دار با ساختار ثابت يك الگوريتم مسيريابي كلاسيك به خوبي كار مي كند.

براي اينكه اطلاعات جداول مسيريابي بروز باشند ،‌مسيريابها به صورت دوره اي اطلاعاتشان را با يكديگر مبادله مي كنند و در حالتي كه يك failure‌ ي در لينكي اتفاق بيفتد مسيرها بايد مجدداً محاسبه شوند ودر شبكه منتشر گردند. اين پروسه يك مدت زماني طول مي كشد كه چنين چيزي در شبكه هاي سيم دار طبيعي است و آشكار است كه چنين روشي در شبكه هاي Adhoc كار نخواهد كرد . در اين شبكه ها از آنجايي كه نودها مرتباً در حال حركت هستند

،‌ تغييراتي كه در لينكها به وجود مي آيد نيز بسيار مداوم خواهد بود . به عنوان مثال زماني را در نظر بگيريد كه ۲ تا نود در حالي با هم ارتباط برقرار كرده اند كه مدام از همديگر فاصله مي گيرند . تا زماني كه هردوي آنها در محدوده ارتباطي همديگر باشند اين ارتباط مي تواند حفظ گردد. ولي هنگاميكه فاصله بين نودها بيشتر شود ديگر اين ارتباط نيز ميسر نخواهد بود . حال تصور كنيد كه تعداد زيادي از نودها مطابق اين سناريو رفتار نمايند ،‌ در اين حالت لينكهاي زيادي شكل خواهند گرفت ومسيرهاي جديدي به سمت مقصدها محاسبه خواهد شد و در مقابل لينكهاي بسياري نيز شكسته خواهند شد و مسيرهاي بسياري نيز از بين خواهند رفت .

از ديگر مواردي كه مي توان به عنوان دلايل نياز به طراحي پروتكلهاي مسيريابي جديد براي شبكه‎هاي Adhoc به آنها اشاره كرد عبارتند از :‌
– پروتكلهاي مسيريابي شبكه هاي سيم دار بار محاسباتي بسيار زيادي را به صورت مصرف زياد حافظه و همچنين مصرف زياد انرژي بر روي هر كامپيوتر قرار مي دهند .
– پروتكلهاي مسيريابي مورد استفاده در شبكه هاي سيم دار از مشكلات به وجود آوردن حلقه‎هاي كوتاه مدت وبلند مدت رنج مي برند .

– متدهايي كه براي حل مشكلات ناشي از بوجود آوردن حلقه ها در پروتكلهاي مسيريابي سنتي استفاده مي شوند در شبكه هاي Adhoc عملي نيستند .
اين تفاوتها بين شبكه هاي سيم دار و بي سيم به راحتي آشكار مي كند كه يك پروتكل مسيريابي براي شبكه هاي Adhoc بايد يكسري از مشكلات اضافه تري را حل نمايد كه اين مشكلات در شبكه هاي سيم دار وجود نداشته است .

در زير ليستي از مواردي را كه يك پروتكل مسيريابي بايد آنها را مدنظر قرار دهد ذكر گرديده كه بعضي از اين خصوصيات مهمتر از خصوصيات ديگر هستند .
به طور كلي اهداف طراحي پروتكلهاي مسيريابي اين است كه پروتكلي ساخته شود كه :‌
۱- وقتي كه توپولوژي شبكه گسترش مي يابد اين پروتكل نيز بتواند همچنان مسيريابي را انجام دهد .
۲- زماني كه تغييراتي در توپولوژي شبكه به وجود مي آيد اين پروتكل سريعاً قادر به پاسخگويي باشد .
۳- مسيرهايي را فراهم كند كه بدون حلقه باشد .
۴- تاخير را به حداقل رساند (‌باانتخاب مسيرهاي كوتاه )‌
۵- براي اجتناب از تراكم چندين مسير را از مبدأ به مقصد فراهم نمايد .
پروتكل طراحي شده براي مسيريابي در يك شبكه Adhoc بايد خصوصيات زيررا دارا باشد .
۱- اجراي غير مركزي داشته باشد ،‌ به اين معني كه نبايد به يك نود مركزي وابسته باشد .
۲- استفاده از پهناي باند را كار اگرداند (overhead مسيريابي را مي نيمم كند )
۳- هم از لينكهاي يكطرفه و هم از لينكهاي دو طرفه استفاده كند .

تقسيم بندي پروتكلهاي مسيريابي در شبكه هاي Adhoc
چندين معيار متفاوت براي طراحي و كلاس بندي پروتكلهاي مسير يابي در شبكه هاي Adhoc وجود دارد . به عنوان مثال اينكه چه اطلاعات مسيريابي مبادله مي شوند ؟ چه زماني و چگونه اين اطلاعات مبادله مي‎شوند ؟‌ چه زماني و چگونه مسيرها محاسبه مي شوند .
كه ما در اين بخش در مورد هر يك از اين معيارها مطالبي را بيان خواهيم كرد .

– مسيريابي Link State در مقابل مسيريابي DisTance Vector
همانند شبكه هاي سيم دار عرف ،‌ LSR و DVR مكانيزم هاي زيرين براي مسيريابي در شبكه‎هاي Adhoc بي سيم مي باشند . در LSR‌ اطلاعات مسيريابي به شكل بسته هاي Link State
(Link State Packets) مبادله مي شوند . LSP يك نود شامل اطلاعات لينكهاي همسايگانش است . هرنود زماني كه تغييري را در لينكي شناسايي كند LSP‌ هايش را فوراً در كل شبكه جاري مي كند . نودهاي ديگر بر اساس اطلاعاتي كه از LSP هاي دريافتي شان بدست مي آورند ‌، توپولوژي كل شبكه را ترسيم مي كنند و براي ساختن مسيرهاي لازم از يك الگوريتم كوتاهترين مسير نظيردايجكسترا استفاده مي كنند .

لازم به ذكر است تعدادي از هزينه هاي لينكها از ديد يك نود مي توانند غير صحيح باشند واين بدليل تاخير زياد انتشار و قسمت بندي بودن شبكه است . اين ديدهاي ناسازگار از توپولوژي شبكه مي تواند مارا به سمت تشكيل مسيرهايي داراي حلقه سوق دهد . اگرچه اين حلقه ها عمرشان كوتاه است وبعد از گذشت مدت زماني (‌مدت زماني كه طول مي كشد تا يك Message‌ قطر شبكه را بپيمايد ) ناپديد مي شوند . مشكلي كه در LSR‌ وجود دارد overhead‌ بالاي مسيريابي است كه بدليل حركت سريع نودها در شبكه و در نتيجه تغييرات سريع در توپولوژي شبكه اتفاق مي افتد

در مكانيزم DVR ،‌ هر نود يك بردار فاصله كه شامل شناسه مقصد ،‌ آدرس hop‌ بعدي ،‌ كوتاهترين مسير. مي باشد را براي هر مقصدي نگهداري مي كند . هر نود بصورت دوره اي بردارهاي فاصله را با همسايگانش مبادله مي كند . هنگاميكه نودي بردارهاي فاصله را از همسايگانش دريافت مي كند ،‌ مسيرهاي جديد را محاسبه مي كند و بردار فاصله اش را نيز Update‌ مي كند و يك مسير كاملي را از مبدأ تا مقصد شكل مي دهد . مشكلي كه در مكانيزم DVR وجود دارد همگرايي كند آن وتمايلش به توليد مسيرهاي داراي حلقه است .

Event – driven Update در مقابل Periodical Update
براي تضمين اينكه اطلاعات مربوط به موقعيت لينكها و توپولوژي شبكه بروز باشد ،‌ اطلاعات مسيريابي بايد در شبكه منتشر شوند . براساس اينكه چه زماني اطلاعات مسيريابي منتشر خواهند شد قادر خواهيم بود كه پروتكلهاي مسيريابي را به ۲ دسته تقسيم بندي نمائيم . دسته اول پروتكلهايي هستند كه به صورت دوره اي اطلاعات مسيريابي را منتشر مي كنند و دسته دوم مربوط به پروتكلهايي است كه در زمان وقوع تغييري در توپولوژي شبكه اطلاعات مسيريابي را انتشار مي‎دهند .
پروتكلهاي Periodical Update ،‌ اطلاعات مسيريابي را بصورت دوره اي پخش مي كنند . اين پروتكلها ،پروتكلهاي ساده اي هستند و پايداري شبكه ها را حفظ مي كنند و مهم تر از همه اين است كه به نودهاي جديد امكان مي دهند كه اطلاعات مربوط به توپولوژي و موقعيت لينكها را درشبكه بدست آورند. اگرچه ،در صورتي كه مدت زمان بين اين بروز رساني هاي دوره اي طولاني باشد آنگاه اين پروتكلها نمي توانند اطلاعات بروز ر انگه دارند . از طرف ديگر ،‌ در صورتي كه اين مدت زمان كوتاه باشد ،‌ تعداد بسيار زيادي از بسته هاي مسيريابي منتشر خواهند شد كه در نتيجه پهناي باند زيادي را از يك شبكه بي سيم مصرف خواهد كرد .

در يك پروتكل بروز رساني Event – Driven‌ ،‌ هنگاميكه يك حادثه اي اتفاق مي افتد ،‌ ( نظير اينكه يك لينك fail‌ مي شود و يا اينكه يك لينك جديدي بوجود مي آيد )،‌ يك بسته مسيريابي جهت بروزرساني نمودن اطلاعات مسيريابي موجود در نودهاي ديگر ،‌ broadkact‌ مي شود . مشكل زماني بوجود خواهد آمد كه توپولوژي شبكه بسيار سريع تغيير كند ، كه در آن هنگام تعداد زيادي از بسته هاي بروز رساني توليد و در شبكه پخش خواهند شد كه اين موجب مصرف مقدار زيادي از پهناي باند ونيز توليد نوسانات بسياري در مسيرها مي گردد .

مكانيزم هاي بروز رساني دوره اي و بروز رساني Event Driven‌ مي توانند با يكديگر استفاده شوند و يك مكانيزمي به نام مكانيزم بروز رساني تركيبي (‌Hybrid Update ) را به وجود آورند .
– ساختارهاي مسطح (Flat ) در مقابل ساختارهاي سلسله مراتبي (‌Hierarchical‌)
دريك ساختار مسطح همه نودها در شبكه در يك سطح قرار دارند و داراي عملكرد مسيريابي مشابهي مي باشند ،‌ مسيريابي مسطح براي استفاده در شبكه هاي كوچك ،‌ ساده وكارا است .
در مسيريابي سلسله مراتبي نودها به صورت ديناميك در شبكه به قسمتهايي كه clustor‌‌ ناميده مي‎شوند سازماندهي مي گردند ،‌ سپس مجدداً اين clustor‌ هادر كنار يكديگر تجمع مي كنند وSuperclustor‌ ها را مي سازند وبه همين ترتيب ادامه مي يابد .

سازماندهي يك شبكه به clustor‌ به نگهداري توپولوژي يك شبكه نسبتاً پايدار كمك مي كند .
در شبكه هايي كه عضويت در آنها و همچنين تغييرات در توپولوژي بسيار دايناميك باشد استفاده از cluster‌ ها كارايي چنداني نخواهد داشت .
– محاسبات غير متمركز(Decentralizad) در مقابل محاسبات توزيع شده (Distributed)
براساس اينكه چگونه و در كجا يك مسير محاسبه مي شود ۲ بخش براي پروتكلهاي مسيريابي به وجود مي آيد . محاسبات Decentralized و محاسبات توزيع شده .