Беспроводная ячеистая сеть ( WMN ) представляет собой коммуникационная сеть из радио узлов , организованных в виде сетчатой топологии . Это также может быть форма беспроводной одноранговой сети . [1]
Сетка относится к богатой взаимосвязи 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 в места назначения. Следовательно, это маломобильная централизованная форма беспроводной одноранговой сети. Кроме того, поскольку он иногда полагается на статические узлы в качестве шлюзов, это не действительно полностью беспроводная одноранговая сеть. [ необходима 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 может работать, остальные узлы могут общаться 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.
Особенности [ править ]
Архитектура [ править ]
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 это делают традиционные точки доступа WLAN (AP) . 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 пересылается на шлюз, либо от него, тогда как в беспроводных одноранговых сетях или клиентских ячеистых сетях трафик проходит между произвольными парами узлов. [2]
Если скорость мобильности между узлами высока, т. Е. Часто случаются разрывы каналов, беспроводные ячеистые сети начинают выходить из строя и имеют низкую производительность связи. [3]
Управление [ править ]
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 отказоустойчивыми, поскольку каждому узлу необходимо передавать только до следующего узла. Узлы действуют как маршрутизаторы для передачи данных от ближайших узлов к одноранговым узлам, которые находятся слишком далеко, чтобы достичь их за один прыжок, в результате чего сеть может охватывать большие расстояния. Топология ячеистой сети должна быть относительно стабильной, т. Е. Не иметь слишком большой мобильности. Если один узел выпадает из сети из-за сбоя оборудования или по любой другой причине, его соседи могут быстро найти другой маршрут, используя протокол маршрутизации.
Приложения [ править ]
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 самообслуживание. организация доступа в Интернет для сообществ. [5] Важным возможным применением 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 беспроводных одноранговых сетях .
Некоторые текущие приложения:
- В настоящее время вооруженные силы США используют беспроводную ячеистую сеть для подключения своих компьютеров, в основном защищенных ноутбуков, во время полевых операций. [ необходима цитата ]
- Электрические интеллектуальные счетчики, которые сейчас устанавливаются в жилых домах, передают свои показания от одного к другому и, в конечном итоге, в центральный офис для выставления счетов, без необходимости использования считывателей счетчиков или необходимости соединения счетчиков с помощью кабелей. [6]
- Ноутбуки в программе « Один ноутбук на ребенка » используют 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 поддерживают ячеистую сеть Wi-Fi (т. Е. Специальную сеть Wi-Fi) . [7] Некоторые производители маршрутизаторов Wi-Fi начали предлагать сетевые маршрутизаторы для домашнего использования в середине 2010-х годов. [8]
- Созвездие Иридиум из 66 спутников 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 земную станцию . Это сокращает расстояние прохождения сигнала, сокращает время ожидания, а также позволяет группировке работать с гораздо меньшим количеством земных станций, чем требовалось бы для 66 традиционных спутников связи.
Операция [ править ]
Принцип аналогичен тому, как пакеты перемещаются по проводному Интернету - данные передаются от одного устройства к другому, пока в конечном итоге не достигнут пункта назначения. Алгоритмы динамической маршрутизации , 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. Используемый алгоритм маршрутизации должен стремиться всегда гарантировать, что данные идут по наиболее подходящему (самому быстрому) маршруту к месту назначения.
Мульти-радио сетка [ править ]
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 домен конфликтов CSMA . Чем больше радиодиапазонов, тем выше пропускная способность за счет более доступных каналов связи. Это похоже на предоставление двойных или множественных радиоканалов для передачи и приема данных.
Темы исследований [ править ]
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
- Передовая обработка антенн, включая направленные , интеллектуальные технологии и технологии с несколькими антеннами, находится в стадии дальнейшего изучения, поскольку их сложность и стоимость все еще слишком высоки для широкого коммерческого использования.
- Гибкое 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 небрежное межуровневое проектирование 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 необходимость в многозвенной лавинной рассылке информации о маршруте и, следовательно, позволяет WDN легко расширяться. 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. Такая открытая архитектура , в которой клиенты служат маршрутизаторами для пересылки пакетов данных, подвержена множеству типов атак, которые могут прервать работу всей сети и вызвать отказ в обслуживании (DoS) или распределенный отказ в обслуживании (DDoS). [12]
Протоколы [ править ]
Протоколы маршрутизации [ править ]
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)
- BATMAN (лучший подход к мобильной Adhoc-сети)
- Babel (протокол) (протокол маршрутизации на основе вектора расстояния для IPv6 и IPv4 со свойствами быстрой сходимости)
- Динамическая маршрутизация NIx-Vector | DNVR [13]
- DSDV (маршрутизация с последовательностью назначения по вектору расстояния)
- DSR (динамическая маршрутизация от источника)
- HSLS (нечеткое состояние связи)
- HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol, протокол обязательной маршрутизации по умолчанию IEEE 802.11s )
- Infrastructure Wireless Mesh Protocol (IWMP) для инфраструктурных ячеистых сетей от GRECO UFPB-Brazil [14]
- OLSR (протокол оптимизированной маршрутизации состояния канала)
- OORP (протокол маршрутизации OrderOne) (протокол маршрутизации OrderOne Networks)
- OSPF (первая 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]
- TORA (алгоритм маршрутизации с временным порядком)
- ZRP (протокол зональной маршрутизации)
IEEE разработал набор стандартов под названием 802.11s .
Менее подробный список можно найти в списке протоколов специальной маршрутизации .
Протоколы автоконфигурации [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме Mesh-сети . |
Стандартные протоколы автоконфигурации, такие как автоконфигурация без сохранения состояния DHCP или IPv6, могут использоваться в ячеистых сетях.
Протоколы автоконфигурации для ячеистой сети включают:
- Протокол специальной конфигурации (AHCP)
- Упреждающая автоконфигурация (протокол упреждающей автоконфигурации)
- Протокол динамической конфигурации WMN (DWCP)
Сообщества и поставщики [ править ]
- Anyfi
- AWMN
- CUWiN
- Freifunk (Германия) / FunkFeuer (AT) / OpenWireless (CH)
- Firechat
- Firetide
- Guifi.net
- Netsukuku
- Ninux (IT)
- NYC Mesh
- Red Hook Wi-Fi
См. Также [ править ]
- Ячеистая сеть
- Сравнение стандартов беспроводной передачи данных
- IEEE 802.11s
- Мобильная специальная сеть
- Пиринговый
- Roofnet
- Беспроводная специальная сеть
- Зигби
- Ячеистая сеть Bluetooth
- Оптическая ячеистая сеть
Ссылки [ править ]
- ^ a b Chai Keong Toh Ad Hoc Mobile Wireless Networks, Prentice Hall Publishers, 2002. ISBN 978-0-13-007817-9
- ^ Дж. Джун, М.Л. Сичитиу, «Номинальная пропускная способность беспроводных ячеистых сетей» , в IEEE Wireless Communications, том 10, 5, стр. 8–14. Октябрь 2003 г.
- ^ Беспроводные коммуникации, сети и приложения: Материалы WCNA 2014 .
- ↑ Cheng, Shin-Ming; Линь, телефон; Хуанг, Ди-Вэй; Ян, Шун-Рен (июль 2006 г.). «Исследование распределенного / централизованного планирования для беспроводной ячеистой сети». IWCMC '06: Материалы Международной конференции 2006 г. по беспроводной связи и мобильным вычислениям : 599. doi : 10.1145 / 1143549.1143668 . ISBN 1595933069. S2CID 8584989 .
- ^ 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. С. 75–91 . ISBN 0-262-58160-4.
- ^ "Обзор умной энергии ZigBee.org" .
- ^ Hildenbrand, Джерри (13 октября 2016). «Как работают ячеистые сети Wi-Fi» . Android Central .
- ^ Флейшман, Гленн (5 мая 2020). «Беспроводные ячеистые сети: все, что вам нужно знать» . PCWorld . Проверено 9 октября 2018 .
- ^ Патхак, PH; 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. DOI : 10,1109 / SURV.2011.060710.00062 . S2CID 206583549 .
- ^ Kawadia, V .; Кумар, PR (2005). «Поучительный взгляд на кросс-слойный дизайн». Беспроводная связь IEEE . 12 (1): 3–11. DOI : 10.1109 / MWC.2005.1404568 . ISSN 1536-1284 . S2CID 1303663 .
- ^ 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. DOI : 10.1109 / MNET.2015.7166188 . ISSN 0890-8044 . S2CID 1133260 .
- ^ 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. DOI : 10.1155 / 2016/4853924 . ISSN 1574-017X .
- ^ Ли, YJ; Райли, Г. Ф. (март 2005 г.). «Динамическая nix-векторная маршрутизация для мобильных одноранговых сетей». IEEE беспроводной связи и конференц - сетей, 2005 . 4 : 1995–2001 Vol. 4. DOI : 10,1109 / WCNC.2005.1424825 . ISBN 0-7803-8966-2. S2CID 2648870 .
- ^ Порту, DCF; 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. DOI : 10.1109 / ICNS.2009.91 . ISBN 978-1-4244-3688-0. S2CID 16444897 .
- ^ «TropOS проверена на практике для создания масштабируемой сетевой архитектуры - Технология TropOS | Унифицированное управление сетью (решения для беспроводной связи Mesh-сети | ABB Wireless)» . new.abb.com . Проверено 19 декабря 2019 .
Внешние ссылки [ править ]
- Техническая документация по беспроводной сети LAN
- Как работают беспроводные ячеистые сети в HowStuffWorks
- Ячеистые архитектуры первого, второго и третьего поколений История и эволюция ячеистых сетевых архитектур
- Майнеры отдают дань уважения узлам Перепечатка статьи из журнала Mission Critical о сетке подземных горных работ
- ИЭПП От горячих точек до одеял
- Акылдыз, Ян. F .; Сюйдун Ван (сентябрь 2005 г.). «Обзор беспроводных ячеистых сетей». Журнал IEEE Communications . 43 (9): s23 – s30. CiteSeerX 10.1.1.133.5446 . DOI : 10.1109 / MCOM.2005.1509968 . S2CID 815769 .
- Группа исследований Mesh Networks Сборник проектов и руководств по беспроводным сетям Mesh
- Беспроводная подсистема Linux (80211), Рами Розен
- Беспроводная связь IWT и слежение в подземных шахтах
- Преимущества и недостатки беспроводной ячеистой сети RF Wireless world
