Протоколи маршрутизації MANET: проактивний, реактивний та гібридний

У мобільній мережі ad hoc найскладніше питання маршрутизації полягає не просто в тому, як знайти шлях, а в тому, коли цей шлях слід створити та як довго його слід підтримувати. Постійні зміни топології можуть зробити попередньо обчислені маршрути неактуальними, тоді як виявлення на вимогу може додати затримку перед початком руху. Для мережі MANET Mesh Radio цей компроміс безпосередньо впливає на затримку, накладні витрати на контроль, використання пропускної здатності та відновлення після збою з’єднання. Розуміння проактивної, реактивної та гібридної маршрутизації допомагає інженерам вибрати підхід, який краще відповідає моделям трафіку, мобільності та реальним умовам роботи з кількома переходами.

 

Короткий огляд проактивної, реактивної та гібридної маршрутизації

Основна різниця полягає в тому, коли відбувається робота з маршрутизації

Проактивна маршрутизація виконує більшу частину своєї роботи до того, як трафіку програми знадобиться шлях. Вузли безперервно або періодично обмінюються інформацією про маршрути, що дозволяє їм заздалегідь підтримувати маршрути до доступних місць призначення. Коли пристрій потребує передачі, MANET Mesh Radio зазвичай може переглянути наявний запис переадресації замість того, щоб починати новий пошук маршруту в усій мережі.

Реактивна маршрутизація використовує протилежний підхід. Замість того, щоб підтримувати всі можливі маршрути, він виявляє шлях, коли джерело справді має досягти пункту призначення. Це зменшує непотрібну активність маршрутизації, коли трафік рідкий, але новий потік зв’язку, можливо, доведеться чекати, поки маршрут буде визначено. Ці дві поведінки створюють прямий компроміс між ресурсом і затримкою, а не просте питання про те, який метод є універсальним кращим.

Гібридна маршрутизація розділяє проблему. Мережа може підтримувати часто корисні або найближчі маршрути проактивно, використовуючи виявлення на вимогу для пунктів призначення за межами цієї сфери. Мета полягає не в тому, щоб усунути витрати будь-якої моделі, а в тому, щоб розмістити ці витрати там, де вони створюють найбільшу цінність.

Порівняйте важливі компроміси в MANET

Таблиця більш корисна як відправна точка, ніж як правило вибору. Проактивне мережеве радіо MANET може надавати швидкий доступ до відомих маршрутів, але витрачати дорогоцінний ефірний час на підтримку маршрутів, які передають мало даних. Реактивний дизайн може частково уникнути цього тягаря контролю, але повторні відкриття можуть бути дорогими, якщо маршрути часто розриваються. Гібридна поведінка стає привабливою, коли одна частина мережі потребує постійного знання маршруту, тоді як зв’язок з іншими пунктами призначення здійснюється лише час від часу.

 

Проактивна маршрутизація: підтримуйте маршрути в готовності до того, як прибуде трафік

Як проактивна маршрутизація підтримує перегляд мережі

Проактивний протокол підтримує достатній стан маршрутизації, щоб вузли могли пересилати трафік без попереднього виконання наскрізного пошуку. Повідомлення про маршрутизацію або топологію обмінюються через регулярні проміжки часу або коли відбуваються відповідні зміни, і кожен вузол оновлює своє уявлення про доступні пункти призначення. Результатом є мережа MANET Mesh Radio, у якій інформація про пересилання зазвичай готується перед початком нового потоку додатків.

DSDV є знайомим прикладом вектора відстані, тоді як OLSR представляє проактивний підхід стану зв’язку. OLSR регулярно обмінюється інформацією про топологію та використовує вибрані багатоточкові реле, або MPR, щоб зменшити надлишкові повторні передачі під час передачі керуючих повідомлень. Механізм MPR обмежує кількість вузлів, необхідних для пересилання трафіку керування трансляцією, зменшуючи непотрібні повторні передачі порівняно зі звичайним лавинним потоком.

Коли додатковий маршрутний трафік того вартий

Проактивна поведінка є найбільш переконливою, коли значуща частина мережі регулярно спілкується. Якщо багато пар вузлів обмінюються даними, підтримувати маршрути, які незабаром будуть використані, може бути ефективнішим, ніж їх повторне виявлення. Також варто оцінити, коли програма надає високу цінність передбачуваній затримці першого пакета, а мережа MANET Mesh Radio має достатню пропускну здатність для підтримки постійних оновлень маршрутизації.

Проте сама по собі висока мобільність не робить проактивну маршрутизацію очевидним вибором. Швидкі зміни топології можуть призвести до того, що збережена інформація маршрутизації швидше застаріє, що може вимагати більш частого обміну елементами керування, щоб зберегти корисне представлення мережі. Таким чином, щільна мобільна сітка може отримати вигоду від готових маршрутів, одночасно сплачуючи значну ціну за те, щоб ці маршрути були актуальними.

 

Реактивна маршрутизація: пошук шляху лише тоді, коли це необхідно

Від запиту маршруту до ремонту маршруту

Реактивна маршрутизація відкладає створення маршруту до появи реального попиту. AODV надає чіткий приклад: коли джерелу потрібен пункт призначення, для якого він не має дійсного маршруту, він може створити запит маршруту або RREQ. Цей запит поширюється через спеціальну мережу, доки відповідний вузол не зможе повернути Route Reply або RREP, встановлюючи інформацію про пересилання до пункту призначення.

Коли маршрут існує, звичайний трафік може використовувати його без повторного виявлення для кожного пакета. Якщо посилання на активному шляху стає непридатним для використання, AODV може генерувати помилку маршруту, або RERR, тому постраждалі вузли можуть зробити недійсним пошкоджений маршрут і вжити заходів для виправлення. RREQ, RREP і RERR працюють разом, щоб підтримувати виявлення маршруту, встановлення шляху та відновлення після збою зв’язку.

Де маршрутизація за вимогою має більше сенсу

Реактивна маршрутизація може бути привабливою, коли лише частина мережі активно спілкується. Уявіть сітку з багатьма радіостанціями, розгорнутими на великій території, але лише кількома активними парами джерело-приймач у будь-який момент. Підтримка повної інформації про маршрут для кожної можливої ​​пари може споживати пропускну здатність каналу без надання пропорційної вартості. За таких умов стратегія MANET Mesh Radio на вимогу може зосередити зусилля з маршрутизації навколо активного трафіку.

Переривчаста телеметрія, випадкова передача файлів, трафік датчиків, що керується подіями, і вибіркові командні посилання є прикладами шаблонів, які можуть принести користь. Компроміс полягає в тому, що перший пакет для нового пункту призначення може мати додаткову затримку під час встановлення маршруту. Маршрутизація на основі вимог може ефективніше використовувати пропускну здатність мережі та енергію, якщо уникнути непотрібного обслуговування маршруту, але виявлення маршруту створює додаткову затримку.

Мобільність змінює розрахунок, оскільки маршрути можуть перестати бути дійсними, перш ніж вони забезпечать достатньо трафіку, щоб виправдати витрати на відкриття. Радіо, що швидко рухається, не є автоматично проблематичним, якщо загальна структура зберігає стабільні сусідські відносини. Навпаки, відносно повільний рух крізь будівлі, місцевість, перешкоди або затінення антени можуть неодноразово порушувати шляхи.

З цієї причини термін служби маршруту часто є кращим робочим питанням, ніж швидкість транспортного засобу чи платформи. Якщо MANET Mesh Radio неодноразово виявляє шлях, щоб через кілька секунд втратити його, реактивні витрати та переривання можуть швидко зрости. Таким чином, придатність маршрутизації на вимогу залежить як від попиту на трафік, так і від того, як довго виявлені шляхи залишаються корисними.

 

Гібридна маршрутизація: підтримка найближчих шляхів напоготові без відстеження всього

Як локальна проактивна маршрутизація та ширше виявлення працюють разом

Гібридна маршрутизація намагається розмістити проактивне обслуговування маршруту там, де це принесе найбільшу користь, уникаючи обслуговування всієї мережі для кожного можливого пункту призначення. Протокол зонної маршрутизації, або ZRP, чітко ілюструє цю ідею. Кожен вузол проактивно підтримує маршрути в межах локальної зони маршрутизації, тоді як пункти призначення за межами цієї зони досягаються за допомогою реактивного механізму запитів і відповідей.

У ZRP зона маршрутизації визначається настроюваним радіусом, виміряним у стрибках. Більший радіус означає, що вузол заздалегідь знає більше про навколишню топологію, підвищуючи негайну доступність маршруту, але також розширюючи обсяг обслуговування маршрутизації. Менший радіус обмежує навантаження на локальний контроль, одночасно підштовхуючи більш віддалені комунікації до реактивного виявлення.

ZRP найкраще розглядати як приклад архітектури, а не як доказ того, що кожен гібридний MANET Mesh Radio використовує той самий механізм. ZRP залишився проектом IETF Internet-Draft, а не став Інтернет-стандартом, але його локально-проактивна та глобально-реактивна структура залишається корисною моделлю для розуміння поведінки гібридної маршрутизації.

Де гібридний підхід стає корисним

Гібридна модель стає особливо актуальною, коли трафік розподіляється по мережі нерівномірно. Група найближчих вузлів може безперервно обмінюватися голосовими, телеметричними або координаційними даними, тоді як зв’язок із більш віддаленими вузлами відбувається лише час від часу. Підтримка найближчих маршрутів може мінімізувати затримки для звичайного місцевого трафіку, тоді як виявлення на вимогу дозволяє уникнути постійного відстеження кожного віддаленого шляху.

Таким чином, більші або операційно різноманітні сітки можуть виправдати оцінку гібридної поведінки. Проблема полягає в конфігурації, а не в простій мітці протоколу: розмір зони та область маршрутизації визначають, скільки проактивних накладних витрат прийнято та як часто потрібно реактивне виявлення. Відповідно, гібридний MANET Mesh Radio слід тестувати за реалістичного інтервалу між вузлами та розподілу трафіку замість того, щоб припускати, що він автоматично перевершує обидва чисті підходи.

 

Вибір підходу до маршрутизації для справжньої сітчастої радіомережі MANET

Почніть зі схеми руху та стабільності маршруту

Почніть із трафіку, який мережа фактично має передавати. Безперервне відео, голос, командні зв’язки, постійна телеметрія та частий обмін даними між вузлами створюють різні вимоги до маршрутизації від періодичних звітів датчиків або передачі файлів. Коли зв’язок постійний і пункт призначення може швидко змінюватися, готовність маршруту може заслуговувати більшої ваги; коли лише кілька шляхів активні, підтримку невикористаних маршрутів може бути важче виправдати.

Стабільність маршруту слід оцінювати окремо від вихідної швидкості мобільності. Радіостанції, встановлені на літаках або транспортних засобах, що рухаються строю, можуть швидко пересуватися, зберігаючи при цьому відносно стабільні сусідські відносини. Навпаки, повільніший MANET Mesh Radio, який рухається позаду структур, місцевості, рослинності чи інших перешкод, може мати часті зміни зв’язку, незважаючи на його нижчу фізичну швидкість.

Корисне вимірювання полягає в тому, як довго наскрізний маршрут залишається життєздатним і як швидко зв’язок відновлюється, якщо це не так. Потім вимоги до програми визначають, чи є прийнятним короткий інтервал виявлення маршруту або відновлення.

Пов’яжіть теорію маршрутизації з можливостями Mesh Radio

Теорія протоколу стає корисною лише тоді, коли вона пов’язана з тим, що радіоплатформа насправді реалізує та вимірює. Серія WDS MIMOmesh Lightweight Airborne поєднує в собі розподілену безцентрову бездротову спеціальну архітектуру з динамічною маршрутизацією рівня 2 або рівня 3, ретрансляцією з кількома переходами та режимами топології точка-точка, точка-багато точок, багатоточка-багато точок, зірка, лінія, мережа та гібридна топологія. Ці можливості є доречними при оцінці того, як MANET Mesh Radio може вписатися в мобільне розгортання з кількома стрибками, не припускаючи, що воно реалізує певний підручниковий протокол маршрутизації.

MIMOmesh Легка бортова серія MANET Mesh Radio підтримує середню затримку на один стрибок 6 мс за умови односпрямованого 20 МГц разом із часом доступу до мережі, оновлення або перемикання менше однієї секунди та можливостями мережі з кількома стрибками. Ці значення слід розглядати як робочі специфікації, прив’язані до визначених умов, а не як доказ того, що радіо використовує AODV, DSDV, OLSR, ZRP або інший названий алгоритм.

Таким чином, корисна матриця рішень щодо маршрутизації проста:

Остаточний вибір має відбуватися на основі репрезентативного тестування. MANET Mesh Radio може працювати по-різному, оскільки глибина стрибка, перевантаженість каналу, мобільність, перешкоди та одночасний трафік збільшуються, навіть якщо його основна стратегія маршрутизації виглядає відповідною на папері. Тестування має достатньо точно відтворити очікуване формування, кількість вузлів, суміш додатків і події збою, щоб виявити, як обслуговування маршруту конкурує з трафіком корисного навантаження.

для розподілені системи MANET Mesh Radio, такі як WDS MIMOmesh, такі можливості, як динамічна маршрутизація та ретрансляція з кількома переходами, є відправною точкою для перевірки. Команда з розгортання повинна підтвердити, наскільки швидко адаптуються маршрути, як пропускна здатність змінюється протягом кількох переходів і чи залишається прийнятною затримка, коли топологія порушується. Цей доказ є більш цінним, ніж вибір обладнання просто тому, що в його специфікаціях використовується термін MANET Mesh Radio.

 

Висновок

Вибір між проактивною, реактивною та гібридною маршрутизацією зводиться до того, як мережа збалансує готовність маршруту, витрати на контроль, мобільність і час відновлення. Таким чином, MANET Mesh Radio слід оцінювати за реальними моделями трафіку, кількістю переходів і змінами посилань, а не лише за мітками протоколу.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. пропонує системи MIMOmesh із можливостями динамічної маршрутизації та ретрансляції з кількома переходами для розгортань, які потребують мобільного підключення з кількома переходами. Використані з реалістичним польовим тестуванням, ці можливості можуть допомогти командам побудувати мережі, які підтримують зв’язок більш ефективно, коли топологія та робочі умови змінюються.

 

FAQ

З: Які основні типи протоколів маршрутизації MANET?

В: Протоколи маршрутизації MANET зазвичай поділяють на проактивні, реактивні та гібридні підходи. Вони відрізняються головним чином тим, коли маршрути створюються, підтримуються та оновлюються в міру зміни топології мережі.

З: Яка різниця між проактивною та реактивною маршрутизацією MANET?

A: Проактивна маршрутизація безперервно підтримує маршрути, зменшуючи затримку налаштування маршруту. Реактивна маршрутизація виявляє шляхи лише тоді, коли це необхідно, що знижує рутинний контрольний трафік, але може збільшити початкову затримку передавання.

З: Який підхід до маршрутизації найкраще працює в високомобільних мережах MANET?

A: Універсального вибору немає. Продуктивність залежить від стабільності маршруту, частоти трафіку, щільності вузлів, кількості переходів і вимог до відновлення, а не лише від швидкості мобільності.

З: Як працює маршрутизація в мережі MANET Mesh Radio?

A: MANET Mesh Radio може перенаправляти трафік через сусідні вузли, дозволяючи даним досягати пунктів призначення за межами прямого діапазону радіозв’язку, тоді як маршрути адаптуються до змін з’єднання.

З: AODV є проактивним чи реактивним?

В: AODV — це реактивний протокол маршрутизації. Він виявляє маршрути за запитом, використовуючи повідомлення про запит маршруту та відповіді, а потім ремонтує або замінює шляхи, коли активні посилання виходять з ладу.

З: Чому витрати на маршрутизацію важливі в MANET?

A: Повідомлення про маршрутизацію спільно використовують обмежений час бездротового зв’язку з трафіком програми. Надмірний керуючий трафік може зменшити корисну пропускну здатність, особливо через збільшення кількості вузлів, мобільності та активності з кількома переходами.