لایه 2 در مقابل لایه 3 MANET: معاوضه های پل زدن، مسیریابی و تحرک

هنگامی که یک رادیو دستی از محدوده خارج می شود، شبکه باید به سرعت تصمیم بگیرد که چگونه ترافیک دوباره به آن برسد. این تصمیم زمانی پیچیده‌تر می‌شود که دوربین‌ها، حسگرها، وسایل نقلیه و سیستم‌های فرمان یک توپولوژی بی‌سیم چند هاپ در حال تغییر با زمان پخش محدود را به اشتراک بگذارند. را انتخاب لایه 2 در مقابل لایه 3 MANET تعیین می کند که آیا مش مانند یک بخش اترنت توسعه یافته یا یک شبکه IP مسیریابی شده رفتار می کند. درک تفاوت به برنامه‌ریزان کمک می‌کند تا بازیابی تحرک، سربار پخش، آدرس‌دهی، کنترل دروازه و عیب‌یابی را ارزیابی کنند – بنابراین می‌توانند پل‌سازی، مسیریابی یا معماری ترکیبی را انتخاب کنند که با نیازهای عملیاتی واقعی مطابقت دارد.

 

لایه 2 در مقابل لایه 3 MANET: تفاوت معماری که مهم است

لایه 2 دامنه اترنت را در چند جهش گسترش می دهد

در لایه 2، مش مانند یک پارچه اترنت توزیع شده رفتار می کند. دوربین‌ها، رایانه‌ها، حسگرها یا کنترل‌کننده‌های متصل می‌توانند در همان زیرشبکه باقی بمانند در حالی که شبکه رادیویی تصمیم می‌گیرد فریم‌ها چگونه به آدرس MAC مقصد برسند. پروتکل های لایه بالاتر نیازی به درک مسیر بی سیم در حال تغییر ندارند، که به زمانی کمک می کند که نقاط پایانی نتوانند پروتکل مسیریابی MANET را اجرا کنند یا به کشف محلی وابسته باشند. مش می تواند به عنوان یک سوئیچ مجازی عمل کند که فریم های اترنت را حمل می کند در حالی که تغییرات توپولوژی داخلی را برای پروتکل های بالای لایه 2 شفاف نگه می دارد.

سادگی نقطه پایان کار کنترل را از مش حذف نمی کند. گره‌ها همچنان باید مکان‌های نقطه پایانی را یاد بگیرند، تک‌پخش‌های ناشناخته را مدیریت کنند، ترافیک چندپخشی را ارائه دهند، از حلقه‌ها جلوگیری کنند و حالت ارسال را پس از حرکت به‌روزرسانی کنند. یک استقرار پل کوچک ممکن است ساده به نظر برسد، اما یک دامنه پخش تلفن همراه بزرگتر به کنترل ترافیک دقیق تر و نظارت دقیق تر نیاز دارد.

لایه 3 هر مسیر بی سیم را یک تصمیم مسیریابی IP می کند

یک MANET مسیریابی شده حرکت را به عنوان تغییری در دسترسی IP تلقی می کند. هر گره همسایه های قابل استفاده را کشف می کند، اطلاعات توپولوژی مربوطه را حفظ می کند و با استفاده از معیارهایی مانند کیفیت پیوند، پایداری، هزینه هاپ یا ظرفیت موجود، جهش بعدی را انتخاب می کند. زیرشبکه ها، دروازه های خارجی و مرزهای خط مشی به جای اینکه در پشت یک بخش گسترده اترنت پنهان شوند، قابل مشاهده هستند. اطلاعات همسایه معمولاً شامل اتصالات جاری و پیوندهای اخیراً از دست رفته است، بنابراین تصمیمات مسیریابی می توانند به تغییرات توپولوژی پاسخ دهند.

این مدل به آدرس دهی عمدی و اپراتورهایی نیاز دارد که وضعیت مسیریابی را درک کنند. در عوض، عیب‌یابی می‌تواند یک زنجیره صریح را دنبال کند: همسایه، متریک، مسیر، پرش بعدی و دروازه. لایه 3 شفافیت نقطه پایانی را برای تصمیمات ارسال واضح تر، مرزهای ترافیکی قوی تر و رشد کنترل شده تر معامله می کند.

بنابراین تمایز عملی لایه 2 در مقابل لایه 3 MANET این نیست که آیا یک لایه به طور جهانی سریعتر است یا خیر. این است که آیا استقرار از پنهان کردن تغییرات شبکه از نقاط پایانی سود بیشتری می برد یا اینکه این تغییرات را در معرض یک سیستم مسیریابی IP قرار می دهد که می تواند آنها را به صراحت کنترل کند.

 

بازیابی تحرک: پس از قطع شدن یک پیوند بی سیم چه اتفاقی می افتد

چگونه یک مش پل شده مکان نقطه پایانی را دوباره یاد می گیرد

دوربینی را در نظر بگیرید که به یک رادیو دستی متصل است در حالی که اپراتور آن در پشت ساختمان حرکت می کند. هنگامی که مسیر قدیمی ناپدید می شود، شبکه لایه 2 باید متوجه شود که آدرس MAC دوربین اکنون از طریق همسایه دیگری قابل دسترسی است. فریم ها ممکن است هدایت شوند، به طور موقت سیل شوند، یا تا زمان ارسال به روز رسانی اطلاعات نگهداری شوند. دوربین اغلب می‌تواند آدرس IP خود را حفظ کند زیرا تحرک در زیر لایه 3 پنهان است و تجربه باقی ماندن در یک شبکه محلی منطقی را حفظ می‌کند.

تداوم آدرس، ترافیک بی وقفه را تضمین نمی کند. دسترسی کهنه ممکن است فریم ها را به سمت نقطه اتصال قبلی بفرستد، در حالی که حرکت مکرر می تواند باعث سیل اضافی و ارسال مجدد شود. یک برنامه ممکن است هویت IP خود را حفظ کند، اما همچنان در حین تغییر مسیر پل، مکث کوتاه، از دست دادن بسته، یا لرزش را تجربه کند. حرکت سریع می تواند این تفاوت را حتی زمانی که پیکربندی نقطه پایانی هرگز تغییر نمی کند قابل مشاهده باشد.

چگونه یک مش مسیریابی یک مسیر را شناسایی و جایگزین می کند

بازیابی لایه 3 با تغییر وضعیت همسایه آغاز می شود. یک گره تشخیص می دهد که یک پیوند تخریب شده، یک طرفه شده است یا ناپدید شده است. سپس وضعیت مسیریابی تغییر می کند، یک hop بعدی جایگزین انتخاب می شود و ترافیک از سر گرفته می شود. کشف همسایه باید یک رابطه دو طرفه قابل استفاده را از سیگنالی که فقط در یک جهت شنیده می شود متمایز کند. یک پیوند متقارن قابل اعتماد به هر دو رابط MANET نیاز دارد تا یکدیگر را بشنوند نه اینکه هر انتقال دریافتی را به عنوان مدرکی برای اتصال دوطرفه قابل اعتماد تلقی کنند.

معیارها می توانند یک مسیر پایدار را نسبت به یک پیوند قوی تر که به طور مکرر ظاهر می شود و ناپدید می شود ترجیح دهد. کیفیت پیوند ممکن است شامل نسبت سیگنال به نویز، تأیید بسته، از دست دادن بسته یا دریافت پیام کنترل باشد. آستانه پذیرش و رد جداگانه نیز می تواند باعث پسماند شود و از تغییرات بیش از حد سریع در وضعیت پیوند جلوگیری کند. این به جلوگیری از ورود و خروج مکرر یک مسیر رادیویی حاشیه ای به توپولوژی قابل استفاده کمک می کند.

مسیریابی پیشگیرانه مسیرها را قبل از درخواست برنامه‌ها آماده نگه می‌دارد، در حالی که زمان پخش کنترلی مداوم مصرف می‌شود، تاخیر اولین بسته را کاهش می‌دهد. مسیریابی بر اساس تقاضا از حفظ هر مسیر ممکن اجتناب می کند، اما ممکن است پس از یک استراحت یا زمانی که جریان جدیدی شروع می شود، تاخیر کشف را اضافه کند. رفتار بهتر بستگی به این دارد که آیا ماموریت در دسترس بودن فوری را بیشتر از به حداقل رساندن ترافیک کنترل بی‌حرکت ارزش می‌دهد. زمان اکتساب مسیر به ویژه برای مسیریابی مبتنی بر تقاضا مهم است زیرا تا زمانی که یک مسیر قابل استفاده ایجاد نشده باشد برنامه‌ها نمی‌توانند ارسال کنند.

چرا سرعت همگرایی تنها معیار سنجش تحرک نیست؟

همگرایی سریع همچنان می تواند مسیری با ظرفیت کم یا کوتاه مدت انتخاب کند. تکان دادن مسیر ممکن است بسته‌ها را مجدداً مرتب کند، داده‌های در صف ممکن است برای استفاده هم‌زمان خیلی دیر برسد، و ارسال مجدد می‌تواند زمان پخشی را که مسیر جایگزینی برای محافظت از آن در نظر گرفته شده است، مصرف کند. یک پارتیشن شبکه گسترده تر با یک شکست پیوند معمولی متفاوت است زیرا هیچ فرآیند مسیریابی یا پل زدن نمی تواند مسیری را محاسبه کند که از نظر فیزیکی وجود ندارد.

آزمایش‌ها باید پیاده‌روی واقع‌بینانه، وسیله نقلیه، هوابرد و حرکت‌های مسدود شده را بازتولید کنند نه اینکه فقط به قطع یک رادیو ثابت تکیه کنند. اندازه گیری های مفید شامل توان عملیاتی، تاخیر سرتاسر، اکتساب مسیر، تحویل خارج از سفارش، از دست دادن بسته و کارایی کنترل است. اندازه شبکه، میانگین تعداد همسایگان، نرخ تغییر توپولوژی و ظرفیت پیوند موثر نیز باید در طول آزمایش متفاوت باشد.

این نتایج نشان می‌دهد که آیا طراحی MANET لایه 2 در مقابل لایه 3 به گونه‌ای بازیابی می‌شود که برنامه‌ها واقعاً بتوانند از آن استفاده کنند. کوتاه‌ترین وقفه همیشه بهترین نتیجه نیست اگر مسیرهای ناپایدار، تداوم ویدیوی ضعیف یا ترافیک کنترل بیش از حد بلافاصله پس از آن ایجاد کند.

 

زمان پخش و مقیاس: پخش سیلاب در مقابل کنترل مسیریابی

ترافیک لایه 2 می تواند در سراسر دامنه بی سیم چند برابر شود

شفافیت اترنت بیشتر از بار برنامه کاربردی دارد. فریم‌های ARP، IPv6 Neighbor Discovery، کشف سرویس، چندپخشی و فریم‌های unicast ناشناخته ممکن است از چندین رادیو عبور کنند و هر رله برای یک رسانه بی‌سیم رقابت کند. بنابراین یک پخش کوچک می‌تواند زمان پخش را با جهش‌های متعدد قبل از دریافت داده‌های مفید توسط نقطه پایانی مصرف کند. IPv4 ARP به ویژه مرتبط است زیرا پخش آن ممکن است توسط هر گره شرکت کننده در یک مدل پیوند مشترک دیده شود.

زمانی که صدا، ویدیو، ترافیک فرمان و تله متری کانال را به اشتراک می گذارند، تأثیر آن اهمیت دارد. یک شبکه پل بی‌صدا ممکن است به طور کارآمد اجرا شود، در حالی که یک شبکه اکتشافی می‌تواند ظرفیت خود را بدون اینکه هیچ نقطه پایانی به طور غیرمعمول مشغول به نظر برسد، از دست بدهد. نگرانی این نیست که هر لایه 2 MANET دچار طوفان پخش شود. در عوض، ضرب ترافیک به تعداد گره ها، پیاده سازی ارسال، عمق پرش و رفتار برنامه های متصل بستگی دارد.

یک زیرشبکه که در چندین پیوند زیربنایی کشیده شده است نیز مفروضاتی را ایجاد می کند که نیاز به آزمایش دارند. چندپخشی با محدوده پیوند، کشف همسایه، تشخیص آدرس تکراری، و برنامه‌های کاربردی طراحی‌شده پیرامون یک مدل زیرشبکه به یک پیوند ممکن است زمانی که آن زیرشبکه یک توپولوژی چند هاپ موبایل را در بر می‌گیرد، رفتار متفاوتی داشته باشند. پروکسی خاص پروتکل می‌تواند مشکلات انتخابی را حل کند، اما پشتیبانی از تعداد فزاینده‌ای از برنامه‌های کاربردی پیوند محلی، پیچیدگی را افزایش می‌دهد و مقیاس بندی آن را سخت‌تر می‌کند.

لایه 3 شفافیت را برای سربار کنترل شده مبادله می کند

مسیریابی شامل اکثر پخش‌های نقطه پایانی در زیرشبکه‌های محلی است، اما پیام‌های همسایه، به‌روزرسانی‌های توپولوژی، درخواست‌های مسیر، و تبلیغات دروازه نیز زمان پخش را مصرف می‌کنند. بنابراین، راندمان MANET لایه 2 در مقابل لایه 3 باید سیل بالای سر را با کنترل مسیریابی تحت شرایط ترافیک، تحرک و رادیو مشابه مقایسه کند. توصیف لایه 2 به عنوان بدون سربار به همان اندازه گمراه کننده است که هر بسته کنترلی لایه 3 را به عنوان ظرفیت تلف شده در نظر بگیرید.

متغیرهای کلیدی شامل تعداد گره، مسیرهای فعال، عمق پرش، نرخ تغییر توپولوژی، فرکانس به‌روزرسانی، ترکیب ترافیک، از دست دادن بسته‌ها و ارسال مجدد است. یک شبکه پایدار که جریان‌های عمدتاً تک‌پخشی را حمل می‌کند ممکن است سربار مسیریابی متوسطی داشته باشد. حرکت سریع می‌تواند به‌روزرسانی‌ها را گران‌تر کند، اگرچه ممکن است همچنان زمان پخش کمتری نسبت به توزیع هر نقطه پایانی در سراسر شبکه کامل مصرف کنند.

توان عملیاتی و تاخیر تحویل شده باید در کنار تعداد کنترل و انتقال داده مورد نیاز برای تحویل موفقیت آمیز ارزیابی شود. این مهم است زیرا کنترل ترافیک و بار برنامه اغلب از یک کانال بی سیم با ظرفیت محدود مشترک استفاده می کنند. بنابراین، سربار داخلی بیش از حد می تواند عملکرد برنامه خارجی را کاهش دهد حتی زمانی که نرخ اسمی داده رادیویی بدون تغییر باقی بماند.

بار برنامه + ارسال مجدد + سیلاب لایه 2 یا ترافیک کنترل لایه 3 = زمان پخش شبکه اشغال شده

معماری قوی تر، معماری است که زمان پخش کافی برای ترافیک ماموریت به عنوان توپولوژی و تغییر کیفیت پیوند باقی می گذارد. این نتیجه باید تحت بارهای نماینده اندازه گیری شود نه اینکه از مقایسه ویژگی های لایه 2 در مقابل لایه 3 استنباط شود.

 

انتخاب لایه 2، لایه 3 یا MANET هیبریدی

معماری را با ماموریت مطابقت دهید، نه فقط تعداد گره ها را

هنگامی که دستگاه ها واقعاً به یک دامنه اترنت نیاز دارند، لایه 2 را انتخاب کنید، ترافیک غیر IP باید از شبکه عبور کند، کشف محلی ضروری است و پخش ها می توانند کنترل شوند. حداقل تغییرات نقطه پایانی ممکن است بیشتر از دید دقیق مسیر باشد. هنگامی که برنامه‌ها ترافیک چندپخشی پیوسته، اکتشافی یا ناشناخته تک پخشی ایجاد می‌کنند، تعداد گره‌های کوچک، سادگی را تضمین نمی‌کند.

زمانی که ماموریت شامل چندین زیرشبکه، تیم، دروازه یا ناحیه امنیتی است، لایه 3 را انتخاب کنید. زمانی که تحرک نیاز به کنترل صریح مسیر دارد. یا زمانی که اپراتورها باید مسیر رسیدن به مقصد را شناسایی کنند. آدرس دهی ساختاریافته و محتویات پخش با رشد استقرار ارزش پیدا می کند. اندازه به تنهایی یک معیار ناقص است زیرا رفتار ترافیک، عمق پرش، تعداد دروازه‌ها و مرزهای شکست به همان اندازه مهم هستند.

زمانی که فقط لبه نیاز به پل زدن دارد، از طرح هیبریدی استفاده کنید

بسیاری از استقرارها نیازی به پاسخ همه یا هیچ ندارند. جزایر لایه 2 کوچک می توانند دوربین ها، کنترلرها یا نقاط پایانی قدیمی را به هم متصل کنند، در حالی که لایه 3 MANET ترافیک بین گروه های تلفن همراه را حمل می کند. الگوی دیگری در سراسر مش می‌گذرد، اما دستگاه‌های اترنت محلی را در پشت هر رادیو پل می‌کند. هر دو رویکرد در صورت لزوم بدون گسترش هر نقطه پایانی در سراسر توپولوژی کامل، مجاورت را حفظ می کنند.

سری دستی WDS MIMOmesh از a قابل حمل لایه 2 در مقابل لایه 3 MANET استقرار از طریق مسیریابی پویا، رله چند هاپ، حالت های توپولوژی چندگانه، اتصال اترنت و سریال، و دید مدیریت شبکه. سری کوله پشتی را می توان با شبکه های عمومی، فیبر و پسوندهای ماهواره ای پیکربندی کرد، در حالی که هر دو سری از توپولوژی و نظارت بر وضعیت پیوند پشتیبانی می کنند. این گزینه‌ها اجازه می‌دهند که معماری انتقال مستقل از قالب رادیویی فیزیکی انتخاب شود.

این قابلیت ها به جای یک پاسخ از پیش تعیین شده، انتخاب های طراحی را ایجاد می کنند. قبل از انتخاب حالت عملکرد، بپرسید:

●  آیا نقاط پایانی باید در یک زیرشبکه باقی بمانند، و آیا اترنت غیر IP مورد نیاز است؟

●  برنامه های کاربردی چقدر ترافیک پخش، چندپخشی، کشف و زمان واقعی ایجاد می کنند؟

●  همسایه ها چقدر سریع تغییر می کنند و چند جهش طبیعی است؟

●  آیا استقرار از یک دروازه یا چند خروجی موبایل استفاده می کند؟

●  آیا تیم های جداگانه، سیاست های ترافیکی یا مناطق امنیتی مورد نیاز است؟

●  آیا اپراتورها می توانند مسیرهای پویا را تشخیص دهند یا رفتار نقطه پایانی شفاف ایمن تر است؟

پاسخ ها معمولاً به پل زدن، مسیریابی یا ترکیبی با اطمینان تر از توان رادیویی، توان اسمی یا تعداد گره ها به تنهایی اشاره می کنند. یک تصمیم مفید لایه 2 در مقابل لایه 3 MANET، مدل ارسال را به برنامه های کاربردی، الگوی تحرک، طرح دروازه و قابلیت های عملیاتی متصل می کند.

 

نتیجه گیری

انتخاب بین لایه 2 و لایه 3 MANET در نهایت مربوط به تطبیق رفتار شبکه با ماموریت است. لایه 2 مناسب استقرارهایی است که به اتصال شفاف اترنت وابسته هستند، در حالی که لایه 3 مسیریابی واضح تر، مرزهای ترافیک و کنترل دروازه را ارائه می دهد. طرح های ترکیبی می توانند هر دو نیاز را متعادل کنند. Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. از این انتخاب ها از طریق رادیوهای دستی و کوله پشتی MIMOmesh با قابلیت مسیریابی پویا لایه 2 یا لایه 3 و قابلیت رله چند هاپ پشتیبانی می کند. تراز کردن حالت کار با الزامات تحرک، زمان پخش، آدرس‌دهی و عیب‌یابی به تیم‌ها کمک می‌کند شبکه‌ای بسازند که با تغییر شرایط قابل کنترل باقی بماند.

 

سوالات متداول

س: تفاوت اصلی در لایه 2 و MANET لایه 3 چیست؟

A: لایه 2 فریم های اترنت را با استفاده از قابلیت دسترسی MAC پل می کند، در حالی که لایه 3 بسته های IP را بین زیرشبکه ها هدایت می کند. این تفاوت بر پخش، آدرس دهی، کنترل دروازه و عیب یابی تأثیر می گذارد.

س: کدام لایه MANET برای گره های بسیار متحرک بهتر است؟

پاسخ: هیچ کدام همیشه بهتر نیست. لایه 2 شفافیت نقطه پایانی را حفظ می کند، در حالی که لایه 3 کنترل مسیر صریح را فراهم می کند. عملکرد به سرعت همگرایی، ثبات پیوند، الگوهای ترافیک و تعداد پرش بستگی دارد.

س: آیا دستگاه های MANET لایه 2 می توانند در حین حرکت در همان زیرشبکه باقی بمانند؟

ج: بله. یک MANET پل شده می‌تواند تغییرات مسیر را در زیر لایه IP پنهان کند و به دستگاه‌های متصل اجازه می‌دهد تا آدرس‌های خود را حفظ کنند در حالی که مش قابلیت دسترسی MAC خود را مجدداً یاد می‌گیرد.

س: چرا پخش می تواند در شبکه لایه 2 مشکل ساز شود؟

پاسخ: فریم‌های پخش، چندپخشی و ناشناخته تک پخشی ممکن است در چندین پرش بی‌سیم دوباره ارسال شوند. این زمان پخش مشترک را مصرف می‌کند و می‌تواند ظرفیت صوتی، تصویری، تله‌متری و کنترل ترافیک را کاهش دهد.

س: چه زمانی باید از معماری ترکیبی MANET استفاده شود؟

پاسخ: طراحی ترکیبی زمانی که دستگاه‌های محلی نیاز به مجاورت لایه 2 داشته باشند، به خوبی کار می‌کند، اما شبکه گسترده‌تر به تقسیم‌بندی لایه 3، دروازه‌های کنترل‌شده، آدرس‌دهی ساختاریافته و تشخیص مسیر واضح‌تر نیاز دارد.