MANET-reititysprotokollat: ennakoiva, reaktiivinen ja hybridi

Ad hoc -mobiiliverkossa vaikein reitityskysymys ei ole vain polun löytäminen, vaan se, milloin polku tulisi luoda ja kuinka kauan sitä tulee ylläpitää. Jatkuvat topologian muutokset voivat tehdä ennalta lasketuista reiteistä vanhentuneita, kun taas on-demand-etsintä voi lisätä viivettä ennen liikenteen alkamista. MANET Mesh Radio -verkossa tämä kompromissi vaikuttaa suoraan latenssiin, ohjausrasitukseen, kaistanleveyden käyttöön ja palautumiseen linkkivikojen jälkeen. Ennakoivan, reagoivan ja hybridireitityksen ymmärtäminen auttaa insinöörejä valitsemaan lähestymistavan, joka vastaa paremmin liikennemalleja, liikkuvuutta ja todellisia monihyppyisiä käyttöolosuhteita.

 

Ennakoiva, reaktiivinen ja hybridireititys yhdellä silmäyksellä

Suurin ero on milloin reititystyötä tapahtuu

Ennakoiva reititys suorittaa suuren osan työstään ennen kuin sovellusliikenne tarvitsee polun. Solmut vaihtavat jatkuvasti tai ajoittain reititystietoja, jolloin ne voivat ylläpitää reittejä saavutettaviin kohteisiin etukäteen. Kun laitteen on lähetettävä, MANET Mesh Radio voi yleensä tarkastella olemassa olevaa edelleenlähetysmerkintää uuden verkonlaajuisen reittihaun aloittamisen sijaan.

Reaktiivinen reititys käyttää päinvastaista lähestymistapaa. Sen sijaan, että ylläpidettäisiin kaikkia mahdollisia reittejä, se löytää polun, kun lähteen on todella päästävä määränpäähän. Tämä vähentää tarpeetonta reititystoimintaa, kun liikennettä on vähän, mutta uusi viestintävirta saattaa joutua odottamaan, kunnes reitti on löydetty. Nämä kaksi käyttäytymistä luovat suoran resurssien ja viiveen välisen kompromissin yksinkertaisen kysymyksen sijaan, kumpi menetelmä on yleisesti parempi.

Hybridireititys jakaa ongelman. Verkko voi ylläpitää usein hyödyllisiä tai lähellä olevia reittejä ennakoivasti samalla, kun se käyttää on-demand-etsintää kohteisiin, jotka eivät kuulu tämän alueen ulkopuolelle. Tavoitteena ei ole eliminoida kummankaan mallin kustannuksia, vaan sijoittaa ne sinne, missä ne luovat eniten arvoa.

Vertaa tärkeitä kompromisseja MANETissa

Taulukko on hyödyllisempi lähtökohtana kuin valintasääntönä. Ennakoiva MANET Mesh Radio voi tarjota nopean pääsyn tunnetuille reiteille, mutta kuluttaa arvokasta puheaikaa ylläpitäen polkuja, jotka kuljettavat vähän tietoa. Reaktiivisella suunnittelulla voidaan välttää osa tästä ohjaustaakasta, mutta toistuvat löydöt voivat tulla kalliiksi, kun reitit katkeavat usein. Hybridikäyttäytyminen tulee houkuttelevaksi, kun yksi verkon osa tarvitsee jatkuvaa reittitietoa, kun taas muihin kohteisiin otetaan yhteyttä vain satunnaisesti.

 

Ennakoiva reititys: Pidä reitit valmiina ennen kuin liikenne saapuu

Kuinka ennakoiva reititys ylläpitää verkkonäkymää

Ennakoiva protokolla ylläpitää tarpeeksi reititystilaa, jotta solmut voivat välittää liikennettä suorittamatta ensin päästä päähän -hakua. Reititys- tai topologiaviestejä vaihdetaan säännöllisin väliajoin tai kun asiaan liittyviä muutoksia tapahtuu, ja jokainen solmu päivittää näkymänsä saavutettavista kohteista. Tuloksena on MANET Mesh Radio -verkko, jossa edelleenlähetystiedot valmistetaan yleensä ennen uuden sovellusvirran alkamista.

DSDV on tuttu etäisyysvektoriesimerkki, kun taas OLSR edustaa ennakoivaa linkkitila-lähestymistapaa. OLSR vaihtaa säännöllisesti topologiatietoja ja käyttää valittuja monipistevälityksiä tai MPR:itä redundanttien uudelleenlähetysten vähentämiseksi ohjaussanomien vuotamisen aikana. MPR-mekanismi rajoittaa yleislähetysohjausliikenteen välittämiseen tarvittavien solmujen määrää, mikä vähentää tarpeettomia uudelleenlähetyksiä tavanomaiseen tulvaukseen verrattuna.

Kun ylimääräinen reititysliikenne on sen arvoista

Ennakoiva käyttäytyminen on houkuttelevinta, kun merkityksellinen osa verkosta kommunikoi säännöllisesti. Jos monet solmuparit vaihtavat tietoja, pian käytettävien reittien ylläpitäminen voi olla tehokkaampaa kuin niiden toistuva löytäminen. On myös syytä arvioida, milloin sovellus asettaa korkean arvon ennustettavalle ensimmäisen paketin latenssille ja MANET Mesh Radio -verkolla on tarpeeksi kapasiteettia tukemaan jatkuvia reitityspäivityksiä.

Pelkkä liikkuvuus ei kuitenkaan tee ennakoivasta reitityksestä itsestään selvää valintaa. Nopeat topologian muutokset voivat tehdä tallennetuista reititystiedoista vanhentuneita nopeammin, mikä saattaa edellyttää tiheämpää ohjausten vaihtoa, jotta verkkonäkymä pysyy hyödyllisenä. Tiheä liikkuva verkko voi siis hyötyä valmiista reiteistä ja maksaa samalla huomattavan hinnan näiden reittien pitämisestä ajan tasalla.

 

Reaktiivinen reititys: Etsi polku vain silloin, kun sitä tarvitaan

Reittipyynnöstä reitin korjaukseen

Reaktiivinen reititys lykkää reitin luomista, kunnes todellista kysyntää on. AODV tarjoaa selkeän esimerkin: kun lähde tarvitsee määränpään, jolle sillä ei ole kelvollista reittiä, se voi luoda reittipyynnön tai RREQ:n. Tätä pyyntöä levitetään ad hoc -verkon kautta, kunnes sopiva solmu voi palauttaa Route Replyn tai RREP:n, joka muodostaa edelleenlähetystiedot määränpäähän.

Kun reitti on olemassa, normaali liikenne voi käyttää sitä ilman toistamista jokaiselle paketille. Jos aktiivisen polun linkki muuttuu käyttökelvottomaksi, AODV voi luoda reittivirheen tai RERR-ilmoituksen, jolloin ongelmalliset solmut voivat mitätöidä katkenneen reitin ja ryhtyä korjaaviin toimiin. RREQ, RREP ja RERR tukevat yhdessä reitin löytämistä, polun luomista ja palautusta linkin epäonnistumisen jälkeen.

Missä on-demand-reititys on järkevämpää

Reaktiivinen reititys voi olla houkutteleva, kun vain osa verkosta kommunikoi aktiivisesti. Kuvittele verkko, jossa on monia radioita laajalle alueelle, mutta vain muutama aktiivinen lähde-kohde-pari kulloinkin. Täydellisten reittitietojen säilyttäminen jokaiselle mahdolliselle parille voi kuluttaa kanavakapasiteettia ilman suhteellista arvoa. Näissä olosuhteissa on-demand MANET Mesh Radio -strategia voi keskittää reititysponnistuksen aktiivisen liikenteen ympärille.

Ajoittainen telemetria, satunnaiset tiedostojen siirrot, tapahtumapohjainen anturiliikenne ja valikoidut komentolinkit ovat esimerkkejä malleista, joista voi olla hyötyä. Kompromissi on, että uuden määränpään ensimmäinen paketti voi kokea lisäviivettä reittiä muodostettaessa. Kysyntään perustuva reititys voi käyttää verkon kaistanleveyttä ja energiaa tehokkaammin, kun tarpeetonta reitin ylläpitoa vältetään, mutta reitin etsiminen lisää viivettä.

Liikkuvuus muuttaa laskentaa, koska reitit saattavat lakata olemasta voimassa, ennen kuin ne ovat toimittaneet tarpeeksi liikennettä, joka oikeuttaa löytämiskustannukset. Nopeasti liikkuva radio ei ole automaattisesti ongelmallinen, jos kokonaismuodostelma säilyttää vakaat naapurisuhteet. Toisaalta suhteellisen hidas liike rakennusten, maaston, häiriön tai antennin varjostuksen läpi voi katkaista polkuja toistuvasti.

Tästä syystä reitin käyttöikä on usein parempi toiminnallinen kysymys kuin ajoneuvon tai laiturin nopeus. Jos MANET Mesh Radio löytää toistuvasti polun vain kadottaakseen sen hetken kuluttua, reaktiiviset kustannukset ja keskeytykset voivat nousta nopeasti. On-demand-reitityksen soveltuvuus riippuu siis sekä liikenteen kysynnästä että siitä, kuinka kauan löydetyt polut ovat hyödyllisiä.

 

Hybridireititys: Pidä lähellä olevat polut valmiina ilman, että kaikkea seuraa

Kuinka paikallinen ennakoiva reititys ja laajempi löytäminen toimivat yhdessä

Hybridireititys yrittää sijoittaa ennakoivan reitin ylläpidon sinne, missä siitä on suurin hyöty, samalla kun vältetään verkonlaajuinen ylläpito jokaisessa mahdollisessa kohteessa. Zone Routing Protocol tai ZRP havainnollistaa ideaa selvästi. Jokainen solmu ylläpitää reittejä ennakoivasti paikallisen reititysvyöhykkeen sisällä, kun taas vyöhykkeen ulkopuolella olevat kohteet saavutetaan reaktiivisen kysely- ja vastausmekanismin kautta.

ZRP:ssä reititysvyöhyke määritellään konfiguroitavalla säteellä mitattuna hyppyinä. Suurempi säde tarkoittaa, että solmu tietää enemmän ympäröivästä topologiasta ennakoivasti, mikä lisää välitöntä reitin saatavuutta, mutta myös laajentaa reitityksen ylläpidon laajuutta. Pienempi säde rajoittaa paikallista ohjaustaakkaa ja ajaa kauempana olevaa viestintää kohti reaktiivista etsintää.

ZRP:tä pidetään parhaiten arkkitehtonisena esimerkkinä eikä todisteena siitä, että jokainen hybridi MANET Mesh Radio käyttää samaa mekanismia. ZRP pysyi IETF:n Internet-luonnoksena sen sijaan, että siitä olisi tullut Internet-standardi, mutta sen paikallisesti ennakoiva ja globaalisti reagoiva rakenne on edelleen hyödyllinen malli hybridireitityskäyttäytymisen ymmärtämiseen.

Missä hybridilähestymistavasta tulee hyödyllistä

Hybridimalli tulee erityisen tärkeäksi, kun liikennettä ei ole jakautunut tasaisesti verkon yli. Ryhmä lähellä olevia solmuja voi vaihtaa puhe-, telemetria- tai koordinaatiodataa jatkuvasti, kun taas kommunikointia kauempana olevien solmujen kanssa tapahtuu vain satunnaisesti. Läheisten reittien ylläpitäminen voi minimoida yleisen paikallisliikenteen viiveet, kun taas on-demand-etsintä välttää jokaisen etäreitin jatkuvan seuraamisen.

Suuremmat tai toiminnallisesti erilaiset silmät voivat siksi oikeuttaa hybridikäyttäytymisen arvioinnin. Haasteena on konfigurointi yksinkertaisen protokollatunnisteen sijaan: vyöhykkeen koko ja reitityksen laajuus määrittävät, kuinka paljon ennakoivaa yleiskustannuksia hyväksytään ja kuinka usein reaktiivista etsintää tarvitaan. Hybridi MANET Mesh Radio tulisi näin ollen testata realistisen solmuvälin ja liikenteen jakautumisen alaisena sen sijaan, että sen oletetaan suoriutuvan automaattisesti molemmista puhtaista lähestymistavoista.

 

Reititysmenetelmän valinta todelliseen MANET Mesh -radioverkkoon

Aloita liikennekuvioista ja reitin vakaudesta

Aloita liikenteestä, jonka verkon on todella kuljettava. Jatkuva video-, ääni-, komentolinkit, jatkuva telemetria ja tiheä solmujen välinen tiedonvaihto luovat erilaisia ​​reititysvaatimuksia satunnaisista anturiraporteista tai tiedostojen siirroista. Kun viestintä on jatkuvaa ja määränpää voi vaihtua nopeasti, reittivalmius voi ansaita enemmän painoarvoa; kun vain muutama polku on aktiivinen, käyttämättömien reittien ylläpitäminen voi olla vaikeampaa perustella.

Reitin vakautta tulee arvioida erikseen raaka liikkuvuuden nopeudesta. Lentokoneisiin tai muodostelmassa liikkuviin ajoneuvoihin asennetut radiot voivat kulkea nopeasti säilyttäen suhteellisen vakaat naapurisuhteet. Sitä vastoin hitaampi MANET Mesh Radio, joka liikkuu rakenteiden, maaston, kasvillisuuden tai muiden esteiden takana, saattaa kokea usein linkin muutoksia alhaisemmasta fyysisestä nopeudestaan ​​huolimatta.

Hyödyllinen mittaus on, kuinka kauan päästä päähän -reitti pysyy elinkelpoisena ja kuinka nopeasti viestintä palautuu, kun se ei. Sovellusvaatimukset määrittävät sitten, onko lyhyt reitinhaku- tai palautusväli hyväksyttävä.

Yhdistä reititysteoria Mesh Radion ominaisuuksiin

Protokollateoria tulee hyödylliseksi vasta, kun se on yhteydessä siihen, mitä radioalusta todella toteuttaa ja mittaa. WDS MIMOmesh Lightweight Airborne Series yhdistää hajautetun, keskittömän langattoman ad hoc -arkkitehtuurin Layer 2 tai Layer 3 dynaamisen reitityksen, monihyppyvälityksen ja pisteestä pisteeseen, pisteestä monipisteeseen, monipisteestä monipisteeseen, tähti-, linja-, verkko- ja hybriditopologiatiloihin. Nämä ominaisuudet ovat merkityksellisiä arvioitaessa, kuinka MANET Mesh Radio voi sopia mobiiliin monihyppykäyttöön olettamatta, että se toteuttaa tietyn oppikirjan reititysprotokollan.

MIMOmesh kevyt ilmassa kulkeva MANET Mesh Radio -sarja tukee keskimääräistä 6 ms:n yhden hypyn viivettä yksisuuntaisessa 20 MHz:n tilassa sekä verkkoon pääsyn, päivityksen tai alle sekunnin vaihtoajan ja monihyppyisen verkkokyvyn. Näitä arvoja tulee käsitellä määriteltyihin olosuhteisiin sidottuina toimintaspesifikaatioina eikä todisteina siitä, että radio käyttää AODV:tä, DSDV:tä, OLSR:ää, ZRP:tä tai muuta nimettyä algoritmia.

Hyödyllinen reitityspäätösmatriisi on siksi yksinkertainen:

Lopullisen valinnan tulisi silti tulla edustavan testauksen perusteella. MANET Mesh Radio voi toimia eri tavalla hypyn syvyyden, kanavan ruuhkautumisen, liikkuvuuden, häiriöiden ja samanaikaisen liikenteen lisääntyessä, vaikka sen taustalla oleva reititysstrategia näyttää sopivalta paperilla. Testauksen tulee toistaa odotettu muodostus, solmujen lukumäärä, sovellusten yhdistelmä ja vikatapahtumat riittävän tarkasti paljastaakseen, kuinka reitin ylläpito kilpailee hyötykuormaliikenteen kanssa.

varten hajautetut MANET Mesh -radiojärjestelmät , kuten WDS MIMOmesh, ominaisuudet, kuten dynaaminen reititys ja monihyppyvälitys, tarjoavat lähtökohdan validoinnille. Käyttöönottotiimin tulee varmistaa, kuinka nopeasti reitit mukautuvat, kuinka suorituskyky muuttuu useiden hyppyjen aikana ja pysyykö latenssi hyväksyttävänä, kun topologia on häiriintynyt. Nämä todisteet ovat arvokkaampia kuin laitteiden valitseminen yksinkertaisesti siksi, että sen tekniset tiedot käyttävät termiä MANET Mesh Radio.

 

Johtopäätös

Ennakoivan, reaktiivisen ja hybridireitityksen valinta riippuu siitä, kuinka verkko tasapainottaa reittivalmiutta, ohjaa yleiskustannuksia, liikkuvuutta ja palautumisaikaa. MANET Mesh Radio tulisi siksi arvioida todellisten liikennemalleiden, hyppyjen ja linkkien muutosten perusteella eikä pelkästään protokollatunnisteiden perusteella.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. tarjoaa MIMOmesh-järjestelmiä dynaamisilla reititys- ja multi-hop-välitysominaisuuksilla varustettuja käyttöönottoja varten. Realistisen kenttätestauksen kanssa käytettynä nämä ominaisuudet voivat auttaa tiimejä rakentamaan verkkoja, jotka ylläpitävät viestintää tehokkaammin topologian ja toimintaolosuhteiden muuttuessa.

 

FAQ

K: Mitkä ovat MANET-reititysprotokollien päätyypit?

V: MANET-reititysprotokollat ​​ryhmitellään yleensä ennakoiviin, reaktiivisiin ja hybridilähestymistapoihin. Ne eroavat pääasiassa siinä, milloin reittejä luodaan, ylläpidetään ja päivitetään verkon topologian muuttuessa.

K: Mitä eroa on ennakoivan ja reaktiivisen MANET-reitityksen välillä?

V: Ennakoiva reititys ylläpitää reittejä jatkuvasti, mikä vähentää reitin määrityksen viivettä. Reaktiivinen reititys löytää polut vain tarvittaessa, mikä vähentää rutiininomaista ohjausliikennettä, mutta voi lisätä alkuperäistä lähetysviivettä.

K: Mikä reititystapa toimii parhaiten erittäin liikkuvissa MANETeissa?

V: Ei ole olemassa universaalia vaihtoehtoa. Suorituskyky riippuu reitin vakaudesta, liikennetiheydestä, solmutiheydestä, hyppyjen määrästä ja palautumisvaatimuksista pelkän liikkumisnopeuden sijaan.

K: Kuinka reititys toimii MANET Mesh Radio -verkossa?

V: MANET Mesh Radio voi välittää liikennettä naapurisolmujen kautta, jolloin tiedot voivat saavuttaa määränpäät suoran radioalueen ulkopuolella, kun taas reitit mukautuvat muuttuviin yhteyksiin.

K: Onko AODV ennakoiva vai reaktiivinen?

V: AODV on reaktiivinen reititysprotokolla. Se löytää reitit pyynnöstä reittipyyntö- ja vastausviestien avulla ja korjaa tai korvaa sitten polut, kun aktiiviset linkit epäonnistuvat.

K: Miksi reititys on tärkeää MANETissa?

V: Reititysviestit jakavat rajoitetun langattoman lähetysajan sovellusliikenteen kanssa. Liiallinen ohjausliikenne voi heikentää käyttökelpoista suorituskykyä, varsinkin kun solmujen määrä, liikkuvuus ja monihyppytoiminta lisääntyvät.