امنیت و مسیر یابی در شبکه های اقتضایی :
چکیده
شبکه‌های بی‌سیم کاربرد بسیاری دارند، سهولت و سرعت ساخت، ازمهمترین مزیت این نوع شبکه‌ها است. با توجه به انتقال داده در محیط باز (از طریق هوا) و محدودیت های موجود از جمله پهنای باند محدود، انرژی محدود، دامنه¬ی ارسال محدود و...¬، کنترل ازدحام و تداخل و پروتکل¬های مسیریابی متفاوت از شبکه¬های سیمی هستند.
در این مقاله به معرفی شبکه¬های بی¬سیم توری که ترکیبی از شبکه¬های ad hoc و سلولی هستند، می¬پردازیم. با توجه به طبیعت ترکیبی، اعمال پروتکل¬های مسیریابی مربوط به سایر شبکه¬های بی¬سیم به این نوع شبکه، غیرممکن است، زیرا پروتکل¬های مسیریابی باید ترکیبی از مسائل مربوط به شبکه¬های ad hoc و سلولی را در نظر بگیرند. در ادامه برخی از پروتکل¬های مسیریابی و معیارهای مورد استفاده ، بررسی¬می¬شوند.
کلیدواژه ها:
شبکه سلولی، شبکه ad hoc، شبکه بی¬سیم توری، پروتکل های مسیریابی
1- مقدمه
شبکه سلولی، شامل تعداد زیادی کاربر با پایانه¬ها¬ی سیار، ایستگاههای اصلی، و کنترل کننده¬ی مرکزی است که توسط خطوطی با سرعت بالا، (سیمی یا microwave) به یکدیگر یا دنیای بیرون متصل می¬شوند. داده¬های کاربران از طریق نزدیکترین ایستگاه اصلی ارسال می¬شوند، در نتیجه انتقال داده¬ی چند¬گامه در محیط بی¬سیم اشتراکی وجود ندارد. پایانه¬های سیار مسئولیت بسیار کمی دارند و تمامی تصمیمات مهم مانند زمان ارسال هر پایانه، فرکانس ارسال، برش زمانی، کد مورد استفاده، انرژی موردنیاز و.. بطور مرکزی و نوعا در کنترل کننده¬ی شبکه اتخاذ می¬شود. در صورت خرابی یکی از ایستگاههای اصلی، همه¬ی کاربران مجاور آن، ارتباط خود را با شبکه از دست می¬دهند.(شکل 1 -الف)
شبکه¬های ad hoc برخلاف شبکه¬های سلولی دارای هیچ زیرساخت اضافه¬ای، مانند ایستگاههای اصلی، کنترل کننده مرکزی و... نیستند. بنابراین عملیات شبکه، بطور توزیع شده و غیر¬متمرکز انجام می¬شود. علاوه¬براین داده در چند¬گام مسیریابی شده و امکان ادامه کار، پس از رخداد خطا وجود دارد.(شکل 1-ب) این نوع شبکه¬ها، به دلیل عدم وجود زیرساخت گران نیستند. بنابراین اگر نیازهای ارتباطی با استفاده از شبکه¬های ad hoc رفع شود، نیازی به استفاده از توپولوژی سلولی نیست.
شکل(1). )الف) انتزاع سطح بالا از شبکه سلولی، (ب) انتزاع سطح بالا از شبکه بی¬سیم ad hoc 1
امکان ترکیب توپولوژی ad hoc با توپولوژی سلولی وجود دارد. مشکل زیر را در نظر بگیرید: اگر در شبکه¬ی سلولی محض، یک کاربر سیار، دور از دسترس همه ایستگاههای اصلی باشد، دو راه حل وجود دارد:
● اگر کانالی بین کاربر و ایستگاه اصلی نباشد، تماس¬های کاربر حذف خواهد شد.
● اگر کانال موجود بین کاربر و ایستگاه اصلی ضعیف باشد، انتقال پایانه¬ی سیار با حداکثر انرژی (مصرف باتری) و انتقال ایستگاه اصلی با حداکثر انرژی (تداخل با گره¬های سیار دیگر) و شاید با تخصیص پهنای باند بیشتر جبران می¬شود.
هیچ یک از راه حل¬های پیشنهادی مناسب نیستند.
راه حل مناسب استقرار تعدادی بی¬سیم ثابت با کانال مناسب، به ایستگاه اصلی است. با این کار، احتمال برقراری ارتباط کاربران با ایستگاه اصلی، بطور مستقیم یا با استفاده از رله بالا می¬رود. شبکه¬ی حاصل خصوصیات شبکه¬های سلولی (ایستگاههای اصلی و زیرساخت¬های گران قیمت) و شبکه¬های ad hoc (ارتباط چند¬گامه بی¬سیم از کاربر به ایستگاههای اصلی) را در خود جمع کرده است. این نوع شبکه، شبکه¬ی بی سیم توری[1] (WMN)نامیده می¬شود.
2-معماری WMN
این شبکه شامل سه نوع مختلف از اجزای شبکه است : دروازه¬های شبکه، نقاط دسترسی[2] و گره¬های سیار(شکل 2)
دروازه¬های شبکه : اجازه دسترسی به زیرساخت سیمی را می¬دهد. امکان استفاده از بیشتر از یک دروازه، در شبکه وجود دارد.
شکل (2). توپولوژی WMN 2
نقاط دسترسی :
ستون فقرات شبکه را در ناحیه¬های وسیعی گسترش می¬دهد، استفاده از آنها کم¬هزینه، انعطاف-پذیر و آسان است. این نقاط، ایستا، با احتمال خطای کم و بدون محدودیت انرژی فرض می¬شوند. کاربران با استفاده از ابزار بی¬سیم یا سیمی به این نقاط متصل می¬شوند. اتصالات بین این نقاط، به عنوان رله بین پایانه¬های سیار و دروازه¬های شبکه عمل می¬کنند.
گره¬های سیار :
محدوده¬ی وسیعی از ابزارها با درجه حرکت متفاوت را دربرمی¬گیرد، مانند PDA، laptop یا تلفن¬های سلولی. گره¬های سیار در مصرف انرژی، توانایی¬های محاسباتی و انتقال متفاوتند و با اتصال مستقیم به دروازه شبکه، یا با استفاده از نقاط دسترسی به عنوان رله، با زیرساخت سیمی ارتباط برقرار می¬کنند
در این نوع شبکه، انتقال داده از طریق ارتباطات بی¬سیم چند¬گامه انجام شده و شامل گره¬های سیار، دروازه¬های شبکه و نقاط دسترسی می¬باشد. پهنای باند موجود وابسته به تکنولوژی شبکه زیرین بوده و دارای نرخ انتقال 54 مگابیت در ثانیه است. ترافیک شامل جریانهای چندرسانه¬ای است و شبکه از هزاران گره سیار پشتیبانی می¬کند. علاوه بر این، دارای محدودیت¬های پهنای باند بوده و نیاز به مدیریت حرکت کاربران دارد.
شبکه¬ی بی¬سیم توری در موارد زیر با سایر شبکه¬های بی¬سیم تفاوت دارد:
اجزای شبکه:
نقش گره¬های سیار به عنوان بخشی از WMN متفاوت از سایر شبکه¬ها است. معماری این نوع شبکه¬، بین نقاط دسترسی - مانند گره¬های سیار - اتصالاتی را در نظر می¬گیرد.
درجه حرکت:
WMNها دارای ستون فقرات بی¬سیم هستند و از گره¬هایی با عدم محدودیت انرژی و حرکت محدود (یا ثابت) تشکیل شده¬اند، در حالی که در بعضی از شبکه¬های بی¬سیم چندگامه مانند MANET[3]ها بقای انرژی و حرکت کاربران مفهوم اصلی و اولیه است.
الگوی ترافیکی :
الگوی ترافیکی در WMN، شباهت جزیی به شبکه¬های سنسور و ad hoc دارد. مشابه شبکه-های سنسور، ترافیک داده اساسا بین کاربران و دروازه¬های شبکه است، (تفاوت با شبکه¬¬های ad hoc). البته ترافیک می¬تواند بین هر جفت از گره¬های کاربران نیز باشد ( شباهت با ad hoc) .
3-خصوصیات WMN از دید مسیریابی
با توجه به خصوصیات ذکر شده، پروتکل¬های مسیریابی موجود باید برای تطابق با WMNها مجددا بررسی شوند. اختلافات اساسی وابسته به مسیریابی عبارتند از:
توپولوژی شبکه :
WMN دارای ستون فقرات ثابت است. بنابراین مشابهMANET ها ارتباط از طریق انتقالهای بی¬سیم چند¬گامه انجام می¬شود. اما برخلاف MANETها حرکت گره¬ها در زیرساخت ستون فقرات متناوب نیست.
الگوی ترافیک :
در شبکه¬های سلولی و WLANها داده بین کاربران و نقاط دسترسی مبادله می شود. در WMN انتقال داده بین گره¬های سیار و دروازه¬های شبکه است.(کمی شباهت با شبکه¬های سلولی) ترافیک بین دو گره در WMN، اگرچه اهمیت کمی دارد اما باید مورد بررسی قرار گیرد.
تنوع کانال¬ها :
WMNها از امکان معرفی کانال¬های مختلف در فرایند مسیریابی سود می¬برند، که در سایر شبکه¬های بی¬سیم به دلیل حرکت گره¬ها (MANET) یا محدودیت¬های انرژی ممکن نیست. این تکنیک بطور واضح تداخل را کاهش و گذردهی را افزایش می دهد.
4-معیارهای کارایی مورد استفاده در پروتکل¬های مسیریابی
وابسته به مشخصات شبکه هر یک از پروتکل¬های مسیریابی روی یکی از معیارهای کارایی تمرکز کرده¬اند. لیست زیر برخی از معیارها را نشان می دهد:
تعداد گام :
تعداد گام ها بین مبدا و مقصد.
تعداد انتقال مورد انتظار(ETX)[4]:
بیشتر مخصوص ارتباطات بی¬سیم است. گم شدن داده را که به علت رقابت بر سر محیط دسترسی یا مخاطرات محیطی رخ می¬دهد، محاسبه کرده و تعداد ارسال مجددها را برای انتقال موفق یک بسته در لینک محاسبه می¬کند.
زمان انتقال مورد انتظار(ETT)[5]:
در محاسبات خود علاوه بر پارامترهای قبلی پهنای باند لینک را نیز دخالت می¬دهد.
مصرف انرژی :
سطح انرژی گره یک معیار مسیریابی است. اگر برخی گره¬های درگیر در فرآیند مسیریابی، محدودیت انرژی داشته باشند، ممکن است به علت تمام شدن انرژی خطای مسیر رخ دهد. بیشتر در شبکه¬های MANET و WMNها مهم است.
دسترسی پذیری/قابلیت اطمینان مسیر :
درصد زمانی را که مسیر در دسترس است، تخمین می¬زند. تاثیر حرکت گره در این معیار گنجانده می¬شود. به خصوص برای MANETها معیار مهمی است.
5- معیارکیفیت مسیر در مسیریابی شبکه¬های بی¬سیم چند¬گامه
بیشتر کارهای اخیر در زمینه¬ی پروتکل¬های مسیریابی برای شبکه¬های بی¬سیم روی گره¬های سیار، توپولوژی پویا و توسعه¬پذیری تمرکز کرده¬اند، و توجه کمتری به یافتن مسیرهای با کیفیت بالا، در لینکهای بی¬سیم شده است. معیاری که توسط اغلب پروتکل¬های مسیریابی ad hoc موجود استفاده می¬شود، حداقل¬سازی تعداد گام است.
با حداقل¬سازی تعداد گام، فاصله طی شده با هر گام حداکثر، قدرت سیگنال حداقل و نرخ گم شدن حداکثر می¬شود. حتی اگر بهترین مسیر حداقل تعداد گام را داشته باشد، در یک شبکه¬ی متراکم مسیرهای مختلفی با حداقل طول یکسان وجود دارد، که کیفیت آنها متفاوت است، انتخاب دلخواه که با معیار حداقل تعداد گام انجام شده، احتمالا بهترین انتخاب نیست.
در[3] گذردهی مسیرهایی با حداقل تعداد گام و گذردهی بهترین مسیر موجود مقایسه شده¬اند. نتایج حاصل نشان داده که حداقل تعداد گام درمواردی که کوتاهترین مسیر، سریعترین مسیر نیز می¬باشد، خوب کار می¬کند. مسیرهای با حداقل تعداد گام آهسته می¬باشند، زیرا شامل لینک¬هایی با نرخ گم شدن بالا هستند که باعث می¬شود پهنای باند برای ارسال مجددها استفاده شود.
معیار کیفیت پیشنهادی ETX است. این معیار مسیری با کمترین تعداد مورد انتظار ارسال را برای رسیدن به مقصد انتخاب می¬کند (شامل ارسال مجددها نیز می¬شود). هدف از طراحی این معیار یافتن مسیری با گذردهی بالا، علیرغم گم شدن بسته¬ها می¬باشد.
ETX یک لینک عبارتست از تعداد انتقال داده¬های موردنیاز برای ارسال یک بسته از طریق لینک، که شامل ارسال مجددها نیز می شود. ETXمسیر حاصل جمع ETX لینک های موجود درمسیر است.
ETX یک لینک با استفاده از نرخ¬های ارسال و دریافت هر لینک محاسبه می¬شود. نرخ تحویل بسته ارسالی df برابر است با احتمال اینکه یک بسته داده با موفقیت به مقصد برسد، نرخ تحویل معکوس dr برابر است با احتمال اینکه بسته¬ی ACK با موفقیت دریافت شود. احتمال اینکه ارسال با موفقیت انجام شده و تصدیق شود برابر است با df*dr. فرستنده وقتی اقدام به ارسال مجدد می¬کند که با موفقیت تائید نشده باشد. از آنجایی که هر تلاش برای ارسال بسته می¬تواند به عنوان توزیع برنولی تصور شود، تعداد ارسال¬های مورد انتظار برابر است با:
این معیار تنها برای شبکه هایی با ارسال مجدد لایه¬ی پیوند مانند 802.11b قابل درک است و فرض می¬کند فرکانس¬های رادیویی سطح نیروی ارسال ثابتی دارند. با نیروی رادیویی مختلف، بهتر است تعداد گام¬ها را حداقل کنیم، بنابراین تداخل کاهش پیدا کرده و انرژی مورد استفاده با هر بسته حداقل می شود. علاوه¬براین از لینکهای دارای ازدحام مسیریابی نمی¬کند، بنابراین از نوسانی که گاهی اوقات معیارهای مسیریابی متناسب با بار را تحت تاثیر قرار می دهد، مانند تاخیر انتها به انتها رنج نمی¬برد.
تاثیر این معیار در مسیریابی DSDV[6] و [7]DSR بررسی شده است[3]. قبل از بیان نتایج حاصل مروری بر پروتکل¬های عمومی DSDV و DSR داشته و تغییرات اعمالی را بیان می¬کنیم.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 104 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله امنیت و مسیر یابی در شبکه های اقتضایی
