Smerovacie protokoly MANET: proaktívne, reaktívne a hybridné

V mobilnej ad hoc sieti nie je najťažšou otázkou smerovania jednoducho to, ako nájsť cestu, ale kedy by mala byť táto cesta vytvorená a ako dlho by sa mala udržiavať. Neustále zmeny topológie môžu spôsobiť neaktuálnosť vopred vypočítaných trás, zatiaľ čo zisťovanie na požiadanie môže pridať oneskorenie pred spustením premávky. V prípade siete MANET Mesh Radio tento kompromis priamo ovplyvňuje latenciu, réžiu riadenia, využitie šírky pásma a obnovu po zlyhaní spojenia. Pochopenie proaktívneho, reaktívneho a hybridného smerovania pomáha inžinierom zvoliť si prístup, ktorý lepšie zodpovedá vzorom premávky, mobilite a skutočným viacskokovým prevádzkovým podmienkam.

 

Proaktívne, reaktívne a hybridné smerovanie v skratke

Hlavný rozdiel je v tom, keď dôjde k práci na smerovaní

Proaktívne smerovanie vykoná veľkú časť svojej práce predtým, ako prevádzka aplikácie potrebuje cestu. Uzly si nepretržite alebo periodicky vymieňajú informácie o smerovaní, čo im umožňuje vopred udržiavať trasy k dosiahnuteľným cieľom. Keď zariadenie potrebuje vysielať, MANET Mesh Radio môže zvyčajne konzultovať existujúci záznam o preposielaní namiesto začatia nového hľadania trasy v celej sieti.

Reaktívne smerovanie má opačný prístup. Namiesto udržiavania každej možnej trasy objaví cestu, keď zdroj skutočne potrebuje dosiahnuť cieľ. To znižuje zbytočnú smerovaciu aktivitu, keď je premávka riedka, ale nový komunikačný tok môže čakať, kým sa trasa nájde. Tieto dve správania vytvárajú priamy kompromis medzi zdrojmi a oneskorením, a nie jednoduchou otázkou, ktorá metóda je všeobecne lepšia.

Hybridné smerovanie rozdeľuje problém. Sieť môže proaktívne udržiavať často užitočné alebo blízke trasy, pričom využíva vyhľadávanie cieľov mimo tohto rozsahu na požiadanie. Cieľom nie je eliminovať náklady oboch modelov, ale umiestniť tieto náklady tam, kde vytvárajú najväčšiu hodnotu.

Porovnajte kompromisy, na ktorých záleží v MANET

Tabuľka je užitočnejšia ako východiskový bod než ako pravidlo výberu. Proaktívne rádio MANET Mesh Radio môže poskytnúť rýchly prístup k známym trasám, no trávi cenný čas vysielania udržiavaním ciest, ktoré prenášajú málo údajov. Reaktívny dizajn sa môže vyhnúť časti tohto kontrolného zaťaženia, ale opakované objavy môžu byť drahé, keď sa trasy často prerušujú. Hybridné správanie sa stáva atraktívnym, keď jedna časť siete potrebuje trvalé znalosti trasy, zatiaľ čo iné destinácie sú kontaktované len príležitostne.

 

Proaktívne smerovanie: Udržiavanie trás pripravených pred príchodom premávky

Ako proaktívne smerovanie udržiava sieťové zobrazenie

Proaktívny protokol udržiava dostatočný stav smerovania pre uzly na preposielanie prevádzky bez predchádzajúceho vykonania end-to-end vyhľadávania. Smerovacie alebo topologické správy sa vymieňajú v pravidelných intervaloch alebo keď nastanú relevantné zmeny a každý uzol aktualizuje svoj pohľad na dosiahnuteľné ciele. Výsledkom je sieť MANET Mesh Radio, v ktorej sa informácie o preposielaní vo všeobecnosti pripravujú pred začatím toku novej aplikácie.

DSDV je známy príklad vektora vzdialenosti, zatiaľ čo OLSR predstavuje proaktívny prístup k stavu spojenia. OLSR si pravidelne vymieňa informácie o topológii a používa vybrané viacbodové relé alebo MPR na zníženie redundantných opakovaných prenosov počas zahlcovania riadiacimi správami. Mechanizmus MPR obmedzuje počet uzlov, ktoré sú potrebné na preposielanie vysielacej riadiacej prevádzky, čím sa redukujú zbytočné opakované prenosy v porovnaní s konvenčným zahltením.

Keď sa extra routovacia prevádzka oplatí

Proaktívne správanie je najpútavejšie, keď zmysluplná časť siete pravidelne komunikuje. Ak si veľa párov uzlov vymieňa údaje, udržiavanie trás, ktoré sa čoskoro použijú, môže byť efektívnejšie ako ich opakované objavovanie. Tiež sa oplatí vyhodnotiť, keď aplikácia kladie vysoký dôraz na predvídateľnú latenciu prvého paketu a sieť MANET Mesh Radio má dostatočnú kapacitu na podporu pokračujúcich aktualizácií smerovania.

Samotná vysoká mobilita však neznamená, že proaktívne smerovanie je jasnou voľbou. Rýchle zmeny topológie môžu spôsobiť, že uložené informácie o smerovaní budú rýchlejšie zastarané, čo môže vyžadovať častejšiu výmenu ovládacích prvkov, aby bol prehľad siete užitočný. Hustá mobilná sieť môže preto získať z pripravených trás a súčasne platiť značnú cenu za udržiavanie týchto trás aktuálnych.

 

Reaktívne smerovanie: Hľadanie cesty len vtedy, keď je to potrebné

Od požiadavky na trasu po opravu trasy

Reaktívne smerovanie odkladá vytvorenie trasy, kým nebude skutočný dopyt. AODV poskytuje jasný príklad: keď zdroj potrebuje cieľ, pre ktorý nemá platnú trasu, môže vygenerovať požiadavku na trasu alebo RREQ. Táto požiadavka je šírená cez sieť ad hoc, kým vhodný uzol nemôže vrátiť Route Reply alebo RREP, čím sa vytvorí informácia o preposielaní smerom k cieľu.

Keď už trasa existuje, bežná prevádzka ju môže použiť bez opakovaného zisťovania pre každý paket. Ak sa prepojenie na aktívnej ceste stane nepoužiteľným, AODV môže vygenerovať chybu Route Error alebo RERR, takže postihnuté uzly môžu zrušiť platnosť prerušenej trasy a vykonať nápravné opatrenie. RREQ, RREP a RERR spolupracujú pri podpore zisťovania trasy, vytvárania cesty a obnovy po zlyhaní spojenia.

Kde má smerovanie na požiadanie väčší zmysel

Reaktívne smerovanie môže byť atraktívne, keď aktívne komunikuje iba časť siete. Predstavte si sieť s mnohými rádiami rozmiestnenými v širokej oblasti, ale len s niekoľkými aktívnymi pármi zdroj-cieľ v danom okamihu. Udržiavanie úplných informácií o trase pre každý možný pár by mohlo spotrebovať kapacitu kanála bez poskytovania proporcionálnej hodnoty. Za týchto podmienok môže stratégia MANET Mesh Radio na požiadanie sústrediť smerovacie úsilie na aktívnu prevádzku.

Prerušovaná telemetria, príležitostné prenosy súborov, prevádzka senzorov riadená udalosťami a selektívne príkazové prepojenia sú príklady vzorov, ktoré môžu byť prospešné. Kompromisom je, že prvý paket pre nový cieľ môže zaznamenať ďalšie oneskorenie, kým sa vytvorí trasa. Smerovanie založené na dopyte môže efektívnejšie využívať šírku pásma a energiu siete, keď sa vyhnete zbytočnej údržbe trasy, ale zisťovanie trasy predstavuje ďalšiu latenciu.

Mobilita mení výpočet, pretože trasy môžu prestať byť platné skôr, ako prinesú dostatočnú premávku, aby odôvodnili ich cenu za objavenie. Rýchlo sa pohybujúce rádio nie je automaticky problematické, ak si celková zostava zachová stabilné susedské vzťahy. Naopak, relatívne pomalý pohyb cez budovy, terén, rušenie alebo tienenie antény môže opakovane prerušovať cesty.

Z tohto dôvodu je životnosť trasy často lepšou prevádzkovou otázkou ako rýchlosť vozidla alebo plošiny. Ak MANET Mesh Radio opakovane objaví cestu, aby ju o chvíľu neskôr stratil, reaktívna réžia a prerušenia môžu rýchlo narásť. Vhodnosť smerovania na požiadanie preto závisí od dopytu po prevádzke a od toho, ako dlho zostávajú objavené cesty užitočné.

 

Hybridné smerovanie: Udržiavanie ciest v okolí pripravených bez sledovania všetkého

Ako miestne proaktívne smerovanie a širšie zisťovanie spolupracujú

Hybridné smerovanie sa snaží umiestniť proaktívnu údržbu trasy tam, kde má najväčší úžitok, pričom sa vyhýba celosieťovej údržbe pre každý možný cieľ. Zónový smerovací protokol alebo ZRP túto myšlienku jasne ilustruje. Každý uzol proaktívne udržiava trasy v rámci lokálnej smerovacej zóny, zatiaľ čo ciele mimo tejto zóny sú dosiahnuté prostredníctvom reaktívneho mechanizmu dopytu a odpovede.

V ZRP je smerovacia zóna definovaná konfigurovateľným polomerom meraným v skokoch. Väčší polomer znamená, že uzol proaktívne pozná viac o svojej okolitej topológii, čím sa zvyšuje okamžitá dostupnosť trasy, ale tiež sa rozširuje rozsah údržby smerovania. Menší polomer obmedzuje zaťaženie miestnej kontroly a zároveň posúva vzdialenejšie komunikácie smerom k reaktívnemu objavovaniu.

ZRP sa najlepšie považuje za architektonický príklad a nie ako dôkaz, že každé hybridné rádio MANET Mesh Radio používa rovnaký mechanizmus. ZRP zostal skôr internetovým návrhom IETF, než by sa stal internetovým štandardom, ale jeho lokálna proaktívna a globálna reaktívna štruktúra zostáva užitočným modelom na pochopenie správania hybridného smerovania.

Kde sa hybridný prístup stáva užitočným

Hybridný model sa stáva obzvlášť dôležitým, keď prevádzka nie je rovnomerne rozložená v sieti. Skupina blízkych uzlov si môže nepretržite vymieňať hlasové, telemetrické alebo koordinačné údaje, zatiaľ čo komunikácia so vzdialenejšími uzlami prebieha len príležitostne. Udržiavanie blízkych trás môže minimalizovať oneskorenie bežnej miestnej premávky, zatiaľ čo vyhľadávanie na požiadanie zabraňuje neustálemu sledovaniu každej vzdialenej cesty.

Väčšie alebo prevádzkovo rôznorodé oká môžu preto odôvodniť hodnotenie hybridného správania. Výzvou je skôr konfigurácia než jednoduché označenie protokolu: veľkosť zóny a rozsah smerovania určujú, aká proaktívna réžia je akceptovaná a ako často je potrebné reaktívne zisťovanie. Hybridné rádio MANET Mesh Radio by sa preto malo testovať pri realistickom rozmiestnení uzlov a distribúcii prevádzky namiesto toho, aby sa predpokladalo, že automaticky prekoná oba čisté prístupy.

 

Výber smerovacieho prístupu pre skutočnú rádiovú sieť MANET Mesh

Začnite s dopravným vzorom a stabilitou trasy

Začnite s prevádzkou, ktorú musí sieť skutočne prenášať. Nepretržité video, hlas, príkazové prepojenia, trvalá telemetria a časté výmeny údajov medzi uzlom vytvárajú odlišné požiadavky na smerovanie od príležitostných správ snímačov alebo prenosov súborov. Keď je komunikácia konštantná a cieľ sa môže rýchlo meniť, pripravenosť trasy si môže zaslúžiť väčšiu váhu; keď je aktívnych len niekoľko ciest, môže byť ťažšie odôvodniť udržiavanie nepoužívaných trás.

Stabilita trasy by sa mala posudzovať oddelene od hrubej rýchlosti mobility. Rádiá namontované na lietadlách alebo vozidlách pohybujúcich sa vo formácii sa môžu rýchlo pohybovať pri zachovaní relatívne stabilných susedských vzťahov. Na rozdiel od toho, pomalšie MANET Mesh Radio pohybujúce sa za štruktúrami, terénom, vegetáciou alebo inými prekážkami môže zaznamenať časté zmeny spojenia napriek svojej nižšej fyzickej rýchlosti.

Užitočným meraním je, ako dlho zostáva trasa medzi koncovými bodmi životaschopná a ako rýchlo sa komunikácia obnoví, keď nie. Požiadavky na aplikáciu potom určujú, či je prijateľný krátky interval objavenia cesty alebo obnovy.

Spojte teóriu smerovania so schopnosťami sieťového rádia

Teória protokolu sa stáva užitočnou iba vtedy, keď je prepojená s tým, čo rádiová platforma skutočne implementuje a meria. Séria WDS MIMOmesh Lightweight Airborne kombinuje distribuovanú, bezcentrovú bezdrôtovú ad hoc architektúru s dynamickým smerovaním vrstvy 2 alebo 3, viacstupňovým prenosom a režimami topológie point-to-point, point-to-multipoint, multipoint-to-multipoint, hviezda, linka, sieť a hybridná topológia. Tieto schopnosti sú relevantné pri hodnotení toho, ako môže MANET Mesh Radio zapadnúť do mobilných multi-hop nasadení bez predpokladu, že implementuje konkrétny učebnicový smerovací protokol.

MIMOmesh ľahká letecká séria MANET Mesh Radio podporuje priemerné oneskorenie jedného skoku 6 ms pri jednosmerných podmienkach 20 MHz, spolu s časom prístupu k sieti, aktualizáciou alebo prepnutím pod jednu sekundu a schopnosťou multi-hop siete. Tieto hodnoty by sa mali považovať za prevádzkové špecifikácie viazané na definované podmienky a nie za dôkaz, že rádio používa AODV, DSDV, OLSR, ZRP alebo iný menovaný algoritmus.

Užitočná rozhodovacia matica smerovania je preto jednoduchá:

Konečný výber by mal vzísť z reprezentatívneho testovania. MANET Mesh Radio môže fungovať odlišne, pretože hĺbka skokov, preťaženie kanálov, mobilita, rušenie a súbežná prevádzka sa zvyšujú, aj keď jeho základná stratégia smerovania vyzerá na papieri ako vhodná. Testovanie by malo dostatočne presne reprodukovať očakávanú formáciu, počet uzlov, mix aplikácií a zlyhania, aby odhalilo, ako údržba trasy konkuruje prevádzke užitočného zaťaženia.

Pre distribuované systémy MANET Mesh Radio, ako je WDS MIMOmesh, funkcie ako dynamické smerovanie a multi-hop relé poskytujú východiskový bod pre overenie. Nasadzovací tím by mal potvrdiť, ako rýchlo sa trasy prispôsobujú, ako sa mení priepustnosť počas niekoľkých skokov a či zostáva latencia prijateľná, keď je topológia narušená. Tento dôkaz je cennejší ako výber zariadenia jednoducho preto, že jeho špecifikácie používajú termín MANET Mesh Radio.

 

Záver

Výber medzi proaktívnym, reaktívnym a hybridným smerovaním závisí od toho, ako sieť vyvažuje pripravenosť trasy, réžiu kontroly, mobilitu a čas obnovy. MANET Mesh Radio by sa preto malo vyhodnocovať podľa skutočných vzorov prevádzky, počtu skokov a zmien odkazov, a nie podľa samotných štítkov protokolu.

Pre nasadenia, ktoré vyžadujú mobilné multi-hop pripojenie, Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ponúka MIMOmesh systémy s dynamickým smerovaním a multi-hop reléovými schopnosťami. Pri použití s ​​realistickým testovaním v teréne môžu tieto funkcie pomôcť tímom vybudovať siete, ktoré efektívnejšie udržiavajú komunikáciu pri zmene topológie a prevádzkových podmienok.

 

FAQ

Otázka: Aké sú hlavné typy smerovacích protokolov MANET?

Odpoveď: Smerovacie protokoly MANET sa bežne delia na proaktívne, reaktívne a hybridné prístupy. Líšia sa hlavne tým, kedy sa trasy vytvárajú, udržiavajú a aktualizujú pri zmenách topológie siete.

Otázka: Aký je rozdiel medzi proaktívnym a reaktívnym smerovaním MANET?

Odpoveď: Proaktívne smerovanie udržiava trasy nepretržite, čím sa znižuje oneskorenie pri nastavovaní trasy. Reaktívne smerovanie zisťuje cesty iba v prípade potreby, čo znižuje rutinnú riadiacu prevádzku, ale môže zvýšiť počiatočnú latenciu prenosu.

Otázka: Ktorý smerovací prístup funguje najlepšie vo vysoko mobilných MANEToch?

Odpoveď: Neexistuje univerzálna voľba. Výkon závisí od stability trasy, frekvencie premávky, hustoty uzlov, počtu skokov a požiadaviek na obnovu, a nie samotnej rýchlosti mobility.

Otázka: Ako funguje smerovanie v sieti MANET Mesh Radio?

Odpoveď: Rádio MANET Mesh Radio môže smerovať prevádzku cez susedné uzly, čo umožňuje dátam dosiahnuť ciele mimo priameho rádiového dosahu, zatiaľ čo trasy sa prispôsobujú meniacemu sa konektivite.

Otázka: Je AODV proaktívny alebo reaktívny?

Odpoveď: AODV je reaktívny smerovací protokol. Zisťuje trasy na požiadanie pomocou správ s požiadavkami na trasu a odpoveďou a potom opravuje alebo nahrádza cesty, keď aktívne spojenia zlyhajú.

Otázka: Prečo je réžia smerovania dôležitá v MANET?

Odpoveď: Smerovacie správy zdieľajú obmedzený čas bezdrôtového vysielania s prevádzkou aplikácií. Nadmerná riadiaca prevádzka môže znížiť využiteľnú priepustnosť, najmä ak sa zvýši počet uzlov, mobilita a viacskoková aktivita.