Анализ методов повышения производительности в Ad-Hoc сетях

дипломная работа

1.4.1 Режимы работы WLAN-сетей

Существует несколько режимов работы WLAN-сетей: ? Ad-Hoc mode («точка-точка»); ? Infrastucture mode (инфраструктурный режим); ? WDS mode (распределенная беспроводная система, режим моста); ? WDS with AP mode (распределенная беспроводная система с точкой доступа); ? Repeater mode (режим повторителя); ? Cleint mode(Режим клиента). В режиме Ad-Hoc клиенты устанавливают связь непосредственно друг с другом. Устанавливается одноранговое взаимодействие по типу «точка-точка», и компьютеры взаимодействуют напрямую без применения маршрутизаторов (Рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Режим Ad-Hoc

При этом создается только одна зона обслуживания, не имеющая интерфейса для подключения к проводной локальной сети. В режиме Ad-Hoc скорость соединения не более 11 Мбит/с, независимо от используемого оборудования. Реальная скорость обмена данных будет ниже, и составит не более 11/N Мбит/с, где N - число устройств в сети.

Дальность связи составляет не более ста метров, а скорость передачи данных быстро падает с увеличением расстояния. В инфраструктурном режиме Wi-Fi маршрутизаторы обеспечивают связь клиентских компьютеров. Маршрутизатор можно рассматривать как беспроводный коммутатор. Клиентские станции не связываются непосредственно. Маршрутизатор имеет порты Ethernet, через которые базовая зона обслуживания подключается к проводной сети - к сетевой инфраструктуре (Рис. 1.2).

Рис. 1.2 - Инфраструктурный режим

Термин WDS (Wireless Distribution System) расшифровывается как «распределённая беспроводная система». В этом режиме точки доступа соединяются только между собой, образуя мостовое соединение. При этом каждая точка может соединяться с несколькими другими точками. Все точки в этом режиме должны использовать одинаковый канал, поэтому количество точек, участвующих в образовании моста, не должно быть чрезмерно большим. Подключение клиентов осуществляется только по проводной сети через uplink-порты точек. Беспроводный мост может использоваться там, где прокладка кабеля между зданиями нежелательна или невозможна.

Данное решение позволяет достичь значительной экономии средств и обеспечивает простоту настройки и гибкость конфигурации при перемещении офисов. К точке доступа, работающей в режиме моста, подключение беспроводных клиентов невозможно. Беспроводная связь осуществляется только между парой точек, реализующих мост (Рис. 1.3).

Рис. 1.3 - Режим моста

Термин WDS with AP (WDS with Access Point) обозначает «распределённая беспроводная система, включая точку доступа», с помощью этого режима можно организовать не только мостовую связь между точками доступа, но и одновременно подключить клиентские компьютеры (Рис. 1.4). Это позволяет достичь существенной экономии оборудования и упростить топологию сети. Данная технология поддерживается большинством современных точек доступа.

Рис. 1.4 - Режим WDS with AP

В ситуации, когда оказывается невозможно, или неудобно, соединить маршрутизатор с проводной инфраструктурой, или какое-либо препятствие затруднит осуществление связи маршрутизатора с местом расположения беспроводных станций клиентов напрямую. В такой ситуации можно использовать точку в режиме повторителя (Repeater). Аналогично проводному повторителю, беспроводный повторитель просто ретранслирует все пакеты, поступившие на его беспроводный интерфейс. Эта ретрансляция осуществляется через тот же канал, через который они были получены (Рис. 1.5).

Рисунок 1.5 - Режим повторителя

При применении точки доступа - повторителя следует помнить, что наложение широковещательных доменов может привести к сокращению пропускной способности канала вдвое, потому что начальная точка доступа также «слышит» ретранслированный сигнал. Режим повторителя не включен в стандарт 802.11, поэтому для его реализации рекомендуется использовать однотипное оборудование (вплоть до версии прошивки) и от одного производителя. С появлением WDS данный режим потерял свою актуальность, потому что функционал WDS заменяет его. При переходе от проводной архитектуры к беспроводной иногда можно обнаружить, что имеющиеся сетевые устройства поддерживают проводную сеть Ethernet, но не имеют интерфейсных разъемов для беспроводных сетевых адаптеров. Для подключения таких устройств к беспроводной сети можно использовать точку доступа - клиент. При помощи точки доступа-клиента к беспроводной сети подключается только одно устройство (Рис. 1.6).

Рис. 1.6 - Режим клиента

Наиболее перспективным классом широкополосных беспроводных сетей на данном этапе являются Ad-Hoc сети. Если в случае традиционной беспроводной сети необходимо разворачивать зачастую дорогостоящую инфраструктуру базовых станций, то в случае самоорганизующихся сетей достаточно одной или нескольких точек доступа. Все мобильные узлы динамически создают специальную сеть (Ad-Hoc сеть), не требуя при этом административной поддержки. Таким образом, Ad-Hoc возникают лишь благодаря взаимодействиям между узлами, и только с помощью абонентских узлов осуществляется контроль и управление в таких сетях. Ad-hoc сети предлагают уникальные преимущества и универсальность для определенных условий и для определенных приложений. Так как нет фиксированной инфраструктуры, базовых станций, то такие сети могут быть созданы и использоваться в любое время и в любом месте. Ad-hoc сети могут быть отказоустойчивыми из-за того, что их топология не является фиксированной. И действительно, если все узлы мобильны, то состав Ad-Hoc сетей динамически изменяется во времени. Добавление и удаление узлов происходит только при взаимодействии с другими узлами, ни одно другое устройство в этом участия не принимает. Такие преимущества Ad-Hoc сетей изначально вызвали интерес у военных, спасательных служб для использования в зонах вооруженных конфликтов, стихийных бедствий и т.д. Однако, в последнее время Ad-Hoc сети стали использовать и для дома, для сетей небольших офисов, для совместных вычислений компьютеров, расположенных на небольшой территории. В общем случае структура простейшей самоорганизующейся сети представляет собой большое количество абонентов на некоторой площади, которую упрощенно можно назвать площадью покрытия сети, и одну или несколько точек доступа к внешним сетям. Каждое из абонентских устройств, в зависимости от его мощности, обладает своим радиусом действия. Если абонент, находясь «на периферии» посылает пакет абоненту, находящемуся в центре сети или на точку доступа, происходит так называемый многоскачковый процесс передачи пакета через узлы, находящиеся на пути заранее проложенного маршрута. Таким образом, можно сказать, что каждый новый абонент за счет своих ресурсов увеличивает радиус действия сети. Следовательно, мощность каждого отдельного устройства может быть минимальной. А это предполагает как меньшие стоимости абонентских устройств, так и лучшие показатели безопасности и электромагнитной совместимости. Ad-hoc сети могут быть классифицированы согласно их применению:

- Мобильные самоорганизующиеся сети (Mobile Ad-hoc Networks, MANET);

- Беспроводные mesh-сети (Wireless Mesh Networks, WMN);

- Беспроводные сенсорные сети (Wireless Sensor Networks, WSN).

Мобильная беспроводная сеть (MANET), которую иногда называют мобильной mesh-сетью, является самонастраивающейся сетью, которая состоит из мобильных устройств. Все узлы используют для связи беспроводные соединения. (Рис. 1.7)

Рис. 1. 7 - Пример архитектуры сети MANET

Все устройства в MANET постоянно перемещаются, а следовательно, в сети постоянно меняются связи. Каждый узел должен передавать не только свой узел, а значит, он выполняет и функции маршрутизатора. Главная задача в создании такой сети - сделать так, чтобы все устройства могли постоянно поддерживать актуальную информацию для правильной маршрутизации трафика.

MANET сеть также можно разделить на несколько классов:

- Vehicular Ad Hoc Network (VANET) -Ad-Hoc сеть, которая используется для связи транспортных средств друг с другом, а так же для их соединения с придорожным оборудованием; - Intelligent vehicular Ad-Hoc network (InVANET) - своего рода искусственный интеллект, который помогает управлять автомобилем во время различных непредвиденных ситуаций;

- Internet Based Mobile Ad hoc Network (iMANET) - Ad-Hoc сеть, которая соединяет мобильные узлы с фиксированными Internet-шлюзами. Для такого типа сети обычные алгоритмы ad-hoc маршрутизации не пригодны.

Беспроводные mesh-сети (Wireless Mesh Network, WMN) - это особый вид Ad-Hoc сетей, который имеет более спланированную конфигурацию. Mesh-сети состоят из клиентов (ноутбуки, мобильные телефоны и т.д.), маршрутизаторов и шлюзов (Рис. 1.8).

Рис. 1.8 - Пример беспроводной mesh-сети

Mesh-сети надежны и обладают некоторой избыточностью. Когда один узел пришел в неисправность, остальные будут иметь другие пути для связи между собой. Маршрутизаторы часто не ограничены с точки зрения ресурсов, поэтому они могут выполнять более сложные функции.

Беспроводные сенсорные сети (Wireless Sensor Network, WSN) - беспроводная сенсорная сеть, состоит из пространственно распределенных автономных датчиков для мониторинга физических и экологических условий, таких как температура, звук, вибрации, давление, движение, уровень загрязняющих веществ, а так же для передачи совместных данных через сеть к получателю (Рис. 1.9).

Рис. 1.9 - Пример архитектуры беспроводной сенсорной сети

Более современные сети являются двунаправленными, что позволяет также контролировать деятельность датчиков.

Одна WSN сеть может состоять от нескольких до нескольких тысяч узлов, где каждый узел соединен с одним, или с несколькими датчиками. Каждый узел сенсорной сети обычно имеет несколько частей: приемо-передатчик с антенной, микроконтроллером, электронной схемой для сопряжения с датчиками и источник энергии, как правило, батарея. Основные характеристики WSN:

- потребляемая мощность узлов ограничивается батареей;

- способность справляться с узловыми неисправностями;

- мобильность узлов;

- динамическая топология сети;

- неоднородность узлов;

- способность выдерживать суровые условия окружающей среды;

- простота в использовании.

Таблица 1.2 - Основные характеристики стандартов беспроводных сетей

Технология

Стандрат

Использование

Пропускная способность

Радиус действия

Bluetooth

802.15.1

WPAN

До 1Мбит/c

До 10 м

ZigBee

802.15.4

WPAN

От 20 до 250 Кбит/с

1 - 100 м

WiMax

802.16

WMAN

До 75 Мбит/с

До 80 км

Wi-Fi

802.11b

WLAN

До 11 Мбит/с

До 300 м

Wi-Fi

802.11a

WLAN

До 54 Мбит/c

До 300 м

Wi-Fi

802.11g

WLAN

До 54 Мбит/c

До 300 м

Wi-Fi

802.11n

WLAN

До 600 Мбит/c

До 300 м

Однако несмотря на множество примуществ беспроводных сетей, основной проблемой является их невысокая производительность. В связи с этим в работе были проанализированы методы повышения производительности беспроводных локальных сетей Ad-Hoc, так они являются наиболе перспективными и удобными для применения.

Делись добром ;)