يمكن توقع بيئة حوسبة منتشرة بناءً على التقدم والتقدم الأخير في تقنيات الحوسبة والاتصالات. سيتضمن الجيل التالي من الاتصالات المتنقلة كلاً من الشبكات اللاسلكية المشهورة ذات البنية التحتية والشبكات المتنقلة المخصصة الخالية من البنية التحتية (MANETs).
MANET عبارة عن مجموعة من العقد اللاسلكية التي يمكنها تشكيل شبكة ديناميكيًا لتبادل المعلومات دون استخدام أي بنية أساسية للشبكة الثابتة موجودة مسبقًا. يتم استخدام الشبكات اللاسلكية المخصصة بشكل متزايد في ساحة المعركة والبحث في حالات الطوارئ ومهام الإنقاذ.
توفر الميزات الخاصة لـ MANET فرصًا كبيرة جنبًا إلى جنب مع التحديات الشديدة. يصف هذا التقرير المفهوم والميزات والحالة والمشاكل الأساسية للشبكات المخصصة.
مقدمة
من المحتمل أن تعتمد بيئات حياتنا المستقبلية على موارد المعلومات التي توفرها اتصالات شبكات الاتصال المختلفة للمستخدمين. تعمل الأجهزة الصغيرة الجديدة مثل المساعد الرقمي الشخصي (PDA) والهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة على تحسين معالجة المعلومات وإمكانيات الوصول مع التنقل.
لتلبية احتياجات هذه الأجهزة ، يجب أن تتبنى التقنيات الحديثة نموذجًا جديدًا للحوسبة المنتشرة بما في ذلك البنى والمعايير والأجهزة والخدمات والأدوات والبروتوكولات الجديدة.
تعد الحوسبة المتنقلة من أهم التقنيات التي تدعم الحوسبة المنتشرة. مكنت التطورات في تقنيات الأجهزة والبرامج من انتشار الأجهزة المضيفة المتنقلة والشبكات اللاسلكية إلى الجماهير.
بشكل عام هناك وضعان يمكن لعقد الهاتف المحمول اللاسلكية الاتصال بهما:
البنية التحتية :
في هذا الوضع ، تمر جميع الاتصالات بين العقد المتنقلة عبر محطة أساسية. تُعرف المحطة الأساسية أيضًا باسم نقطة الوصول. هذه المحطات الأساسية متصلة بالبنية التحتية الثابتة أو الشبكات السلكية.
البنية التحتية :
يُعرف هذا النمط من الاتصال بشبكة الهاتف المحمول المخصصة.
MANET عبارة عن مجموعة من العقد اللاسلكية التي يمكنها تشكيل شبكة ديناميكيًا لتبادل المعلومات دون استخدام أي بنية أساسية للشبكة الثابتة موجودة مسبقًا. يعد هذا جزءًا مهمًا جدًا من تقنية الاتصال التي تدعم الحوسبة المنتشرة حقًا لأنه في العديد من السياقات لا يمكن أن يعتمد تبادل المعلومات بين الوحدات المتنقلة على أي بنية أساسية للشبكة الثابتة ، ولكن على التكوين السريع للاتصال اللاسلكي أثناء التنقل. من الأمثلة النموذجية على هذا النمط من الاتصال الأشخاص الذين يجلسون في غرفة الاجتماعات ويتبادلون البيانات بينهم دون أي بنية تحتية ثابتة.
2. الخلفية ذات الصلة
2.1 مفهوم مانيه
الشبكة المخصصة للأجهزة المحمولة عبارة عن مجموعة من العقد اللاسلكية التي يمكن إعدادها ديناميكيًا في أي مكان وزمان دون استخدام أي بنية أساسية للشبكة موجودة مسبقًا. إنه نظام مستقل يتحرك فيه المضيفون المتنقلون المتصلون عن طريق الروابط اللاسلكية بحرية بشكل عشوائي. في MANET ، تعمل العقد كمضيف وموجهات.
تختلف أنواع حركة المرور في الشبكات المخصصة تمامًا عن تلك الموجودة في الشبكة اللاسلكية ذات البنية التحتية ، بما في ذلك:
نظير إلى نظير : الاتصال بين عقدتين ، والتي تقع ضمن قفزة واحدة.
من بعيد إلى بعيد : الاتصال بين عقدتين يتجاوزان قفزة واحدة ولكنهما يحافظان على مسار ثابت بينهما.
قد يكون هذا نتيجة بقاء عدة عقد ضمن نطاق الاتصال لبعضها البعض في منطقة واحدة أو ربما تتحرك كمجموعة. حركة المرور مماثلة لحركة مرور الشبكة القياسية.
حركة المرور الديناميكية : يحدث هذا عندما تكون العقد ديناميكية وتتحرك. يجب إعادة بناء الطرق. يؤدي هذا إلى ضعف الاتصال ونشاط الشبكة في رشقات نارية قصيرة.
2.2 ميزات MANET
يحتوي MANET على الميزات التالية:
محطة مستقلة : في MANET ، كل مضيف متنقل هو عقدة مستقلة ، والتي قد تعمل كمضيف وجهاز توجيه.
بمعنى آخر ، إلى جانب قدرة المعالجة الأساسية كمضيف ، يمكن للعقد المحمولة أيضًا أداء وظائف التبديل كجهاز توجيه. لذلك لا يمكن عادةً تمييز نقاط النهاية والمفاتيح في MANET.
التشغيل الموزع : نظرًا لعدم وجود شبكة خلفية للتحكم المركزي في عمليات الشبكة ، يتم توزيع التحكم في الشبكة وإدارتها بين المحطات الطرفية.
يجب أن تتعاون العقد المتضمنة في MANET فيما بينها وتعمل كل عقدة كمرحل حسب الحاجة ، لتنفيذ وظائف مثل الأمان والتوجيه.
التوجيه متعدد القفزات : يمكن أن تكون الأنواع الأساسية من خوارزميات التوجيه المخصصة عبارة عن قفزة واحدة وقفزات متعددة.
القفزة المفردة MANET أبسط من multhop من حيث الهيكل والتنفيذ ، مع تكلفة وظائف أقل وقابلية التطبيق. عند تسليم حزم البيانات من مصدر إلى وجهتها خارج نطاق الإرسال اللاسلكي المباشر ، يجب إعادة توجيه الحزم عبر عقد وسيطة واحدة أو أكثر.
طوبولوجيا الشبكة الديناميكية : نظرًا لأن العقد تكون متنقلة ، فقد يتغير هيكل الشبكة بسرعة وبشكل غير متوقع وقد يختلف الاتصال بين المحطات مع مرور الوقت. يجب أن تتكيف MANET مع ظروف الحركة والانتشار وكذلك أنماط التنقل لعقد الشبكة المتنقلة. تُنشئ العقد المتنقلة في الشبكة ديناميكيًا التوجيه فيما بينها أثناء تحركها ، وتشكل شبكتها الخاصة أثناء التنقل.
علاوة على ذلك ، قد لا يعمل المستخدم في MANET داخل الشبكة المخصصة فحسب ، بل قد يتطلب الوصول إلى شبكة ثابتة عامة.
قدرة الارتباط المتقلبة : قد تكون طبيعة معدلات أخطاء البت العالية للاتصال اللاسلكي أكثر عمقًا في MANET. يمكن مشاركة مسار واحد من طرف إلى طرف بواسطة عدة جلسات.
تخضع القناة التي تتواصل عليها المطاريف للضوضاء والخبو والتداخل ، ولها عرض نطاق أقل من الشبكة السلكية. في بعض السيناريوهات ، يمكن للمسار بين أي زوج من المستخدمين اجتياز عدة روابط لاسلكية ويمكن أن يكون الارتباط نفسه غير متجانس. يتمثل أحد تأثيرات القدرات المنخفضة إلى المعتدلة نسبيًا في أن الازدحام هو المعيار المعتاد وليس الاستثناء ، أي أن الطلب الكلي للتطبيق من المرجح أن يقترب من سعة الشبكة أو يتجاوزها بشكل متكرر.
عملية مقيدة للطاقة : قد تعتمد بعض أو كل العقد في MANET على البطاريات أو غيرها من الوسائل للحصول على طاقتها. تحتاج هذه الأجهزة إلى خوارزميات وآليات مُحسَّنة تنفذ وظائف الحوسبة والتواصل.
الأمن المادي المحدود : تكون شبكات MANET بشكل عام أكثر عرضة لتهديدات الأمن المادي من شبكات الكابلات الثابتة. ينبغي النظر بعناية في الاحتمالية المتزايدة للتنصت والتحايل وهجمات رفض الخدمة.
2.3 حالة MANET
الشبكة المخصصة ليست مفهومًا جديدًا. تم نشره لأول مرة في الجيش في السبعينيات. نما الاهتمام التجاري بمثل هذه الشبكات مؤخرًا بسبب التقدم في الاتصالات اللاسلكية. تم تشكيل مجموعة عمل جديدة لـ MANET داخل فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) للتحقيق في معايير دعم توجيه الإنترنت وتطويرها لشرائح IP المتنقلة واللاسلكية المستقلة وتطوير إطار عمل لتشغيل البروتوكولات المستندة إلى IP في الشبكات المخصصة.
زاد معيار IEEE الأخير 802.11 من الاهتمام البحثي في هذا المجال. تم عقد العديد من المؤتمرات وورش العمل الدولية من قبل IEEE و ACM. على سبيل المثال ، كان MobiHoc (ندوة ACM حول الشبكات والحوسبة المخصصة للأجهزة المحمولة) أحد أهم مؤتمرات ACM SIGMOBILE (مجموعة الاهتمامات الخاصة حول تنقل الأنظمة والمستخدمين والبيانات والحوسبة). يحظى البحث في مجال الشبكات المخصصة باهتمام أكبر من الأوساط الأكاديمية والصناعة والحكومة. نظرًا لأن هذه الشبكات تطرح العديد من القضايا المعقدة ، فهناك العديد من المشكلات المفتوحة للبحث والمساهمات المهمة.
3. التحديات في شبكات المحمول المخصصة
تجلب الميزات الخاصة لـ MANET هذه التكنولوجيا فرصة عظيمة جنبًا إلى جنب مع التحديات الشديدة. وتشمل هذه:
3.1 التوجيه في MANETs
تتمثل الوظيفة الرئيسية لطبقة الشبكة في توجيه الحزم من الجهاز المصدر إلى الجهاز الوجهة. خوارزمية التوجيه هي ذلك الجزء من برنامج طبقة الشبكة المسؤول عن تحديد خط الإخراج كحزمة واردة يجب إرسالها. تعد الخوارزميات التي تختار المسارات وهياكل البيانات التي تستخدمها مجالًا رئيسيًا لتصميم طبقة الشبكة.
ما الذي يجعل خوارزمية التوجيه مهمة صعبة في الشبكة المخصصة عندما يكون هناك الكثير من الخوارزميات المتاحة للشبكة السلكية؟
السبب هو الهيكل المتغير للشبكات المخصصة. أصبحت جميع قواعد الشبكة السلكية ، أي الهياكل الثابتة والجيران الثابت والمعروف ، خارج النطاق تلقائيًا. مع وجود شبكة مخصصة ، قد يتغير الهيكل طوال الوقت ؛ لذلك يمكن أن تتغير المسارات الصالحة تلقائيًا دون أي تحذير.
فيما يلي الخصائص المرغوبة لبروتوكول توجيه MANET:
العملية الموزعة : نظرًا لعدم وجود نقطة مركزية مثل الشبكة السلكية ، تقوم كل عقدة في MANET بإجراء التوجيه.
Loop-freedom:
بالرغم من أنه إذا لم يتم دمجها في بروتوكول التوجيه ، يمكن استخدام قيمة TTL لمنع الحزمة من التجوال في الشبكة لفترات طويلة بشكل تعسفي. ولكن ، لا يزال ، هذه الخاصية مرغوبة للاستخدام الفعال للموارد وتحسين الأداء العام.
عملية قائمة على الطلب :
بدلاً من افتراض توزيع منتظم لحركة المرور داخل الشبكة والحفاظ على معلومات التوجيه بين جميع العقد في جميع الأوقات ، يجب أن تتكيف خوارزمية التوجيه مع نمط حركة المرور على أساس الطلب أو الحاجة.
يجب أن يتم ذلك بطريقة تمكنه من استخدام طاقة العقد المتنقلة وعرض النطاق الترددي للشبكة بشكل أكثر كفاءة على حساب زيادة تأخير اكتشاف المسار.
العملية الاستباقية :
هذا هو عكس العملية القائمة على الطلب. في سياقات معينة ، فإن عملية الكمون الإضافية القائمة على الطلب غير مقبولة. إذا سمح النطاق الترددي وموارد الطاقة ، فإن العملية الاستباقية مرغوبة في هذه السياقات.
الأمان :
بدون شكل من أشكال أمان مستوى الشبكة أو طبقة الارتباط ، يكون بروتوكول توجيه MANET عرضة للعديد من أشكال الهجوم. قد يكون من السهل نسبيًا التطفل على حركة مرور الشبكة ، ومعالجة رؤوس الحزم وإعادة توجيه رسائل التوجيه ، داخل شبكة لاسلكية دون شروط الأمان المناسبة.
عملية الفترة :
نتيجة للحفاظ على الطاقة ، أو أن هناك حاجة أخرى إلى أن تكون غير نشطة ، قد تتوقف عقد MANET عن الإرسال و / أو الاستقبال لفترات زمنية عشوائية.
يجب أن يكون بروتوكول التوجيه قادرًا على استيعاب فترات النوم هذه دون عواقب وخيمة بشكل مفرط.
دعم الارتباط أحادي الاتجاه :
يتم افتراض الروابط ثنائية الاتجاه عادةً في تصميم خوارزميات التوجيه ، والعديد من الخوارزميات غير قادرة على العمل بشكل صحيح عبر الروابط أحادية الاتجاه. ولكن ، يمكن أن تحدث الروابط أحادية الاتجاه في الشبكات اللاسلكية.
اخيرا
مانيت هي واحدة من أهم التقنيات وأهميتها في الوقت الحالي. يمكن استغلال الشبكات المتنقلة المخصصة في منطقة واسعة من التطبيقات ، من العسكرية ، والإنقاذ في حالات الطوارئ ، وإنفاذ القانون ، والتجارية ، إلى السياقات المحلية والشخصية. لقد اكتسب بالفعل كتلة حرجة بين الباحثين في الأوساط الأكاديمية وكذلك في الصناعة. علاوة على ذلك ، هناك أيضًا فورة من النشاط في هيئات المعايير في هذا المجال. تم اقتراح العديد من بروتوكولات التوجيه المصممة للشبكات المخصصة كمسودة إنترنت وطلب تعليقات ( RFC ) لفريق مهام هندسة الإنترنت (IETF). ومع ذلك ، فإن MANET كتقنية لا يمكن أن تصبح ناجحة وشائعة إلا إذا تمت معالجة التحديات المتعلقة بالتوجيه واكتشاف التسلل بشكل مناسب.
