پروتکل روتین عادی اینترنتی موبایل ادهاک و طرح Cross_Layor Survey on Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols and Cross-Layer Design
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی فناوری اطلاعات و ارتباطات، فناوری اطلاعات، شبکه های کامپیوتری و مخابرات سیار
MANET امنیت « شبکه موبایل Ad Hoc» که یک سیستم خودگردان از مسیریابهای موبایل است، از طریق پیوندهای بی سیمی متصل می گردد.این مسیریابها آزادند تا بطور تصادفی حرکت کنند و بطور قراردادی خودشان را سازمان بخشند.بنابراین احتمال دارد که مکان شناسایی بی سیم شبکه سریعاً و بطور غیر قابل پیش بینی تغییر کند.چنین شبکه ای ممکن است که بطور مستقل عمل کند ویا اینکه به اینترنت وصل شود.چیزی که به عنوان چالش اصلی به شمار می رود:پرش،تحرک،اندازه بزرگ شبکه ای که با وسایل نا همگن ترکیب می شود،پهنای باند و تحمیل قدرت باتری است که همه این موارد نیز موجب طراحی پروتکل ها با مسیریابی مناسب می شوند.در سالهای اخیر،پروتکل های مسیریاب زیادی برای منت پیشنهاد شده است.اساساً این پروتکل ها برای یکی از دو گروه اصلی متناسب خواهند بود:درخواستی؛ مانند(۱)AODVو (۲) DSR ، فعال سازی ؛ مانند (۳)DSDV و(۴)OLSR مقایسه اجرا و سرور این پروتکل ها در (۷)و(۶)و(۵) هستند.یک بررسی پیچیده تر را میتوان در (۸) پیدا کرد.در این بررسی، بر روی تک تک پروتکل های مسیریاب تمرکز نخواهیم کرد بلکه بجای آن ایده های جدیدی را که اخیراً جهت پیشرفت منت پیشنهاد کرده اند را مورد بحث قرار خواهیم داد. این ایده ها با توان عملیاتی و قابل قیاس بودن را با روش های متفاوت و مسیریابهای متری جدید و تکنولوژیهای چند سرعتی،چند شبکه ای و ساختار سلسله مراتبی توسط طراحی لایه متقابل صورت می گیرد. ۱) طراحی لایه متقابل از شبکه های بی سیم چند پرشی در بسیاری از نرم افزارهای شبکه ای، پروتکل ها برای تشکیل یک توده پروتکل به چند واحد تقسیم می شوند.هر لایه با کمک لایه هایی که مستقیماً در زیر آن قرار دارند،استفاده از خدمات را ممکن می سازد و نیز خدمات را برای لایه هایی که در بالا قرار دارند مهیا می کند.مجموعه کوچکی از لایه های اصلی ، ارتباط بین لایه های مجاور را محدود کرده است. اصل لایه بندی ، طراحی و انجام کارها را ساده کرده و امکان پیاده سازی تناوبی لایه ها را مهیا ساخته است.موفقیت اینترنت قدرت طراحی لایه ای را در شبکه های سیم کشی شده نشان میدهد.ویژگی هلی شبکه های بی سیم در چندین روش با شبکه های سیم کشی شده فرق می کند که ظرفیث کم اتصال و سرعت بالای اشکالات موجب آن می باشد : • بخاطر تغییرپذیری کانال با مقیاس کوچک و بزرگ، کیفیت کانالها نسبت به تحرک و موقعیت گره در یک هزارم ثانیه تغییر می کند.پروتکل مسیریاب به سادگی نمی تواند مسیری را بر پایه پیام درخواست مسیر انتخاب کند(۹). • ظرفیت پیوندهای بی سیمی به وضعیت پیوندهای دیگر در برد ارسال آن بستگی دارد.بنابراین دلیل دیگر تراکم استنتاج پیوندهای دیگر است. بدلیل جفت سازی مستقیم بین لایه فیزیکی و لایه بالایی، توده پروتکل قدیمی برای شبکه های بی سیم کافی نمی باشد.متدلوژی طراحی لایه متقابل یک زمینه فعال تحقیقی برای پیشبرد عملکرد شبکه های بی سیم می باشد؛خایی که اطلاعات بطور دینامیکی بین لایه های مختلف پروتکل مبادله می شود.در یک شبکه بی سیم ،سه لایه فیزیکی ، MAC و مسیریاب در کنار هم نسبت به منبع شبکه مخالفت می کنند.لایه فیزیکی با سرعت و قدرت انتقالی خود تصمیمات لایه های مسیریاب و MAC را تحت تأثیر قرار می دهد.لایه MAC مسئول برنامه ریزی و تخصیص کانال بی سیم است که نهایتاً پهنای باند موجود در فرستنده و تأخیر بسته کوچک را مشخص خواهد کرد.پهنای باند و تأخیر بسته نیز تصمیم لایه مسیریاب برای انتخاب پیوند را تحت تأثیر قرار می دهد.لایه مسیریاب برای باز پخش کردن بسته ها به مقصد ، پیوندهای بی سیم را انتخاب می کند.تصمیمات مسیریاب سطح مباخته در لایه MAC و پارامترهای لایه فیزیکی را تغییر می دهد.در اینجا مثالهایی از طراحی لایه متقابل در شبکه های بی سیم موجود است.در CDMA2000 HDR (سرعت بالای اطلاعات)(۱۰) هر گره بطور دوره ای کیفیت کانال را نسبت به ایستگاه بنیادی سنجیده و آنجا می فرستد،بنابراین به منظور پیشبرد توان عملیاتی ، ایستگاه بنیادی از اولویت خاصی برای استفاده کنندگان شبکه با کیفیت بهتر برخوردار است.طراحی لایه متقابل مشکل اثصال در کنترل قدرت و برنامه ریزی برای شبکه های بی سیم چند پرشی با QDS را مخاطب قرار می دهد.این عمل SINR و سرعت کم بعنوان فشار را برای کوچک سازی انتقال کلی در سراسر شبکه گرفته و فعل و انفعالات پروتکلهای مسیریاب و پروتکلهای MAC را برای شبکه های بی سیم تحت پارامترهای متحرک متفاوت را مورد مطالعه قرار میدهد.(۱۲).تجارب با ترکیبات متفاوت پارامتری از پروتکلهای مسیریاب([۱۳]برنامه LAR و DSR، AODV)،لایه MAC (MACA،IEEE 802/11 وcsma) ،سرعت گره ها و سرعت یک به یک بسته های اطلاعاتی بدست آمده اند.یک تکنیک آماری .ANOVA(تجزیه واریانس)برای آنالیز کردن نتایج مورد استفاده قرار می گیرد.نتایج اهمیت فعل و انفعالات بین متغیرها در عملکرد را نشان می دهد.(۱۴) طرح ساده ای برای طراحی لایه متقابل است.پروتکل روتین AODV در شبکه Ad Hoc برای انتقال ویدیوئی بصورت صحیح زمانی استفاده می شود.اطلاعات روتین ایجاد شده بوسیله AODV می تواند در کاربرهای یرنامه ها تقسیم شوند.وقتی که فرستنده می خواهد اطلاعات را بفرستد ابتدا اطلاعات را کنترل خواهد کرد در (۱۵)اطلاعات منحنی از موبایل بوسیله لایه های مختلفی همچون اینترنت شبکه انتقال و لوله های بالایی مورد استفاده قرار می گیرد.این منحنی می تواند مورد اندازه گیری قرار بگیرد در دو صورت : یکی طول ردیف انتقال آن و دیگری سطح مورد استفاده لایه MACV است که می تواند با نشان دادن سطح مشغول از لوازم بی سیم حوالی آن مورد بررسی قرار گرفته و بدست آید.در لایه اینترنتی : این پارامتر می تواند همچون سیستم عادی نزدیک برای انتخاب مسیر پروتکلهای عادی مورد استفاده قرار گیرد یا نود می تواند فواصل زمانی را برای انتقال و مخابره اطلاعات عادی تغییر دهد برای پروتکل عادی فعال مانند DSR هنگامی که یک نود نمی تواند منتشر کند پیغام های درخواست عادی را اگر تشخیص دهد که تجهیزات اطراف آن در فعالیت بوده و مشغول هستند.در داخل لایه انتقال ،نود ممکن است قطعات ECN را در بسته IP تنظیم کند.در داخل دیگر لایه های بالایی پروتکلها فرستنده ممکن استاطلاعات و نتایج نشان داده شده از ارتقای قابل توجه در رادیوهای گیرنده و اورهد و scalability را قبل از انتقال مورد ارزیابی قرار دهد اگر تشخیص دهد که لینکهایی در مسیر خیلی مشغول هستند.هنگام مراجعه به این موارد استفاده در DSR و نتایج نشان از ارتقای قابل توجه در رادیوگیرنده و اورهد و scalability را دارند.در حالیکه طرح لایه متقابل ممکن است برخی ارتقا در عملکرد اینترنت را بدست آورد ممکن است اثرات منفی را نیز داشته باشد.وقتی که ما محدودیت لایه ها را در این پروتکل ها از بین می بریم ما موانع طرح را نیز از بین می بریم.(۱۶)دیسک بالقوه طرح لایه متقابل را نشان می دهد.دست اندرکاران این امر بیان می کنند که ما می توانیم برخی ارتقاها را در عملکرد اینترنت را بدست می یاوریم که این دستاورد محدود است.هر گونه تغییرات طرحی پروتکلها به هنگام اضافه کردن فعل و انفعالات در لایه های مختلف ممکن است در کل سیستم تأثیر داشته باشد که ممکن است به علت طرح «spaghetti» پیش برود.هر چند ما و دستاورد کوتاه مدت داشته باشیم که این بخاطر عکس العمل های پیش بینی نشده در سیستم است-تغییرات بعدی سخت تر و مشکل تر خواهند بود.تهیه کنندگان چندین اصول طرح را تهیه کرده اند(۱۶) : A. تأثیرات متقابل و قانون Unintended Consequences : موقعی که ما بر لایه های متفاوت تأثیر می گذاریم باید تأثیر بر روی دیگر لایه های سیستم ها را در نظر بگیریم. B. رسم وابستگی: ارائه تأثیر بین پارامترهای پروتکل به عنوان رسم. C. استقرار و جدائی میزان زمانی: از رسم وابستگی ما می توانیم برخی اصول استقرار یافته را استنتاج کنیم. D. هرج و مرج در طرح لایه متقابل: طره های زیادی باید مورد نظر گرفته شوند مانند تأمین و نگهداری کد. همچنین دست اندرکاران امر مثالهائی را برای توضیح مشکلات بالقوه در طرح لایه متقابل عنوان کرده اند.ما در بخش ۳ یک مورد را مورد بحث قرار خواهیم داد. ۲) مشکلات موجود در پروتکل IEEE 802/11 MAC وسیله کنترل IEEE 802/11 قراردادی است که بی سیم های LAN و شبکه های اینترنتی Ad Hoc عمدتاً و به نسبت زیاد مورد استفاده قرار می گیرد.هر چند که این وسیله برای بی سیم های Multi-Hop و شبکه های Ad Hoc طراحی نشده بود و گزارشاتی در این مورد وجود دارند.در(۱۷)دست اندرکاران شبکه اینترنتی بی سیم ساده ای را تنظیم کرده اند در ۸ گره در یک رشته جابجایی.در این شبکه هر گره ۲۰۰m در فاصله قرار دارد.دامنه انتقال حد واسط بی سیم ۲۵۰m و ترافیکTCP مورد استفاده قرار می گیرد پس از شبیه سازی در NS2 دست اندرکاران دریافتند که سه شکل عمده زیر در لایه MAC ریشه دارند : A. مشکل ناپایدار TCP:خروجی تنها اتصال TCPموجود در شبکه اینترنتی مکرراً بدست آید یا تقریباً نزدیک به صفر بود.به علت آن تأثیرات بین گره های متفاوت است که اطلاعات TCP و عبور و مرور TCP-ACK را انتقال می دهند.مشکل گره محقی باعث ایجاد تلافی در گره میانی می شود و مشکل گره بدون پوشش مانع از فرستادن پیغام CTS مرکز میانی می شود.لذا گره نمی تواند به قسمت مجاور خود برسد و پیوند در میانه راه قطع می شود.استفاده از دریچه در اندازه کوچک می تواند این مشکل را کم رنگ کرده یا به کل مرتفع سازد. B. شرایط عدم کارآیی برای انجام خواسته ها : یک نوع از عدم کارآیی برای انجام خواسته ها«neighboring node one-hop unfairness» نامیده می شود.به خاطر برخی مشکلات ایجاد شده مانند بخش A هنگامی که دو تا اتصالات TCPدر شبکه وجود دارند یک مورد ممکن است کاملاً خاموش شود.و موقعیتی برای شروع دوباره در برخی شرایط وجود نداشته باشد حتی اگر کمی زودتر شروع شوند.این مشکل با تطبیق اندازه دریچه قابل حل نیست. C. مشکل ناسازگاری :دو بخش TCP نمی تواند در شبکه بطور همزمان در کنار هم وجود داشته در زمان تغییر و تبدیل اساساً اتفاقی و غیر قابل تنظیم است که این علت بوسیله مشکل گره بدون پوشش باعث می شود.آن نمی تواند با هماهنگی پارامترهای TCPحل شود. در زیربنای بی سیم LAN ،استفاده از RTS/CTS و سنسور حاصل برای مخفی کردن مشکل گرهی به نطر کار درستی می آید زیرا گره هایی که به طور بالقوه در قبول ریسیور و حالت دارند همگی در زمینه سنسور ریسیور قرار دارند که تحت فرضیه ایست که دامنه ارسال مشابه دامنه دریافت است که این در مورد Multi-Hop و شبکهhoc درست نیست.در شیبه سازی ابزار که کاردهای مدلWaveLAN ،دامنه دریافت دوبرابر دامنهانتقال موفقیت اخیر است.بنابراین برخی گره ها نمی توانند بسته های CTS را برگردانند.موقعی که همجوارهای آنان انتقال می دهند که باعث هدایت به لینکهای از کار افتاده و خراب می شوند.(۱۸)مکانیسم RTC/CTS انطباقی را برای کاهش کارآمدی که بوسیلهIEEE 802/11 ایجاد شده پیشنهاد میدهد.چون ما نمی توانیم اساساًRTS/CTS را خاموش کنیم این عمل موجب ناکارآمدی و تلاقی در اعمال خواهد شد.در طرح تطابقی RTS/CTS یک گره خاموش می کند.RTS/CTSها را هنگامی که شماره«انتظار برای اتمام زمان CTS» از حد تجاوز می کند.شمارش نشان از در رسم دربچه به روز است.نتایج شبیه سازی نشان می دهد که این مکانیسم شبیه سازی تطابقی می تواند به طرز موثری کارآمدی UDP و TCP را تأمین کند.(۱۹)حتی فراتر از آن RTS/CTS را مورد بررسی و تحقیق قرار می دهد.این گزارش نشان میدهد که برخی سناریوها در جایی که RTS/CTS می تواند شبکه Ad Hoc را تحت تأثیر قرار دهد وجود دارند.همچنانکه در نمودار ۱۹ نشان داده شده است.ابتدا ممکن است cts/rts باعث ایجاد مشکل بلوکه شدن را دارد.گره B بسته های اطلاعاتی را به گرهA می فرستد.گره C هم RTS و هم CTS را دریافت می کند.بنابراین جلوی حرکت آن را می گیرد.اگر در این زمان گرهD ، RTS را به گره C بفرستد گره C نمی تواند با CTS جواب دهد و بلاخره گره D وارد حالت نهایی خواهد شد.در این سناریو گره C نیازی نیست در گره پنهانی باشد همچنانکه در نمودار۱ نشان داده می شود زیرا می تواند هم RTS و هم CTS را دریافت کند.در انجام مکانیسم عادی RTS/CTS موقعیکه یک گره یک بسته اطلاعاتی RTS در یافت کرد نیاز است تا فرایند انتقال متوقف شود.در سناریو مشکل بلوک کننده ، این گره ها نزدیک کننده به گره های بلوک شده ممکن است به طور غلط بلوک شوند و حتی بدتر از آن بلوک کننده غلط ممکن است از طریق شبکه اینترنتی گسترش یابد تا هنگامی که برخی بسته های اطلاعاتی این نوع از pseudo-deadlock را از بین ببرند. (۱۹) راه حلی را برای مشکل بلوک کننده غلط پیشنهاد می دهد.نظریه اساسی لرزیابی RTS است : هنگامی که گرهی RTS که خودش را دریافت می کند اکثر مواقع فرق خواهد کرد تا کنترل کند که آیا واقعاً بسته های اطلاعاتی در حال ارسال هستند را مخاطب قرار نمی دهد.اگر لوازم هنوز هم بی اساس هستند یعنی بلوک کننده غلط ممکن است اتفاق بیفتد .زیاد تفاوتی نمی کند.نتایج نشان می دهد که این راه حل می تواند به طور عمده نتایج را تأمین و بهبود بخشد. (۲۰) کارآیی غیر عادی IEEE 802/11 را که توسط CSMA/CA ایجاد می شود را مورد بحث قرار می دهد که این کارآیی غیر عادی درصد احتمال مساوی را برای هر گره ایجاد می کند تا شبکه ای را برای مدت زمان طولانی در دسترس قرار دهد.به عبارت دیگر هر گره شانس همانند و یکسانی برای ارسال بسته اطلاعات در سرعتی که بر میزان اطلاعات متکی است.اگر گره هایی با میزان اطلاعات متفاوت در همان خانه وجود داشته باشد ورودی همه گره ها با میزان سرعت بیشتر به میزان پایین تری کاهش خواهد یافت.در این گزارش آمد و است که به هنگام استفاده از TCP، فقدان بسته اطلاعاتی گره باعث کاهش میزان ارسال می شود که به نوبه خود باعث افزایش ظرفیت در سایر گره ها می شود و سرانجام تأثیر منفی(alleviated). دیگر ویژگی IEEE 802/11 که در استفاده از پیغامها در گره های مجاور بر روی پروتکل های عادی بی سیم Ad Hoc تأثیر دارد آنهایی هستند که « communication gray zones » نامیده می شود(۲۱). ما در اینجا AODV را بعنوان مثالی برای توضیح این پدیده استفاده می کنیم.AODC یک پروتکل مکان است.این پروتکل از پخش وسیع پیام ها برای کشف راهها استفاده می کند و به صورت متوالی برنامه HELLO را برای یافتن گره های مجاور پخش می کند.لذا آن می تواند مسیرها را به روز و تازه کند.آن از unicast برای ارسال بسته های اطلاعاتی و بسته های جواب استفاده می کند.پیغام های HELLO دارای زیر ساختمانی هستند که در ایجاد ناحیه خاکستری گسترده هستند(۲۱) : A. میزان ارسال متفاوت : در IEEE 802/11، بسته های پخش کننده همیشه بصورت جزء به جزء ارسال می شوند در حالیکه بسته های اطلاعاتی می توانند به میزان بالاتر ارسال شوند.پس بسته های پخش کننده می توانند نسبت به بسته های اطلاعاتی در مراحل بالاتری نفوذ کنند. B. No Acknowledgements : پیام های منتشر شده نیازی به ACK ندارد.یعنی پیام های HELLO دریافت شده نشان نمی دهند که آن یک لینک دو طرفه است. C. اندازه بسته کوچک : برای یک لینک ضعیف ، پیام HELLO میزان ارسالی موفقیت اخیر در سطح بالایی نسبت به بسته های اطلاعاتی با اندازه بالا دارند. D. لینک های ناثابت : در کناره دامنه ارسالی کیفیت لینک ضعیف بوده و ثابت نیست.اگر پیغام های HELLO با موفقیت دریافت شوند، این لینک به عنوان یک لینک ناپایدار به شمار می رود.
MANET امنیت « شبکه موبایل Ad Hoc» که یک سیستم خودگردان از مسیریابهای موبایل است، از طریق پیوندهای بی سیمی متصل می گردد.این مسیریابها آزادند تا بطور تصادفی حرکت کنند و بطور قراردادی خودشان را سازمان بخشند.بنابراین احتمال دارد که مکان شناسایی بی سیم شبکه سریعاً و بطور غیر قابل پیش بینی تغییر کند.چنین شبکه ای ممکن است که بطور مستقل عمل کند ویا اینکه به اینترنت وصل شود.چیزی که به عنوان چالش اصلی به شمار می رود:پرش،تحرک،اندازه بزرگ شبکه ای که با وسایل نا همگن ترکیب می شود،پهنای باند و تحمیل قدرت باتری است که همه این موارد نیز موجب طراحی پروتکل ها با مسیریابی مناسب می شوند.در سالهای اخیر،پروتکل های مسیریاب زیادی برای منت پیشنهاد شده است.اساساً این پروتکل ها برای یکی از دو گروه اصلی متناسب خواهند بود:درخواستی؛ مانند(۱)AODVو (۲) DSR ، فعال سازی ؛ مانند (۳)DSDV و(۴)OLSR مقایسه اجرا و سرور این پروتکل ها در (۷)و(۶)و(۵) هستند.یک بررسی پیچیده تر را میتوان در (۸) پیدا کرد.در این بررسی، بر روی تک تک پروتکل های مسیریاب تمرکز نخواهیم کرد بلکه بجای آن ایده های جدیدی را که اخیراً جهت پیشرفت منت پیشنهاد کرده اند را مورد بحث قرار خواهیم داد. این ایده ها با توان عملیاتی و قابل قیاس بودن را با روش های متفاوت و مسیریابهای متری جدید و تکنولوژیهای چند سرعتی،چند شبکه ای و ساختار سلسله مراتبی توسط طراحی لایه متقابل صورت می گیرد. ۱) طراحی لایه متقابل از شبکه های بی سیم چند پرشی در بسیاری از نرم افزارهای شبکه ای، پروتکل ها برای تشکیل یک توده پروتکل به چند واحد تقسیم می شوند.هر لایه با کمک لایه هایی که مستقیماً در زیر آن قرار دارند،استفاده از خدمات را ممکن می سازد و نیز خدمات را برای لایه هایی که در بالا قرار دارند مهیا می کند.مجموعه کوچکی از لایه های اصلی ، ارتباط بین لایه های مجاور را محدود کرده است. اصل لایه بندی ، طراحی و انجام کارها را ساده کرده و امکان پیاده سازی تناوبی لایه ها را مهیا ساخته است.موفقیت اینترنت قدرت طراحی لایه ای را در شبکه های سیم کشی شده نشان میدهد.ویژگی هلی شبکه های بی سیم در چندین روش با شبکه های سیم کشی شده فرق می کند که ظرفیث کم اتصال و سرعت بالای اشکالات موجب آن می باشد : • بخاطر تغییرپذیری کانال با مقیاس کوچک و بزرگ، کیفیت کانالها نسبت به تحرک و موقعیت گره در یک هزارم ثانیه تغییر می کند.پروتکل مسیریاب به سادگی نمی تواند مسیری را بر پایه پیام درخواست مسیر انتخاب کند(۹). • ظرفیت پیوندهای بی سیمی به وضعیت پیوندهای دیگر در برد ارسال آن بستگی دارد.بنابراین دلیل دیگر تراکم استنتاج پیوندهای دیگر است. بدلیل جفت سازی مستقیم بین لایه فیزیکی و لایه بالایی، توده پروتکل قدیمی برای شبکه های بی سیم کافی نمی باشد.متدلوژی طراحی لایه متقابل یک زمینه فعال تحقیقی برای پیشبرد عملکرد شبکه های بی سیم می باشد؛خایی که اطلاعات بطور دینامیکی بین لایه های مختلف پروتکل مبادله می شود.در یک شبکه بی سیم ،سه لایه فیزیکی ، MAC و مسیریاب در کنار هم نسبت به منبع شبکه مخالفت می کنند.لایه فیزیکی با سرعت و قدرت انتقالی خود تصمیمات لایه های مسیریاب و MAC را تحت تأثیر قرار می دهد.لایه MAC مسئول برنامه ریزی و تخصیص کانال بی سیم است که نهایتاً پهنای باند موجود در فرستنده و تأخیر بسته کوچک را مشخص خواهد کرد.پهنای باند و تأخیر بسته نیز تصمیم لایه مسیریاب برای انتخاب پیوند را تحت تأثیر قرار می دهد.لایه مسیریاب برای باز پخش کردن بسته ها به مقصد ، پیوندهای بی سیم را انتخاب می کند.تصمیمات مسیریاب سطح مباخته در لایه MAC و پارامترهای لایه فیزیکی را تغییر می دهد.در اینجا مثالهایی از طراحی لایه متقابل در شبکه های بی سیم موجود است.در CDMA2000 HDR (سرعت بالای اطلاعات)(۱۰) هر گره بطور دوره ای کیفیت کانال را نسبت به ایستگاه بنیادی سنجیده و آنجا می فرستد،بنابراین به منظور پیشبرد توان عملیاتی ، ایستگاه بنیادی از اولویت خاصی برای استفاده کنندگان شبکه با کیفیت بهتر برخوردار است.طراحی لایه متقابل مشکل اثصال در کنترل قدرت و برنامه ریزی برای شبکه های بی سیم چند پرشی با QDS را مخاطب قرار می دهد.این عمل SINR و سرعت کم بعنوان فشار را برای کوچک سازی انتقال کلی در سراسر شبکه گرفته و فعل و انفعالات پروتکلهای مسیریاب و پروتکلهای MAC را برای شبکه های بی سیم تحت پارامترهای متحرک متفاوت را مورد مطالعه قرار میدهد.(۱۲).تجارب با ترکیبات متفاوت پارامتری از پروتکلهای مسیریاب([۱۳]برنامه LAR و DSR، AODV)،لایه MAC (MACA،IEEE 802/11 وcsma) ،سرعت گره ها و سرعت یک به یک بسته های اطلاعاتی بدست آمده اند.یک تکنیک آماری .ANOVA(تجزیه واریانس)برای آنالیز کردن نتایج مورد استفاده قرار می گیرد.نتایج اهمیت فعل و انفعالات بین متغیرها در عملکرد را نشان می دهد.(۱۴) طرح ساده ای برای طراحی لایه متقابل است.پروتکل روتین AODV در شبکه Ad Hoc برای انتقال ویدیوئی بصورت صحیح زمانی استفاده می شود.اطلاعات روتین ایجاد شده بوسیله AODV می تواند در کاربرهای یرنامه ها تقسیم شوند.وقتی که فرستنده می خواهد اطلاعات را بفرستد ابتدا اطلاعات را کنترل خواهد کرد در (۱۵)اطلاعات منحنی از موبایل بوسیله لایه های مختلفی همچون اینترنت شبکه انتقال و لوله های بالایی مورد استفاده قرار می گیرد.این منحنی می تواند مورد اندازه گیری قرار بگیرد در دو صورت : یکی طول ردیف انتقال آن و دیگری سطح مورد استفاده لایه MACV است که می تواند با نشان دادن سطح مشغول از لوازم بی سیم حوالی آن مورد بررسی قرار گرفته و بدست آید.در لایه اینترنتی : این پارامتر می تواند همچون سیستم عادی نزدیک برای انتخاب مسیر پروتکلهای عادی مورد استفاده قرار گیرد یا نود می تواند فواصل زمانی را برای انتقال و مخابره اطلاعات عادی تغییر دهد برای پروتکل عادی فعال مانند DSR هنگامی که یک نود نمی تواند منتشر کند پیغام های درخواست عادی را اگر تشخیص دهد که تجهیزات اطراف آن در فعالیت بوده و مشغول هستند.در داخل لایه انتقال ،نود ممکن است قطعات ECN را در بسته IP تنظیم کند.در داخل دیگر لایه های بالایی پروتکلها فرستنده ممکن استاطلاعات و نتایج نشان داده شده از ارتقای قابل توجه در رادیوهای گیرنده و اورهد و scalability را قبل از انتقال مورد ارزیابی قرار دهد اگر تشخیص دهد که لینکهایی در مسیر خیلی مشغول هستند.هنگام مراجعه به این موارد استفاده در DSR و نتایج نشان از ارتقای قابل توجه در رادیوگیرنده و اورهد و scalability را دارند.در حالیکه طرح لایه متقابل ممکن است برخی ارتقا در عملکرد اینترنت را بدست آورد ممکن است اثرات منفی را نیز داشته باشد.وقتی که ما محدودیت لایه ها را در این پروتکل ها از بین می بریم ما موانع طرح را نیز از بین می بریم.(۱۶)دیسک بالقوه طرح لایه متقابل را نشان می دهد.دست اندرکاران این امر بیان می کنند که ما می توانیم برخی ارتقاها را در عملکرد اینترنت را بدست می یاوریم که این دستاورد محدود است.هر گونه تغییرات طرحی پروتکلها به هنگام اضافه کردن فعل و انفعالات در لایه های مختلف ممکن است در کل سیستم تأثیر داشته باشد که ممکن است به علت طرح «spaghetti» پیش برود.هر چند ما و دستاورد کوتاه مدت داشته باشیم که این بخاطر عکس العمل های پیش بینی نشده در سیستم است-تغییرات بعدی سخت تر و مشکل تر خواهند بود.تهیه کنندگان چندین اصول طرح را تهیه کرده اند(۱۶) : A. تأثیرات متقابل و قانون Unintended Consequences : موقعی که ما بر لایه های متفاوت تأثیر می گذاریم باید تأثیر بر روی دیگر لایه های سیستم ها را در نظر بگیریم. B. رسم وابستگی: ارائه تأثیر بین پارامترهای پروتکل به عنوان رسم. C. استقرار و جدائی میزان زمانی: از رسم وابستگی ما می توانیم برخی اصول استقرار یافته را استنتاج کنیم. D. هرج و مرج در طرح لایه متقابل: طره های زیادی باید مورد نظر گرفته شوند مانند تأمین و نگهداری کد. همچنین دست اندرکاران امر مثالهائی را برای توضیح مشکلات بالقوه در طرح لایه متقابل عنوان کرده اند.ما در بخش ۳ یک مورد را مورد بحث قرار خواهیم داد. ۲) مشکلات موجود در پروتکل IEEE 802/11 MAC وسیله کنترل IEEE 802/11 قراردادی است که بی سیم های LAN و شبکه های اینترنتی Ad Hoc عمدتاً و به نسبت زیاد مورد استفاده قرار می گیرد.هر چند که این وسیله برای بی سیم های Multi-Hop و شبکه های Ad Hoc طراحی نشده بود و گزارشاتی در این مورد وجود دارند.در(۱۷)دست اندرکاران شبکه اینترنتی بی سیم ساده ای را تنظیم کرده اند در ۸ گره در یک رشته جابجایی.در این شبکه هر گره ۲۰۰m در فاصله قرار دارد.دامنه انتقال حد واسط بی سیم ۲۵۰m و ترافیکTCP مورد استفاده قرار می گیرد پس از شبیه سازی در NS2 دست اندرکاران دریافتند که سه شکل عمده زیر در لایه MAC ریشه دارند : A. مشکل ناپایدار TCP:خروجی تنها اتصال TCPموجود در شبکه اینترنتی مکرراً بدست آید یا تقریباً نزدیک به صفر بود.به علت آن تأثیرات بین گره های متفاوت است که اطلاعات TCP و عبور و مرور TCP-ACK را انتقال می دهند.مشکل گره محقی باعث ایجاد تلافی در گره میانی می شود و مشکل گره بدون پوشش مانع از فرستادن پیغام CTS مرکز میانی می شود.لذا گره نمی تواند به قسمت مجاور خود برسد و پیوند در میانه راه قطع می شود.استفاده از دریچه در اندازه کوچک می تواند این مشکل را کم رنگ کرده یا به کل مرتفع سازد. B. شرایط عدم کارآیی برای انجام خواسته ها : یک نوع از عدم کارآیی برای انجام خواسته ها«neighboring node one-hop unfairness» نامیده می شود.به خاطر برخی مشکلات ایجاد شده مانند بخش A هنگامی که دو تا اتصالات TCPدر شبکه وجود دارند یک مورد ممکن است کاملاً خاموش شود.و موقعیتی برای شروع دوباره در برخی شرایط وجود نداشته باشد حتی اگر کمی زودتر شروع شوند.این مشکل با تطبیق اندازه دریچه قابل حل نیست. C. مشکل ناسازگاری :دو بخش TCP نمی تواند در شبکه بطور همزمان در کنار هم وجود داشته در زمان تغییر و تبدیل اساساً اتفاقی و غیر قابل تنظیم است که این علت بوسیله مشکل گره بدون پوشش باعث می شود.آن نمی تواند با هماهنگی پارامترهای TCPحل شود. در زیربنای بی سیم LAN ،استفاده از RTS/CTS و سنسور حاصل برای مخفی کردن مشکل گرهی به نطر کار درستی می آید زیرا گره هایی که به طور بالقوه در قبول ریسیور و حالت دارند همگی در زمینه سنسور ریسیور قرار دارند که تحت فرضیه ایست که دامنه ارسال مشابه دامنه دریافت است که این در مورد Multi-Hop و شبکهhoc درست نیست.در شیبه سازی ابزار که کاردهای مدلWaveLAN ،دامنه دریافت دوبرابر دامنهانتقال موفقیت اخیر است.بنابراین برخی گره ها نمی توانند بسته های CTS را برگردانند.موقعی که همجوارهای آنان انتقال می دهند که باعث هدایت به لینکهای از کار افتاده و خراب می شوند.(۱۸)مکانیسم RTC/CTS انطباقی را برای کاهش کارآمدی که بوسیلهIEEE 802/11 ایجاد شده پیشنهاد میدهد.چون ما نمی توانیم اساساًRTS/CTS را خاموش کنیم این عمل موجب ناکارآمدی و تلاقی در اعمال خواهد شد.در طرح تطابقی RTS/CTS یک گره خاموش می کند.RTS/CTSها را هنگامی که شماره«انتظار برای اتمام زمان CTS» از حد تجاوز می کند.شمارش نشان از در رسم دربچه به روز است.نتایج شبیه سازی نشان می دهد که این مکانیسم شبیه سازی تطابقی می تواند به طرز موثری کارآمدی UDP و TCP را تأمین کند.(۱۹)حتی فراتر از آن RTS/CTS را مورد بررسی و تحقیق قرار می دهد.این گزارش نشان میدهد که برخی سناریوها در جایی که RTS/CTS می تواند شبکه Ad Hoc را تحت تأثیر قرار دهد وجود دارند.همچنانکه در نمودار ۱۹ نشان داده شده است.ابتدا ممکن است cts/rts باعث ایجاد مشکل بلوکه شدن را دارد.گره B بسته های اطلاعاتی را به گرهA می فرستد.گره C هم RTS و هم CTS را دریافت می کند.بنابراین جلوی حرکت آن را می گیرد.اگر در این زمان گرهD ، RTS را به گره C بفرستد گره C نمی تواند با CTS جواب دهد و بلاخره گره D وارد حالت نهایی خواهد شد.در این سناریو گره C نیازی نیست در گره پنهانی باشد همچنانکه در نمودار۱ نشان داده می شود زیرا می تواند هم RTS و هم CTS را دریافت کند.در انجام مکانیسم عادی RTS/CTS موقعیکه یک گره یک بسته اطلاعاتی RTS در یافت کرد نیاز است تا فرایند انتقال متوقف شود.در سناریو مشکل بلوک کننده ، این گره ها نزدیک کننده به گره های بلوک شده ممکن است به طور غلط بلوک شوند و حتی بدتر از آن بلوک کننده غلط ممکن است از طریق شبکه اینترنتی گسترش یابد تا هنگامی که برخی بسته های اطلاعاتی این نوع از pseudo-deadlock را از بین ببرند. (۱۹) راه حلی را برای مشکل بلوک کننده غلط پیشنهاد می دهد.نظریه اساسی لرزیابی RTS است : هنگامی که گرهی RTS که خودش را دریافت می کند اکثر مواقع فرق خواهد کرد تا کنترل کند که آیا واقعاً بسته های اطلاعاتی در حال ارسال هستند را مخاطب قرار نمی دهد.اگر لوازم هنوز هم بی اساس هستند یعنی بلوک کننده غلط ممکن است اتفاق بیفتد .زیاد تفاوتی نمی کند.نتایج نشان می دهد که این راه حل می تواند به طور عمده نتایج را تأمین و بهبود بخشد. (۲۰) کارآیی غیر عادی IEEE 802/11 را که توسط CSMA/CA ایجاد می شود را مورد بحث قرار می دهد که این کارآیی غیر عادی درصد احتمال مساوی را برای هر گره ایجاد می کند تا شبکه ای را برای مدت زمان طولانی در دسترس قرار دهد.به عبارت دیگر هر گره شانس همانند و یکسانی برای ارسال بسته اطلاعات در سرعتی که بر میزان اطلاعات متکی است.اگر گره هایی با میزان اطلاعات متفاوت در همان خانه وجود داشته باشد ورودی همه گره ها با میزان سرعت بیشتر به میزان پایین تری کاهش خواهد یافت.در این گزارش آمد و است که به هنگام استفاده از TCP، فقدان بسته اطلاعاتی گره باعث کاهش میزان ارسال می شود که به نوبه خود باعث افزایش ظرفیت در سایر گره ها می شود و سرانجام تأثیر منفی(alleviated). دیگر ویژگی IEEE 802/11 که در استفاده از پیغامها در گره های مجاور بر روی پروتکل های عادی بی سیم Ad Hoc تأثیر دارد آنهایی هستند که « communication gray zones » نامیده می شود(۲۱). ما در اینجا AODV را بعنوان مثالی برای توضیح این پدیده استفاده می کنیم.AODC یک پروتکل مکان است.این پروتکل از پخش وسیع پیام ها برای کشف راهها استفاده می کند و به صورت متوالی برنامه HELLO را برای یافتن گره های مجاور پخش می کند.لذا آن می تواند مسیرها را به روز و تازه کند.آن از unicast برای ارسال بسته های اطلاعاتی و بسته های جواب استفاده می کند.پیغام های HELLO دارای زیر ساختمانی هستند که در ایجاد ناحیه خاکستری گسترده هستند(۲۱) : A. میزان ارسال متفاوت : در IEEE 802/11، بسته های پخش کننده همیشه بصورت جزء به جزء ارسال می شوند در حالیکه بسته های اطلاعاتی می توانند به میزان بالاتر ارسال شوند.پس بسته های پخش کننده می توانند نسبت به بسته های اطلاعاتی در مراحل بالاتری نفوذ کنند. B. No Acknowledgements : پیام های منتشر شده نیازی به ACK ندارد.یعنی پیام های HELLO دریافت شده نشان نمی دهند که آن یک لینک دو طرفه است. C. اندازه بسته کوچک : برای یک لینک ضعیف ، پیام HELLO میزان ارسالی موفقیت اخیر در سطح بالایی نسبت به بسته های اطلاعاتی با اندازه بالا دارند. D. لینک های ناثابت : در کناره دامنه ارسالی کیفیت لینک ضعیف بوده و ثابت نیست.اگر پیغام های HELLO با موفقیت دریافت شوند، این لینک به عنوان یک لینک ناپایدار به شمار می رود.
Description
A “mobile ad hoc network” (MANET) is an autonomous system of mobile routers connected by wireless links. The routers are free to move randomly and organize themselves arbitrarily; thus, the network’s wireless topology may change rapidly and unpredictably. Such a network may operate in a standalone fashion, or may be connected to the Internet. Multi hop, mobility, large network size combined with device heterogeneity, bandwidth and battery power constrain make the design of adequate routing protocols a major challenge. In recent years, many routing protocols have been proposed for MANET. Basically these protocols can be fit in one of two major categories: on-demand such as AODV [1] and DSR [2], and proactive such as DSDV [3] and OLSR [4]. The review and performance comparison of these protocols are in [5][6][7]. A more comprehensive survey can be found in [8]. In this survey, we will not focus on individual routing protocols; instead we will discuss some new ideas proposed recently mainly to improve MANET throughput and scalability in different ways with some new routing metrics, new technologies such as multi-rate, multi-channel and hierarchical structure, by using cross-layer design. 1. Cross-layer Design of Multi-hop Wireless Networks In most networking software, the protocols are divided into several modules to form a protocol stack. Each layer makes use of the services provided by the layer directly below it, and also provides service to the layer directly above it. The communication is limited between adjacent layers with a minimum set of primitives. The layering principle simplifies design and implementation and provides the possibility of alternative layer implementations. The success of the Internet demonstrates the power of a layered design in wired networks. The characteristics of wireless networks differ from wired networks in several ways, caused by their low link capacity and high bit error rates: • Due to small-scale and large-scale channel variation, the channel quality changes within milliseconds depending on the node’s location and mobility. The routing protocol cannot select a route simply based on a single route request message [9]. • The wireless link capacity depends on the status of other links in its transmission range. Therefore the congestion can also be caused by the inference of other links. Because of the direct coupling between the physical layer and the upper layers, the traditional protocol stack is not sufficient for wireless networks. Cross-layer design methodology is an active research area to improve wireless network performance, where the information is exchanged between different protocol layers dynamically. In a wireless network, physical layer, MAC layer and routing layer together contend for the network resource. The physical layer affects MAC and routing decisions by its transmission power and rate. The MAC layer is responsible for scheduling and allocating the wireless channel, which finally will determine the Carleton University, Systems and Computer Engineering, Technical Report SCE-04-14, August 2004 available bandwidth of the transmitter and the packet delay. This bandwidth and packet delay also can affect the decision at the routing layer to select the link. The routing layer chooses the wireless links to relay the packets to the destination. The routing decision will change the contention level at the MAC layer, and accordingly the physical layer parameters. There are some existing examples for cross-layer design in wireless networks. In CDMA2000 HDR (high data rate)[10], each node periodically measures the quality of the channel to the base station and sends it to the base station, so the base station could give priority to the users with better channel quality to improve the throughput. In [11] the cross-layer design addresses the joint problem of power control and scheduling for multi-hop wireless networks with QoS. It takes SINR and minimum rate as constraints to minimize the total transmit over the links. [12] studied the interaction of the routing protocols and MAC protocols for wireless ad hoc networks under different mobility parameters. Experiments have been run with difference parameter combinations of routing protocols (AODV, DSR and LAR Scheme 1 [13]), MAC layer (MACA, IEEE 802.11 and CSMA), speed of nodes and data packet injection rates. A statistical technique, ANOVA (analysis of variance), is used to analyze the results. The results show significant interacts between these variables in terms of performance [12].
