stringtranslate.com

Беспроводная ячеистая сеть

Диаграмма, демонстрирующая возможную конфигурацию проводной и беспроводной ячеистой сети, подключенной по восходящей линии связи через VSAT-соединение (кликните для увеличения)

Беспроводная ячеистая сеть ( WMN ) — это коммуникационная сеть, состоящая из радиоузлов , организованных в топологию ячеистой сети . Она также может быть формой беспроводной сети ad hoc . [1]

Сетка относится к богатой взаимосвязи между устройствами или узлами. Беспроводные сети с сеткой часто состоят из клиентов с сеткой, маршрутизаторов с сеткой и шлюзов. Мобильность узлов встречается реже. Если узлы постоянно или часто перемещаются, сетка тратит больше времени на обновление маршрутов, чем на доставку данных. В беспроводной сети с сеткой топология, как правило, более статична, так что вычисление маршрутов может сходиться, и может происходить доставка данных к месту назначения. Следовательно, это маломобильная централизованная форма беспроводной сети ad hoc. Кроме того, поскольку она иногда полагается на статические узлы, действующие как шлюзы, она не является по-настоящему полностью беспроводной сетью ad hoc. [ требуется цитата ]

Клиентами Mesh часто являются ноутбуки, сотовые телефоны и другие беспроводные устройства. Маршрутизаторы Mesh пересылают трафик к шлюзам и от них, которые могут быть подключены к Интернету или нет. Зона покрытия всех радиоузлов, работающих как единая сеть, иногда называется облаком Mesh. Доступ к этому облаку Mesh зависит от того, работают ли радиоузлы вместе, создавая радиосеть. Сеть Mesh надежна и обеспечивает избыточность. Когда один узел больше не может работать, остальные узлы все равно могут взаимодействовать друг с другом, напрямую или через один или несколько промежуточных узлов. Беспроводные сети Mesh могут самоформироваться и самовосстанавливаться. Беспроводные сети Mesh работают с различными беспроводными технологиями, включая 802.11 , 802.15 , 802.16 , сотовые технологии, и не должны ограничиваться какой-либо одной технологией или протоколом.

История

Беспроводные сетчатые радиосети изначально были разработаны 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 могли продолжать общаться друг с другом и, при необходимости, служить восходящими каналами для других узлов.

Ранние беспроводные узлы ячеистой сети имели один полудуплексный радиомодуль, который в любой момент времени мог либо передавать, либо принимать, но не то и другое одновременно. Это сопровождалось развитием общих ячеистых сетей. Впоследствии это было заменено более сложным радиооборудованием, которое могло принимать пакеты от узла восходящего потока и одновременно передавать пакеты узлу нисходящего потока (на другой частоте или другом канале CDMA). Это позволило разработать коммутируемые ячеистые сети. По мере дальнейшего снижения размера, стоимости и требований к мощности радиомодулей узлы могли быть экономически эффективно оснащены несколькими радиомодулями. Это, в свою очередь, позволяло каждому радиомодулю выполнять разные функции, например, один радиомодуль для клиентского доступа, а другой для услуг обратного соединения.

Работа в этой области была поддержана использованием методов теории игр для анализа стратегий распределения ресурсов и маршрутизации пакетов. [2] [3] [4]

Функции

Архитектура

Архитектура беспроводной сети является первым шагом к обеспечению экономически эффективной и малой мобильности в определенной зоне покрытия. Инфраструктура беспроводной сети по сути является сетью маршрутизаторов без кабелей между узлами. Она построена из одноранговых радиоустройств, которые не нужно подключать кабелем к проводному порту, как это делают традиционные точки доступа WLAN (AP) . Инфраструктура сети передает данные на большие расстояния, разделяя расстояние на ряд коротких переходов. Промежуточные узлы не только усиливают сигнал, но и кооперативно передают данные из точки A в точку B, принимая решения о пересылке на основе своих знаний о сети, т. е. выполняют маршрутизацию, сначала выведя топологию сети.

Беспроводные ячеистые сети — это относительно «стабильная топология» сети, за исключением случайных отказов узлов или добавления новых узлов. Путь трафика, агрегированного от большого числа конечных пользователей, меняется нечасто. Практически весь трафик в инфраструктурной ячеистой сети либо пересылается на шлюз, либо от него, в то время как в беспроводных сетях ad hoc или клиентских ячеистых сетях трафик течет между произвольными парами узлов. [5]

Если скорость мобильности между узлами высока, т. е. часто происходят разрывы связи, беспроводные ячеистые сети начинают выходить из строя и иметь низкую производительность связи. [6]

Управление

Этот тип инфраструктуры может быть децентрализованным (без центрального сервера) или централизованно управляемым (с центральным сервером). [7] Оба варианта относительно недороги и могут быть очень надежными и устойчивыми, поскольку каждому узлу нужно передавать данные только до следующего узла. Узлы действуют как маршрутизаторы для передачи данных от соседних узлов к одноранговым узлам , которые находятся слишком далеко, чтобы достичь их за один переход, в результате чего сеть может охватывать большие расстояния. Топология ячеистой сети должна быть относительно стабильной, т. е. не слишком подвижной. Если один узел выпадает из сети из-за сбоя оборудования или по любой другой причине, его соседи могут быстро найти другой маршрут с помощью протокола маршрутизации.

Приложения

Ячеистые сети могут включать как стационарные, так и мобильные устройства. Решения столь же разнообразны, как и потребности в коммуникации, например, в сложных условиях, таких как чрезвычайные ситуации, туннели, нефтяные вышки, наблюдение за полем боя, высокоскоростные мобильные видеоприложения на борту общественного транспорта, телеметрия гоночных автомобилей в реальном времени или самоорганизующийся доступ в Интернет для сообществ. [8] Важным возможным применением беспроводных ячеистых сетей является VoIP. Используя схему качества обслуживания, беспроводная ячеистая сеть может поддерживать маршрутизацию местных телефонных звонков через ячеистую сеть. Большинство приложений в беспроводных ячеистых сетях похожи на приложения в беспроводных сетях ad hoc .

Некоторые текущие приложения:

Операция

Принцип аналогичен тому, как пакеты перемещаются по проводному Интернету — данные передаются с одного устройства на другое, пока в конечном итоге не достигнут пункта назначения. Динамические алгоритмы маршрутизации , реализованные в каждом устройстве, позволяют это сделать. Для реализации таких динамических протоколов маршрутизации каждое устройство должно передавать информацию о маршрутизации другим устройствам в сети. Затем каждое устройство определяет, что делать с полученными данными — либо передавать их следующему устройству, либо сохранять, в зависимости от протокола. Используемый алгоритм маршрутизации должен всегда пытаться гарантировать, что данные будут проходить по наиболее подходящему (быстрому) маршруту к месту назначения.

Многорадиосеть

Многорадиосеть означает, что для соединения узлов в сетке используются разные радиостанции, работающие на разных частотах. Это означает, что для каждого беспроводного перехода используется уникальная частота, а значит, и выделенный домен коллизий CSMA . При большем количестве радиодиапазонов пропускная способность связи, вероятно, увеличится в результате большего количества доступных каналов связи. Это похоже на предоставление двух или нескольких радиотрактов для передачи и приема данных.

Темы исследований

В одной из наиболее часто цитируемых статей по беспроводным ячеистым сетям в 2005 году были определены следующие области как открытые исследовательские проблемы:

Примеры

В разное время по всему миру в качестве низовых проектов было создано множество беспроводных общественных сетей .

Другие проекты, часто являющиеся собственностью компании или привязанные к одному учреждению, включают:

Протоколы

Протоколы маршрутизации

Существует более 70 конкурирующих схем маршрутизации пакетов через ячеистые сети. Некоторые из них включают:

IEEE разработал набор стандартов под названием 802.11s .

Менее подробный список можно найти в списке протоколов маршрутизации ad hoc .

Протоколы автоконфигурации

В ячеистых сетях могут использоваться стандартные протоколы автоконфигурации, такие как DHCP или автоконфигурация без сохранения состояния IPv6 .

Протоколы автоконфигурации, специфичные для ячеистых сетей, включают:

Сообщества и поставщики

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Chai Keong Toh Ad Hoc Mobile Wireless Networks, Prentice Hall Publishers, 2002. ISBN 978-0-13-007817-9 
  2. ^ Хуан, Дж.; Паломар, Д.П.; Мандайам, Н.; Уолранд, Дж.; Уикер, С.Б.; Басар, Т. (2008). «Теория игр в системах связи» (PDF) . Журнал IEEE по избранным областям в коммуникациях . 26 (7): 1042–1046. doi :10.1109/jsac.2008.080902. S2CID  5900981. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2011 г.
  3. ^ Cagalj, M.; Ganeriwal, S.; Aad, I.; Hubaux, J.-P. (2005). «О эгоистичном поведении в сетях CSMA/CA». Труды IEEE 24-й ежегодной совместной конференции IEEE Computer and Communications Societies (PDF) . Том 4. стр. 2513–2524. doi :10.1109/INFCOM.2005.1498536. ISBN 0-7803-8968-9. S2CID  7243361.
  4. ^ Ши, Чжэфу; Бирд, Кори; Митчелл, Кен (2011). «Конкуренция, сотрудничество и оптимизация в сетях CSMA с несколькими переходами». Труды 8-го симпозиума ACM по оценке производительности беспроводных ad hoc, сенсорных и повсеместных сетей . стр. 117–120. doi :10.1145/2069063.2069084. ISBN 9781450309004. S2CID  519792.
  5. ^ J. Jun, ML Sichitiu, "Номинальная емкость беспроводных ячеистых сетей" Архивировано 2008-07-04 в Wayback Machine , в IEEE Wireless Communications, том 10, 5 стр. 8-14. Октябрь 2003 г.
  6. ^ Беспроводные коммуникации, сети и приложения: Труды WCNA 2014 .
  7. ^ Cheng, Shin-Ming; Lin, Phone; Huang, Di-Wei; Yang, Shun-Ren (июль 2006 г.). «Исследование распределенного/централизованного планирования для беспроводной ячеистой сети». Труды международной конференции 2006 г. по беспроводной связи и мобильным вычислениям . С. 599–604. doi :10.1145/1143549.1143668. ISBN 1595933069. S2CID  8584989.
  8. ^ Бейер, Дэйв; Вестрич, Марк; Гарсия-Луна-Асевес, Хосе (1999). «Сеть сообщества на крыше: бесплатный высокоскоростной сетевой доступ для сообществ». В Херли, Д.; Келлер, Дж. (ред.). Первые 100 футов . MIT Press. стр. 75–91. ISBN 0-262-58160-4.
  9. ^ "ZigBee.org Smart Energy Overview". Архивировано из оригинала 2011-03-15 . Получено 2011-03-04 .
  10. ^ Хильденбранд, Джерри (13 октября 2016 г.). «Как работают сети Wi-Fi Mesh». Android Central .
  11. ^ Флейшман, Гленн (5 мая 2020 г.). «Беспроводные ячеистые сети: все, что вам нужно знать». PCWorld . Получено 09.10.2018 .
  12. ^ "Сеть связи Iridium и спутниковое покрытие". Roadpost USA . Получено 01.06.2022 .
  13. ^ Патхак, PH; Датта, Р. (2011). «Обзор проблем проектирования сетей и подходов к совместному проектированию в беспроводных ячеистых сетях». Обзоры и руководства по коммуникациям IEEE . 13 (3): 396–428. doi :10.1109/SURV.2011.060710.00062. S2CID  206583549.
  14. ^ Кавадиа, В.; Кумар, П. Р. (2005). «Предостерегающая перспектива кросс-уровневого проектирования». IEEE Wireless Communications . 12 (1): 3–11. doi :10.1109/MWC.2005.1404568. ISSN  1536-1284. S2CID  1303663.
  15. ^ Аболхасан, Мехран; Липман, Джастин; Ни, Вэй; Хагельштейн, Бретт (июль 2015 г.). «Программно-определяемые беспроводные сети: централизованные, распределенные или гибридные?». IEEE Network . 29 (4): 32–38. doi :10.1109/MNET.2015.7166188. ISSN  0890-8044. S2CID  1133260.
  16. ^ Аланази, Шакер; 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.
  17. ^ "C. Toh, Мобильные вычисления - Сеть без инфраструктур, 1999" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2017-10-23.
  18. ^ Toh, C. -K; Chen, Richard; Delwar, Minar; Allen, Donald (декабрь 2000 г.). "C. Toh - Experimenting with an Ad Hoc wireless network on campus: insights and experiences, ACM SIGMETRICS Review, 2000". ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review . 28 (3): 21–29. doi :10.1145/377616.377622. S2CID  1486812.
  19. ^ "B. Brewin - JTRS Shuts Down". Август 2012. Архивировано из оригинала 2017-03-16.
  20. ^ ""Каждый человек — это узел: как работает Wi-Fi Mesh Networking" Джерри Хильденбранда, 2016 г. Архивировано из оригинала 2017-08-04 . Получено 2017-05-11 .
  21. ^ "Тактические беспроводные мобильные сети Ad Hoc следующего поколения, TRW Technology Review Journal, 2004". Архивировано из оригинала 2016-11-26.
  22. ^ "Meraki Mesh". meraki.com. Архивировано из оригинала 2008-02-19 . Получено 2008-02-23 .
  23. ^ "Muni WiFi Mesh Networks". belairnetworks.com. Архивировано из оригинала 2008-03-02 . Получено 2008-02-23 .
  24. ^ Роберт Ли Лаунсбери-младший. «Оптимальная конфигурация антенны для максимального увеличения дальности действия точки доступа беспроводной ячеистой сети IEEE 802.11 в поддержку многоцелевых операций относительно спешно сформированных масштабируемых развертываний» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2011 г. Получено 23 февраля 2008 г.
  25. ^ "Сети Mesh, устойчивые к сбоям" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2017-05-17.
  26. ^ "XO-1 Mesh Network Details". laptop.org. Архивировано из оригинала 2008-03-05 . Получено 2008-02-23 .
  27. ^ "SONbuddy: Сеть без сети". sonbuddy.com. Архивировано из оригинала 2008-02-18 . Получено 2008-02-23 .
  28. ^ "Cambridge Strawberry Fair". cambridgeshiretouristguide.com. Архивировано из оригинала 2008-02-23 . Получено 2008-02-23 .
  29. ^ www.broadband-hamnet.org
  30. ^ "Broadband-Hamnet выигрывает награду Международной ассоциации менеджеров по чрезвычайным ситуациям". ARRL. Архивировано из оригинала 2015-07-03 . Получено 2015-05-02 .
  31. ^ "Wireless Networking Group". Архивировано из оригинала 2009-03-28.
  32. ^ "Wireless Networking Group" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-19.
  33. ^ "SMesh". smesh.org. Архивировано из оригинала 2008-02-22 . Получено 2008-02-23 .
  34. ^ "SolarMesh". mcmaster.ca. Архивировано из оригинала 2007-11-02 . Получено 2008-04-15 .
  35. ^ Теренс Д. Тодд, Амир А. Сайег, Мохаммед Н. Смади и Дунмей Чжао. Необходимость экономии энергии в точках доступа в беспроводных сетях с ячеистой структурой на солнечных батареях. В IEEE Network, май/июнь 2008 г.
  36. ^ http://www.wing-project.org Архивировано 13 ноября 2008 г. в Wayback Machine WING
  37. ^ "Широкополосный интернет для всех". eurekalert.org. Архивировано из оригинала 2013-06-05 . Получено 2012-02-16 .
  38. ^ Ли, YJ; Райли, GF (март 2005 г.). «Динамическая маршрутизация NIx-вектора для мобильных сетей ad hoc». Конференция IEEE по беспроводным коммуникациям и сетям, 2005 г. Том 4. стр. 1995–2001 гг. Том 4. doi :10.1109/WCNC.2005.1424825. hdl : 1853/12289 . ISBN 0-7803-8966-2. S2CID  2648870.
  39. ^ Порто, DCF; Кавальканти, Дж.; Элиас, Дж. (1 апреля 2009 г.). «Многоуровневая архитектура маршрутизации для инфраструктурных беспроводных сетей Mesh». Пятая международная конференция по сетям и услугам 2009 г. (PDF) . стр. 366–369. doi :10.1109/ICNS.2009.91. ISBN 978-1-4244-3688-0. S2CID  16444897.
  40. ^ "TropOS проверен на практике для создания масштабируемой сетевой архитектуры - Технология TropOS | Унифицированное управление сетями (решения для беспроводной ячеистой сети | ABB Wireless)". new.abb.com . Получено 19.12.2019 .

Внешние ссылки