Usmerjevalni protokoli MANET: proaktivni, reaktivni in hibridni

V mobilnem ad hoc omrežju najtežje vprašanje usmerjanja ni le, kako najti pot, ampak kdaj naj se ta pot ustvari in kako dolgo naj se vzdržuje. Nenehne spremembe topologije lahko naredijo vnaprej izračunane poti zastarele, medtem ko lahko odkrivanje na zahtevo povzroči zamudo pred začetkom prometa. Za omrežje MANET Mesh Radio ta kompromis neposredno vpliva na zakasnitev, obremenitev nadzora, uporabo pasovne širine in obnovitev po okvarah povezave. Razumevanje proaktivnega, reaktivnega in hibridnega usmerjanja pomaga inženirjem pri izbiri pristopa, ki bolje ustreza prometnim vzorcem, mobilnosti in dejanskim pogojem delovanja z več skoki.

 

Kratek pregled proaktivnega, reaktivnega in hibridnega usmerjanja

Glavna razlika je, kdaj poteka delo usmerjanja

Proaktivno usmerjanje opravi večino svojega dela, preden promet aplikacij potrebuje pot. Vozlišča nenehno ali občasno izmenjujejo informacije o usmerjanju, kar jim omogoča, da vnaprej vzdržujejo poti do dosegljivih ciljev. Ko mora naprava oddajati, se lahko MANET Mesh Radio običajno posvetuje z obstoječim vnosom za posredovanje, namesto da začne novo iskanje poti po celotnem omrežju.

Reaktivno usmerjanje uporablja nasprotni pristop. Namesto da bi vzdrževal vse možne poti, odkrije pot, ko mora vir dejansko doseči cilj. To zmanjša nepotrebno dejavnost usmerjanja, ko je promet redek, vendar bo morda moral nov komunikacijski tok počakati, dokler se pot ne najde. Ti dve vedenji ustvarjata neposreden kompromis med viri in zamudami namesto preprostega vprašanja, katera metoda je na splošno boljša.

Hibridno usmerjanje razdeli problem. Omrežje lahko vzdržuje pogosto uporabne ali bližnje poti proaktivno, medtem ko uporablja odkrivanje na zahtevo za cilje zunaj tega obsega. Cilj ni odpraviti stroškov enega ali drugega modela, temveč te stroške postaviti tja, kjer ustvarjajo največjo vrednost.

Primerjajte kompromise, ki so pomembni v MANET-u

Tabela je bolj uporabna kot izhodišče kot izbirno pravilo. Proaktivni MANET Mesh Radio lahko zagotovi hiter dostop do znanih poti, vendar porabi dragocen čas za vzdrževanje poti, ki prenašajo malo podatkov. Reaktivna zasnova se lahko izogne ​​delu tega nadzornega bremena, a ponavljajoča se odkritja lahko postanejo draga, če se poti pogosto motijo. Hibridno vedenje postane privlačno, ko en del omrežja potrebuje stalno poznavanje poti, medtem ko so drugi cilji v stiku le občasno.

 

Proaktivno usmerjanje: Ohranjanje poti pripravljenih, preden pride do prometa

Kako proaktivno usmerjanje ohranja omrežni pogled

Proaktivni protokol vzdržuje dovolj stanja usmerjanja, da lahko vozlišča posredujejo promet brez predhodnega iskanja od konca do konca. Sporočila o usmerjanju ali topologiji se izmenjujejo v rednih intervalih ali ko pride do ustreznih sprememb, vsako vozlišče pa posodobi svoj pogled na dosegljive cilje. Rezultat je omrežje MANET Mesh Radio, v katerem so posredovane informacije na splošno pripravljene, preden se začne nov tok aplikacije.

DSDV je znan primer vektorja razdalje, medtem ko OLSR predstavlja proaktiven pristop stanja povezave. OLSR redno izmenjuje informacije o topologiji in uporablja izbrane večtočkovne releje ali MPR, da zmanjša odvečne ponovne prenose med preplavljanjem kontrolnih sporočil. Mehanizem MPR omejuje število vozlišč, potrebnih za posredovanje nadzornega prometa oddajanja, kar zmanjšuje nepotrebne ponovne prenose v primerjavi z običajnim poplavljanjem.

Ko se dodatno usmerjanje prometa splača

Proaktivno vedenje je najbolj prepričljivo, ko pomemben del mreže redno komunicira. Če veliko parov vozlišč izmenjuje podatke, je lahko vzdrževanje poti, ki bodo kmalu uporabljene, bolj učinkovito kot njihovo večkratno odkrivanje. Prav tako je vredno oceniti, kdaj aplikacija daje visoko vrednost predvidljivi zakasnitvi prvega paketa in ima omrežje MANET Mesh Radio dovolj zmogljivosti za podporo stalnih posodobitev usmerjanja.

Vendar sama visoka mobilnost ne pomeni, da je proaktivno usmerjanje očitna izbira. Zaradi hitrih sprememb topologije lahko shranjene informacije o usmerjanju hitreje zastarijo, kar lahko zahteva pogostejše izmenjave nadzora, da bo pogled omrežja še vedno uporaben. Gosta mobilna mreža lahko torej pridobi od pripravljenih poti, hkrati pa plača precejšnjo ceno za vzdrževanje teh poti.

 

Reaktivno usmerjanje: iskanje poti le, ko je to potrebno

Od zahteve za pot do popravila poti

Reaktivno usmerjanje odloži ustvarjanje poti, dokler ni dejanskega povpraševanja. AODV ponuja jasen primer: ko vir potrebuje cilj, za katerega nima veljavne poti, lahko ustvari zahtevo za pot ali RREQ. Ta zahteva se razširja po ad hoc omrežju, dokler ustrezno vozlišče ne vrne odgovora o poti ali RREP, ki vzpostavi informacije o posredovanju proti cilju.

Ko pot obstaja, jo lahko običajni promet uporablja brez ponavljajočega odkrivanja za vsak paket. Če povezava na aktivni poti postane neuporabna, lahko AODV ustvari napako poti ali RERR, tako da lahko prizadeta vozlišča razveljavijo prekinjeno pot in sprejmejo popravne ukrepe. RREQ, RREP in RERR skupaj podpirajo odkrivanje poti, vzpostavitev poti in obnovitev po okvari povezave.

Kjer je usmerjanje na zahtevo bolj smiselno

Reaktivno usmerjanje je lahko privlačno, ko aktivno komunicira samo del omrežja. Predstavljajte si mrežo s številnimi radijskimi napravami, razporejenimi na širokem območju, vendar le nekaj aktivnih parov izvor-cilj v danem trenutku. Ohranjanje popolnih informacij o poti za vsak možni par bi lahko porabilo zmogljivost kanala, ne da bi zagotovilo sorazmerno vrednost. Pod temi pogoji lahko strategija MANET Mesh Radio na zahtevo usmeri prizadevanja za usmerjanje okoli aktivnega prometa.

Občasna telemetrija, občasni prenosi datotek, promet senzorjev, ki ga vodijo dogodki, in selektivne ukazne povezave so primeri vzorcev, ki bi lahko koristili. Kompromis je v tem, da lahko prvi paket za nov cilj doživi dodatno zamudo, medtem ko je pot vzpostavljena. Usmerjanje na podlagi povpraševanja lahko učinkoviteje uporablja omrežno pasovno širino in energijo, ko se izognemo nepotrebnemu vzdrževanju poti, vendar odkrivanje poti uvaja dodatno zakasnitev.

Mobilnost spremeni izračun, ker lahko poti prenehajo veljati, preden zagotovijo dovolj prometa, da upravičijo stroške odkritja. Hitro premikanje radia ni samodejno problematično, če celotna tvorba ohranja stabilne sosedske odnose. Nasprotno pa lahko razmeroma počasno gibanje skozi zgradbe, teren, motnje ali senčenje antene večkrat prekinejo poti.

Iz tega razloga je življenjska doba poti pogosto boljše operativno vprašanje kot hitrost vozila ali platforme. Če MANET Mesh Radio vedno znova odkrije pot in jo nekaj trenutkov pozneje izgubi, lahko hitro narastejo reaktivni stroški in prekinitve. Primernost usmerjanja na zahtevo je torej odvisna od povpraševanja po prometu in od tega, kako dolgo odkrite poti ostanejo uporabne.

 

Hibridno usmerjanje: ohranjanje pripravljenosti bližnjih poti brez sledenja vsemu

Kako lokalno proaktivno usmerjanje in širše odkrivanje delujeta skupaj

Hibridno usmerjanje poskuša postaviti proaktivno vzdrževanje poti tja, kjer ima največjo korist, hkrati pa se izogniti vzdrževanju celotnega omrežja za vsako možno destinacijo. Zone Routing Protocol ali ZRP to idejo jasno ponazarja. Vsako vozlišče proaktivno vzdržuje poti znotraj lokalnega območja usmerjanja, medtem ko so cilji zunaj tega območja doseženi prek reaktivnega mehanizma za poizvedovanje in odgovor.

V ZRP je območje usmerjanja definirano z nastavljivim radijem, merjenim v skokih. Večji radij pomeni, da vozlišče proaktivno ve več o svoji okoliški topologiji, kar poveča takojšnjo razpoložljivost poti, hkrati pa razširi obseg vzdrževanja usmerjanja. Manjši radij omejuje breme lokalnega nadzora, medtem ko potiska bolj oddaljene komunikacije k reaktivnemu odkrivanju.

ZRP je najbolje obravnavati kot arhitekturni primer in ne kot dokaz, da vsak hibridni MANET Mesh Radio uporablja isti mehanizem. ZRP je ostal internetni osnutek IETF, namesto da bi postal internetni standard, vendar njegova lokalno proaktivna in globalno reaktivna struktura ostaja uporaben model za razumevanje vedenja hibridnega usmerjanja.

Kjer hibridni pristop postane uporaben

Hibridni model postane še posebej pomemben, ko promet ni enakomerno porazdeljen po omrežju. Skupina bližnjih vozlišč si lahko neprekinjeno izmenjuje glasovne, telemetrične ali koordinacijske podatke, medtem ko do komunikacije z bolj oddaljenimi vozlišči pride le občasno. Ohranjanje bližnjih poti lahko zmanjša zamude za običajni lokalni promet, medtem ko se odkrivanje na zahtevo izogne ​​neprekinjenemu sledenju vsaki oddaljeni poti.

Večje ali operativno raznolike mreže lahko torej upravičijo ocenjevanje hibridnega vedenja. Izziv je konfiguracija in ne preprosta oznaka protokola: velikost območja in obseg usmerjanja določata, koliko proaktivnih režijskih stroškov je sprejetih in kako pogosto je potrebno reaktivno odkrivanje. Hibridni MANET Mesh Radio je zato treba preizkusiti pri realnem razmiku vozlišč in porazdelitvi prometa, namesto da bi se domnevalo, da bo samodejno prekašal oba čista pristopa.

 

Izbira pristopa usmerjanja za pravo radijsko omrežje MANET Mesh

Začnite z vzorcem prometa in stabilnostjo poti

Začnite s prometom, ki ga mora omrežje dejansko prenašati. Neprekinjeni video, glas, ukazne povezave, trajna telemetrija in pogoste izmenjave podatkov med vozlišči ustvarjajo drugačne zahteve glede usmerjanja od občasnih poročil senzorjev ali prenosov datotek. Ko je komunikacija stalna in se lahko cilj hitro spremeni, si pripravljenost na poti morda zasluži večjo težo; ko je aktivnih le nekaj poti, je vzdrževanje neuporabljenih poti morda težje upravičiti.

Stabilnost poti je treba oceniti ločeno od neobdelane hitrosti mobilnosti. Radijski sprejemniki, nameščeni na letalih ali vozilih, ki se premikajo v formaciji, lahko potujejo hitro, medtem ko ohranjajo razmeroma stabilne sosedske odnose. Nasprotno pa lahko počasnejši MANET Mesh Radio, ki se premika za strukturami, terenom, vegetacijo ali drugimi ovirami, kljub nižji fizični hitrosti doživi pogoste spremembe povezave.

Koristna meritev je, kako dolgo pot od konca do konca ostane izvedljiva in kako hitro se komunikacija obnovi, če se ne obnovi. Zahteve aplikacije nato določijo, ali je sprejemljiv kratek interval odkrivanja poti ali obnovitve.

Povežite teorijo usmerjanja z zmogljivostmi Mesh Radia

Protokolarna teorija postane uporabna šele, ko je povezana s tem, kar radijska platforma dejansko izvaja in meri. Serija WDS MIMOmesh Lightweight Airborne združuje porazdeljeno ad hoc brezžično arhitekturo brez središča z dinamičnim usmerjanjem ravni 2 ali plasti 3, relejem z več skoki in načini topologije točka-točka, točka-večtočka, večtočka-večtočka, zvezda, linija, omrežje in hibridna topologija. Te zmožnosti so pomembne pri ocenjevanju, kako se MANET Mesh Radio lahko prilega mobilnim uvedbam z več skoki brez predpostavke, da izvaja določen protokol usmerjanja iz učbenikov.

MIMOmesh lahka letalska serija MANET Mesh Radio podpira povprečno zakasnitev enega skoka 6 ms pod enosmernim pogojem 20 MHz, skupaj s časom dostopa do omrežja, posodobitvijo ali preklopom pod eno sekundo in zmožnostjo povezovanja z več skoki. Te vrednosti je treba obravnavati kot specifikacije delovanja, vezane na določene pogoje, in ne kot dokaz, da radio uporablja AODV, DSDV, OLSR, ZRP ali drug imenovani algoritem.

Uporabna matrika odločitev o usmerjanju je torej enostavna:

Končni izbor bi moral še vedno izhajati iz reprezentativnega testiranja. MANET Mesh Radio lahko deluje drugače, ko se povečajo globina skokov, prezasedenost kanala, mobilnost, motnje in sočasni promet, tudi če je njegova osnovna strategija usmerjanja na papirju videti primerna. Testiranje bi moralo dovolj natančno reproducirati pričakovano formacijo, število vozlišč, mešanico aplikacij in dogodke napak, da bi razkrili, kako vzdrževanje poti tekmuje s prometom tovora.

Za porazdeljeni sistemi MANET Mesh Radio, kot je WDS MIMOmesh, zmožnosti, kot sta dinamično usmerjanje in rele z več skoki, zagotavljajo izhodišče za validacijo. Skupina za uvajanje bi morala potrditi, kako hitro se prilagajajo poti, kako se prepustnost spreminja v več skokih in ali zakasnitev ostaja sprejemljiva, ko je topologija motena. Ti dokazi so bolj dragoceni kot izbira opreme preprosto zato, ker njene specifikacije uporabljajo izraz MANET Mesh Radio.

 

Zaključek

Izbira med proaktivnim, reaktivnim in hibridnim usmerjanjem je odvisna od tega, kako omrežje uravnoteži pripravljenost poti, stroške nadzora, mobilnost in čas obnovitve. MANET Mesh Radio je zato treba ovrednotiti glede na dejanske prometne vzorce, število skokov in spremembe povezav in ne samo na podlagi oznak protokola.

Za uvedbe, ki potrebujejo mobilno povezljivost z več skoki, Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ponuja sisteme MIMOmesh z dinamičnim usmerjanjem in zmožnostmi releja z več skoki. Te zmožnosti, ki se uporabljajo z realističnim testiranjem na terenu, lahko pomagajo ekipam pri izgradnji omrežij, ki učinkoviteje vzdržujejo komunikacijo, ko se spreminjajo topologija in pogoji delovanja.

 

pogosta vprašanja

V: Katere so glavne vrste usmerjevalnih protokolov MANET?

O: Protokoli usmerjanja MANET so običajno razvrščeni v proaktivne, reaktivne in hibridne pristope. Razlikujejo se predvsem v tem, kdaj se poti ustvarijo, vzdržujejo in posodabljajo, ko se topologija omrežja spremeni.

V: Kakšna je razlika med proaktivnim in reaktivnim MANET usmerjanjem?

O: Proaktivno usmerjanje neprekinjeno vzdržuje poti, kar zmanjšuje zakasnitev pri nastavitvi poti. Reaktivno usmerjanje odkrije poti samo, ko je to potrebno, kar zmanjša rutinski kontrolni promet, vendar lahko poveča začetno zakasnitev prenosa.

V: Kateri pristop usmerjanja najbolje deluje v zelo mobilnih MANET-ih?

O: Univerzalne izbire ni. Zmogljivost je odvisna od stabilnosti poti, frekvence prometa, gostote vozlišč, števila skokov in zahtev za obnovitev in ne samo od hitrosti mobilnosti.

V: Kako deluje usmerjanje v omrežju MANET Mesh Radio?

O: MANET Mesh Radio lahko posreduje promet prek sosednjih vozlišč, kar omogoča, da podatki dosežejo cilje zunaj neposrednega radijskega dosega, medtem ko se poti prilagajajo spreminjajoči se povezljivosti.

V: Ali je AODV proaktiven ali reaktiven?

A: AODV je reaktivni usmerjevalni protokol. Na zahtevo odkrije poti z uporabo sporočil o zahtevi za pot in odgovorom, nato pa popravi ali zamenja poti, ko aktivne povezave odpovejo.

V: Zakaj so stroški usmerjanja pomembni v MANET-u?

O: Sporočila o usmerjanju si delijo omejen brezžični čas s prometom aplikacij. Prekomerni nadzorni promet lahko zmanjša uporabno prepustnost, zlasti s povečanjem števila vozlišč, mobilnosti in dejavnosti z več skoki.