بخشی از مقاله
چکیده
شبکه هاي سیار موردي1 به دلیل مزایاي قابل توجه آن که ناشی از انتقال چندگامی با زیرساخت کمتر است، توجه ویژه اي را به خود جلب کرده اند. با این وجود، به دلیل کانال بی سیم مستعد خطا و توپولوژي شبکه دینامیک، تحویل داده قابل اعتماد در MANET ها و مخصوصا در محیط هاي با تحرك زیاد یک موضوع مهم و چالش بر انگیز است. پروتکل هاي مسیریابی MANET مرسوم که مبتنی بر توپولوژي هستند - مانند DSDV ، AODV ، - DSR ، به تحرك گره ها کاملا حساس می باشند.
یکی از دلایل اصلی این امر ناشی از تعیین اولیه یک مسیر انتها به انتها قبل از انتقال داده است. به دلیل تغییر مداوم و حتی سریع توپولوژي شبکه، حفظ یک مسیر قطعی بسیار دشوار است. کشف و بازیابی روش ها نیز سبب صرف زمان و انرژي می شود. به محض این که مسیر تغییر یابد، بسته هاي داده از دست خواهند رفت یا براي زمانی طولانی تا نوسازي مسیر به تأخیر خواهند افتاد و این امر سبب وقفه در انتقال می شود.. در این مقاله، ضمن بررسی روش هاي مسیریابی در شبکه هاي سیار موردي ، یک روش مسیریابی بهبود یافته مبتنی بر تشکیل گلبرگ، براي افزایش قابلیت اطمینان و نرخ تحویل بسته ارائه شده است.
1. مقدمه
یک شبکه موردي موبایل یک شبکه بدون زیر ساخت شامل دستگاه هاي متحرك است که به صورت بی سیم به هم وصل شده اند. واژه ad hoc یک کلمه لاتین است و معنی لغوي آن "کاربرد موردي" است. هر دستگاه در یک MANET براي حرکت در هر جهتی استقلال و آزادي کامل دارد، به همین علت در بسیاري از اوقات اتصال بین هر دستگاه متحرك با دیگر دستگاه ها مرتبا تغییر می کند. همچنین هر کدام باید ترافیک غیر مرتبط خود را به جلو منتقل کنند، بنابراین مسیریابی نیز می شوند. چالش اصلی در ساخت یک MANET این اس ت که هر دستگاه به گونه اي مجهز شود که به طور متناوب، اطلاعات مورد نیاز براي ترافیک مسیر را به درستی نگهداري کند
شبکه هاي موردي موبایل توجه زیادي را به دلیل مزایاي مهم آن که از طریق انتقال چند هاب و بدون زیر ساخت به دست می آید، به خود اختصاص داده است. با این حال، به دلیل مستعد خطا بودن کانال هاي بی سیم و توپولوژي شبکه پویا، تحویل داده هاي قابل اعتماد در MANET ، به خصوص در محیط هاي چالش بر انگیز با تحرك بالا، مسئله مهمی است. پروتکل هاي مسیریابی مبتنی بر توپولوژي در MANET - به عنوان مثال DSDV ، AODV ، - DSR کاملا حساس به تحرك گره هستند.
یکی از دلایل اصلی این امر از پیش تعیین کردن یک مسیر end-to-end قبل از انتقال داده هاست. با توجه به تغییر مداوم و حتی سریع توپولوژي شبکه، حفظ یک مسیر قطعی بسیار دشوار است. روش کشف و بازیابی نیز زمان بر و مصرف کننده انرژي می باشد. هنگامی که مسیر می شکند، بسته اطلاعات از دست خواهد رفت و یا براي مدت طولانی تا زمان بازسازي مسیر به تعویق خواهد افتاد، که نتیجه آن وقفه انتقال است
. 2 کارهاي پیشین
Shirisha و همکارش، مشکل توزیع داده قابل اعتماد را در شبکه هاي ادهاك بزرگ مقیاس و پویا که پروتکل هاي کنونی با آن مواجه هستند مورد بررسی قرار داده است. پروتکل مسیریابی خوش بینانه مبتنی بر مکان2 در شبکه هاي Manet پویا عملکرد مناسبی دارد، بر این اساس در این مقاله یک پروتکل مسیریابی موثر تحت عنوان مسیریابی گلبرگی خوش بینانه مبتنی بر مکان3 ارائه شده است که مزایاي مسیریابی جغرافیایی بدون حالت و ماهیت پخش فراگیر رسانه هاي بیسیم را دارا می باشد. نتایج تحلیل آماري و شبیه سازي عملی نشان می دهد که عملکرد مناسبی با وجود تحرك بالاي گره ها دست یافته است
Yang و همکارانش، به دنبال ارائ ه یک روش مناسب براي تحویل به موقع و قابل اعتماد بسته هاي داده در شبکه هاي ادهاك سیار با تحرك بالا بودند. اکثر روش هاي موجود در برابر تحرك گره ها به ویژه در شبکه هاي بزرگ مقیاس دچار افت عملکرد می شوند. در روش ارائه شده، هنگامی که یک بسته داده ارسال میشود، برخی از همسایه ها که در برد ارسال سیگنال گره مبدا قرار دارند به عنوان کاندید ارسال بسته ایفاي نقش می کنند و در صورتی که گره ارسال کننده در برهه زمانی تعیین شده نتواند بسته را ارسال کند، گره کاندید بعدي وارد عمل می شود. با این روش، ارتباطات گرهها بدون تحمیل سربار تشکیل مسیر جدید، حفظ می شود
Priya و همکارانش، یک پروتکل مسیریابی فرصت طلب مبتنی بر ناحیه4 تحت عنوان ZOR ارائه داده اند که این روش از مزایاي پروتکل ها و الگوریتم هاي ارائه شده بهرهگیري نموده است. این روش از GPS براي دریافت مکان دقیق گره مقصد و ارسال حریصانه بسته در یک روش موثر بهره برده است. ZOR از گره کاندید براي ارسال بسته استفاده می کند
Karaki و همکارش، پروتکل هاي ترکیبی از ترکیب دو ایده کنشی و واکنشی استفاده می کنند. وقتی که گره هاي حسگر ثابت هستند، ترجیح بر این است که پروتکل هاي مسیریابی ایجاد شده را به جاي استفاده از پروتکل هاي واکنشی داشته باشیم. میزان چشم گیري از انرژي در کشف مسیر و تنظیم پروتکل هاي واکنشی استفاده می شود
.یک طبقه بندي دیگر از پروتک لهاي مسیریابی همکاري کننده نامیده می شوند. در مسیریابی مشارکتی یا همکاري کننده، گره ها داده ها را به یک گره مرکزي ارسال می کنند که در آنجا داده ها میتواند تجمیع شود، ممکن است مورد پردازش بیشتري قرار گیرند و بدین ترتیب هزینه مسیر کاهش می یابد - ازنظر کاربرد انرژي - . بسیاري از دیگر پروتکل ها تکیه روي زمان بندي اطلاعات دارند. تابه حال تحقیقات مشابه در خصوص مسیریابی انرژي آگاه در شبکه ﻫﺎي Manet با استفاده از الگوریتم هاي فرا اکتشافی انجام شده است
Elizabeth و ھمکارش، مسیریابی سلسله مراتبی که گره ها، نقشه اي متفاوتی را در شبکه ایفا می کنند، شرح داده شده است. مسیریابی سلسله مراتبی در شبکه هاي سیمی یک روش شناخته شده با مزایاي خاص مربوط به مقیاس پذیري و ارتباط مؤثر است. مفهوم سلسله مراتبی براي اجراي مسیریابی مؤثر انرژي در شبکه Manet به کار می رود. در یک ساختار سلسله مراتبی، گره هایی با انرژي بالاتر می تواند براي پردازش و ارسال اطلاعات استفاده شوند و درحالی که گره هایی با انرژي کمتر می توانند براي اجراي حسگري در مجاورت هدف استفاده شوند. این معنی اش این است که ایجاد دسته ها و ثبت کارهاي خاص براي دسته بندي می تواند مرتبط با مقیاس پذیري سیستم کلی باشد، همینطور مرتبط با طول عمر شبکه و انرژي باشد. مسیریابی سلسله مراتبی یک شیوه مؤثر در کاهش مصرف انرژي درون دسته بندي ها است
3. هدف کلی مقاله
هدف اصلی این پایان نامه بهبود امنیت داده در شبکه هاي موردي موبایل می باشد. از آنجا که در این شبکه ها کاربران باید داده هاي خورد را به صورت بی سیم انتقال دهند، گره ها متناوبا جابجا می شوند و در نتیجه، امنیت داده و صحت آن به خطر می افتد. یکی از معضلات اصلی براي برقراري امنیت در تحویل داده ها این است که در شبکه هاي بزرگ پروتکل هاي مسیریابی موجود نسبت به تحرك گره حساس هستند. براي حل این مشکل روش هاي مختلفی در تحقیقات بسیاري ارائه شده است که هدف آنها برقراري هر چه بیشتر امنیت داده است. ولی اکثر روش ها انعطاف پذیر نیستند. در این تحقیق یک پروتکل مسیر یابی جدید براي حل مشکل ذکر شده ارائه خواهد شد و ثابت می شود با استفاده از این پروتکل جدید، یک انتقال بی سیم قابل اعتماد می تواند به دست آید.
.4 روش پیشنهادي
در طرح پیشنهادي ، بعد از کشف مسیر و ارسال یک cts/rts از مبدا به مقصد، سپس با یک وقفه زمانی، بسته حجیم داده ارسال می گردد. در واقع می خواهیم بسته cts به عنوان چک کننده برقرار بودن مسیر و در صورت نیاز ترمیم آن قبل از رسیدن بسته داده به محل لینک شکسته شده عمل کند. یعنی پس از کشف مسیر توسط P- FANT و P-BANT ، حال با فاصله زمانی T ثانیه ، بسته cts نسبت به بسته داده زودتر ارسال می گردد. برخی از گره ها دچار نقص شده اند و یا به مکان دیگري منتقل شده اند در نتیجه لینک هاي شکسته اي در مسیر کشف شده خواهیم داشت که باید ترمیم شود.
بسته cts حکم اطلاع رسانی به گره هاي میانی مسیر براي آماده باش براي مشارکت در انتقال داده است. یک گره بعد از دریافت cts و از روي اطلاعات مبدا، مقصد ، مسیر و مسیر جایگزین - که در زمان برقراري و کشف مسیر براي ایجاد قابلیت اطمینان بالا در تحویل داده در نظر گرفته شده - بسته اعلام وضعیتی را به گره مابعد خود ارسال می کند . اگر این گره متوجه شود که گره مابعد خود ، در محدوده ارسال داده نیست یا دچار نقص شده است، خود یک cts جدید ایجاد کرده و بصورت همه پخشی در سمت و سوي مقصد ارسال می کند تا بتواند مسیر را ترمیم نماید.
این بسته جدید، نقض کننده cts قبلی است و در واقع تغییر مسیر را به سایرین اعلام می دارد. بدین ترتیب مسیر جدید داده ، از گره مذکور به بعد در مسیر جایگزین قرار می گیرد. همواره گره هاي بعدي سعی در انتخاب گره هاي بعدي بصورتی دارند که بعد از میانبر زدن گره دچار نقص شده ، مسیر جدید به مسیر قبلی همگرا شود. بدین ترتیب قابلیت اطمینان بالاتري در تحویل داده داریم، در حالی که نرخ اتلاف بسته و انرژي مصرفی کاهش می یابد .
در صورتی که گره اي نتواند گره ما بعدي را در گلبرگ مربوطه پیدا کند که روي مسیر اصلی یا مسیر جایگزین باشد، با بسته هشداري به مبدا ، بروز خطا را اعلام می دارد تا مبدا مجددا پروسه کشف مسیر جدید را انجام دهد. همچین می توان این گره را شروع کننده یا درخواست کننده کشف مسیر از خود به عنوان گره میانی تا مقصد در نظر گرفت تا از دوباره کاري اجتناب شود و یک مسیر جدید با گلبرگ جدید مستقلی براي ترمیم مسیر قبلی به سمت هدف ایجاد شود
در شکل زیر چون مقصد بسته از داخل گل برگ خارج نشده است و فقط به خاطر تحرك شبکه جاي گره مقصد عوض شده است سربار محاسباتی و ارتباطی اضافه نمی کنیم و گلبرگ جدید نمی زنیم.
مقصد بسته تنها به ناحیه دیگري داخل گلبرگ منتقل شده است.
شکل :1 ترمیم مسیر شکسته در مسیر یابی گلبرگی
اما در شکل زیر با توجه به تحرك گره ها در شبکه، گره مقصد بسته از داخل گلبرگ خارج شده است گلبرگ جدید بین مبدا و مقصد ایجاد می کنیم که این کار باعث می شود بسته به مقصد تحویل داده شود و از تلف شدن بسته جلوگیري شود.
شکل :2 مقاوم بودن طرح پیشنهادي در برابر تحرگ گره مقصد و ایجاد گلبرگ جدید
.5 ارزیابی عملکرد
در این بخش ما پروتکل بهبود یافته RMPR را با پروتکل پایه مقایسه خواهیم کرد. و خواهیم دید که روش پیشنهادي نسبت به روش پایه از عملکرد بهتري برخودار است. با استفاده از شبیه ساز MATLAB 2014 روش پیشنهادي را با پروتکل پایه مقایسه می کنیم و نتایج خروجی را بر اساس معیارهاي متفاوتی به صورت نمودارهایی در شرایط مختلف نشان می دهیم.
