Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Mesh-сети )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Иллюстрация частично связанной ячеистой сети. Полностью подключенная ячеистая сеть - это то, где каждый узел подключен к каждому другому узлу в сети.

Ячеистая сеть (или просто meshnet ) является локальной сетью топологии , в которой инфраструктура узлы (то есть мосты, коммутаторы и другие сетевые устройства) подключаются непосредственно, динамически и не иерархически , как и многие другие узлы , как это возможно , и сотрудничать друг с другом в эффективно маршрутизировать данные от / к клиентам. Отсутствие зависимости от одного узла позволяет каждому узлу участвовать в передаче информации. Ячеистые сети динамически самоорганизуются и конфигурируются, что позволяет снизить накладные расходы на установку. Возможность самонастройки обеспечивает динамическое распределение рабочих нагрузок, особенно в случае отказа нескольких узлов. Это, в свою очередь, способствует отказоустойчивости и сокращению затрат на техническое обслуживание.[ необходима цитата ]

Ячеистая топология может контрастировать с традиционными топологиями локальной сети типа звезда / дерево, в которых мосты / коммутаторы напрямую связаны только с небольшим подмножеством других мостов / коммутаторов, а связи между этими соседями инфраструктуры являются иерархическими. Хотя топологии типа «звезда и дерево» очень хорошо отработаны, в высшей степени стандартизованы и не зависят от поставщиков, производители ячеистых сетевых устройств еще не все согласовали общие стандарты, а совместимость устройств от разных поставщиков еще не гарантирована. [1]

Основные принципы [ править ]

Сетка сеть может передавать сообщения , используя либо затопление техника или маршрутизацию технику. При маршрутизации сообщение распространяется по пути, скачкообразно переходя от узла к узлу, пока не достигнет пункта назначения. Чтобы гарантировать, что все пути доступны, сеть должна допускать непрерывные соединения и должна переконфигурироваться вокруг сломанных путей, используя алгоритмы самовосстановления , такие как Shortest Path Bridging.. Самовосстановление позволяет сети на основе маршрутизации работать, когда узел выходит из строя или когда соединение становится ненадежным. В результате сеть, как правило, довольно надежна, поскольку часто существует более одного пути между источником и пунктом назначения в сети. Хотя эта концепция в основном используется в беспроводных сетях, она также может применяться к проводным сетям и взаимодействию с программным обеспечением.

Ячеистая сеть, узлы которой все соединены друг с другом, является полностью связанной сетью . Полностью подключенные проводные сети обладают преимуществами безопасности и надежности: проблемы в кабеле затрагивают только два подключенных к нему узла. Однако в таких сетях количество кабелей и, следовательно, стоимость быстро растет по мере увеличения количества узлов.

Проводная сетка [ править ]

Мостовое соединение по кратчайшему пути позволяет подключать коммутаторы Ethernet в топологию ячеистой сети и позволяет всем путям быть активными. [2] [3] IP-маршрутизация поддерживает несколько путей от источника к месту назначения.

Беспроводная сетка [ править ]

Основная статья: Беспроводная ячеистая сеть

История развития [ править ]

Беспроводные ячеистые радиосети изначально разрабатывались для военных приложений, так что каждый узел мог динамически служить маршрутизатором для каждого другого узла. Таким образом, даже в случае отказа некоторых узлов оставшиеся узлы могут продолжать связываться друг с другом и, при необходимости, служить восходящими линиями связи для других узлов.

Ранние узлы беспроводной ячеистой сети имели один полудуплексный радиомодуль, который в любой момент мог либо передавать, либо принимать, но не оба одновременно. Это сопровождалось развитием общих ячеистых сетей. Впоследствии это было заменено более сложным радиооборудованием, которое могло принимать пакеты от восходящего узла и передавать пакеты нисходящему узлу одновременно (на другой частоте или другом канале CDMA). Это позволило разработать переключаемую сетку.сети. По мере дальнейшего снижения требований к размеру, стоимости и мощности радиостанций узлы можно было бы с минимальными затратами оборудовать несколькими радиостанциями. Это, в свою очередь, позволяло каждой радиостанции обрабатывать разные функции, например, одну радиостанцию ​​для клиентского доступа, а другую - для услуг обратного рейса.

Работе в этой области способствовало использование методов теории игр для анализа стратегий распределения ресурсов и маршрутизации пакетов. [4] [5] [6]

Примеры [ править ]

  • Сети пакетной радиосвязи или сети ALOHA были впервые использованы на Гавайях для соединения островов. Учитывая громоздкие радиостанции и низкую скорость передачи данных, сеть менее полезна, чем предполагалось.
  • В 1998–1999 годах была успешно завершена полевая реализация беспроводной сети на территории кампуса с использованием беспроводного интерфейса 802.11 WaveLAN 2,4 ГГц на нескольких портативных компьютерах. [7] Было сделано несколько реальных приложений, мобильности и передачи данных. [8]
  • Ячеистые сети были полезны для военного рынка из-за возможности радиосвязи, а также из-за того, что не все военные миссии имеют часто перемещаемые узлы. Пентагон запустил программу DoD JTRS в 1997 году, стремясь использовать программное обеспечение для управления функциями радиосвязи, такими как частота, полоса пропускания, модуляция и безопасность, ранее встроенные в оборудование. Такой подход позволит Министерству обороны создать семейство радиостанций с общим программным ядром, способным выполнять функции, которые ранее были разделены между отдельными аппаратными радиостанциями: голосовые УКВ радиостанции для пехотных подразделений; Голосовые радиостанции УВЧ для связи воздух-воздух и земля-воздух; КВ радиостанции дальнего действия для кораблей и наземных войск; и широкополосное радио, способное передавать данные на мегабитных скоростях через поле боя. Однако программа JTRS была закрыта.[9] в 2012 году армией США, потому что радиостанции, произведенные Boeing, имели процент отказов 75%.
  • Google Home, Google Wi-Fi и Google OnHub поддерживают ячеистую сеть Wi-Fi. [10]
  • В сельской местности Каталонии , Guifi.net был разработан в 2004 году как ответ на отсутствие широкополосного доступа в Интернет, где коммерческие интернет - провайдеры не обеспечивая соединение или очень бедного. В настоящее время с более чем 30 000 узлов это только половина полностью подключенной сети , но после однорангового соглашения она остается открытой, бесплатной и нейтральной сетью с обширным резервированием.
  • В 2004 году инженеры TRW Inc. из Карсона, Калифорния, успешно протестировали многоузловую ячеистую беспроводную сеть с использованием радиомодулей 802.11a / b / g на нескольких высокоскоростных ноутбуках под управлением Linux с новыми функциями, такими как приоритет маршрута и возможность приоритетного прерывания, добавив различные приоритеты для класса обслуживания трафика во время планирования и маршрутизации пакетов и качества обслуживания. [11] Их работа пришла к выводу, что скорость передачи данных может быть значительно увеличена с использованием технологии MIMO во внешнем интерфейсе радиосвязи для обеспечения нескольких пространственных путей.
  • Цифровые радиостанции ZigBee встроены в некоторые бытовые приборы, включая устройства с батарейным питанием. Радиостанции ZigBee спонтанно организуют ячеистую сеть, используя определенные алгоритмы маршрутизации; передача и прием синхронизированы. Это означает, что радиостанции могут быть выключены большую часть времени и, таким образом, экономить электроэнергию. ZigBee предназначен для сценариев приложений с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью.
  • Thread - это потребительский беспроводной сетевой протокол, построенный на открытых стандартах и ​​протоколах IPv6 / 6LoWPAN. Возможности Thread включают безопасную и надежную ячеистую сеть без единой точки отказа, простое подключение и низкое энергопотребление. Сетевые потоки легко настраиваются и безопасны в использовании с помощью шифрования банковского класса, чтобы закрыть дыры в безопасности, существующие в других беспроводных протоколах. В 2014 году Nest Labs компании Google Inc объявила о создании рабочей группы с компаниями Samsung , ARM Holdings , Freescale , Silicon Labs , Big Ass Fans и замковой компанией Yale для продвижения Thread.
  • В начале 2007 года американская фирма Meraki выпустила мини-беспроводной ячеистый маршрутизатор. [12] 802,11 радио в Meraki Mini был оптимизирован для дальней связи, обеспечивая покрытие более 250 метров. В отличие от многоадресных ячеистых сетей большого радиуса действия с древовидной топологией и их преимуществ в маршрутизации O (n), Maraki имел только один радиомодуль, который использовался как для клиентского доступа, так и для транзитного трафика. [13]
  • Морская школа , Монтерея CA, продемонстрировала такие беспроводные ячеистые сети для обеспечения безопасности границ. [14] В экспериментальной системе воздушные камеры, поддерживаемые воздушными шарами, ретранслировали видео высокого разрешения в реальном времени наземному персоналу через ячеистую сеть.
  • SPAWAR , подразделение ВМС США, создает прототип и тестирует масштабируемую и безопасную ячеистую сеть, устойчивую к нарушениям [15], для защиты стратегических военных объектов, как стационарных, так и мобильных. Приложения управления машиной, работающие на узлах сети, «берут на себя», когда теряется подключение к Интернету. Примеры использования включают Интернет вещей, например, рои умных дронов.
  • В рамках проекта MIT Media Lab был разработан ноутбук XO-1 или «OLPC» ( один ноутбук на ребенка ), который предназначен для школ с ограниченными возможностями в развивающихся странах и использует ячеистую сеть (на основе стандарта IEEE 802.11s ) для создания надежных и недорогих инфраструктура. [16] Мгновенные соединения, выполняемые портативными компьютерами, утверждаются проектом, чтобы уменьшить потребность во внешней инфраструктуре, такой как Интернет, для доступа ко всем областям, потому что подключенный узел может совместно использовать соединение с узлами поблизости. Похожая концепция была реализована компанией Greenpacket в своем приложении SONbuddy. [17]
  • В Кембридже, Великобритания, 3 июня 2006 года ячеистая сеть использовалась на « Strawberry Fair » для предоставления услуг мобильного телевидения, радио и Интернета в прямом эфире примерно для 80 000 человек. [18]
  • Broadband-Hamnet, [19] проект ячеистой сети, используемый в любительском радио, представляет собой «высокоскоростную, самообнаруживающуюся, самонастраиваемую, отказоустойчивую беспроводную компьютерную сеть» с очень низким энергопотреблением и ориентированной на экстренную связь. . [20]
  • В рамках проекта беспроводной сети сообщества Шампейн-Урбана (CUWiN) разрабатывается программное обеспечение для ячеистых сетей на основе реализаций с открытым исходным кодом протокола маршрутизации состояния канала с неопределенным зрением и метрики ожидаемого числа передач . Кроме того, группа по беспроводным сетям [21] из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне разрабатывает многоканальный стенд для тестирования беспроводной сети с несколькими радиоканалами, названный Net-X, в качестве доказательства реализации концепции некоторых из многоканальных протоколов, разрабатываемых в этой сети. группа. Реализации основаны на архитектуре, которая позволяет некоторым радиостанциям переключать каналы для поддержания сетевого подключения, и включает протоколы для распределения каналов и маршрутизации.[22]
  • FabFi - это система беспроводной ячеистой сети с открытым исходным кодом в масштабе города, первоначально разработанная в 2009 году в Джелалабаде, Афганистан, для обеспечения высокоскоростного Интернета в некоторых частях города и предназначенная для обеспечения высокой производительности на нескольких переходах. Это недорогая платформа для совместного использования беспроводного Интернета от центрального провайдера в городе или городе. Вторая более крупная реализация последовала год спустя недалеко от Найроби, Кения, с моделью оплаты freemium для поддержки роста сети. Оба проекта были реализованы пользователями Fablab в соответствующих городах.
  • SMesh - это многозвенная беспроводная ячеистая сеть стандарта 802.11, разработанная лабораторией распределенных систем и сетей Университета Джонса Хопкинса . [23] Схема быстрой передачи обслуживания позволяет мобильным клиентам перемещаться по сети без прерывания связи - функция, подходящая для приложений реального времени, таких как VoIP .
  • Многие ячеистые сети работают в нескольких радиодиапазонах. Например, ячеистые сети Firetide и Wave Relay имеют возможность обмениваться данными от узла к узлу на частоте 5,2 ГГц или 5,8 ГГц, но обмениваться данными между узлом и клиентом на частоте 2,4 ГГц (802.11). Это достигается с помощью программно-определяемого радио (SDR).
  • В рамках проекта SolarMESH изучалась возможность питания ячеистых сетей на основе 802.11 с использованием солнечной энергии и аккумуляторных батарей. [24] Устаревшие точки доступа 802.11 были признаны неадекватными из-за необходимости постоянного питания. [25] В рамках стандартизации IEEE 802.11s рассматриваются варианты энергосбережения, но приложения, работающие на солнечной энергии, могут включать одиночные радиоузлы, где энергосбережение по релейной линии будет неприменимо.
  • Проект WING [26] (спонсируемый Министерством университетов и исследований Италии и возглавляемый CREATE-NET и Technion) разработал набор новых алгоритмов и протоколов для использования беспроводных ячеистых сетей в качестве стандартной архитектуры доступа для Интернета следующего поколения. Особое внимание уделяется помехам и назначению каналов с учетом трафика, поддержке нескольких радио / нескольких интерфейсов, а также гибкому планированию и агрегации трафика в крайне изменчивых средах.
  • Технология беспроводной передачи данных WiBACK была разработана Институтом открытых коммуникационных систем им. Фраунгофера (FOKUS) в Берлине. Сети, работающие на солнечных батареях и предназначенные для поддержки всех существующих беспроводных технологий, должны быть развернуты в нескольких странах Африки к югу от Сахары летом 2012 года [27].
  • Последние стандарты для проводной связи также включают концепции Mesh Networking. Примером является ITU-T G.hn , стандарт, который определяет высокоскоростную (до 1 Гбит / с) локальную сеть с использованием существующей домашней проводки ( линии электропередач , телефонные линии и коаксиальные кабели ). В шумных средах, таких как линии электропередач (где сигналы могут быть сильно ослаблены и искажены шумом), общая видимость между устройствами в сети обычно бывает неполной. В таких ситуациях один из узлов должен действовать как ретранслятор и пересылать сообщения между теми узлами, которые не могут связываться напрямую, эффективно создавая «ретранслирующую» сеть. В G.hn ретрансляция выполняется на уровне звена данных .

См. Также [ править ]

  • Категория ячеистых сетевых технологий
  • Ячеистая сеть Bluetooth
  • Оптическая ячеистая сеть

Ссылки [ править ]

  1. ^ Cilfone, Антонио; Даволи, Лука; Белли, Лаура; Феррари, Джанлуиджи (2019). «Беспроводная ячеистая сеть: перспективный обзор соответствующих технологий, ориентированный на IoT» . Интернет будущего . 11 (4): 99. DOI : 10,3390 / fi11040099 .
  2. ^ «Avaya расширяет автоматизированный кампус, чтобы завершить игру в ожидании сети» . Avaya. 1 апреля 2014 года. Архивировано 19 апреля 2014 года . Проверено 18 апреля 2014 года .
  3. ^ Питер Ashwood-Смит (24 февраля 2011). «Кратчайший путь моста, обзор IEEE 802.1aq» (PDF) . Huawei. Архивировано из оригинального (PDF) 15 мая 2013 года . Проверено 11 мая 2012 года .
  4. ^ Хуанг, J .; Паломар, ДП; Mandayam, N .; Walrand, J .; Wicker, SB; Басар, Т. (2008). «Теория игр в системах связи» (PDF) . Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 26 (7): 1042–1046. DOI : 10,1109 / jsac.2008.080902 . S2CID 5900981 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 июля 2011 года.  
  5. ^ Cagalj, M .; Ganeriwal, S .; Aad, I .; Hubaux, J.-P. (2005). «Об эгоистичном поведении в сетях CSMA / CA». Материалы 24-й ежегодной совместной конференции IEEE компьютерных и коммуникационных обществ (PDF) . 4 . С. 2513–2524. DOI : 10.1109 / INFCOM.2005.1498536 . ISBN  0-7803-8968-9. S2CID  7243361 .
  6. ^ Ши, Чефу; Борода, Кори; Митчелл, Кен (2011). «Конкуренция, сотрудничество и оптимизация в многоскачковых сетях CSMA» .
  7. ^ "C. Toh, Мобильные вычисления - Сеть без инфраструктур, 1999" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 23.10.2017.
  8. ^ "C. Toh - Эксперименты с беспроводной сетью Ad Hoc в университетском городке: идеи и опыт, ACM SIGMETRICS Review, 2000" .
  9. ^ "Б. Брюин - JTRS закрывается" . Архивировано 16 марта 2017 года.
  10. ^ « « Каждый - узел: как работает сеть Wi-Fi Mesh, Джерри Хильденбранд, 2016 » . Архивировано из оригинала 04.08.2017 . Проверено 11.05.2017 .
  11. ^ "Тактические специальные мобильные беспроводные сети нового поколения, журнал TRW Technology Review, 2004" . Архивировано 26 ноября 2016 года.
  12. ^ "Meraki Mesh" . meraki.com. Архивировано из оригинала на 2008-02-19 . Проверено 23 февраля 2008 .
  13. ^ "Muni WiFi Mesh Networks" . belairnetworks.com. Архивировано из оригинала на 2008-03-02 . Проверено 23 февраля 2008 .
  14. ^ Роберт Ли Лаунсбери-младший «ОПТИМАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ АНТЕННЫ ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА ТОЧКИ ДОСТУПА БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ IEEE 802.11 ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ МУЛЬТИМИССИОННЫХ ОПЕРАЦИЙ, ОТНОСЯЩИХСЯ К СПОСОБНОМ МАСШТАБИРУЕМЫМ РАЗВЕРТЫВАНИЯМ» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 10 апреля 2011 года . Проверено 23 февраля 2008 .
  15. ^ "Устойчивые к нарушениям ячеистые сети" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 17 мая 2017 года.
  16. ^ «Детали ячеистой сети XO-1» . laptop.org. Архивировано 05 марта 2008 года . Проверено 23 февраля 2008 .
  17. ^ «SONbuddy: Сеть без сети» . sonbuddy.com. Архивировано 18 февраля 2008 года . Проверено 23 февраля 2008 .
  18. ^ "Кембриджская клубничная ярмарка" . cambridgeshiretouristguide.com. Архивировано из оригинала на 2008-02-23 . Проверено 23 февраля 2008 .
  19. ^ www.broadband-hamnet.org
  20. ^ «Broadband-Hamnet выигрывает награды Международной ассоциации менеджеров по чрезвычайным ситуациям» . ARRL. Архивировано 3 июля 2015 года . Проверено 2 мая 2015 .
  21. ^ "Беспроводная сетевая группа" . Архивировано из оригинала на 2009-03-28.
  22. ^ "Группа беспроводных сетей" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 19 июля 2011 года.
  23. ^ "СМеш" . smesh.org. Архивировано 22 февраля 2008 года . Проверено 23 февраля 2008 .
  24. ^ "SolarMesh" . mcmaster.ca. Архивировано 2 ноября 2007 года . Проверено 15 апреля 2008 .
  25. ^ Теренс Д. Тодд, Амир А. Сайег, Мохаммед Н. Смади и Донгмей Чжао. Необходимость энергосбережения точки доступа в ячеистых сетях WLAN на солнечной энергии. Архивировано 26 мая 2009 г. в Wayback Machine . В сети IEEE, май / июнь 2008 г.
  26. ^ http://www.wing-project.org Архивировано 13 ноября 2008 г. в крыле Wayback Machine WING
  27. ^ «Широкополосный интернет для всех» . eurekalert.org. Архивировано 5 июня 2013 года . Проверено 16 февраля 2012 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Battelle Institute AoA Comparative Ratings для популярных провайдеров ячеистых сетей, специально предназначенных для критически важных военных программ.
  • Архитектура и оценка MIT Roofnet Mesh Network - Черновой исследовательский документ, описывающий проект Roofnet.
  • Распространение беспроводной ячеистой сети WING Project на основе исходного кода Roofnet
  • Ячеистые архитектуры первого, второго и третьего поколений История и эволюция ячеистых сетевых архитектур
  • Программа DARPA ITMANET и проект FLoWS по исследованию фундаментальных ограничений производительности MANETS
  • Робин Чейз обсуждает Zipcar и Mesh-сети Робин Чейз рассказывает на конференции Ted о будущем ячеистых сетей и экотехнологий
  • Динамические и постоянные ячеистые сети Гибридные ячеистые сети для военной, внутренней и общественной безопасности
  • Группа по исследованию ячеистых сетей Сборник проектов и руководств по беспроводным ячеистым сетям
  • Базовая сеть Tetrahedron Применение тетраэдрической структуры для создания устойчивой трехмерной сети передачи данных магистральной сети кампуса с частичной сеткой
  • Фантомная анонимная децентрализованная сеть, изолированная от Интернета
  • Qaul Project - обмен текстовыми сообщениями, обмен файлами и голосовые вызовы независимо от Интернета и сотовых сетей
  • бесплатный контент вики для проекта Meshnet и поддерживающих проектов
  • Broadband-Hamnet - приложение для создания ячеистой сети в диапазоне 2,4 ГГц для любительского радио
  • AREDN - Радиолюбительская сеть передачи данных в чрезвычайных ситуациях, приложение для ячеистой сети, используемое для обработки данных и информации в чрезвычайных ситуациях.
  • Контроллеры автономных машин в ячеистых сетях, устойчивые к нарушениям, работают, несмотря на потерю возможности подключения к облаку.
  • Одноранговая сеть IPv6 Hyperboria с автоматическим сквозным шифрованием