Безжичната Меш мрежа

Безжичната Меш мрежа е комуникациска мрежа, составена од радио јазли организирани во Меш топологија. Безжичните Меш мрежи, често се состојат од меш клиенти, меш насочувачи и порти(гејтвеј).^[1]. Меш клиентите, најчесто се преносни компјутери, мобилни телефони или други безжични направи, додека меш насочувачите го проследуваат сообраќајот од и до портите, кои можат, но не мора да бидат поврзани со Интернет мрежата. Покриеноста на радио јазлите, која работи како единечна мрежа, понекогаш се нарекува меш облак. Пристапот до меш облакот зависи од радио јазлите, кои работат еден со друг во хармонија, со цел да создадат радио мрежа. Меш мрежата е сигурна и нуди редунданција. Кога еден од јазлите не може повеќе да функционира, останатите јазли сè уште можат да комуницираат еден со друг, директно или преку еден или повеќе посреднички јазли. Долуприкажаната анимација, покажува како безжичните Меш мрежи можат сами да се формираат и поправаат. Безжичните меш мрежи можат да бидат имплементирани со различни безжични технологии, вклучувајќи ги и стандардите 802.11, 802.16, клеточни технологии или комбинации од повеќе типови.

Анимација која го покажува самопоправањето на безжичните Меш мрежи

Безжичната Меш мрежа може да се разгледува како посебен тип на безжична ад хок-мрежа. Безжичната Меш мрежа, често има повеќе планирана конфигурација, и може да биде распоредена да обезбеди динамичка и ценоделотворна поврзаност преку одредена географска област. Од друга страна, ад-хок мрежата е формирана, кога безжичните уреди меѓу себе ќе бидат во комуникациски опсег. Често се претпоставува дека сите јазли во безжичната Меш мрежа се неподвижни, но тоа не важи во општ случај. Меш насочувачите можат да бидат подвижни, и да се придвижуваат според специфични побарувања кои произлегуваат од мрежата. Најчесто, Меш насочувачите не се ограничени во однос на ресурсите, споредено со другите јазли во мрежата, и поради тоа може да се искористат за извршување на повеќе интензивни функции врз ресурсите. На овој начин, безжичните Меш мрежи се разликуваат од ад-хок мрежите, бидејќи овие јазли често се ограничени со средства.

Историја

Мрежна структура

Архитектура

Архитектурата на безжичните Меш мрежи е првиот чекор кон обезбедување на мрежи со делотворна цена и динамички високопропусен опсег, над одредена покриена област. Архитектурната инфраструктура на безжичните Меш мрежи, всушност, е насочувачка мрежа без поврзување на јазлите со кабли. Изградена е од меѓусебно еднакви радио направи, кои не мора да бидат поврзани со кабли за жичен порт, како кај традиционалните пристапни точки на безжичната локална мрежа(WLAN). Архитектурата на Меш мрежата одржува јачина на сигналот преку разделување на големите далечини на серија од помали хопови. Посредничките јазли, не само што го појачуваат сигналот, туку и кооперативно донесуваат одлуки за пренасочување, засновани на нивните познавања на мрежата, т.е. извршуваат насочување. Таквата архитектура, со внимателно проектирање, може да обезбеди висок пропусен опсег, спектрална ефикасност и економска предност над покриената област.

Пример за трите типови на безжични Меш мрежи:^[1]

Инфраструктурна безжична Меш мрежа: Меш насочувачите формираат инфраструктура за клиентите.
Клиентски безжични Меш мрежи: Клиентските јазли, кои ја сочинуваат вистинската мрежа, извршуваат насочување и конфигурирање на функционалностите.
Хибридни безжични Меш мрежи: Клиентите во меш мрежата можат да извршуваат меш функции со други меш клиенти, како и да пристапуваат до мрежата.

Безжичните Меш мрежи имаат релативно стабилна топологија, со исклучок на повремено откажување на јазлите или додавање на нови јазли. Патеката на сообраќај, акумулирана од големиот број на крајни корисници, ретко се променува. Практично, целиот сообраќај во инфраструктурната Меш мрежа, е или пренасочен до или од портите(гејтвеј), додека кај ад хок мрежите или клиентските Меш мрежи, сообраќајот протекува помеѓу произволни парови на јазли.^[2]

Управување

Овој тип на инфаструктура може да биде децентрализиран (без централен опслужувач) или централно управуван (со централен опслужувач)^[3], и двата се релативно евтини, и многу сигурни и еластични, бидејќи секој јазол треба само да пренесува на далечина до наредниот јазол. Јазлите дејствуваат како насочувачи (рутери) при пренесувањето на податоци, од соседните јазли до врсниците (peers), кои се премногу оддалечени за да се достигнат во еден хоп, што резултира со мрежа која може да спојува поголеми растојанија. Топологијата на Меш мрежата е исто така сигурна, бидејќи секој јазол е поврзан со неколку други јазли. Ако некој јазол, поради откажување на хардверот или било која друга причина, испадне од мрежата, тогаш соседните јазли можат брзо да пронајдат друг пат, притоа користејќи насочувачки протоколи.

Апликации

Меш мрежите можат да вклучуваат фиксни или мобилни уреди. Решенијата за тоа се различни и се донесуваат според потребите на комункацијата, на пример, во тешки услови, како што се итни ситуации, тунели, надгледување на бојно поле, мобилни и видео апликации од јавниот транспорт или телеметрија на тркачки автомобили во реално време. Една од важните апликации за безжична Меш мрежа е глас преку интернет протоколот(VoIP). Со користење на квалитетот на Услужна шема, безжичните Меш мрежи можат да поддржуваат, локалните телефонски повици да бидат насочувани преку Меш мрежата. На пример, „Безбедност за рударите“ (Miner safety),^[4] користи VoIP телефони, поврзани преку Меш мрежа.

Некои тековни апликации:

Американските воени сили моментално користат Меш вмрежување за да ги поврзат своите компјутери на теренските операции. Тоа им овозможува на трупите да ги дознаат локациите и статусот на секој војник или маринец, и да ги координираат своите активности, без голема дирекција од централната команда.^[5]
Електричните мерила што сега се распоредени на резиденциите, ги пренесуваат своите отчитувања, од еден до друг, и крајно до централната канцеларија за наплати, без потреба од човечки фактор при читањето на мерилата или поврзување на мерилата со кабли.
Лаптопите во програмата, Лаптоп за секое дете, користат безжично Меш вмрежување за да им се обезбеди на студентите размена на фајлови и пристап до Интернет мрежата, при недостаток на мобилни телефони или каква било физичка врска во областа.
Групата од 66 сателити, Iridium, работи како Mеш мрежа, со безжични врски помеѓу сателитите. Повиците помеѓу два сателитски телефони се насочувани низ Меш мрежата, од еден сателит до друг во групата, без да има потреба, повикот да поминува низ земска станица. Со тоа се овозможува пократок пат на испратениот сигнал, се намалува латентноста, а исто така се овозможува, групата на 66 сателити, да работи со помал број на земски станици, отколку кај традиционалниот начин на комуникација.

Работа

Принципот на работа е сличен на начинот на којшто пакетите патуваат низ жичен Интернет – податоците ќе се префрлаат од една направа на друга, сè додека не пристигнат до целта. Динамичките насочувачки алгоритми, имплементирани во секоја од направите во Меш мрежата, го овозможуваат тоа. За да се имплементира таков динамички насочувачки протокол, секоја од направите треба да ги пренесува насочувачките информации на друга направа во мрежата. Според тие насочувачки информации, секоја направа од мрежата одлучува што да направи со примените податоци – дали да ги пренесе до наредната направа или да ги задржи, во зависност од протоколот. Употребениот насочувачки алгоритам, секогаш треба да се обиде да го пронајде најсоодветниот (најбрзиот) пат, по кој податоците ќе стигнат до своето одредиште.

Мулти-радио Меш мрежа

Мулти-радио Меш мрежа се однесува на единствен пар на посветени радија, на секој крај на линкот. Ова значи дека постои единствена честота која се користи за секој безжичен хоп и според тоа постои CSMA колизиски домен. Тоа е вистински меш линк со кој можат да се достигнат максимални перформанси, без деградација на ширината на опсегот во Меш мрежата и без додавање на латентност. Според тоа, гласните и видео апликациите работат на истиот начин, на којшто би работеле на безжична Етернет мрежа. Во вистинските 802.11 мрежи, не постои концепт на Меш мрежа. Постојат само Точки на пристап (AP) и станици. Еден јазол од мулти-радио безжичен Mеш ќе обезбеди еден од радијата да работи како станица и да се поврзе до радиото за точка на пристап, од соседниот јазол. Единствените и дуалните радио мрежи користат сопствени начини, да го повторат сигналот, што значи дека повеќе од два јазли се наоѓаат во ист колизиски домен и имаат иста честота^[6]. Тоа ги причинува деградацијата на ширината на опсегот и високата латентност.

Теми за истражување

Еден од најчесто цитираните трудови, за безжични Меш мрежи, ги идентификуваше следните области како отворени истражувачки проблеми, во 2005 година.^[1]:

Нова модулациска шема
- Со цел да се постигне повисока стапка на пренос, потребни се нови широкопојасни преносни системи, освен OFDM и UWB.
Напредно антенско обработување
- Напредното антенско обработување, вклучувајќи насочени, паметни и повеќекратни антенски технологии и понатаму се испитува, бидејќи нивната сложеност и цена сè уште се премногу високи за глобална комерцијализација.
Флексибилни спектарски управувања
- Извршувани се огромни напори за истражување на честотно-подвижни техники, со цел зголемување на ефикасноста.
Дизајн на вкрстени слоеви
- Истражувањата на вкрстени слоеви, моментално, се популарни истражувачки теми, каде што информациите се делат помеѓу различни комуникациски слоеви, со цел да се зголеми знаењето и тековната состојба на мрежата. Ова може да овозможи развивање на нови и поефикасни протоколи. Важно е да се напомене и дека површниот дизајн на вкрстени слоеви може да доведе до програмски код кој тешко се одржува и проширува.^[7]

Протоколи

Насочувачки протоколи

Постојат повеќе од 70 натпреварувачки шеми за насочување на пакети низ Меш мрежата. Некои од нив вклучуваат:

AODV (Ад хок далечински вектор на барање)
B.A.T.M.A.N. (Подобар пристап до мобилните Ад хок вмрежувања)
Babel (протокол) (Насочувачки протокол на далечински вектори за IPv6 и IPv4, со брзи конвергенциони својства)
DNVR (Динамичко NIx-Вектор насочување)
DSDV (Одредишно-последователно насочување со вектор на далечина)
DSR (Насочување со динамички извор)
HSLS (Магловита поврзувачка состојба)
IWMP (Инфраструктурен безжичен меш протокол) за инфраструктурни Меш мрежи од GRECO UFPB-Бразил
OLSR (Оптимизирачки поврзувачки состојбен протокол за насочување)
OORP (OrderOne Routing Protocol) (Насочувачки протокол на OrderOne мрежите)
OSPF (Насочување „Отворен прво најкраткиот пат“)
PWRP (Предвидлив безжичен протокол за насочување)
TORA (Привремено подреден алгоритам за насочување)

IEEE развива множество од стандарди, под насловот 802.11s, за да дефинираат архитектура и протокол за ESS вмрежување на Меш.

Протоколи за автоматска конфигурација

Стандардни протоколи за автоматска конфигурација, како што се DHCP или IPv6 безсостојбена автоматска конфигурација можат да се искористат на Меш мрежите.

Специфичните протоколи за автоматска конфигурација за Меш мрежите, вклучуваат:

Ад-хок конфигурациски протокол (AHCP)
Проактивна автоматска конфгурација (Proactive Autoconfiguration Protocol)
Динамички WMN конфигурациски протокол (DWCP)

Поврзано

Наводи

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Ian F. Akyildiz, Xudong Wang, Weilin Wang (15 March 2005). „Wireless mesh networks: a survey“ (PDF). Computer Networks and ISDN Systems v.47 n.4. стр. 445-487. Архивирано од изворникот (PDF) на 2008-08-28. Посетено на 2011-01-16.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
↑ J. Jun, M.L. Sichitiu, "The nominal capacity of wireless mesh networks" Архивирано на 4 јули 2008 г., in IEEE Wireless Communications, vol 10, 5 pp 8-14. October 2003
↑ S.M. Chen, P, Lin, D-W Huang, S-R Yang, "A study on distributed/centralized scheduling for wireless mesh network" in Proceedings of the 2006 International Conference on Wireless Communications and Mobile Computing, pp 599 - 604. Vancouver, British Columbia, Canada. 2006
↑ „Communications/Tracking System optimizes miner safety“. March 6, 2007. Архивирано од изворникот на 2008-07-04. Посетено на 9 December 2010.
↑ „Video Clip“. meshdynamics.com.
↑ „Animation“. meshdynamics.com.
↑ V. Kawadia, P. R. Kumar (February 2005). A Cautionary Perspective on Cross-Layer Design in IEEE Wireless Communications. стр. 3-11.

Надворешни врски

IET Архивирано на 1 април 2007 г. From hotspots to blankets
Mesh Network serves three California Communities
Using Mesh Networks for Video Surveillance
LastMile Архивирано на 15 јуни 2011 г. Wireless Mesh Networks – An Industry Overview
Ian. F. Akyildiz and Xudong Wang, "A Survey on Wireless Mesh Networks," Архивирано на 21 август 2008 г. IEEE Communications Magazine, vol. 43, no. 9, s23-s30, Sept. 2005
Iamatechie , "Wifi Mesh Network" Архивирано на 18 мај 2011 г. Post Series regarding Wifi Mesh Networking
Mesh Networks Research Group Архивирано на 16 март 2015 г. Projects and tutorials' compilation related to the Wireless Mesh Networks
Victor Pierobon, "The first concept of wireless mesh" Архивирано на 8 февруари 2011 г. The 1994 beginning of wireless mesh.
Building a Rural Wireless Mesh Network Guide Архивирано на 6 февруари 2011 г.
Wray NGA Community Broadband Архивирано на 10 февруари 2015 г.

[akyildiz-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Ian F. Akyildiz, Xudong Wang, Weilin Wang (15 March 2005). „Wireless mesh networks: a survey“ (PDF). Computer Networks and ISDN Systems v.47 n.4. стр. 445-487. Архивирано од изворникот (PDF) на 2008-08-28. Посетено на 2011-01-16.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)

[jun-2] J. Jun, M.L. Sichitiu, "The nominal capacity of wireless mesh networks" Архивирано на 4 јули 2008 г., in IEEE Wireless Communications, vol 10, 5 pp 8-14. October 2003

[chen-3] S.M. Chen, P, Lin, D-W Huang, S-R Yang, "A study on distributed/centralized scheduling for wireless mesh network" in Proceedings of the 2006 International Conference on Wireless Communications and Mobile Computing, pp 599 - 604. Vancouver, British Columbia, Canada. 2006

[4] „Communications/Tracking System optimizes miner safety“. March 6, 2007. Архивирано од изворникот на 2008-07-04. Посетено на 9 December 2010.

[5] „Video Clip“. meshdynamics.com.

[6] „Animation“. meshdynamics.com.

[kawadia-7] V. Kawadia, P. R. Kumar (February 2005). A Cautionary Perspective on Cross-Layer Design in IEEE Wireless Communications. стр. 3-11.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]