MANET Routing Protocols: Proactive, Reactive, At Hybrid

Sa isang mobile ad hoc network, ang pinakamahirap na tanong sa pagruruta ay hindi lamang kung paano maghanap ng landas, ngunit kung kailan dapat gawin ang landas na iyon at kung gaano ito katagal dapat panatilihin. Ang patuloy na pagbabago sa topology ay maaaring gawing lipas ang mga na-precompute na ruta, habang ang on-demand na pagtuklas ay maaaring magdagdag ng pagkaantala bago magsimula ang trapiko. Para sa isang network ng MANET Mesh Radio, direktang nakakaapekto ang trade-off na iyon sa latency, control overhead, paggamit ng bandwidth, at pagbawi pagkatapos ng mga pagkabigo sa link. Ang pag-unawa sa maagap, reaktibo, at hybrid na pagruruta ay nakakatulong sa mga inhinyero na pumili ng isang diskarte na mas tumutugma sa mga pattern ng trapiko, kadaliang kumilos, at tunay na mga kondisyon ng pagpapatakbo ng multi-hop.

 

Proactive, Reactive, at Hybrid Routing sa isang Sulyap

Ang Pangunahing Pagkakaiba ay Kapag Nangyayari ang Pagruruta

Ang aktibong pagruruta ay gumaganap ng karamihan sa gawain nito bago ang trapiko ng application ay nangangailangan ng isang landas. Ang mga node ay tuluy-tuloy o pana-panahong nagpapalitan ng impormasyon sa pagruruta, na nagbibigay-daan sa kanila na mapanatili ang mga ruta sa mga mapupuntahang destinasyon nang maaga. Kapag ang isang aparato ay kailangang magpadala, ang MANET Mesh Radio ay karaniwang maaaring sumangguni sa isang umiiral na pagpasa ng entry sa halip na magsimula ng isang bagong paghahanap ng ruta sa buong network.

Ang reaktibong pagruruta ay tumatagal ng kabaligtaran na diskarte. Sa halip na mapanatili ang bawat posibleng ruta, natutuklasan nito ang isang landas kung kailan talagang kailangang maabot ng pinagmulan ang isang destinasyon. Binabawasan nito ang hindi kinakailangang aktibidad sa pagruruta kapag kalat-kalat ang trapiko, ngunit maaaring kailangang maghintay ng bagong daloy ng komunikasyon habang matatagpuan ang ruta. Ang dalawang gawi na ito ay lumilikha ng direktang resource-versus-delay trade-off sa halip na isang simpleng tanong kung aling paraan ang mas mahusay sa pangkalahatan.

Hinahati ng hybrid routing ang problema. Ang isang network ay maaaring mapanatili ang mga madalas na kapaki-pakinabang o malapit na mga ruta nang maagap habang gumagamit ng on-demand na pagtuklas para sa mga destinasyon sa labas ng saklaw na iyon. Ang layunin ay hindi alisin ang mga gastos ng alinmang modelo, ngunit ilagay ang mga gastos na iyon kung saan sila ang lumikha ng pinakamaraming halaga.

Ihambing ang mga Trade-Off na Mahalaga sa isang MANET

Ang talahanayan ay mas kapaki-pakinabang bilang panimulang punto kaysa bilang panuntunan sa pagpili. Ang isang aktibong MANET Mesh Radio ay maaaring magbigay ng mabilis na pag-access sa mga kilalang ruta ngunit gumugugol ng mahalagang airtime sa pagpapanatili ng mga landas na nagdadala ng kaunting data. Ang isang reaktibong disenyo ay maaaring maiwasan ang bahagi ng kontrol na pasanin, ngunit ang mga paulit-ulit na pagtuklas ay maaaring maging mahal kapag ang mga ruta ay madalas na masira. Nagiging kaakit-akit ang hybrid na pag-uugali kapag ang isang bahagi ng network ay nangangailangan ng patuloy na kaalaman sa ruta habang ang ibang mga destinasyon ay paminsan-minsan lang nakikipag-ugnayan.

 

Proactive Routing: Pagpapanatiling Handa ang mga Ruta Bago Dumating ang Trapiko

Paano Pinapanatili ng Proactive Routing ang Network View

Ang isang proactive na protocol ay nagpapanatili ng sapat na estado ng pagruruta para sa mga node na magpasa ng trapiko nang hindi muna nagsasagawa ng end-to-end na paghahanap. Ang mga mensahe sa pagruruta o topology ay ipinagpapalit sa mga regular na pagitan o kapag may naganap na mga pagbabago, at ina-update ng bawat node ang view nito sa mga maaabot na destinasyon. Ang resulta ay isang network ng MANET Mesh Radio kung saan ang pagpapasa ng impormasyon ay karaniwang inihahanda bago magsimula ang isang bagong daloy ng aplikasyon.

Ang DSDV ay isang pamilyar na halimbawa ng distance-vector, habang ang OLSR ay kumakatawan sa isang proactive na diskarte sa link-state. Regular na nagpapalitan ang OLSR ng impormasyon sa topology at gumagamit ng mga piling multipoint relay, o mga MPR, upang bawasan ang mga kalabisan na muling pagpapadala sa panahon ng pagbaha ng control-message. Nililimitahan ng mekanismo ng MPR ang bilang ng mga node na kinakailangan upang ipasa ang trapiko ng kontrol sa broadcast, na binabawasan ang mga hindi kinakailangang muling pagpapadala kumpara sa karaniwang pagbaha.

Kapag Worth It ang Extra Routing Traffic

Ang maagap na pag-uugali ay pinaka-nakakahimok kapag ang isang makabuluhang bahagi ng mesh ay regular na nakikipag-usap. Kung maraming pares ng node ang nagpapalitan ng data, ang pagpapanatili ng mga ruta na malapit nang gamitin ay maaaring maging mas mahusay kaysa sa paulit-ulit na pagtuklas sa mga ito. Ito rin ay nagkakahalaga ng pagsusuri kapag ang isang application ay naglalagay ng mataas na halaga sa predictable na first-packet latency at ang MANET Mesh Radio network ay may sapat na kapasidad upang suportahan ang patuloy na pag-update sa pagruruta.

Ang mataas na kadaliang kumilos lamang, gayunpaman, ay hindi ginagawang proactive na pagruruta ang halatang pagpipilian. Ang mabilis na pagbabago sa topology ay maaaring gawing mas mabilis ang nakaimbak na impormasyon sa pagruruta, na maaaring mangailangan ng mas madalas na mga palitan ng kontrol upang mapanatiling kapaki-pakinabang ang view ng network. Samakatuwid, ang isang siksik na mobile mesh ay maaaring makakuha mula sa mga handa na ruta habang sabay na nagbabayad ng isang makabuluhang presyo para sa pagpapanatiling kasalukuyang mga ruta.

 

Reaktibong Pagruruta: Paghahanap Lang ng Landas Kapag Ito ay Kailangan

Mula sa Kahilingan sa Ruta hanggang sa Pag-aayos ng Ruta

Ipinapaliban ng reaktibong pagruruta ang paggawa ng ruta hanggang sa magkaroon ng aktwal na pangangailangan. Ang AODV ay nagbibigay ng malinaw na halimbawa: kapag ang pinagmulan ay nangangailangan ng patutunguhan kung saan wala itong wastong ruta, maaari itong bumuo ng isang Kahilingan sa Ruta, o RREQ. Ang kahilingang iyon ay ipinakalat sa pamamagitan ng ad hoc network hanggang ang isang angkop na node ay makapagbabalik ng isang Ruta na Tugon, o RREP, na nagtatatag ng pagpapasa ng impormasyon patungo sa patutunguhan.

Kapag umiral na ang ruta, magagamit ito ng normal na trapiko nang hindi na mauulit ang pagtuklas para sa bawat packet. Kung ang isang link sa aktibong landas ay hindi na magagamit, ang AODV ay maaaring makabuo ng isang Route Error, o RERR, kaya ang mga apektadong node ay maaaring magpawalang-bisa sa sirang ruta at magsagawa ng pagwawasto. Ang RREQ, RREP, at RERR ay nagtutulungan upang suportahan ang pagtuklas ng ruta, pagtatatag ng landas, at pagbawi pagkatapos ng pagkabigo ng link.

Kung saan Mas Makatuwiran ang On-Demand na Pagruruta

Maaaring maging kaakit-akit ang reaktibong pagruruta kapag bahagi lamang ng network ang aktibong nakikipag-ugnayan. Isipin ang isang mesh na may maraming radio na naka-deploy sa malawak na lugar ngunit kakaunti lang ang aktibong pares ng pinagmulan-destinasyon sa anumang partikular na sandali. Ang pagpapanatili ng kumpletong impormasyon ng ruta para sa bawat posibleng pares ay maaaring kumonsumo ng kapasidad ng channel nang hindi naghahatid ng proporsyonal na halaga. Sa ilalim ng mga kundisyong iyon, ang isang on-demand na diskarte sa MANET Mesh Radio ay maaaring ituon ang pagsisikap sa pagruruta sa paligid ng aktibong trapiko.

Ang paulit-ulit na telemetry, paminsan-minsang paglilipat ng file, trapiko ng sensor na hinimok ng kaganapan, at mga selective na link ng command ay mga halimbawa ng mga pattern na maaaring makinabang. Ang trade-off ay ang unang packet para sa isang bagong destinasyon ay maaaring makaranas ng karagdagang pagkaantala habang ang isang ruta ay itinatag. Ang pagruruta na batay sa demand ay maaaring gumamit ng bandwidth ng network at enerhiya nang mas mahusay kapag iniiwasan ang hindi kinakailangang pagpapanatili ng ruta, ngunit ang pagtuklas ng ruta ay nagpapakilala ng karagdagang latency.

Binabago ng Mobility ang kalkulasyon dahil maaaring huminto sa pagiging wasto ang mga ruta bago sila makapaghatid ng sapat na trapiko upang bigyang-katwiran ang kanilang gastos sa pagtuklas. Ang mabilis na paggalaw ng radyo ay hindi awtomatikong may problema kung ang pangkalahatang pagbuo ay nagpapanatili ng matatag na relasyon sa kapitbahay. Sa kabaligtaran, ang medyo mabagal na paggalaw sa mga gusali, terrain, interference, o antenna shadowing ay maaaring makasira ng mga landas nang paulit-ulit.

Para sa kadahilanang iyon, ang panghabambuhay ng ruta ay madalas na isang mas mahusay na tanong sa pagpapatakbo kaysa sa bilis ng sasakyan o platform. Kung ang isang MANET Mesh Radio ay paulit-ulit na nakatuklas ng isang landas upang mawala ito sa ibang pagkakataon, ang reaktibong overhead at mga pagkaantala ay maaaring mabilis na tumaas. Ang kaangkupan ng on-demand na pagruruta samakatuwid ay depende sa parehong demand sa trapiko at kung gaano katagal nananatiling kapaki-pakinabang ang mga natuklasang landas.

 

Hybrid Routing: Pagpapanatiling Handa sa Mga Kalapit na Landas Nang Hindi Sinusubaybayan ang Lahat

Paano Nagtutulungan ang Lokal na Proactive Routing at Wider Discovery

Sinusubukan ng hybrid routing na maglagay ng maagap na pagpapanatili ng ruta kung saan ito ang may pinakamalaking benepisyo habang iniiwasan ang pagpapanatili sa buong network para sa bawat posibleng destinasyon. Ang Zone Routing Protocol, o ZRP, ay malinaw na naglalarawan ng ideya. Ang bawat node ay proactive na nagpapanatili ng mga ruta sa loob ng isang lokal na routing zone, habang ang mga destinasyon sa labas ng zone na iyon ay naaabot sa pamamagitan ng isang reaktibong query-and-reply mechanism.

Sa ZRP, ang routing zone ay tinutukoy ng isang configurable radius na sinusukat sa hops. Ang mas malaking radius ay nangangahulugan na ang isang node ay higit na nakakaalam ng nakapaligid na topology nito nang maagap, pinapataas ang agarang availability ng ruta ngunit pinalawak din ang saklaw ng pagpapanatili ng pagruruta. Nililimitahan ng mas maliit na radius ang lokal na kontrol na pasanin habang itinutulak ang mas malalayong komunikasyon patungo sa reaktibong pagtuklas.

Ang ZRP ay pinakamahusay na itinuturing bilang isang halimbawa ng arkitektura sa halip na patunay na ang bawat hybrid na MANET Mesh Radio ay gumagamit ng parehong mekanismo. Ang ZRP ay nanatiling isang IETF Internet-Draft sa halip na maging isang Internet Standard, ngunit ang local-proactive at global-reactive na istraktura nito ay nananatiling isang kapaki-pakinabang na modelo para sa pag-unawa sa hybrid routing behavior.

Kung saan Nagiging Kapaki-pakinabang ang Hybrid Approach

Ang hybrid na modelo ay nagiging partikular na may kaugnayan kapag ang trapiko ay hindi pantay na ipinamamahagi sa buong network. Maaaring patuloy na makipagpalitan ng data ng boses, telemetry, o koordinasyon ang isang pangkat ng mga kalapit na node, habang ang komunikasyon sa mas malalayong node ay nangyayari lamang paminsan-minsan. Ang pagpapanatili ng mga kalapit na ruta ay maaaring mabawasan ang pagkaantala para sa karaniwang lokal na trapiko, habang ang on-demand na pagtuklas ay umiiwas sa patuloy na pagsubaybay sa bawat malayong daanan.

Ang mas malaki o magkakaibang mga mesh sa pagpapatakbo ay maaaring bigyang-katwiran ang pagsusuri ng hybrid na gawi. Ang hamon ay pagsasaayos sa halip na isang simpleng label ng protocol: ang laki ng zone at saklaw ng pagruruta ay tumutukoy kung gaano karaming proactive na overhead ang tinatanggap at kung gaano kadalas kinakailangan ang reaktibong pagtuklas. Ang hybrid na MANET Mesh Radio ay dapat na masuri sa ilalim ng makatotohanang node spacing at distribusyon ng trapiko sa halip na ipagpalagay na awtomatikong hihigit sa pagganap ng parehong mga pure approach.

 

Pagpili ng Routing Approach para sa Real MANET Mesh Radio Network

Magsimula Sa Pattern ng Trapiko at Stability ng Ruta

Magsimula sa trapiko na dapat talagang dalhin ng network. Ang tuluy-tuloy na video, boses, command link, paulit-ulit na telemetry, at madalas na node-to-node na pagpapalitan ng data ay lumilikha ng iba't ibang pangangailangan sa pagruruta mula sa mga paminsan-minsang ulat ng sensor o paglilipat ng file. Kapag ang komunikasyon ay pare-pareho at ang patutunguhan ay maaaring magbago nang mabilis, ang kahandaan sa ruta ay maaaring karapat-dapat ng mas malaking timbang; kapag kakaunti lang ang mga landas na aktibo, ang pagpapanatili ng hindi nagamit na mga ruta ay maaaring mas mahirap bigyang-katwiran.

Ang katatagan ng ruta ay dapat na tasahin nang hiwalay mula sa hilaw na bilis ng paggalaw. Ang mga radyo na naka-mount sa sasakyang panghimpapawid o mga sasakyan na gumagalaw sa pormasyon ay maaaring mabilis na maglakbay habang pinapanatili ang medyo matatag na relasyon sa magkapitbahay. Sa kabaligtaran, ang isang mas mabagal na MANET Mesh Radio na gumagalaw sa likod ng mga istruktura, terrain, vegetation, o iba pang mga sagabal ay maaaring makaranas ng madalas na mga pagbabago sa link sa kabila ng mas mababang pisikal na bilis nito.

Ang kapaki-pakinabang na pagsukat ay kung gaano katagal nananatiling mabubuhay ang isang end-to-end na ruta at kung gaano kabilis bumabawi ang komunikasyon kapag hindi na ito. Ang mga kinakailangan sa aplikasyon ay tutukuyin kung ang isang maikling pagtuklas ng ruta o agwat ng pagbawi ay katanggap-tanggap.

Iugnay ang Teorya sa Pagruruta sa Mga Kakayahan ng Mesh Radio

Ang teorya ng protocol ay magiging kapaki-pakinabang lamang kapag ito ay konektado sa kung ano talaga ang ipinapatupad at sinusukat ng platform ng radyo. Pinagsasama ng WDS MIMOmesh Lightweight Airborne Series ang isang distributed, centerless wireless ad hoc architecture na may Layer 2 o Layer 3 dynamic na pagruruta, multi-hop relay, at point-to-point, point-to-multipoint, multipoint-to-multipoint, star, line, network, at hybrid topology mode. May kaugnayan ang mga kakayahang ito kapag sinusuri kung paano maaaring magkasya ang isang MANET Mesh Radio sa mga mobile multi-hop deployment nang hindi ipinapalagay na nagpapatupad ito ng partikular na textbook routing protocol.

Ang MIMOmesh Ang lightweight airborne na serye ng MANET Mesh Radio ay sumusuporta sa isang average na single-hop delay na 6 ms sa ilalim ng unidirectional na 20 MHz na kundisyon, kasama ang network access, update, o switchover time sa ibaba ng isang segundo at multi-hop networking na kakayahan. Ang mga halagang ito ay dapat ituring bilang mga pagtutukoy sa pagpapatakbo na nauugnay sa tinukoy na mga kundisyon sa halip na bilang katibayan na ang radyo ay gumagamit ng AODV, DSDV, OLSR, ZRP, o isa pang pinangalanang algorithm.

Samakatuwid, ang isang kapaki-pakinabang na routing decision matrix ay diretso:

Ang huling pagpili ay dapat pa ring magmula sa kinatawan na pagsubok. Ang isang MANET Mesh Radio ay maaaring gumanap nang iba bilang hop depth, channel congestion, mobility, interference, at kasabay na pagtaas ng trapiko, kahit na ang pinagbabatayan nitong diskarte sa pagruruta ay mukhang angkop sa papel. Dapat na mai-reproduce ng pagsubok ang inaasahang pagbuo, bilang ng node, paghahalo ng application, at mga kaganapan sa pagkabigo nang malapit nang maipakita kung paano nakikipagkumpitensya ang pagpapanatili ng ruta sa trapiko ng payload.

Para sa ibinahagi ang mga sistema ng MANET Mesh Radio tulad ng WDS MIMOmesh, mga kakayahan tulad ng dynamic na pagruruta at multi-hop relay na nagbibigay ng panimulang punto para sa pagpapatunay. Dapat kumpirmahin ng deployment team kung gaano kabilis umaangkop ang mga ruta, kung paano nagbabago ang throughput sa ilang hops, at kung nananatiling katanggap-tanggap ang latency kapag naabala ang topology. Ang katibayan na iyon ay mas mahalaga kaysa sa pagpili ng kagamitan dahil lamang sa paggamit nito ng terminong MANET Mesh Radio.

 

Konklusyon

Ang pagpili sa proactive, reactive, at hybrid na pagruruta ay nakasalalay sa kung paano binabalanse ng network ang pagiging handa ng ruta, kontrolin ang overhead, kadaliang kumilos, at oras ng pagbawi. Samakatuwid, ang isang MANET Mesh Radio ay dapat na masuri laban sa mga tunay na pattern ng trapiko, bilang ng mga hop, at mga pagbabago sa link sa halip na sa pamamagitan lamang ng mga label ng protocol.

Para sa mga deployment na nangangailangan ng mobile multi-hop connectivity, nag-aalok ang Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ng mga MIMOmesh system na may dynamic na pagruruta at multi-hop relay na kakayahan. Ginamit sa makatotohanang field testing, ang mga kakayahang ito ay makakatulong sa mga team na bumuo ng mga network na nagpapanatili ng komunikasyon nang mas mahusay habang nagbabago ang topology at mga kondisyon ng operating.

 

FAQ

Q: Ano ang mga pangunahing uri ng MANET routing protocols?

A: Ang mga protocol ng pagruruta ng MANET ay karaniwang nakagrupo sa mga proactive, reactive, at hybrid approach. Ang mga ito ay pangunahing naiiba sa kung kailan nilikha, pinananatili, at na-update ang mga ruta habang nagbabago ang topology ng network.

Q: Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng proactive at reactive na pagruruta ng MANET?

A: Ang aktibong pagruruta ay nagpapanatili ng mga ruta nang tuluy-tuloy, na binabawasan ang pagkaantala sa pag-setup ng ruta. Natutuklasan lamang ng reaktibong pagruruta ang mga landas kapag kinakailangan, na nagpapababa ng nakagawiang kontrol na trapiko ngunit maaaring tumaas ang paunang latency ng paghahatid.

T: Aling diskarte sa pagruruta ang pinakamahusay na gumagana sa mga napaka-mobile na MANET?

A: Walang universal choice. Ang pagganap ay nakasalalay sa katatagan ng ruta, dalas ng trapiko, densidad ng node, bilang ng hop, at mga kinakailangan sa pagbawi kaysa sa bilis ng paggalaw lamang.

T: Paano gumagana ang pagruruta sa isang network ng MANET Mesh Radio?

A: Ang MANET Mesh Radio ay maaaring magpasa ng trapiko sa pamamagitan ng mga kalapit na node, na nagpapahintulot sa data na maabot ang mga patutunguhan na lampas sa direktang saklaw ng radyo habang ang mga ruta ay umaangkop sa pagbabago ng koneksyon.

Q: Ang AODV ba ay aktibo o reaktibo?

A: Ang AODV ay isang reaktibong routing protocol. Natutuklasan nito ang mga ruta kapag hinihiling gamit ang kahilingan sa ruta at mga mensahe ng pagtugon, pagkatapos ay aayusin o pinapalitan ang mga landas kapag nabigo ang mga aktibong link.

Q: Bakit mahalaga ang routing overhead sa isang MANET?

A: Ang mga mensahe sa pagruruta ay nagbabahagi ng limitadong wireless airtime sa trapiko ng application. Maaaring bawasan ng sobrang kontrol na trapiko ang magagamit na throughput, lalo na habang tumataas ang bilang ng node, kadaliang kumilos, at aktibidad ng multi-hop.