モバイル アドホック ネットワークでは、ルーティングの最も難しい問題は、単にパスを見つける方法ではなく、そのパスをいつ作成し、どれくらいの期間維持する必要があるかということです。トポロジが定期的に変更されると、事前計算されたルートが古くなってしまう可能性があり、また、オンデマンド検出では、トラフィックが開始される前に遅延が追加される可能性があります。 MANET メッシュ無線ネットワークの場合、そのトレードオフは、遅延、制御オーバーヘッド、帯域幅の使用、およびリンク障害後の回復に直接影響します。プロアクティブ、リアクティブ、ハイブリッド ルーティングを理解することは、エンジニアがトラフィック パターン、モビリティ、実際のマルチホップ動作条件によりよく適合するアプローチを選択するのに役立ちます。
プロアクティブ ルーティングは、アプリケーション トラフィックがパスを必要とする前に、その作業の多くを実行します。ノードは継続的または定期的にルーティング情報を交換し、到達可能な宛先へのルートを事前に維持できるようにします。デバイスが送信する必要がある場合、MANET メッシュ ラジオは通常、新しいネットワーク全体のルート検索を開始する代わりに、既存の転送エントリを参照できます。
リアクティブ ルーティングは逆のアプローチをとります。考えられるすべてのルートを維持するのではなく、送信元が実際に宛先に到達する必要があるときにパスを検出します。これにより、トラフィックがまばらな場合の不必要なルーティング アクティビティが削減されますが、ルートが特定されるまで新しい通信フローが待機する必要がある場合があります。これら 2 つの動作により、どちらの方法が普遍的に優れているかという単純な問題ではなく、リソースと遅延の直接的なトレードオフが生じます。
ハイブリッド ルーティングは問題を分割します。ネットワークは、その範囲外の宛先に対してオンデマンド検出を使用しながら、頻繁に役立つルートや近くのルートをプロアクティブに維持できます。目標は、どちらのモデルのコストも排除することではなく、それらのコストを最も価値を生み出す場所に配置することです。
ルーティングアプローチ |
ルートの空き状況 |
制御オーバーヘッド |
新規路線の遅延 |
最も関連性があるのは、 |
積極的 |
通常は事前に入手可能 |
継続的または定期的 |
低い |
交通量が多い、または遅延が発生しやすい |
リアクティブ |
必要なときに作成される |
ほとんどが需要主導型 |
発見中は高くなる |
トラフィックが断続的または選択的である |
ハイブリッド |
ルーティングスコープに依存 |
両方のメソッド間で共有される |
目的地により異なります |
ローカルトラフィックと遠方トラフィックはパターンが異なります |
この表は、選択ルールとしてよりも出発点として役立ちます。プロアクティブな MANET メッシュ無線は、既知のルートへの高速アクセスを提供しますが、ほとんどデータを伝送しないパスの維持に貴重な通信時間を費やします。リアクティブ設計では、その制御負担の一部を回避できますが、ルートが頻繁に切断されると、検出を繰り返すとコストが高くなる可能性があります。ハイブリッド動作は、ネットワークの一部が永続的なルート情報を必要とする一方で、他の宛先がたまにしか接続されない場合に魅力的になります。
プロアクティブ プロトコルは、最初にエンドツーエンドの検索を実行しなくても、ノードがトラフィックを転送できるように十分なルーティング状態を維持します。ルーティングまたはトポロジのメッセージは定期的に、または関連する変更が発生したときに交換され、各ノードは到達可能な宛先のビューを更新します。その結果、通常、新しいアプリケーション フローが開始される前に転送情報が準備される MANET メッシュ無線ネットワークが実現します。
DSDV はよく知られた距離ベクトルの例ですが、OLSR はプロアクティブなリンクステート アプローチを表します。 OLSR は定期的にトポロジ情報を交換し、選択されたマルチポイント リレー (MPR) を使用して、制御メッセージ フラッディング時の冗長な再送信を削減します。 MPR メカニズムは、ブロードキャスト制御トラフィックの転送に必要なノードの数を制限し、従来のフラッディングと比較して不必要な再送信を削減します。
プロアクティブな動作は、メッシュの意味のある部分が定期的に通信する場合に最も説得力があります。多くのノード ペアがデータを交換する場合、すぐに使用されるルートを維持する方が、ルートを繰り返し検出するよりも効率的になる可能性があります。また、アプリケーションが予測可能な最初のパケットの遅延を重視しており、MANET メッシュ無線ネットワークに継続的なルーティング更新をサポートするのに十分な容量がある場合にも評価する価値があります。
ただし、モビリティが高いというだけでは、プロアクティブなルーティングが当然の選択になるわけではありません。トポロジの急激な変更により、保存されているルーティング情報がより早く陳腐化する可能性があり、ネットワーク ビューを有効に保つためにより頻繁な制御交換が必要になる場合があります。したがって、高密度のモバイル メッシュは、準備ができたルートから利益を得られると同時に、それらのルートを最新の状態に保つために多大な代償を払う可能性があります。
リアクティブ ルーティングは、実際の需要があるまでルートの作成を延期します。 AODV は明確な例を示しています。送信元が有効なルートを持たない宛先を必要とする場合、ルート要求 (RREQ) を生成できます。この要求は、適切なノードがルート応答 (RREP) を返し、宛先への転送情報を確立できるまで、アドホック ネットワークを通じて広められます。
ルートが存在すると、パケットごとに検出を繰り返すことなく、通常のトラフィックはそのルートを使用できます。アクティブ パス上のリンクが使用できなくなると、AODV はルート エラー (RERR) を生成する可能性があるため、影響を受けるノードは壊れたルートを無効にして修正措置を講じることができます。 RREQ、RREP、および RERR は連携して、ルートの検出、パスの確立、およびリンク障害後の回復をサポートします。
リアクティブ ルーティングは、ネットワークの一部だけがアクティブに通信している場合に魅力的です。広いエリアに多数の無線機が展開されているが、アクティブな送信元と宛先のペアは常に少数しかないメッシュを想像してください。考えられるすべてのペアの完全なルート情報を維持すると、比例した値を提供せずにチャネル容量を消費する可能性があります。このような状況下では、オンデマンド MANET メッシュ無線戦略により、アクティブなトラフィックの周囲にルーティング作業を集中させることができます。
断続的なテレメトリ、不定期のファイル転送、イベント駆動型のセンサー トラフィック、選択的なコマンド リンクなどは、メリットが得られるパターンの例です。その代償として、ルートが確立されている間に、新しい宛先への最初のパケットに追加の遅延が発生する可能性があります。デマンドベースのルーティングでは、不必要なルート保守が回避されると、ネットワーク帯域幅とエネルギーをより効率的に使用できますが、ルート検出により追加の遅延が発生します。
ルートが検出コストに見合った十分なトラフィックを配信する前に有効でなくなる可能性があるため、モビリティによって計算が変更されます。全体的な構成が安定した隣接関係を維持していれば、高速に移動する無線が自動的に問題になることはありません。逆に、建物、地形、干渉、アンテナの影などを比較的ゆっくりと移動すると、経路が繰り返し遮断される可能性があります。
そのため、多くの場合、車両やプラットフォームの速度よりもルートの存続期間のほうが運用上の問題となります。 MANET メッシュ無線がパスを繰り返し検出し、その後すぐにパスを失う場合、反応性のオーバーヘッドと中断が急速に増加する可能性があります。したがって、オンデマンド ルーティングの適合性は、トラフィック需要と、検出されたパスがどれだけ長く有用であるかによって決まります。
ハイブリッド ルーティングは、考えられるすべての宛先に対するネットワーク全体のメンテナンスを回避しながら、最大のメリットが得られる場所にプロアクティブなルート メンテナンスを配置しようとします。ゾーン ルーティング プロトコル (ZRP) は、この考え方を明確に示しています。各ノードはローカル ルーティング ゾーン内でルートをプロアクティブに維持し、そのゾーン外の宛先にはリアクティブなクエリと応答のメカニズムを通じて到達します。
ZRP では、ルーティング ゾーンはホップ単位で測定される構成可能な半径によって定義されます。半径が大きいということは、ノードが周囲のトポロジーをより多く事前に認識していることを意味し、即時のルート可用性が向上するだけでなく、ルーティング保守の範囲も拡大します。半径が小さいと、ローカル制御の負担が制限され、より遠隔の通信がリアクティブディスカバリに向けて推進されます。
ZRP は、すべてのハイブリッド MANET メッシュ無線が同じメカニズムを使用していることを証明するのではなく、アーキテクチャの例として扱うのが最適です。 ZRP はインターネット標準にはならず、IETF インターネット ドラフトのままですが、そのローカル プロアクティブおよびグローバル リアクティブ構造は、依然としてハイブリッド ルーティングの動作を理解するための有用なモデルです。
ハイブリッド モデルは、トラフィックがネットワーク全体に均一に分散されていない場合に特に重要になります。近くのノードのグループは音声、テレメトリ、または調整データを継続的に交換することができますが、より遠くにあるノードとの通信はたまにしか発生しません。近くのルートを維持することで一般的なローカル トラフィックの遅延を最小限に抑えることができ、オンデマンド検出によりすべてのリモート パスを継続的に追跡することを回避できます。
したがって、より大きなメッシュや運用上多様なメッシュは、ハイブリッド動作の評価を正当化することができます。課題は、単純なプロトコル ラベルではなく構成です。ゾーン サイズとルーティング スコープによって、どの程度のプロアクティブなオーバーヘッドが受け入れられるか、またどのくらいの頻度でリアクティブな検出が必要になるかが決まります。したがって、ハイブリッド MANET メッシュ無線は、両方の純粋なアプローチを自動的に上回ると仮定するのではなく、現実的なノード間隔とトラフィック分散の下でテストする必要があります。
ネットワークが実際に伝送する必要があるトラフィックから始めます。継続的なビデオ、音声、コマンド リンク、永続的なテレメトリ、および頻繁なノード間のデータ交換により、時折発生するセンサー レポートやファイル転送とは異なるルーティング要求が生じます。通信が一定で、目的地がすぐに変わる可能性がある場合は、ルートの準備がより重要視される可能性があります。少数のパスのみがアクティブである場合、未使用のルートを維持することを正当化するのは困難になる可能性があります。
ルートの安定性は、実際のモビリティ速度とは別に評価する必要があります。編隊を組んで移動する航空機や車両に搭載された無線機は、比較的安定した近隣関係を維持しながら高速に移動できます。対照的に、構造物、地形、植生、その他の障害物の背後を移動する低速の MANET メッシュ ラジオでは、物理速度が低いにもかかわらず、リンクが頻繁に変更される可能性があります。
有用な測定値は、エンドツーエンドのルートがどのくらいの時間存続可能であるか、また、通信が不可能な場合にどれだけ早く回復するかということです。アプリケーションの要件によって、短いルート検出間隔または回復間隔が許容されるかどうかが決まります。
プロトコル理論は、無線プラットフォームが実際に実装および測定するものと結びついて初めて役に立ちます。 WDS MIMOmesh Lightweight Airborne シリーズは、分散型のセンターレス ワイヤレス アドホック アーキテクチャと、レイヤー 2 またはレイヤー 3 のダイナミック ルーティング、マルチホップ リレー、およびポイントツーポイント、ポイントツーマルチポイント、マルチポイントツーマルチポイント、スター、ライン、ネットワーク、およびハイブリッド トポロジ モードを組み合わせています。これらの機能は、特定の教科書的なルーティング プロトコルを実装していることを前提とせずに、MANET メッシュ ラジオがモバイル マルチホップ展開にどのように適合できるかを評価するときに関連します。
MIMOメッシュ 軽量の空中 MANET メッシュ ラジオ シリーズは、 単方向 20 MHz 条件下で 6 ミリ秒の平均シングルホップ遅延をサポートし、1 秒未満のネットワーク アクセス、更新、またはスイッチオーバー時間とマルチホップ ネットワーキング機能をサポートします。これらの値は、無線が AODV、DSDV、OLSR、ZRP、または別の名前付きアルゴリズムを使用しているという証拠としてではなく、定義された条件に関連付けられた動作仕様として扱う必要があります。
したがって、有用なルーティング決定マトリックスは次のように簡単です。
導入動作 |
最初に評価するルーティングアプローチ |
頻繁なトラフィック、宛先の変更、厳格な最初のパケットの遅延 |
積極的 |
散発的なトラフィック、アクティブなルートが比較的少ない、検出許容度が高い |
リアクティブ |
ローカル トラフィックが頻繁に発生し、ローカル グループを超えた通信が時折発生する |
ハイブリッド |
最終的な選択は、依然として代表的なテストから行われる必要があります。 MANET メッシュ無線は、基礎となるルーティング戦略が机上では適切であるように見えても、ホップの深さ、チャネルの輻輳、モビリティ、干渉、および同時トラフィックの増加に応じてパフォーマンスが異なる場合があります。テストでは、ルートの保守がペイロード トラフィックとどのように競合するかを明らかにするために、予想される構成、ノード数、アプリケーションの組み合わせ、および障害イベントを十分に厳密に再現する必要があります。
のために WDS MIMOmesh などの分散型 MANET メッシュ無線システム 、ダイナミック ルーティングやマルチホップ リレーなどの機能が検証の開始点となります。導入チームは、ルートがどの程度早く適応するか、複数のホップでスループットがどのように変化するか、トポロジが乱れたときに遅延が許容範囲内にあるかどうかを確認する必要があります。この証拠は、仕様で MANET メッシュ無線という用語が使用されているという理由だけで機器を選択するよりも価値があります。
プロアクティブ、リアクティブ、ハイブリッド ルーティングのいずれを選択するかは、ネットワークがルートの準備状況、制御オーバーヘッド、モビリティ、および回復時間のバランスをどのように取るかによって決まります。したがって、MANET メッシュ無線は、プロトコル ラベルだけではなく、実際のトラフィック パターン、ホップ カウント、およびリンクの変更に対して評価する必要があります。
モバイル マルチホップ接続が必要な導入向けに、Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. は、ダイナミック ルーティングとマルチホップ リレー機能を備えた MIMOmesh システムを提供しています。これらの機能を現実的なフィールド テストで使用すると、チームはトポロジや動作条件の変化に応じて通信をより効率的に維持するネットワークを構築できます。
A: MANET ルーティング プロトコルは、通常、プロアクティブ、リアクティブ、ハイブリッド アプローチに分類されます。両者の主な違いは、ネットワーク トポロジの変更に応じてルートがいつ作成、維持、更新されるかという点です。
A: プロアクティブ ルーティングはルートを継続的に維持し、ルート セットアップの遅延を軽減します。リアクティブ ルーティングは、必要な場合にのみパスを検出するため、日常的な制御トラフィックは減少しますが、初期伝送遅延が増加する可能性があります。
A: 普遍的な選択肢はありません。パフォーマンスは、モビリティ速度だけではなく、ルートの安定性、トラフィック頻度、ノード密度、ホップ数、および回復要件によって決まります。
A: MANET メッシュ無線は、隣接するノードを介してトラフィックを転送できるため、ルートが接続の変化に適応しながら、直接の無線範囲を超えてデータが宛先に到達できるようになります。
A: AODV はリアクティブ ルーティング プロトコルです。ルート要求と応答メッセージを使用してオンデマンドでルートを検出し、アクティブなリンクに障害が発生した場合はパスを修復または置き換えます。
A: ルーティング メッセージは、限られたワイヤレス通信時間をアプリケーション トラフィックと共有します。過剰な制御トラフィックは、特にノード数、モビリティ、およびマルチホップ アクティビティが増加するにつれて、使用可能なスループットを低下させる可能性があります。