Развитие методов маршрутизации в воздушных ad-hoc сетях
Предмет
Тип работы
Факультет
РЕФЕРАТ
Магистерская диссертация «Развитие методов маршрутизации в воздушных ad-hoc сетях» Состоит из перечня условных сокращений, вступления, основной части что содержит 4 разделы, выводов и списка использованных источников. Общий объем работы - 129 страниц. Работа содержит 26 рисунков и 19 таблиц. Список использованных источников включает 99 единиц.
Соответственно к цели исследование, в данной работе проанализированы алгоритмы маршрутизации в FANET сетях с самоорганизацией. Проанализировано архитектуру да функционирование БПЛА узлов сети.
Разработано усовершенствован метод маршрутизации на основе прогнозирование мобильности узлов и динамическим механизмом флуда в воздушных радиосетях с самоорганизацией FANET
Оценка эффективность предложенного метода
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, сеть Fanet, метод маршрутизации, топология.
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
FANET (Flying ad-hoc network) – воздушная ad-hoc сеть БПЛА беспилотный летательный аппарат
МБС мобильная базовая станция
WMN (Wireless Mesh network) - беспроводная ячеистая сеть MANET (Mobile Ad-hoc Network) - мобильная ad-hoc сеть
ОСИ
QoS (Quality of Service) - задано качество услуги
DVA (Distance Vector Algoritms) - дистанционно-векторный алгоритм
LSA (Link State Algoritms) - алгоритм состояния связи
ЦУМ центр управление сетью
ММ метод маршрутизации
HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи данных IP (Internet Protocol) - протокол межсетевого уровня
OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) – протокол оптимизированной маршрутизации состояния связи
RIP (Route Information Protocol) – протокол маршрутной информации
OSPF (Open Shortest Path First) – протокол открытия кратчайшего маршрута первым
ICMP (Internet Control Message Protocol) – протокол контрольных сообщений
DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) – протокол динамической векторной маршрутизации
ADV (Adaptive Distance Vector Routing) – протокол адаптивной векторной маршрутизации
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Радиосети с самоорганизацией предполагают возможность организации беспроводной сети без участия человека или с ее минимальным участием. Данная архитектура сети получила название Ad Нос. Основой для создания таких сетей является высокий уровень "интеллектуальности" современных радиотерминалов, что содержат кроме приемопередающих блоков достаточно производительные вычислительные средства - процессор, память большой емкости, что разрешает реализовывать сложные алгоритмы.
Однако, несмотря на длительный время разработки сетей с самоорганизацией, и сегодня остаются нерешенными значительное количество проблем, что препятствуют широком распространению таких сетей в общей глобальной структуре телекоммуникаций. Среди основных проблем след выделить следующие: организация надежной передачи данных при динамической структуре и топологии сети; проблема эффективного использование ресурсов узлов (большинство узлов сети могут быть портативными и соответственно ограничены в своих ресурсах: по производительности процессора, емкости памяти да энергоемкости батарей); обеспечение заданной качества обслуживание для разных типов трафика, связанного со скоростью передачи, с задержкой и потерей пакетов, временем восстановления связности после ее потери.
В этом документе проанализированы структура да особенности применение радиосетей с самоорганизацией. Определено преимущества да недостатки существующих протоколов самоорганизации, что используются в сетях FANET, и найден усовершенствованный метод маршрутизации, который может существенно снизить время поиска правильного маршрута, задержку пакетов и время передачи данных, повысить шанс доставки сообщения без потери информации к узла назначения.
Таким образом, объектом исследований есть процесс функционирование воздушных радиосетей с самоорганизацией FANET.
Предмет исследований – методы маршрутизации пакетов в воздушных радиосетях с самоорганизацией FANET.
Цель исследований - усовершенствование методов маршрутизации в воздушных радиосетях с самоорганизацией FANET путем минимизации количества служебной информации, что передается между узлами сети.
Для достижение цели поставлено следующие Задача:
Научная новизна исследование - усовершенствовано метод маршрутизации пакетов в воздушных радиосетях с самоорганизацией FANET. Суть усовершенствования модели, определяющей ее новизну, заключается в поэтому, что предложено:
РАЗДЕЛ 1
АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ И ПРИНЦИПОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СЕТЬ FANET
Сети Ad Нос, что в данном случае значит "случайная, спонтанная" или "специально созданная для определенных целей", состоят из беспроводных узлов. под узлом сети понимается беспроводной коммуникатор (переносной компьютер, транспортный средство, сенсорный устройство, робот и т.п.), оснащенный радиомодемом. Узлы связаны друг с одним в пределах взаимной зоны радиосвязи, определяемой параметрами радиопередающих устройств, рельефом местности и условиями распространения радиоволн. Отличной особенностью каждого узла есть его способность выполнять функции как хоста, то есть источника и приемника информации, так и маршрутизатора информационных и служебных пакетов других абонентов радиосети.
Узлы сети могут быть как стационарными, да и мобильными, однородными или разнородными (отличающимися мощностью передатчика, емкостью своих батарей питания, мощностью процессоров и т.д.), а также могут размещаться на местности или в просторные и случайным, и детерминированным способом. При этом процесс передачи информации в данных сетях осуществляется без какого-либо центра управления. Это означает, что каждый узел должен самостоятельно выполнять определенный набор функций управление передачей информации по сети. Отсутствие постоянной инфраструктуры да децентрализованного управление - характерны черты радиосетей с самоорганизацией.
Сферами применения сетей Ad Нос и MANET являются, в первую очередь, сети связи военного назначения тактического уровня, а также сети, что разворачиваются в условиях чрезвычайных ситуаций да естественных катаклизмов.
Гражданскими сферами применение есть: домашние сети и сети предприятий, сенсорные (телеметрические) сети разного назначения, сети контроля и диспетчеризации транспортных средств, сети, создаваемые в удаленных районах, где отсутствует стационарная инфраструктура (деревенская местность, пустыни, Арктика и Антарктика, тундра, тайга и и т.д.).
Характерными особенностями данных сетей (в отличие от сетей с стационарной инфраструктурой) есть следующие признаки:
Развитие элементной базы и большие вычислительные мощности на сегодняшний день определили разнообразие радиосетей с самоорганизацией .
Однако, несмотря на длительный время разработки сетей с самоорганизацией, и сегодня остаются нерешенными значительное количество проблем [99], препятствующих широкому распространению таких сетей в общий глобальной структуре телекоммуникаций Среди них можно выделить такие проблемы.
Основные свойства , параметры и примеры радиосетей самоорганизацией.
К основным параметрам систем радиосетей с самоорганизацией можно отнести:
на рис. 1.2 подано классификацию самоорганизованных радиосетей по
[1-8]:
(flat) и иерархические;
гибридным способом разделением радиосервиса;
Таблица 1.1
Сфера | Назначение |
Тактические сети | Сети военного назначения, в основном тактического уровня |
Сенсорные сети | Домашнего, промышленного и военного применение, назначены для мониторинга окружающего среды: перемещение животных; химический, биологический анализ растений для сельского хозяйства; динамика погодных условий; перемещение противника и др. |
Аварийные сети | Поисковые и спасательные операции. Замена фиксированных сетей в случае стихийных бед (землетрясение, ураган и т.д.) |
Коммерческие сети | Электронная коммерция, например , электронный платеж в любому месте (например, такси) Бизнес: динамический доступ пользователя к базы, мобильный офис. Сервис при перемещении на транспортном средства: новости, сведения о состояние дороги и др. |
Домашние сети и сети предприятия | Беспроводные домашние сети для разных приложений. Персональные сети |
Сети обучение | Виртуальные классы, проведение конференций |
Развлекательные сети | Игры со многими игроками, домашние работы, внешний доступ к Интернета |
Позиционный сервис | Информационные услуги: автоматическая переадресация вызова, координаты заправочной станции и др. |
Большинство развитых стран мира рассматривают применение самоорганизованных радиосетей с самоорганизацией на примере военных
сетей в качества перспективы развития систем связи тактического и оперативно-тактического уровня[9]. Мобильный компонент (совокупность сетей с самоорганизацией, что имеют способность к перемещение, сворачивание и развертывание узлов) должен обеспечить информационный обмен информацией в интересах всех войск, действующих в тактической зоне независимо от их подчинения и выполняемых ими задач. Предполагается, что ее архитектура неоднородная, иерархическая и будет складываться с следующих основных уровней) (рис. 1.3) [10-11]:
реализована на беспилотных летательных аппаратах (спутниках).
Создание (ввод) каждого уровня мобильной компоненты
предполагает улучшение показателей качества функционирования всей системы радиосвязи. Каждый уровень мобильной компоненты использует свой диапазон частот. Основные характеристики составляющих мобильной компоненты приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Основные характеристи ки | Боевые радиосети - 1-й уровень | Сеть МБС - 2-й уровень | Сенсорные сети - 0-й уровень | Сеть на летательных аппаратах - 3-й уровень |
Размерность | Сотни - тысячи | Десятки | Сотни - тысячи | Десятки |
Принцип организации и постройки | Самоорганизация сети, коммутация пакетов, каждый узел. маршрутизатор информационных сообщений | |||
Мобильность | Высокая | Низкая | Низкая | Очень высокая |
Тип и способ управление | Распределены и, технологический ый | Зоновый, организационно - технологически и | Распределены и (иерархический) , технологически и | Зоновый, организационно - технологически и |
Продолжение таблицы 1.2
Способ распределения радиоресурса | Случайный | Детерминовая ный, гибридный | Случайный | Детерминирован ый |
Мощность передатчика терминала; расстояние связи и скорость передачи (зависит от частоты, мощности передатчик, типа антенны и т.п.) | Солдат - единицы Вт, до 1 км; транспортн ый средство - десятки Вт, несколько км; 0.01-1 Мб/с | Десятки Вт; до 10–20 км; между МБС > 20 Мб/с (радиоканал), между МБС > 100 Мб/с (оптический канал); между МБС-МА - 0.01-1 Мб/с; между МБС- БЛА >> 20 Мб/с | Определяется типом сенсоров; (для наземных - мВт, сотни метров, > 0,01 Мб/с) | Десятки Вт; десятки км; > 20 Мб/с |
Преимущества сетей с самоорганизацией очевидны: отсутствие этапа планирование (возможность самоорганизации), быстрое развертывание, децентрализованное управление (очень высокая живучесть), работа в движении всех элементов сети и т.п.
Таблица 1.3
Преимущества (+) и недостатки (-) радиосетей из самоорганизацией | Средства достижение преимущества |
Высокая живучесть, мобильность всех элементов сети (+) | Управление сетью - децентрализованное, способность к самоорганизации Каждый узел – маршрутизатор, адаптация к условий функционирование |
Высокая скорость передачи в радиоканалы – потенциально 1-54 Мб/с (+) | Смещение диапазона частот (сотни МГц, единицы ГГц). Направления усовершенствования: адаптация протокола IEEE 802.11 к тактическим требований (QoS, приоритеты и т.п.). Оптимизация использования радиоресурса. Применение направленных антенн (интеллектуальные фазовые решетки), технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output). Применение сверхширокополосных сигналов |
Высокая производительность сети (+) | Применение эффективных методов управление сетью (маршрутизации, управление топологией, управление энергоресурсом, управление погрузкой и т.п.). Введение дополнительных уровней иерархии (мобильных базовых станций, беспилотных летательных аппаратов, спутников) |
Небольшое расстояние непосредственного связи (-) | Использование связи в условиях прямой видимости – зависимость дальности связи от частоты, мощности, типа антенны и т.п. Использование маршрутизации в сети |
Продолжение таблицы 1.3
Передача разных видов трафика (+) | Применение эффективных протоколов физического, канального, сетевого и транспортного уровней (протоколов QoS). Координация взаимодействия протоколов OSI. Интеллектуализация процессов принятия решений с управление сетью |
Маршрутизация (+) | Применение эффективных методов маршрутизации |
Высокий уровень безопасности (+) | Применение гибридных систем защиты (симметричных и асимметричных), создание распределенных трастовых центров, систем обнаружения вторжений и т.п. |
Высокий степень защиты от препятствий (+) | Использование широкополосных сигналов (метод частотных скачков - FHSS, метод прямой последовательности - DSSS), в перспективе – применение гибридных схем распределения ресурсов (FDMA / TDMA /CDMA), применение сверхширокополосных сигналов |
Можно выделить требования к перспективным радиовоенным средствам. назначение:
Каждая мобильная базовая станция представляет собой узел (шлюз) коммутации, какой за помощью имеющихся средств радиопередачи:
Дополнительной составляющей мобильной компоненты могут служить сенсорные сети (0-уровень), которые обеспечивают прием и передачу разведывательной информации о врага и передачу ее органам управление войсками.
Сенсорные устройства представляют собой интегрированную платформу, какая объединяет возможности сенсоров (внешних датчиков, которые регистрируют совокупность физических параметров – акустических, вибрационных, радиационных, химических, биологических и т.п.) с микрокомпьютерами, соединенных в беспроводную сеть. Принцип построения – децентрализованное управление (для сенсорных сетей значительной размерности - иерархическое) [12].
Для связи между географически разделенными группировками войск (зонами сети) или повышение надежности связи между МБС и производительности мобильной компоненты создается третий (верхний) уровень
- воздушная, магистрально сеть, какая может быть реализована на беспилотных летательных аппаратах (самолет, дирижабль) (рис. 1.7 ), а также спутниках. Предложения по созданию сети БЛА в масштабах всей Украины могут быть найдены в [13].
Каждый БЛА оснащен двумя типами радиосредств с использованием направленных антенн: первый - для связи с МБС или выделенными абонентами первого (нулевого) уровней; второй - для обмена информацией с соседними БЛА. Беспилотные летательные аппараты объединены в сеть воздушных узлов коммутации сообщений (пакетов) с реализацией функций маршрутизации: сбор (рассылка) маршрутной информации, ее хранение, вычисление маршрутов, передача пакетов за маршрутами двух типов. Первый тип маршрута обуславливает ретрансляцию трафика в пределах своей зоны обслуживание, второй - между разными (