بخشی از مقاله
چكيده
– يك شبكه اقتضايي متحرك مجموعه اي از گره هاي متحرك ميباشد كه با امواج راديويي با هم ارتباط برقرار ميكنند. عملكرد شبكه-هاي اقتضايي وابسته به انجام تبادلات صحيح گره ها بوده و درحقيقت انجام تبادلات بين گره ها، به راهكارها و مدل هاي پياده سازي تحملپذيري خطا در شبكه وابسته ميباشد. بنابراين، شبكه هاي اقتضايي متحرك با توجه به خصوصيات و محدوديتهايشان، نياز به مكانيزمي براي تامين تحمل پذيري خطا به خصوص در بحث مسيريابي دارند.
در اين مقاله يك الگوريتم مسيريابي مبتني بر تقاضا براي شبكه هاي اقتضايي متحرك ارائه ميشود كه هدف اصلي آن بهبود تحملپذيري خطا در مسيريابي و افزايش قابليت اطمينان در ارسال اطلاعات، جهت افزايش كارايي اين شبكه ها ميباشد . انرژي اثر اندازهي شبكه، حركت گره ها و ترافيك داده ها روي كارايي الگوريتم پيشنهادي و الگوريتم هاي پايهاي كه در ايجاد اين الگوريتم از آنها استفاده شده است، مطالعه و نتايج شبيه سازي آنها با هم مقايسه ميگردد. شبيه سازي به وسيله نرم افزار OPNET انجام شده است و نتايج شبيهسازي بيانگر كارايي بيشتر الگوريتم پيشنهادي نسبت به الگوريتمهاي استاندارد موجود ميباشد .
كليد واژه- تحملپذيري خطا، شبكه اقتضائي متحرك، مسيريابي
١- مقدمه
در شبكههاي اقتضائي متحرك، گره هاي بيسيم كه داراي قابليت عملكردي مستقل و تركيبي با شبكه ميباشند، در يك محيط مشخص گرد همديگر جمع شده و تشكيل اين نوع شبكه را مي-دهند. گره ها در بستر شبكه قابليت تحرك داشته كه اين امر باعث ميگردد تا همبندي شبكه١ داراي ماهيتي پويا و دائماً در حال تغيير باشد. پس از تشكيل شبكه، به دليل نبود زيرساخت و قدرت كنترل كننده مركزي، گره ها از طريق گره هاي مجاور - گره موجود در فركانس راديويي - تبادلات شبكه را انجام مي-دهند .
بنابراين ميتوان نتيجه گرفت كه انجام تبادلات بين گره-ها، اساس و بنياد عملكرد شبكه هاي اقتضائي است]١. در رابطه با خصوصيات شبكه هاي اقتضائي - محدوديت ها و آسيب پذيري ها - و به خصوص در بحث انجام تبادلات بين گره ها، تحملپذيري خطا از جايگاه ويژه اي برخوردار است. در واقع مي-توان گفت عملكرد شبكه اقتضائي وابسته به انجام تبادلات صحيح گره ها بوده به طوريكه انجام صحيح و كاراي تبادلات، وابسته به راهكارها و مدل هاي پياده سازي تحمل پذيري خطا در شبكه ميباشد ]٢،١.[
ازاينرو به جهت اين كه شبكه بتواند به عملكرد صحيح خودش به صورت پيوسته ادامه دهد نياز به روشهاي تحملپذيرخطا به ويژه در مقوله مسيريابي و ارسال اطلاعات است، تا در صورت خرابي شبكه دچار اختلال نشود و به سرويس دهي خود به صورت پيوسته ادامه دهد]٣،٢.[ اين مقاله به دنبال ارائه راهكاري خواهد بود كه تحمل پذيري خطا در مسيريابي و پوشش خطاهاي مسير را درنظر گرفته و همچنين علاوه براين، مسئله بازيابي داده و مقابله با مسئله فقدان بسته را نيز بهبود بخشد.
درواقع قابليت پوشش خطاهاي مسيريابي از يكسو و همچنين خطاهاي داده و بازيابي داده را از سوي ديگر داشته باشد. براي اين منظور قصد برآن است تا عامل مسيريابي، با بهره گيري و توسعه روشهاي چندمسيري، با هدف پوشش خطا و شكست مسيرها، پياده سازي گردد و درادامه، مسئله خطاي تبادلات و فقدان بسته، با بهره گيري و توسعه مفاهيم تبادلات چندمسيري، جهت بازيابي بسته ها در صورت بروز خطا در شبكه، بهبود يابد.
درادامه دربخش ٢ به كارهاي مرتبط اشاره ميشود . در بخش ٣، به انگيزه مقاله پرداخته ميشود و در بخش ٤ رويكرد مقاله در جهت پوشش خطاهاي مسيريابي و بازيابي داده در شبكه هاي اقتضائي متحرك پيشنهاد ميشود . در بخش ٥ نتايج آزمايشهاي انجام شده براي ارزيابي رويكرد پيشنهادي ارائه ميشود و در نهايت در بخش ٦ نتيجه گيري به عمل مي آيد.
٢- كارهاي مرتبط
در ]٤[، روشي بر پايهي تشكيل درخت پوشا، هنگام كشف مسير استفاده شده است. تمركز اين پژوهش در اين راستا استوار است كه سعي در انتقال كارا با كمترين ميزان از دست رفتن بسته در شبكه را دارد. روش كار به اين صورت است كه گرهاي كه بيشترين انرژي باقيمانده را دارد به عنوان ريشه انتخاب ميگردد و تبادلات با استفاده از اين گره در مسير شبكه انجام ميگيرد.
در اين روش يك مديريت پويا نياز است تا انتخاب گره ها را به صورت مؤثر در سطح شبكه انجام دهد. روش پيشنهادي توجهي به خطاهاي مسيرهاي ارسال نداشته و تنها كاهش از دست رفتن بسته به منظور پيشگيري از ازدحام را پشتيباني مينمايد و كنترل ازدحام كلي شبكه را به همراه ندارد. در ]٥[ ، يك پروتكل سه مرحله اي تحت عنوان MSR٢ ارائه گرديده است.
تمركز اين پروتكل بر روي افزايش قابليت اطمينان تحويل بسته به همراه تصديق گام به گام ميباشد . مراحل اين پروتكل شامل : مسيريابي چندگانه برحسب تقاضا٣، افزودن تأييد غيرفعال ٤ و توزيع بار شبكه در بين اتصالات كشف شده، ميباشد. از محدوديت هاي اين روش عدم پوشش خطاهاي مسيريابي و مسيرها است و همچنين روش پيشنهادي سربار و تأخير بالايي را به همراه دارد .
در ] ٦[ پروتكلي تحت عنوانAOMDV٥ ارائه گرديده كه تمركز اين پروتكل بر روي استفاده از مفهومي تحت عنوان مسيريابي چند مسيري اتصال گسسته و خالي از حلقه ميباشد. اين فرايند به پروتكل، قابليت يافتن مسيرهاي چندمسيري از هم گسسته با هزينه برابر بين مبدأ و مقصد را ميدهد. دراين پژوهش مفهوم تحمل پذيري خطا بر روي اتصالات شبكه بوده كه با اين وجود كارايي روش پيشنهادي در راستاي تحمل پذيري خطا محدود به مسيرهاي شبكه ميباشد.
در ]٧ [ به روي مفهوم افزايش تحملپذيري خطا در مسيرهاي بهينه تمركز گرديده است. اساس اين مقاله براين استوار گرديده است كه، بسته ها با كمترين تأخير و با اطمينان بالا به دست مقصد برسند و ارسال بسته ها با صرف كمترين انرژي و ازدحام همراه باشد. درواقع در اين كار تمركز بر روي تعداد مسيرها كمينه بين مبدأ و مقصد با حداكثر بازدهي ميباشد. ولي بر روي خطاهاي ارسال داده و بازيابي داده هاي ارسالي تمركزي نشده كه درنهايت كاهش كارايي كلي روش را به دنبال خواهد داشت.
در مرجع ]٨[ روشي به منظور محاسبه كارايي مسير ارسال براساس تأخير انتها به انتها، تأخير هر گام و كاهش احتمال از دست رفتن بسته به منظور افزايش تحمل پذيري خطا ارائه گرديده كه دراين كار سعي بر ارسال اطلاعات از كاراترين مسير ميباشد. در اين مقاله، در محاسبه كارايي مسير، پارامتر تأخير نيز منظور گرديده تا مسير انتخابي علاوه بر كارا بودن از لحاظ كاهش ارسال هاي مجدد و افزايش بازدهي، از جنبه تأخير نيز تا حد امكان كارا و بهينه باشد.
درنهايت در اين روش با محاسبه معيارهاي كاربردي، كارايي مسيرهاي شبكه براي ارسال محاسبه و با توجه به ميزان كارايي مسيرها، كاراترين مسير براي ادامه ارسال اطلاعات انتخاب ميگردد. دراين پژوهش به خطاهاي مسيرها و پوشش خطاي مسيرهاي ارسالي توجهي نشده و درصورت بروز خطا در مسير، افت كارايي روش را در پيش خواهد داشت.
در ]٩[ روشي به نام LRMR ٦ ، مبتني بر مسيريابي چند مسيري به واسطه شايسته ترين مسيرهاي تحملپذير و قابل اطمينان ارائه گرديده است. عملكرد اين روش بر اساس پروتكل مسيريابي AOMDV توسعه و بر اساس تحليل گام به گام اتصالات مسيرهاي مياني، از مسيرهاي چند مسيري استفاده كرده و بر اساس معيارهاي كاربردي، برترين مسيرها انتخاب مي-شوند.
در هنگام بروز خطا و اختلالات از مسيرهاي پشتيبان استفاده مينمايد . در واقع تمركز اين پژوهش بر روي پوشش خطاهاي مسيرها و پوشش خطاهاي مسيرهاي ارسالي بوده و به تشخيص خطاي داده هاي ارسالي و بازيابي خطاي داده توجهي ننموده است. در ]١٠[ روشي بر مبناي پروتكل چندمسيري AOMDV به نام، Multi-criteria AOMDV ارائه گرديده است .
در اين روش جهت شناسايي مسيرهاي قابل اطمينان از معيارهاي تاخير و نرخ دريافت استفاده شده است، بدين صورت كه مسيرهاي كم تاخير شناسايي شده و سپس توسط مكانيزمي با تركيب نرخ دريافت و تاخير اولويتبندي شده و جهت افزايش تحملپذيري خطا و قابليت اطمينان از مسيرهاي اصلي و مسيرهاي پشتيبان استفاده ميكند .
در اين پژوهش به معيارهاي انرژي، پهناي باند و ازدحام كه از معيارهاي مهم در افزايش قابليت اطمينان است توجهي نشده و از مسيرهاي چندگانه ايجاد شده به واسطه مسيريابي چند مسيري، بهره اي گرفته نشده است. در واقع تمركز اين پژوهش بر روي خطاهاي مسيرها و پوشش خطاهاي مسيرهاي ارسالي بوده و در جهت بازيابي و تحملپذيري خطاي داده هاي ارسالي مكانيزمي در نظر نگرفته است.
٣- انگيزه
مسيريابي از مهمترين موضوعات در شبكهه اي اقتضائي ميباشد و با توجه به خصوصيات و محدوديت هاي شبكه هاي اقتضائي متحرك، مكانيزمي براي تامين تحمل پذيري خطا در مقوله مسيريابي، مورد نياز است. جهت پياده سازي و افزايش تحمل-پذيري خطا به خصوص در مقوله تبادلات شبكه هاي اقتضائي متحرك، روش هاي بسياري ارائه گرديده كه مجموع اين روشها را ميتوان به صورت، روش هاي چندمسيري و روش هاي بازيابي بسته در مقصد دسته بندي كرد. ]١١و١٢[
همانگونه كه در بخش ٢ مشاهده گرديد غالب روشهاي ارائه رشده داراي برخي محدوديتها و مشكلات بوده كه درنهايت منجر به كاهش كارايي و بازدهي روشهاي پيشنهادي در مقوله ياد شده گرديده اند كه اين مقاله سعي در بهبود اين مسائل را دارد. اين مقاله به دنبال ارائه مدلي خواهد بود كه تحمل پذيري خطا در مسيريابي و پوشش خطاهاي مسير را در نظر گرفته و همچنين علاوه بر اين، مسئله بازيابي داده و مقابله با مسئله فقدان بسته را نيز بهبود بخشد.
٤- رويكردمقاله
جهت توسعه روش پيشنهادي از پروتكل هاي برحسب تقاضا ٧ استفاده گرديده است و از ميان پروتك لهاي مسيريابي مبتنيبر-تقاضا، جهت توسعه روش پيشنهادي، از پروتكل ]AOMDV٦[ بهره گرفته شده است. پروتكلAOMDVگسترش يافته پروتكل AODV كه معروفترين پروتكل مسيريابي برحسب تقاضاست ميباشد . با توجه به اينكه اين پروتكل از مكانيزم بسته خطاي مسير٨ در هنگام بروز خطا در شبكه - قابليت هاي مربوط به تشخيص و بازيابي خطا و تحملپذيري خطا - پشتيباني ميكند استفاده از آن جهت ارائه روشي با هدف افزايش قابليت اطمينان و تحملپذيري خطا مناسب است.
عملكرد روش پيشنهادي به سه مرحله تقسيم شده كه درادامه هر مرحله و نحوهي عملكرد آن مرحله در جهت افزايش تحمل-پذيري خطا و قابليت اطمينان تشريح ميشود. ١.مسيريابي چندمسيري تحملپذيرخطا و قابل اطمينان ٢.تحملپذيري خطا و قابليت اطمينان تبادلات دادهها ٣.كاهش تأثيرات منفي بازيابي و پوشش خطا
٤-١- مسيريابي چندمسيري تحمل پذير خطا و قابل اطمينان
باتوجه به عملكرد پروتكل موردنظر، هنگاميكه گره اي قصد دارداطلاعاتي را به مقصد ارسال كند، يك فرآيند مسيريابي با ارسال و همه پخشي بسته هاي درخواست مسير٩ راه اندازي ميشود. در اين پروتكل، هر گرهاي كه بسته درخواست مسير را دريافت نمود، تعداد گام١٠ موجود در بسته را افزايش داده، طول عمر بسته را كاهش و شناسه ي خود را به بسته اضافه ميكند و سپس بسته را جهت رسيدن به مقصد، در شبكه همه پخشي ميكند. اين عمل در روش پيشنهادي، از طريق تجزيه وتحليل قابليت اطمينان مسيرهاي تبادلات با استفاده از تحليل گره هاي مياني انجام خواهد شد.
اRoute Delay ميزان تأخير
تأخير در شبكه هاي اقتضائي به تعداد گام هاي ميانمسير - گره هاي مياني - از مبدأ تا مقصد بستگي دارد. ميزان تأخير مسيرهاي ارسالي شبكه به تعداد گره هاي مياني وابسته است .با توجه به رابطه، متغير diبرابر با تاخير پيوند iام و شامل تاخير ارسال، تاخير انتشار، تاخير صف و تاخير عمليات پردازش بسته ميباشد، diاز رابطه - ٤ - محاسبه ميشود.]١٣[
