بروتوكولات توجيه MANET: استباقية، ورد فعلية، وهجينة

في شبكة الهاتف المحمول المخصصة، لا يتمثل السؤال الأصعب في التوجيه في كيفية العثور على المسار فحسب، بل متى يجب إنشاء هذا المسار ومدة الحفاظ عليه. يمكن أن تؤدي التغييرات المستمرة في الهيكل إلى جعل المسارات المحسوبة مسبقًا قديمة، في حين أن الاكتشاف عند الطلب يمكن أن يضيف تأخيرًا قبل بدء حركة المرور. بالنسبة لشبكة راديو MANET Mesh، تؤثر هذه المقايضة بشكل مباشر على زمن الوصول والتحكم في الحمل واستخدام عرض النطاق الترددي والاسترداد بعد فشل الارتباط. يساعد فهم التوجيه الاستباقي والتفاعلي والهجين المهندسين على اختيار نهج يتوافق بشكل أفضل مع أنماط حركة المرور والتنقل وظروف التشغيل الحقيقية متعددة القفزات.

 

التوجيه الاستباقي والتفاعلي والهجين في لمحة سريعة

الفرق الرئيسي هو عندما يحدث عمل التوجيه

ينفذ التوجيه الاستباقي الكثير من عمله قبل أن تحتاج حركة مرور التطبيق إلى مسار. تقوم العقد بتبادل معلومات التوجيه بشكل مستمر أو دوري، مما يسمح لها بالحفاظ على المسارات المؤدية إلى الوجهات التي يمكن الوصول إليها مسبقًا. عندما يحتاج الجهاز إلى الإرسال، يمكن لراديو MANET Mesh عادةً الرجوع إلى إدخال إعادة توجيه موجود بدلاً من بدء بحث مسار جديد على مستوى الشبكة.

يأخذ التوجيه التفاعلي النهج المعاكس. وبدلاً من الحفاظ على كل مسار ممكن، فإنه يكتشف المسار عندما يحتاج المصدر فعليًا إلى الوصول إلى الوجهة. يؤدي ذلك إلى تقليل نشاط التوجيه غير الضروري عندما تكون حركة المرور متفرقة، ولكن قد يتعين على تدفق الاتصالات الجديد الانتظار أثناء تحديد موقع المسار. يؤدي هذان السلوكان إلى إنشاء مقايضة مباشرة بين الموارد والتأخير بدلاً من طرح سؤال بسيط حول الطريقة الأفضل عالميًا.

التوجيه المختلط يقسم المشكلة. يمكن للشبكة الحفاظ على المسارات المفيدة بشكل متكرر أو القريبة بشكل استباقي أثناء استخدام الاكتشاف عند الطلب للوجهات خارج هذا النطاق. والهدف ليس التخلص من تكاليف أي من النموذجين، بل وضع تلك التكاليف في الأماكن التي تخلق فيها أكبر قيمة.

قارن بين المقايضات المهمة في MANET

يعد الجدول أكثر فائدة كنقطة بداية منه كقاعدة اختيار. قد يوفر راديو MANET Mesh الاستباقي وصولاً سريعًا إلى الطرق المعروفة ولكنه ينفق وقتًا ثمينًا في صيانة المسارات التي تحمل القليل من البيانات. ويمكن للتصميم التفاعلي أن يتجنب جزءًا من عبء التحكم هذا، إلا أن الاكتشافات المتكررة قد تصبح باهظة الثمن عندما تنقطع المسارات بشكل متكرر. يصبح السلوك المختلط جذابًا عندما يحتاج جزء من الشبكة إلى معرفة مستمرة بالطريق بينما يتم الاتصال بالوجهات الأخرى من حين لآخر فقط.

 

التوجيه الاستباقي: إبقاء الطرق جاهزة قبل وصول حركة المرور

كيف يحافظ التوجيه الاستباقي على عرض الشبكة

يحافظ البروتوكول الاستباقي على حالة توجيه كافية للعقد لإعادة توجيه حركة المرور دون إجراء بحث شامل أولاً. يتم تبادل رسائل التوجيه أو الهيكل على فترات منتظمة أو عند حدوث تغييرات ذات صلة، وتقوم كل عقدة بتحديث طريقة عرضها للوجهات التي يمكن الوصول إليها. والنتيجة هي شبكة راديو MANET Mesh حيث يتم إعداد إعادة توجيه المعلومات بشكل عام قبل بدء تدفق التطبيق الجديد.

يعد DSDV مثالًا مألوفًا لمتجه المسافة، بينما يمثل OLSR نهج حالة الارتباط الاستباقي. يقوم OLSR بتبادل معلومات الهيكل بشكل منتظم ويستخدم مرحلات محددة متعددة النقاط، أو MPRs، لتقليل عمليات إعادة الإرسال الزائدة أثناء تدفق رسائل التحكم. تحدد آلية MPR عدد العقد المطلوبة لإعادة توجيه حركة التحكم في البث، مما يقلل من عمليات إعادة الإرسال غير الضرورية مقارنة بالفيضانات التقليدية.

عندما تكون حركة مرور التوجيه الإضافية تستحق العناء

يكون السلوك الاستباقي أكثر إلحاحًا عندما يتواصل جزء ذو معنى من الشبكة بانتظام. إذا تبادلت العديد من أزواج العقد البيانات، فإن الحفاظ على المسارات التي سيتم استخدامها قريبًا يمكن أن يكون أكثر كفاءة من اكتشافها بشكل متكرر. ومن الجدير أيضًا التقييم عندما يضع التطبيق قيمة عالية على زمن استجابة الحزمة الأولى الذي يمكن التنبؤ به وتكون شبكة MANET Mesh Radio لديها سعة كافية لدعم تحديثات التوجيه المستمرة.

ومع ذلك، فإن التنقل العالي وحده لا يجعل التوجيه الاستباقي هو الخيار الواضح. يمكن أن تؤدي التغييرات السريعة في الهيكل إلى جعل معلومات التوجيه المخزنة قديمة بسرعة أكبر، الأمر الذي قد يتطلب تبادلات تحكم أكثر تكرارًا للحفاظ على عرض الشبكة مفيدًا. وبالتالي، قد تستفيد شبكة متنقلة كثيفة من المسارات الجاهزة بينما تدفع في الوقت نفسه ثمنًا باهظًا للحفاظ على تلك المسارات محدثة.

 

التوجيه التفاعلي: العثور على المسار فقط عند الحاجة إليه

من طلب الطريق إلى إصلاح الطريق

يؤدي التوجيه التفاعلي إلى تأجيل إنشاء المسار حتى يكون هناك طلب فعلي. يوفر AODV مثالاً واضحًا: عندما يحتاج المصدر إلى وجهة لا يوجد لها مسار صالح، فيمكنه إنشاء طلب مسار أو RREQ. يتم نشر هذا الطلب من خلال الشبكة المخصصة حتى تتمكن العقدة المناسبة من إرجاع رد المسار، أو RREP، مما يؤدي إلى إعادة توجيه المعلومات نحو الوجهة.

بمجرد وجود المسار، يمكن لحركة المرور العادية استخدامه دون تكرار الاكتشاف لكل حزمة. إذا أصبح الرابط الموجود على المسار النشط غير قابل للاستخدام، فيمكن لـ AODV إنشاء خطأ في المسار، أو RERR، بحيث يمكن للعقد المتأثرة إبطال المسار المعطل واتخاذ الإجراء التصحيحي. تعمل RREQ وRREP وRERR معًا لدعم اكتشاف المسار وإنشاء المسار والاسترداد بعد فشل الارتباط.

حيث يكون التوجيه عند الطلب أكثر منطقية

يمكن أن يكون التوجيه التفاعلي جذابًا عندما يكون جزء فقط من الشبكة متصلاً بشكل نشط. تخيل شبكة بها العديد من أجهزة الراديو المنتشرة عبر منطقة واسعة ولكن فقط عدد قليل من أزواج المصدر والوجهة النشطة في أي لحظة. قد يؤدي الاحتفاظ بمعلومات المسار الكاملة لكل زوج محتمل إلى استهلاك سعة القناة دون تقديم قيمة متناسبة. في ظل هذه الظروف، يمكن لاستراتيجية MANET Mesh Radio عند الطلب تركيز جهود التوجيه حول حركة المرور النشطة.

يعد القياس عن بعد المتقطع، وعمليات نقل الملفات العرضية، وحركة مرور أجهزة الاستشعار المستندة إلى الأحداث، وروابط الأوامر الانتقائية أمثلة على الأنماط التي قد تستفيد. وتتمثل المفاضلة في أن الحزمة الأولى لوجهة جديدة يمكن أن تواجه تأخيرًا إضافيًا أثناء إنشاء المسار. يمكن للتوجيه المستند إلى الطلب استخدام النطاق الترددي للشبكة والطاقة بشكل أكثر كفاءة عند تجنب صيانة المسار غير الضرورية، ولكن اكتشاف المسار يقدم زمن انتقال إضافي.

تعمل ميزة التنقل على تغيير الحساب لأن المسارات قد تتوقف عن كونها صالحة قبل أن تقوم بتسليم ما يكفي من حركة المرور لتبرير تكلفة اكتشافها. إن تحرك الراديو بسرعة لا يمثل مشكلة تلقائيًا إذا كان التشكيل العام يحافظ على علاقات الجوار المستقرة. وعلى العكس من ذلك، فإن الحركة البطيئة نسبيًا عبر المباني أو التضاريس أو التداخل أو تظليل الهوائي يمكن أن تؤدي إلى كسر المسارات بشكل متكرر.

ولهذا السبب، غالبًا ما يكون عمر المسار مسألة تشغيلية أفضل من سرعة السيارة أو المنصة. إذا اكتشف راديو MANET الشبكي مسارًا بشكل متكرر ثم فقده بعد لحظات، فقد يرتفع الحمل التفاعلي والانقطاعات بسرعة. ومن ثم فإن مدى ملاءمة التوجيه عند الطلب يعتمد على كل من الطلب على حركة المرور ومدة بقاء المسارات المكتشفة مفيدة.

 

التوجيه الهجين: إبقاء المسارات القريبة جاهزة دون تتبع كل شيء

كيف يعمل التوجيه الاستباقي المحلي والاكتشاف الأوسع معًا

يحاول التوجيه المختلط إجراء صيانة استباقية للمسار حيث يكون له أكبر فائدة مع تجنب الصيانة على مستوى الشبكة لكل وجهة محتملة. يوضح بروتوكول توجيه المنطقة (ZRP) الفكرة بوضوح. تحافظ كل عقدة على المسارات بشكل استباقي داخل منطقة التوجيه المحلية، بينما يتم الوصول إلى الوجهات خارج تلك المنطقة من خلال آلية الاستعلام والرد التفاعلية.

في ZRP، يتم تحديد منطقة التوجيه من خلال نصف قطر قابل للتكوين يتم قياسه بالقفزات. يعني نصف القطر الأكبر أن العقدة تعرف المزيد عن الهيكل المحيط بها بشكل استباقي، مما يزيد من توفر المسار الفوري ولكن أيضًا يوسع نطاق صيانة التوجيه. يحد نصف القطر الأصغر من عبء التحكم المحلي بينما يدفع الاتصالات البعيدة نحو الاكتشاف التفاعلي.

من الأفضل التعامل مع ZRP كمثال معماري وليس كدليل على أن كل راديو MANET Mesh المختلط يستخدم نفس الآلية. ظلت ZRP بمثابة مسودة إنترنت لـ IETF بدلاً من أن تصبح معيارًا للإنترنت، ولكن هيكلها الاستباقي المحلي والعالمي يظل نموذجًا مفيدًا لفهم سلوك التوجيه المختلط.

حيث يصبح النهج المختلط مفيدًا

يصبح النموذج الهجين ذا أهمية خاصة عندما لا يتم توزيع حركة المرور بشكل موحد عبر الشبكة. قد تتبادل مجموعة من العقد القريبة بيانات الصوت أو القياس عن بعد أو التنسيق بشكل مستمر، بينما يحدث الاتصال مع العقد البعيدة فقط في بعض الأحيان. يمكن أن يؤدي الحفاظ على المسارات القريبة إلى تقليل تأخير حركة المرور المحلية الشائعة، بينما يتجنب الاكتشاف عند الطلب التتبع المستمر لكل مسار بعيد.

وبالتالي يمكن للشبكات الأكبر حجمًا أو المتنوعة من الناحية التشغيلية أن تبرر تقييم السلوك الهجين. يتمثل التحدي في التكوين بدلاً من تسمية بروتوكول بسيطة: يحدد حجم المنطقة ونطاق التوجيه مقدار الحمل الاستباقي المقبول وعدد مرات الاكتشاف التفاعلي المطلوب. وبالتالي، يجب اختبار شبكة راديو MANET الهجينة في ظل تباعد عقدي واقعي وتوزيع حركة المرور بدلاً من الافتراض أنه يتفوق على كلا النهجين النقيين تلقائيًا.

 

اختيار نهج التوجيه لشبكة راديو شبكة MANET الحقيقية

ابدأ بنمط حركة المرور واستقرار الطريق

ابدأ بحركة المرور التي يجب أن تحملها الشبكة فعليًا. تعمل روابط الفيديو والصوت والأوامر المستمرة والقياس المستمر عن بعد وعمليات تبادل البيانات المتكررة من عقدة إلى عقدة على إنشاء متطلبات توجيه مختلفة من تقارير أجهزة الاستشعار العرضية أو عمليات نقل الملفات. عندما يكون الاتصال ثابتًا ويمكن أن تتغير الوجهة بسرعة، فإن جاهزية الطريق قد تستحق وزنًا أكبر؛ عندما تكون هناك مسارات قليلة فقط نشطة، قد يكون من الصعب تبرير الحفاظ على المسارات غير المستخدمة.

يجب تقييم استقرار المسار بشكل منفصل عن سرعة التنقل الأولية. يمكن لأجهزة الراديو المثبتة على الطائرات أو المركبات التي تتحرك في تشكيل أن تنتقل بسرعة مع الحفاظ على علاقات جيران مستقرة نسبيًا. على النقيض من ذلك، فإن راديو MANET الشبكي الأبطأ الذي يتحرك خلف الهياكل أو التضاريس أو النباتات أو العوائق الأخرى قد يتعرض لتغييرات متكررة في الارتباط على الرغم من انخفاض سرعته المادية.

والقياس المفيد هو المدة التي يظل فيها المسار من طرف إلى طرف قابلاً للتطبيق ومدى سرعة استعادة الاتصال عندما لا يحدث ذلك. ثم تحدد متطلبات التطبيق ما إذا كانت الفترة القصيرة لاكتشاف المسار أو فترة الاسترداد مقبولة.

ربط نظرية التوجيه بقدرات شبكة الراديو

تصبح نظرية البروتوكول مفيدة فقط عندما تكون مرتبطة بما تنفذه وتقيسه منصة الراديو فعليًا. تجمع سلسلة WDS MIMOmesh Lightweight Airborne بين بنية لاسلكية مخصصة موزعة وغير مركزية مع التوجيه الديناميكي للطبقة الثانية أو الطبقة الثالثة، والترحيل متعدد القفزات، ومن نقطة إلى نقطة، ومن نقطة إلى عدة نقاط، ومن نقاط إلى عدة نقاط، والنجمة، والخط، والشبكة، وأوضاع الطوبولوجيا الهجينة. تعتبر هذه الإمكانات ذات صلة عند تقييم مدى ملاءمة راديو MANET Mesh لعمليات النشر المتنقلة متعددة القفزات دون افتراض أنه ينفذ بروتوكول توجيه كتاب مدرسي معين.

MIMOmesh تدعم سلسلة راديو MANET Mesh Radio خفيفة الوزن المحمولة جواً متوسط ​​تأخير قفزة واحدة يبلغ 6 مللي ثانية في ظل حالة أحادية الاتجاه تبلغ 20 ميجاهرتز، بالإضافة إلى الوصول إلى الشبكة أو التحديث أو وقت التبديل أقل من ثانية واحدة وإمكانية الاتصال بالشبكات متعددة القفزات. وينبغي التعامل مع هذه القيم كمواصفات تشغيل مرتبطة بشروط محددة وليس كدليل على أن الراديو يستخدم AODV أو DSDV أو OLSR أو ZRP أو خوارزمية مسماة أخرى.

وبالتالي فإن مصفوفة قرار التوجيه المفيدة تكون واضحة ومباشرة:

يجب أن يأتي الاختيار النهائي من الاختبار التمثيلي. قد يعمل راديو MANET Mesh بشكل مختلف مع زيادة عمق القفزة، وازدحام القناة، والتنقل، والتداخل، وحركة المرور المتزامنة، حتى عندما تبدو استراتيجية التوجيه الأساسية الخاصة به مناسبة على الورق. يجب أن يعيد الاختبار إنتاج التكوين المتوقع وعدد العقد ومزيج التطبيقات وأحداث الفشل بشكل وثيق بما يكفي للكشف عن كيفية تنافس صيانة المسار مع حركة مرور الحمولة النافعة.

ل توفر أنظمة MANET Mesh Radio الموزعة مثل WDS MIMOmesh والإمكانات مثل التوجيه الديناميكي والترحيل متعدد القفزات نقطة بداية للتحقق من الصحة. يجب أن يؤكد فريق النشر مدى سرعة تكيف المسارات، وكيفية تغير الإنتاجية عبر عدة قفزات، وما إذا كان زمن الاستجابة يظل مقبولاً عند اضطراب الهيكل. يعد هذا الدليل أكثر قيمة من اختيار المعدات ببساطة لأن مواصفاتها تستخدم مصطلح MANET Mesh Radio.

 

خاتمة

يعود الاختيار بين التوجيه الاستباقي والتفاعلي والهجين إلى كيفية موازنة الشبكة بين جاهزية المسار والتحكم في النفقات العامة والتنقل ووقت الاسترداد. ولذلك ينبغي تقييم شبكة راديو MANET مقابل أنماط حركة المرور الحقيقية، وعدد القفزات، وتغييرات الارتباط بدلاً من تسميات البروتوكول وحدها.

بالنسبة لعمليات النشر التي تحتاج إلى اتصال متنقل متعدد القفزات، تقدم شركة Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. أنظمة MIMOmesh ذات التوجيه الديناميكي وإمكانيات الترحيل متعدد القفزات. عند استخدامها مع اختبار ميداني واقعي، يمكن لهذه الإمكانات أن تساعد الفرق على بناء شبكات تحافظ على الاتصال بشكل أكثر كفاءة مع تغير الهيكل وظروف التشغيل.

 

التعليمات

س: ما هي الأنواع الرئيسية لبروتوكولات التوجيه MANET؟

ج: يتم عادةً تجميع بروتوكولات توجيه MANET في أساليب استباقية وتفاعلية ومختلطة. وهي تختلف بشكل أساسي في وقت إنشاء المسارات وصيانتها وتحديثها مع تغير هيكل الشبكة.

س: ما الفرق بين توجيه MANET الاستباقي والتفاعلي؟

ج: يحافظ التوجيه الاستباقي على المسارات بشكل مستمر، مما يقلل من تأخير إعداد المسار. يكتشف التوجيه التفاعلي المسارات فقط عند الحاجة إليها، مما يقلل من حركة مرور التحكم الروتينية ولكن يمكن أن يزيد زمن انتقال الإرسال الأولي.

س: ما هو أسلوب التوجيه الذي يعمل بشكل أفضل في شبكات MANET عالية التنقل؟

ج: لا يوجد خيار عالمي. يعتمد الأداء على استقرار المسار وتكرار حركة المرور وكثافة العقدة وعدد القفزات ومتطلبات الاسترداد بدلاً من سرعة التنقل وحدها.

س: كيف يعمل التوجيه في شبكة راديو MANET Mesh؟

ج: يمكن لراديو MANET Mesh توجيه حركة المرور عبر العقد المجاورة، مما يسمح للبيانات بالوصول إلى وجهات خارج نطاق الراديو المباشر بينما تتكيف المسارات مع تغير الاتصال.

س: هل AODV استباقي أم تفاعلي؟

ج: AODV هو بروتوكول توجيه تفاعلي. فهو يكتشف المسارات عند الطلب باستخدام رسائل طلب المسار والرد، ثم يقوم بإصلاح المسارات أو استبدالها عند فشل الارتباطات النشطة.

س: ما سبب أهمية التوجيه في MANET؟

ج: تشترك رسائل التوجيه في وقت بث لاسلكي محدود مع حركة مرور التطبيقات. يمكن أن تؤدي حركة التحكم المفرطة إلى تقليل الإنتاجية القابلة للاستخدام، خاصة مع زيادة عدد العقد والتنقل ونشاط القفزات المتعددة.