CC BY
88
СРАВНЕНИЕ ПРОТОКОЛОВ МАРШРУТИЗАЦИИ
В MANET-СЕТЯХ
Воженников Александр Андреевич
Аспирант 3 курса факультета прикладной математики и телекоммуникации
Вятский Государственный Университет, г. Киров
АННОТАЦИЯ
В статье проанализированы основные преимущества и параметры работы сети MANET, а также проблемы организации сетевого взаимодействия между пользователями. Кратко описаны особенности маршрутизации, используемые в мобильных самоорганизующихся сетях, и представлен сравнительный обзор соответствующих протоколов маршрутизации.
ABSTRACT
In article primary benefits and parameters of network functioning of MANET, and also problem of the organization of network inter-user communication are analyzed. The features of routing used on the mobile self-organizing networks are briefly described and the comparative review of the appropriate routing protocols is provided.
Ключевые слова: ad-hoc сеть, протокол маршрутизации, беспроводные самоорганизующиеся сети, MANET, мобильная сеть, самоорганизующаяся сеть.
Keywords: ad-hoc networks, routing protocol , wireless self-organizing network, MANET, mobile network , self-organizing network.
На сегодняшний день в архитектуре телекоммуникационных сетей используется огромное количество самых различных алгоритмов и протоколов маршрутизации. Наибольший интерес с практической точки зрения представляют собой беспроводные сети (или сети с переменной топологией), которые характеризуются сложной изменяющейся структурой, получившее название MANET (Mobile Ad-hoc NETworks), или мобильные самоорганизующиеся сети и системы передачи данных.
Подобного рода сети могут успешно применяться в самых различных сферах человеческой деятельности, например, в сетях связи военного назначения, аварийных сетях при ЧС, на территориях удаленных районов, где отсутствует стационарная инфраструктура. Самыми яркими примерами использования сети MANET можно назвать технологию «умный дом» и сети, используемые в развлекательных целях (дроны, домашние роботы и т.п.). [5, С. 65]
К тому же эти сети обладают рядом преимуществ, которые выгодно отличают их от других подходов, применяемых для решения задач аналогичного рода. Прежде всего, низкой стоимостью, высокой скоростью развертывания и весьма высокой эффективностью в использовании. Но самое главное - сети MANET состоят из мобильных устройств, которые могут независимо отключаться, перемещаться и подключаться к любым находящимся по близости сетям. [3, С. 290]
Чтобы оценить качество сети и ее каналы необходимо использоваться такие параметры как пропускная способность и задержка, с помощью которых можно произвести оценку некоторого узла, входящего в структуру сети общего назначения. Однако произвести оценку функционирования всей сети данные критерии не позволят, так как беспроводным сетям характерно использование больного количества узлов и каналов. Следовательно, их эффективность невозможно оценить лишь с помощью показателей качества для одиночного канала или клиента узла. [7, С. 450]
Кроме этого, можно выделить ряд других проблемных моментов MANET, решение которых поможет организовать сетевое взаимодействие между пользователями на должном
уровне (на больших площадях, без серьезных затрат и временными затратами на развертывание специализированной инфраструктуры):
• вопросы с устранением помехоустойчивости;
• вопросы с обеспечением безопасности передаваемой информации;
• вопросы общей пропускной способности сетей;
• вопросы, связанные с эффективностью применяемых в работе сети методов маршрутизации. [4, С. 71]
Сегодня используется несколько протоколов, обеспечивающих маршрутизацию мобильных самоорганизующихся сетей. Их можно подразделить на протоколы с проактив-ной (табличные) маршрутизацией, протоколы с реактивной маршрутизацией (работающие по запросу) и их комбинации (гибридные).
Данные протоколы разделены по принципу работы. В первом случае сообщения служебного плана с информацией обо всех изменениях в ее конфигурации рассылаются по сети с периодической частотой. Во втором - маршрут до конкретного узла составляется лишь при необходимости, а в третьем - когда протоколы представляют собой комбинацию из проактивных и реактивных протоколов (в момент пересылки информации это ведет к сокращению построения таблиц маршрутизации и объемов пересылаемых данных). [6, С. 16-17]
Поскольку разработанные для проводных сетей традиционные протоколы маршрутизации несовместимы для работы с сетями MANET, для последних были разработаны специальные протоколы маршрутизации, которые также успешно применяются и в топологии других сетей. Например, протокол динамической маршрутизации - AODV (Ad hoc On-Demand Di^ance Vector). Относится к реактивным протоколам маршрутизации, т.к. устанавливает маршрут к адресату по требованию, за основу вычисления которого взят дистанционно-векторный алгоритм маршрутизации. Или же протокол маршрутизации для MANET с топологией mesh, более известный как DSR (Dynamic Source Routing -динамическая маршрутизация от источника). В основе его действия лежит принцип формирования маршрута по тре-
бованию, посредством передачи широковещательных адресов. Вместе с тем, в данной протоколе упор сделан на явную маршрутизацию, иными словами он не использует таблицы маршрутизации на каждом промежуточном устройстве.
OLSR (Optimized Link-State Routing) - протокол маршрутизации, который может использоваться как для работы в MANET, так и в других беспроводных сетях. В его основе лежит работа с таблицами. [1, С. 14-15; 2, С. 77]
Существует также гибридный протокол маршрутизации, созданный при разработке нового протокола 802.11s
- HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol), более известный как Wi-Fi. Он объединил в себе протокол дистанционно-векторной маршрутизации по запросу и механизмы маршрутизации, работающие на MAC-уровне. Это позволило сделать данный алгоритм маршрутизации более эффективным, при этом оба режима могут использоваться в сети как отдельно друг о друга, так и одновременно. [8, С. 12] Также используются и другие протоколы, среди которых наибольший интерес представляют протоколы маршрутизации, использующие геоданные. (см. рис. 1)
Рис. 1. Протоколы маршрутизации, используемые в беспроводных сетях
В основе каждого из них лежит свой принцип работы. Например, протокол GPSR использует стратегию поиска для передачи пакета данных ближайшего к месту назначе-
ния узла. Если же таковой отсутствует - ищется альтернативный маршрут. Подобного рода стратегия в литературе получила название «жадной» пересылки (см. рис. 2)
Рис. 2. Пример «жадной» пересылки (где r - это наиболее подходящий узел)
В протоколах DREAM и LAR пакеты пересылаются всем «соседям», которые располагаются по направлению к пункту назначения. (см. рис. 3)
Рис. 3. Принцип маршрутизации LAR
Также используются протоколы LAKER (являющийся потомком протоколов DSR и LAR), главный принцип действия которого - свести к минимуму нагрузку на сеть во время процесса открытия маршрута за счет уменьшения зоны,
в которую будут переадресованы пакеты запроса маршрута, и MORA (MOvement based Routing Algorithm), принимающий во внимание направление движения соседних узлов. (см. рис. 4) [6, С. 18]
S
Рис. 4. Направление положения узлов в протоколе MORA
Существуют также протоколы, в которых маршрутизация структурирована в двух слоях, иными словами, имеется иерархия (отсюда и название - иерархическая маршрутизация). Протоколы данного типа применяются для маршрутизации на длинные и короткие расстояния. При этом геомаршрутизацию используют для длинных дистанций, а для коротких, внутри определённой зоны или объединения узлов, применяются схемы маршрутизации другого вида. Самый известный пример - протокол, использующий данные о местоположении абонентов сети (ГЛОНАСС). [6, С. 17]
Одним из направлений развития беспроводных мобильных самоорганизующихся сетей связи MANET является формирование систем связи, которые будут предназначены для передачи интенсивного трафика, а также трафика реального времени (или информации, передаваемой через голосовое сообщение или видеоинформацию).
Таким образом, MANET является радиосетью со случайными мобильными абонентами. Ей свойственны полностью децентрализованное управление при отсутствии базовых станций или опорных узлов. При этом топология MANET является динамичной, а соединение узлов осуществляется случайным образом.
Для анализа любого из протоколов маршрутизации, используемых в беспроводных сетях, за основу следует брать такие параметры как производительность сети и задержка передачи данных. При этом каждому классу протоколов, которые используются использовании в условиях мобильных аd hoc сетей, свойственны как свои преимущественны характеристики, так и недостатки. Отсюда выбор алгоритма маршрутизации для самоорганизующихся мобильных сетей должен исходить из целого комплекса показателей, характеризующих качество протокола, некоторые из которых нашли отражение в документе RFC2501. [9]
Список литературы:
1. Казаков М.Ф. Построение самоорганизующейся сети мобильных устройств // Молодежь и наука: сборник материалов Х Юбилейной Всероссийской научно-техн. конф.
студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 80-летию образования Красноярского края. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2014. - С. 13-17.
2. Климов И.А., Червинская Н.В. Сравнение протоколов маршрутизации для беспроводных мобильных AD-HOC сетей // Автоматиза^ технолопчних об'еклв та процеав. Пошук молодих. Збiрник наукових праць XIII науково-тех-шчно! конференций асшранпв та студенлв в м. Донецьку 14-17 травня 2013 р. - Донецьк, ДонНТУ 2013. - С. 76-80.
3. Маршрутизация в беспроводных мобильных Ad hoc-сетях / В.М. Винокуров и др. // Упр. вычисл. техника и информатика. Докл. ТУСУРа. - Томск, 2010. - № 2 (22). - С. 288 - 292.
4. Метелёв А.П., Чистяков А.В., Жолобов А.Н. Протоколы маршрутизации в беспроводных самоорганизующихся сетях // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2013. - №3. - С. 71-78.
5. Павлов А.А., Датьев И.О. Протоколы маршрутизации в беспроводных сетях // Труды Кольского научного центра РАН. - 2014. №5. С. 64-75.
6. Протоколы геомаршрутизации самоорганизующихся мобильных сетей / Д.Е. Прозоров и др. // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2012. №5. С. 16-19.
7. Скрипов С.А. Разработка протоколов маршрутизации для беспроводных сетей со специальной топологией // Современные информационные технологии и ИТ-образование: сборник трудов / ред. В.А. Сухомлин. - М.: [б. и.], 2009. - С. 449 - 456.
8. Хараев В.Ю. Исследование параметров сетевого взаимодействия ad hoc сетей стандарта 802.11p в интеллектуальных транспортных системах // Вестник СибГУТИ. -2012. №2. С. 11-23.
9. S. Corson. Mobile Ad hoc Networking (MANET): Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations / S. Corson., J. Macker // Электронный ресурс URL: http://tools.ietf.org/html/ rfc2501 (дата обращения 20.01.2016).
