فنی تخصصی

کامپیوتر

شبکه های مش

مقدمه

شبکه های مش بیسیم اخیراً توجه زیادی به دست آورده اند و مانند یک تکنولوژی همراه با یک پتانسیل زیاد برای یک رنج وسیعی از application ها به وجود آمده اند.

WMN ها به طور پویا self-organizing و self-configuring هستند همراه با گره ها در شبکه به صورت اتوماتیک یک شبکه Ad hoc را ایجاد میکنند و اتصال مش را نگهداری میکنند.در مش مسیریابی توسط گره های ثابت انجام می گیرد ولی در ad hoc گره ها موبایل هستند

self-organizing و self-configuring : مبادله کردن اطلاعات بین حد اقل دو تا access point ، که باعث گسترش سریع، نگهداری آسان، هزینه های پایین و سرویس های قابل اطمینان در شبکه میشوند.

WMN ها عبارتند از: mesh routers و mesh client

mesh routers : حداقل تحرک را دارند، ثابت هستند، یک ساختمان بیسیم از WMN ها را شکل می دهند، اتصال اینترنت بیسیم ِ multi-hop برای mesh client ها، انتقال data را انجام میدهند.

mesh client : می توانند هم بی حرکت باشند هم متحرک، به وسیله mesh routers به شبکه دسترسی پیدا می کنند. اغلب laptop ها و موبایل ها و دستگاه های بیسیم دیگر هستند.

 

 

 

 

 

مسیریابی multicast

مسیریابی multicast یک کلید تکنولوژی برای شبکه های ارتباطی مدرن است. این نوع مسیریابی یک کپی از یک message را از یک منبع به چندین گیرنده می فرستد. این مسیریابی مخصوصاً به محیط های بیسیم اختصاص داده می شود جایی که پهنای باند تنگ یا کم است و کاربرهای زیادی کانال های بیسیم مشابه share می کنند.

برای پشتیبانی از multicasting چندین پروتکل مسیریابی multicast برای اینترنت و شبکه های ad hoc طراحی شده اند ، ولی هیچ پروتکل مسیریابی multicast ِمخصوصی برای wmn ها طراحی نشده است.بنابراین مقایسه کارایی پروتکل مسیریابی multicast ِموجود روی شبکه های مش بیسیم به منظور آنالیز یا تحلیل رفتارشان و تأثیر گذاریشان ضروری است.

Internet standards و IP multicast تقریباً در یک زمان مشابه توسعه یافته اند. با این وجود development of multicast (multicast توسعه یافته) مقایسه می شود با www و http که اون بسیار کند است. مطابق با گفته Almeroth ، multicast در کودکی خودش است در حالی که www ها موفق و با اعتبار هستند و به نظر می آید که کاملاً به صورت فراگیر و گسترده استفاده می شوند

پروتکل های مسیریابی multicast میتوانند در 3 دسته کلی طبقه بندی شوند:

متدهای proactive :در این متد گره ها تمام مسیر های ممکن به مقصدها را محاسبه می کنند. اطلاعات مسیر یابی را به گره ها در داخل شبکه منتشر می کند حتی قبل از اینکه اون احتیاج شده باشد. این متد به جمع آوری اطلاعات حالت up-to-date برای همه گره ها در شبکه می پردازد. مسیریابی را با استفاده از جداول مسیریابی از پیش تعیین شده انجام می دهد. این متد table driven نیز نامیده می شود. ( مسیریابی با استفاده از جداول)

متدهای reactive : مبتنی بر تقاضای ارسال داده هستند این متد اطلاعات مسیریابی  مورد تقاضا را وقتی که به اون ها احتیاج باشد را جمع آوری می کند (احتیاج به ارسال packet های داده دارد). این متدها در یک محیط بیسیم در حضور گره های mobile و توپولوژی تغییر پیوسته بهتر کار می کنند. به صورت گسترده ای برای wmn ها پذیرفته شده اند بنابراین پروتکل های مسیریابی بسیاری این متد را دنبال می کنند.

 Hybrid : یک دسته بندی دیگری که از ترکیب متدهای proactive و reactive ایجاد شده است. چون بیرون از محدوده این مقاله است توصیف نمی شود.

در اینجا 3 پروتکل مسیریابی multicast مهم برای مقایسه کارایی آنها انتخاب شده اند:

·       On Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP)

·       Multicast Ad hoc On Demand Distance Vector (MAODV)

·       Multicast Open Shortest Path First (MOSPF)

 

مقایسه کارایی بین این 3 پروتکل قبلاً روی محیط wmn ها به خوبی محیط شبکه های ad hoc انجام نشده است. به همین خاطر ارزیابی کارایی multicast ِ موجود در محیط های مش بیسیم هنوز یک محیط تحقیقاتی فعالی (active) هست

ODMRP :

یک رویه مبتنی بر مش است که از مفهوم forwarding group استفاده می کند. (یک زیر مجموعه ای از گره هاست که packet های multicast را ارسال می کند.) این پروتکل مبتنی بر مسیریابی های مورد تقاضا است.

مکانیزم:

مکانیزم مسیریابی اون یک حالت تقاضا (request phase) و یک حالت پاسخ(reply phase)  دارد. این پروتکل 2 نمونه از packet های کنترل را برای شکل دادن به forwarding mesh برای multicast group  استفاده می کند. Join Query)  و (Join Reply

وقتی یک گره اطلاعات برای send دارد اما هیچ مسیری به گیرنده نیست یک message ِ join query به تمام شبکه broadcast میشود. وقتی که یک packet ِ join query  به گیرنده multicast می رسد اون یک packet ِ join reply  میسازد و برای همسایه هایش broadcast میکند. وقتی که یک گره join reply را دریافت کند check می کند اگر آدرس گره بعدی کاملاً با آدرس خودش منطبق باشد که می فهمد روی مسیر به طرف منبع (source) است و بدین گونه یک قسمتی از forwarding group برای آن منبع(source) توسط نصب forwarding group flag خودش، می شود. اون سپس join reply ِ متعلق به خودش را broadcast می کند. Hop IP address ِ بعدی می تواند از message cache (حافظه msg) به دست آید.

این فرآیند مسیرها را از منبع ها به گیرنده ها می سازد یا update می کند و در نتیجه forwarding group را می سازد.

این پروتکل به دلیل ذات on-demand ِ خودش سربار کانال و ذخیره سازی پایینی دارد.

MAODV :

این پروتکل با همه منابع و گیرنده ها برای یک multicast group یک group tree ایجاد میکند. ریشه هر group tree به عنوان group leader (رهبر گروه) تعیین شده است که sequence number ِ multicast group را نگهداری می کند که شامل اطلاعات مسیر مانند route table و multicast route table است

مکانیزم:

اگر یک گره mobile مایل باشد که به یک multicast group متصل شود یک message ِ تقاضای مسیر (route request msg) به گره های موجود در multicast tree ، broadcast می کند.

 یک عضو از multicast tree (گره میانی) که route request را دریافت کرده، با یک مسیر موجود به رهبر گروه رفته ولی اگر آن گره یک عضو از درخت ِ multicast group بود به route request پاسخ می دهد که به نام route reply شناخته می شود. اکنون با این route reply message باید به درخواست منبع (گره mobile ِ اولی) route request جواب داد. هنگامی که این route reply به هر گره می رسد آن گره اطلاعات مسیر خود را به عنوان sequence number در آن message ذخیره می کند و این route reply msg به منبع می رسد. اگر گره منبع چندین route reply را دریافت کند با استفاده از همان اطلاعات sequence number مسیر جدید مشخص می شود که مبتنی بر جدیدترین (بزرگترین) sequence number یا اگر  sequence number ها یکسان بودند بر حسب کوچک ترین تعداد hop است. سپس یک multicast activation message (MACT) به وسیله گره منبع برای تنظیم کردن حالت multicast فرستاده می شود و درخت multicast ساخته می شود.

MOSPF :

در این پروتکل مسیریاب ها یک تصویری از تمام توپولوژی شبکه از میان پروتکل unicast OSPF را نگهداری می کنند. MOSPF یک نوع جدید از link state advertisement را معرفی می کند. Link state یک database از وضعیت مسیریاب ها است.

Router های OSPF احتیاج دارند که یک مقدار حافظه بیشتری برای ساختن این نقشه های توپولوژی در دسترس آنها وجود داشته باشد. بعد از یک تغییر توپولوژی، نقشه دوباره محاسبه می شود، نتیجه های محاسبه ها برای استفاده کردن توسط packet ِ بعدی ذخیره می شود. این اجازه به مسیریاب ها داده می شود برای ساختن درخت های source-based یا یک درخت shortest path از الگوریتم dijkstra و اطلاعات ِ link state استفاده کنند.

Multicast datagram نیز برای ساخت نقشه های توپولوژی استفاده می شود که به کوتاه ترین مسیر می رود. (datagram همان اطلاعات مسیر است)

محدودیت های MOSPF :

یک فاکتور محدودیت در این پروتکل ارزش محاسباتی است. این پروتکل در هر router محاسبات سنگین می خواهد و به مقدار زیادی تبادل توپولوژی و همچنین اطلاعات ِ membership احتیاج دارد.

مشکل دیگر این است این پروتکل توانایی به دقت ساختن یک درخت ِ shortest path ِ کامل را ندارد چون اطلاعات جزئی در مورد دیگر توپولوژی محیط را نمی شناسد.

مشکل دیگر MOSPF این است که اون توانایی tunnel ِ multicast datagram میان router های بدون multicast را ندارد.

 

 

Tunnel frame :

این frame یک receiver address(RA) ِ unicast و یک destination address(DA) برای multicast group دارد. گره منبع tunnel frame را به next hop و به طرف multicast group leader می فرستد. گره next hop ،tunnel frame  را دریافت می کند که در آن RA آدرس متعلق به گره است و DA آدرس multicast group است. یکبار که multicast group leader ، tunnel frame را دریافت کند RA ِ data frame را به multicast group تغییر می دهد و data frame را روی multicast group’s shared tree پخش می کند و تمام receiver ها و destination ها اون را دریافت میکنند.

 

نتیجه:

ODMRP به عنوان نماینده پروتکل های مسیریابی ِ multicast ِ mesh-based انتخاب شده است.

MAODV به عنوان نماینده پروتکل های مسیریابی ِ tree-based انتخاب شده است.

MOSPF به عنوان نماینده پروتکل های مسیریابی ِ multicast ِ proactive انتخاب شده است.

هردوی پروتکل های MAODV و ODMRP پروتکل های مسیریابی ِ multicast ِ reactive هستند. از این تحقیق نتیجه می شود که پروتکل های مسیریابی ِ multicast ِ proactive به دلیل سربار های مسیریابی بزرگشان برای WMN ها مناسب نیستند.

میان 2 پروتکل مسیر یابی ِ reactive (MAODV,ODMRP) پروتکلODMRP که mesh-based است کارایی بهتری نسبت به پروتکل های مسیریابی ِ tree-based دارد.

 

 

منابع:

 

·         “Performance Comparison of Proactive and Reactive Multicast Routing Protocol over Wireless Mesh Networks”  Md.Saiful Azad, farhat Anwar, Md. Arafatur Rahman, Aisha H. Abdolla,Akhmad Unggul priantoro and Omer Mahmoud

 

·         Akyildiz and Wang, X., ―A Survey on Wireless Mesh Networks‖, IEEE Communication Magazine, vol. 43, no. 9, September 2005, pp. 523–530.

 

·         Wireless Mesh Networking: Archietectures, Protocols and Standards,‖ Editor: Y. Zhang, J. Luo and H. Hu, Auerbach Publications, 2007.

 

·         Almeroth, K., ―The Evolution of Multicast: From the MBone to Inter-Domain Multicast to Internet2 Deployment,‖ IEEE Network Special Issue on Multicasting, January, 2001.

 

·         Almeroth, K., ―A Long-Term Analysis of Growth and Usage Patterns in the Multicast Backbone (Mbone),‖ IEEE Infocom, Tel Aviv, Israel, March, 2000

 

·         Fenner, B., Handley, M., Holbrook, H., and Kouvelas, I., ―Protocol Independent Multicast—Sparse Mode (PIM-SM): Protocol Specification (revised),‖ IETF Internet draft, daft-ietf-pim-sm-v2-new-05.txt, March, 2006

 

·         Royer, E.M., Perkins, C.E., ―Multicast ad-hoc on-demand distance vector (MAODV) Routing,‖ IETF Internet Draft, draft-ietf-manet-maodv-00.txt.

 

·         Oh, S. Y., Park, J.-S., and Gerla, M., ―E-ODMRP: Enhanced ODMRP with motion adaptive refresh,‖ Journal of Parallel and Distributed Computing archive, vol. 68, no. 8, August, 2008, pp 1044-1053.

+ نوشته شده در  دوشنبه سی ام خرداد 1390ساعت 17  توسط  مهندس ابراهیم قمی اویلی  |