MANET protokoli usmjeravanja: proaktivni, reaktivni i hibridni

U mobilnoj ad hoc mreži, najteže pitanje usmjeravanja nije samo kako pronaći put, već kada taj put treba stvoriti i koliko dugo ga treba održavati. Stalne promjene topologije mogu učiniti unaprijed izračunate rute ustajalima, dok otkrivanje na zahtjev može dodati kašnjenje prije pokretanja prometa. Za MANET Mesh Radio mrežu, taj kompromis izravno utječe na kašnjenje, troškove kontrole, korištenje propusnosti i oporavak nakon kvara veze. Razumijevanje proaktivnog, reaktivnog i hibridnog usmjeravanja pomaže inženjerima da odaberu pristup koji bolje odgovara obrascima prometa, mobilnosti i stvarnim radnim uvjetima s više skokova.

 

Proaktivno, reaktivno i hibridno usmjeravanje na prvi pogled

Glavna je razlika u tome kada se usmjeravanje odvija

Proaktivno usmjeravanje obavi veći dio svog posla prije nego što aplikacijski promet treba put. Čvorovi kontinuirano ili povremeno razmjenjuju informacije o usmjeravanju, što im omogućuje da unaprijed održavaju rute do dostupnih odredišta. Kada uređaj treba odašiljati, MANET Mesh Radio obično može konzultirati postojeći unos prosljeđivanja umjesto da započne novu pretragu rute na cijeloj mreži.

Reaktivno usmjeravanje ima suprotan pristup. Umjesto da održava svaku moguću rutu, otkriva stazu kada izvor zapravo treba doći do odredišta. To smanjuje nepotrebnu aktivnost usmjeravanja kada je promet rijedak, ali će novi komunikacijski tok možda morati pričekati dok se ruta ne pronađe. Ova dva ponašanja stvaraju izravan kompromis između resursa i odgode umjesto jednostavnog pitanja koja je metoda univerzalno bolja.

Hibridno usmjeravanje dijeli problem. Mreža može održavati često korisne ili obližnje rute proaktivno dok koristi otkrivanje na zahtjev za odredišta izvan tog opsega. Cilj nije eliminirati troškove bilo kojeg modela, već smjestiti te troškove tamo gdje stvaraju najveću vrijednost.

Usporedite ustupke koji su važni u MANET-u

Tablica je korisnija kao polazna točka nego kao pravilo odabira. Proaktivni MANET Mesh Radio može omogućiti brz pristup poznatim rutama, ali troši dragocjeno vrijeme na održavanje staza koje prenose malo podataka. Reaktivni dizajn može izbjeći dio tog tereta kontrole, no opetovana otkrića mogu postati skupa ako se rute često prekidaju. Hibridno ponašanje postaje privlačno kada jedan dio mreže treba stalno poznavanje rute, dok se druga odredišta kontaktiraju samo povremeno.

 

Proaktivno usmjeravanje: Održavanje ruta spremnima prije nego što dođe do prometa

Kako proaktivno usmjeravanje održava mrežni prikaz

Proaktivni protokol održava dovoljno stanja usmjeravanja za čvorove za prosljeđivanje prometa bez prethodnog izvođenja pretraživanja od kraja do kraja. Poruke o usmjeravanju ili topologiji razmjenjuju se u redovitim intervalima ili kada se dogode relevantne promjene, a svaki čvor ažurira svoj prikaz dostupnih odredišta. Rezultat je MANET Mesh Radio mreža u kojoj se informacije o prosljeđivanju općenito pripremaju prije nego započne novi tok aplikacije.

DSDV je poznati primjer vektora udaljenosti, dok OLSR predstavlja proaktivni pristup stanja veze. OLSR redovito razmjenjuje informacije o topologiji i koristi odabrane multipoint releje, ili MPR-ove, za smanjenje redundantnih ponovnih prijenosa tijekom preplavljivanja kontrolnih poruka. MPR mehanizam ograničava broj čvorova potrebnih za prosljeđivanje prometa kontrole emitiranja, smanjujući nepotrebne ponovne prijenose u usporedbi s konvencionalnim floodom.

Kada se dodatno usmjeravanje prometa isplati

Proaktivno ponašanje je najuvjerljivije kada smisleni dio mreže redovito komunicira. Ako mnogo parova čvorova razmjenjuje podatke, održavanje ruta koje će se uskoro koristiti može biti učinkovitije od njihovog ponovnog otkrivanja. Također je vrijedno procijeniti kada aplikacija daje visoku vrijednost predvidljivoj latenciji prvog paketa i kada MANET Mesh Radio mreža ima dovoljno kapaciteta da podrži stalna ažuriranja usmjeravanja.

Međutim, sama visoka mobilnost ne čini proaktivno usmjeravanje očitim izborom. Brze promjene topologije mogu brže učiniti pohranjene informacije o usmjeravanju zastarjelima, što može zahtijevati češće razmjene kontrola kako bi prikaz mreže ostao koristan. Gusta mobilna mreža stoga može dobiti od spremnih ruta, a istovremeno plaća značajnu cijenu za održavanje tih ruta aktualnima.

 

Reaktivno usmjeravanje: pronalaženje puta samo kada je potrebno

Od zahtjeva za rutu do popravka rute

Reaktivno usmjeravanje odgađa stvaranje rute dok ne bude stvarne potražnje. AODV daje jasan primjer: kada izvor treba odredište za koje nema važeću rutu, može generirati zahtjev za rutu ili RREQ. Taj se zahtjev širi kroz ad hoc mrežu sve dok odgovarajući čvor ne vrati Route Reply ili RREP, uspostavljajući informacije o prosljeđivanju prema odredištu.

Jednom kada ruta postoji, normalan promet je može koristiti bez ponavljanja otkrivanja za svaki paket. Ako veza na aktivnom putu postane neupotrebljiva, AODV može generirati pogrešku rute ili RERR, tako da pogođeni čvorovi mogu poništiti pokvarenu rutu i poduzeti korektivne radnje. RREQ, RREP i RERR rade zajedno kako bi podržali otkrivanje rute, uspostavljanje staze i oporavak nakon kvara veze.

Gdje usmjeravanje na zahtjev ima više smisla

Reaktivno usmjeravanje može biti privlačno kada samo dio mreže aktivno komunicira. Zamislite isprepletenu mrežu s mnogo radija raspoređenih na širokom području, ali samo nekoliko aktivnih parova izvor-odredište u bilo kojem trenutku. Održavanje potpunih informacija o ruti za svaki mogući par moglo bi potrošiti kapacitet kanala bez pružanja proporcionalne vrijednosti. Pod tim uvjetima, MANET Mesh Radio strategija na zahtjev može usmjeriti napor oko aktivnog prometa.

Isprekidana telemetrija, povremeni prijenosi datoteka, promet senzora vođen događajima i selektivne naredbene veze primjeri su obrazaca koji mogu biti od koristi. Kompromis je u tome što prvi paket za novo odredište može doživjeti dodatno kašnjenje dok se ruta uspostavlja. Usmjeravanje na temelju zahtjeva može učinkovitije koristiti propusnost mreže i energiju kada se izbjegne nepotrebno održavanje rute, ali otkrivanje rute uvodi dodatno kašnjenje.

Mobilnost mijenja izračun jer rute mogu prestati biti važeće prije nego isporuče dovoljno prometa da opravdaju svoje troškove otkrivanja. Radio koji se brzo kreće nije automatski problematičan ako cjelokupna formacija održava stabilne susjedske odnose. Suprotno tome, relativno sporo kretanje kroz zgrade, teren, smetnje ili zasjenjenje antene mogu opetovano prekinuti putanju.

Iz tog je razloga životni vijek rute često bolje operativno pitanje od brzine vozila ili platforme. Ako MANET Mesh Radio opetovano otkriva put samo da bi ga izgubio nekoliko trenutaka kasnije, reaktivni troškovi i prekidi mogu brzo porasti. Prikladnost usmjeravanja na zahtjev stoga ovisi i o prometnoj potražnji i o tome koliko dugo otkriveni putovi ostaju korisni.

 

Hibridno usmjeravanje: Održavanje obližnjih staza spremnima bez praćenja svega

Kako lokalno proaktivno usmjeravanje i šire otkrivanje funkcioniraju zajedno

Hibridno usmjeravanje pokušava smjestiti proaktivno održavanje rute tamo gdje ima najveću korist, izbjegavajući održavanje cijele mreže za svako moguće odredište. Zone Routing Protocol, ili ZRP, jasno ilustrira ideju. Svaki čvor proaktivno održava rute unutar lokalne zone usmjeravanja, dok se do odredišta izvan te zone dolazi putem reaktivnog mehanizma upita i odgovora.

U ZRP-u je zona usmjeravanja definirana konfigurabilnim radijusom mjerenim u skokovima. Veći radijus znači da čvor proaktivno zna više o svojoj okolnoj topologiji, povećavajući trenutnu dostupnost rute, ali i proširujući opseg održavanja usmjeravanja. Manji radijus ograničava taj teret lokalne kontrole dok gura udaljenije komunikacije prema reaktivnom otkrivanju.

ZRP je najbolje tretirati kao arhitektonski primjer, a ne kao dokaz da svaki hibridni MANET Mesh Radio koristi isti mehanizam. ZRP je ostao IETF internetski nacrt umjesto da postane internetski standard, ali njegova lokalno proaktivna i globalno reaktivna struktura ostaje koristan model za razumijevanje ponašanja hibridnog usmjeravanja.

Gdje hibridni pristup postaje koristan

Hibridni model postaje posebno relevantan kada promet nije ravnomjerno raspoređen po mreži. Skupina obližnjih čvorova može kontinuirano razmjenjivati ​​glasovne, telemetrijske ili podatke o koordinaciji, dok se komunikacija s udaljenijim čvorovima događa samo povremeno. Održavanje ruta u blizini može smanjiti kašnjenje za uobičajeni lokalni promet, dok otkrivanje na zahtjev izbjegava kontinuirano praćenje svake udaljene staze.

Veće ili operativno različite mreže stoga mogu opravdati procjenu hibridnog ponašanja. Izazov je konfiguracija, a ne jednostavna oznaka protokola: veličina zone i opseg usmjeravanja određuju koliko je proaktivnih troškova prihvaćeno i koliko je često potrebno reaktivno otkrivanje. Hibridni MANET Mesh Radio trebao bi stoga biti testiran pod realnim razmakom čvorova i distribucijom prometa umjesto da se pretpostavlja da automatski nadmašuje oba čista pristupa.

 

Odabir pristupa usmjeravanju za pravu MANET Mesh radio mrežu

Započnite s uzorkom prometa i stabilnošću rute

Počnite s prometom koji mreža zapravo mora prenositi. Kontinuirani video, glas, naredbene veze, trajna telemetrija i česte razmjene podataka između čvorova stvaraju različite zahtjeve za usmjeravanje od povremenih izvješća senzora ili prijenosa datoteka. Kada je komunikacija stalna i odredište se može brzo mijenjati, spremnost rute možda zaslužuje veću težinu; kada je samo nekoliko staza aktivno, održavanje neiskorištenih ruta može biti teže opravdati.

Stabilnost rute treba procijeniti odvojeno od sirove brzine mobilnosti. Radiouređaji montirani na zrakoplove ili vozila koja se kreću u formaciji mogu brzo putovati dok održavaju relativno stabilne susjedske odnose. Nasuprot tome, sporiji MANET Mesh Radio koji se kreće iza struktura, terena, vegetacije ili drugih prepreka može doživjeti česte promjene veze unatoč nižoj fizičkoj brzini.

Korisno mjerenje je koliko dugo ruta od kraja do kraja ostaje održiva i koliko brzo se komunikacija oporavlja kada nije. Zahtjevi aplikacije tada određuju je li prihvatljiv kratki interval otkrivanja rute ili oporavka.

Povežite teoriju usmjeravanja s mogućnostima Mesh radija

Teorija protokola postaje korisna tek kada je povezana s onim što radijska platforma stvarno implementira i mjeri. WDS MIMOmesh Lightweight Airborne serija kombinira distribuiranu bežičnu ad hoc arhitekturu bez središta s slojem 2 ili slojem 3 dinamičkog usmjeravanja, relejom s više skokova i načinima topologije od točke do točke, točke do više točaka, više točaka do više točaka, zvijezde, linije, mreže i hibridne topologije. Ove mogućnosti su relevantne kada se procjenjuje kako se MANET Mesh Radio može uklopiti u mobilne multi-hop implementacije bez pretpostavke da implementira određeni protokol usmjeravanja iz udžbenika.

MIMOmesh lagana zračna serija MANET Mesh Radio podržava prosječno kašnjenje jednog skoka od 6 ms pod jednosmjernim uvjetima od 20 MHz, zajedno s mrežnim pristupom, ažuriranjem ili vremenom prebacivanja ispod jedne sekunde i mogućnošću umrežavanja s više skokova. Ove vrijednosti treba tretirati kao radne specifikacije povezane s definiranim uvjetima, a ne kao dokaz da radio koristi AODV, DSDV, OLSR, ZRP ili neki drugi algoritam.

Korisna matrica odluka o usmjeravanju stoga je jednostavna:

Konačni odabir ipak bi trebao proizaći iz reprezentativnog testiranja. MANET Mesh Radio može raditi drugačije s povećanjem dubine skoka, zagušenja kanala, mobilnosti, smetnji i istodobnog prometa, čak i kada njegova temeljna strategija usmjeravanja izgleda prikladno na papiru. Testiranje bi trebalo dovoljno precizno reproducirati očekivanu formaciju, broj čvorova, mješavinu aplikacija i događaje kvarova da bi se otkrilo kako se održavanje rute natječe s prometom korisnog tereta.

Za distribuirani MANET Mesh Radio sustavi kao što je WDS MIMOmesh, mogućnosti kao što su dinamičko usmjeravanje i relej s više skokova pružaju početnu točku za provjeru valjanosti. Tim za implementaciju trebao bi potvrditi koliko se brzo rute prilagođavaju, kako se propusnost mijenja tijekom nekoliko skokova i ostaje li kašnjenje prihvatljivo kada je topologija poremećena. Taj je dokaz vrjedniji od odabira opreme samo zato što njezine specifikacije koriste izraz MANET Mesh Radio.

 

Zaključak

Odabir između proaktivnog, reaktivnog i hibridnog usmjeravanja svodi se na to kako mreža uravnotežuje spremnost rute, troškove kontrole, mobilnost i vrijeme oporavka. MANET Mesh Radio bi stoga trebao biti ocijenjen prema obrascima stvarnog prometa, broju skokova i promjenama veze, a ne samo prema oznakama protokola.

Za implementacije kojima je potrebna mobilna povezivost s više skokova, Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. nudi MIMOmesh sustave s dinamičkim usmjeravanjem i mogućnostima releja s više skokova. Korištene uz realno testiranje na terenu, ove mogućnosti mogu pomoći timovima u izgradnji mreža koje učinkovitije održavaju komunikaciju kako se topologija i radni uvjeti mijenjaju.

 

FAQ

P: Koje su glavne vrste MANET protokola za usmjeravanje?

O: MANET protokoli usmjeravanja obično se grupiraju u proaktivne, reaktivne i hibridne pristupe. Razlikuju se uglavnom po tome kada se rute stvaraju, održavaju i ažuriraju kako se mijenja topologija mreže.

P: Koja je razlika između proaktivnog i reaktivnog MANET usmjeravanja?

O: Proaktivno usmjeravanje kontinuirano održava rute, smanjujući kašnjenje postavljanja rute. Reaktivno usmjeravanje otkriva staze samo kada je potrebno, što smanjuje promet rutinske kontrole, ali može povećati početnu latenciju prijenosa.

P: Koji pristup usmjeravanju najbolje funkcionira u visoko mobilnim MANET-ima?

O: Ne postoji univerzalni izbor. Izvedba ovisi o stabilnosti rute, učestalosti prometa, gustoći čvorova, broju skokova i zahtjevima za oporavak, a ne samo o brzini mobilnosti.

P: Kako funkcionira usmjeravanje u MANET Mesh Radio mreži?

O: MANET Mesh Radio može proslijediti promet kroz susjedne čvorove, dopuštajući podacima da dosegnu odredišta izvan izravnog dometa radija, dok se rute prilagođavaju promjenjivoj povezanosti.

P: Je li AODV proaktivan ili reaktivan?

O: AODV je reaktivni protokol usmjeravanja. Otkriva rute na zahtjev pomoću poruka zahtjeva za rutom i odgovora, zatim popravlja ili zamjenjuje staze kada aktivne veze zakažu.

P: Zašto je usmjeravanje važno u MANET-u?

O: Poruke o usmjeravanju dijele ograničeno bežično vrijeme s prometom aplikacija. Prekomjerni kontrolni promet može smanjiti upotrebljivu propusnost, posebno s povećanjem broja čvorova, mobilnosti i aktivnosti s više skokova.