بخشی از مقاله
خلاصه
تحرک و جابهجایی کاربران در محیطهای شبکهای بیسیم انکارناپذیر است و وجود این تحرک میتواند منجر به ناتوانی کنترلر در مدیریت و کنترل کارآمد شبکه گردد . علیرغم تلاشهای گوناگون مطرح شده در شبکههای نرمافزار محور با رویکرد بهبود عملکرد شبکههای سیار و بیسیم و همچنین نقش کلیدی و برجستهای که برای آن در شبکه های 5G متصور هستند، این شبکهها جایگاه خود را در بدنه استاندارد و پروتکل شناختهشده شبکههای نرمافزار محور یعنی OpenFlow پیدا نکردهاند. در این پژوهش هدف اصلی بهبود کیفیت سرویس - به طور خاص کاهش تأخیر - از طریق انتخاب مناسبترین نقطه دسترسی جایگزین در شبکههای بیسیم مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 با بهرهگیری از دید کامل عنصر کنترلر در شبکههای نرمافزار محور نسبت به توپولوژی کل شبکه میباشد. از سوی دیگر مدخلهای جداول جریان در سوئیچها به دلیل خصوصیات شبکههای بیسیم و وجود تحرک به طور مکرر بارگذاری مجدد میشوند و این مسئله تاخیرهایی را به شبکه تحمیل میکند که این مشکل نیز به طور چشمگیری کاهش یافته است. همانطور که در نتایج ارزیابی عملکرد مشخص است، کمترین میزان اتلاف بسته، در مدل ارائه شده در این پژوهش به دست آمده است. علاوهبر این، ترافیک در طول ارسال، شاهد توقفی آنی در روند ارسال بوده است که این امر نشان دهنده این موضوع میباشد که مدل ارائه شده بهترین کارآیی را نسبت به رویکرد بارگذاری مجدد جداول جریان و حالت پیشفرض کنترلر برای ترافیک های حساس به زمان و بلادرنگ مانند ویدیو و... دارا میباشد.
کلمات کلیدی: شبکههای نرمافزار محور، شبکههای بیسیم سازمانی، دستبهدست دهی، OpenFlow، مهندسی ترافیک، تحملپذیری خطا
.1 مقدمه
شبکههای کامپیوتری معمولا از تعداد زیادی تجهیزات متصل به هم تشکیل شده که بر روی هر کدام، پروتکلها و الگوریتمهای پیچیدهای پیادهسازی میشود. با توجه به مشکلات مذکور، مدیران و اپراتورهای شبکه میبایست سیاستهای سطح بالای موجود در سازمانها را به صورت دستی، به دستورات سطح پایین پیکربندی تجهیزات تبدیل و بر روی تکتک آنها اعمال نمایند، حال اینکه تغییرات در شبکهها و انجام مکرر این امور، مشکلات را دوچندان خواهد کرد. بنابراین با وسیعتر شدن شبکهها مدیریت شبکه چالشبرانگیز و مستعد خطاهای بیشتر خواهد بود. در حقیقت امروزه تجهیزات شبکه معمولا دارای یکپارچگی عمودی بوده و به صورت جعبه سیاه عرضه میشوند که همین مسئله مدیران و اپراتورهای شبکه را با چالشهایی روبهرو نموده است.[1]
ایده شبکههای قابل برنامهریزی برای فائق آمدن بر این چالشها و هموار کردن مسیر توسعه شبکههای کامپیوتری مطرح شد. به طور خاص، شبکههای نرمافزار محور مفهوم جدیدی است که انقلابی در معماری و ساختار شبکههای سنتی ایجاد نموده است. در واقع کاری که در شبکههای نرمافزار محور انجام میشود، جداسازی تصمیمات کنترلی از سختافزارهای انتقال داده میباشد و این جداسازی بهطور پویایی مدیریت شبکه را سادهتر نموده و نوآوری و توسعه در شبکه را سرعت خواهد بخشید. ایده اصلی این است که توسعهدهندگان نرمافزار بتوانند برنامهها و ویژگیهایی را که مطابق با سیاستهای موجود سازمانها است بر روی منابع شبکه توسعه دهند و در عین حال این کار به سادگی کار با منابع ذخیرهسازی و محاسباتی؛ بعلاوه مستقل از شرکت تولیدکننده سختافزار باشد. به طور دقیقتر، یک شبکه نرمافزار محور به طور مؤثر و کارآمدی سطح کنترل1 را از سطح داده2 موجود در عناصر پیشبری3 داده جدا نموده و بهطور منطقاً متمرکز 4 به سروری تحت عنوان کنترلر5منتقل مینماید.
با این کار پیچیدگی مدیریت شبکه به یک کنترلر مبتنی بر نرمافزار منتقل میشود که به وسیله یک واسط باز6 با تمامی عناصر در ارتباط بوده و یک دید انتزاعی و سطح بالا نسبت به توپولوژی کل شبکه دارد. از سوی دیگر عناصر پیشبری داده و سطح دادهها نیز بسیار سادهتر، از بعد اندازه کوچکتر و از دیدگاه اقتصادی مقرونبه-صرفهتر خواهند شد.[2 ,1] علیرغم تلاشهای گوناگون مطرح شده در شبکههای نرمافزار محور با رویکرد بهبود عملکرد شبکههای سیار و بیسیم و همچنین نقش کلیدی و برجستهای که برای آن در شبکه های 5G متصور هستند، این شبکهها جایگاه خود را در بدنه استاندارد و پروتکل شناختهشده شبکههای نرمافزار محور یعنی OpenFlow پیدا نکردهاند. در نتیجه، سازمانهای ONRCو7 8ONF، برای مدیریت و حل چالشهای شبکههای بیسیم تاکنون به تشکیل کارگروههای مطالعات و پژوهش[3] در این راستا بسنده نمودهاند.
در این پژوهش هدف اصلی بهبود کیفیت سرویس - به طور خاص کاهش تأخیر - از طریق انتخاب مناسبترین نقطه دسترسی9جایگزین در شبکههای بیسیم مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 با بهرهگیری از دید کامل کنترلر در شبکههای نرمافزار محور نسبت به توپولوژی کل شبکه میباشد. علاوهبرآن، مدخلهای جداول جریان در سوئیچها به دلیل خصوصیات شبکههای بیسیم و وجود تحرک به طور مکرر بارگذاری مجدد میشوند و این مسئله تاخیرهایی را به شبکه تحمیل میکند. در این مقاله، این مشکل نیز به طور چشمگیری بهبود یافته است. بخش 2 به ارائه مرتبطترین تلاشهای گذشته به مدل پیشنهادی در این پژوهش پرداخته است. بخش 3 شامل تکنیکهای مهندسی ترافیک در شبکههای نرمافزار محور با توجه به ویژگی های منحصر به فرد این شبکهها میباشد؛ در این بخش همچنین بهطور خاص جایگاه مهندسی ترافیک در شبکههای بیسیم نرمافزار محور بررسی میشود. بخشهای 4 و 5 بر روی بهکارگیری شبکههای نرمافزار محور در شبکه های بیسیم سازمانی مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 تمرکز دارد و مدل پیشنهادی این پژوهش برای این شبکهها شرح داده شده است. در نهایت در بخش 6 ، 7 و 8 به شرح فرآیند شبیهسازی و ارزیابی نتایج و نتیجهگیری پرداخته است.
.2 کارهای گذشته
شبکههای بیسیم پیش از بهروی کار آمدن مفهوم شبکههای نرمافزار محور هم با مکانیزمهای متمرکز سازی روبهرو بودهاند. در اکثر شبکههای بیسیم سازمانی مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 مکانیزم تصدیق با متد WPA-Enterprise انجام میشود . به این صورت که به ازای هر کاربر یک نام کاربری در یک سرور مرکزی تصدیق نگهداری میشود و فرآیند تصدیق کاربر بهجای انجام شدن در نقطه دسترسی، در این سرور انجام میشود. تلاش دیگری که با هدف متمرکزسازی انجام شده، ارائه پروتکل کنترل و تدارک نقاط دسترسی بیسیم1میباشد. از این پروتکل به منظور برقراری ارتباط میان کنترلر دسترسی2مرکزی شبکه محلی بیسیم و نقاط دسترسی که مطابق این پروتکل نقاط پایانهای بیسیم3نامیده میشوند، استفاده میشود.[4] محبوبیت این پروتکل منجر به پشتیبانی از آن در کنار پروتکل OpenFlow در برخی از کنترلرهای شبکههای نرمافزار محور برای کاربردهای شبکههای بیسیم نیز شده است.[5]
در راستای اصلاح و ارتقاء پروتکل OpenFlow به منظور تطابق و بهکار گیری در محیطهای سیار و بیسیم نسخهی بیسیم پروتکل OpenFlow در شبکههای نرمافزار محور با نام [7 ,6]OpenRoads معرفی گردید. هدف اصلی این پروتکل تسهیل مکانیزم دستبهدست دهی در محیطهای ناهمگن بیسیم بوده است. این پروتکل تحت عنوان کارکردی برای نشان دادن سهولت نوآوری در شبکههای کامپیوتری که توسط پروتکل OpenFlow ممکن خواهد شد، مطرح گردید. این پروتکل راهکاری برای جابهجایی و دستبهدست دهی بین نقاط دسترسی 802.11، ایستگاه داده WiMAX و شبکهسلولی مطرح مینماید. در این راهکار از یک برنامه کاربردی خام مدیریت تحرک بر روی کنترلر [8]NOX استفاده شده است که یک کنترلر متنباز توسعه یافته توسط موسسه Nicira Networks ، دانشگاه استنفورد و دانشگاه برکلی میباشد.
به این صورت که وقتی کاربر حرکت میکند، برنامه کاربردی مدیریت تحرک مطلع شده و میتواند تصمیم بگیرد که برای کاربر مسیریابی مجدداً انجام شود یا خیر. از این رو توسعهدهندگان OpenRoad فضا را برای بهبود و یا ارائه برنامهکاربردی مدیریت تحرک جدیدی که کمترین اتلاف بسته را در زمان دستبهدست دهی داشته باشد، باز گذاشتهاند. تلاش دیگری که در راستای کاهش اتلاف بسته در زمان انجام فرآیند دستبهدست دهی در شبکههای بیسیم ناهمگن انجام شده است، استفاده از مکانیزم چند-پخشی4 داده به سمت کاربر میباشد. Yap و همکاران[7] از رویکردی همانند آنچه در مدل OpenRoad ارائه شد استفاده نمودهاند و کاربر میتواند آزادانه بین تکنولوژیهای متنوع عملیات دستبهدست دهی را انجام دهد و تحرک داشته باشد بدون اینکه قطعی در ارتباطات آن اتفاق بیافتد. در این روش، دستگاههای ارتباطی دستی کاربران را ملزم به استفاده همزمان از دو یا چند رادیوی متفاوت میکند؛ خواه همه از یک تکنولوژی خاص، خواه از تکنولوژیهای متنوع باشند . البته اشاره شده است که امروزه تمامی دستگاههای ارتباطی در دسترس از چندین تکنولوژی ارتباطی نظیر LTE، WiFi، 3G و یا حتی WiMAX نیز پشتیبانی میکنند و بهکارگیری این رویکرد به صورت عملیاتی دور از انتظار نخواهد بود. روند کار به این صورت خواهد بود که وقتی کاربر در محدوده چندین نقطه دسترسی و یا ایستگاه داده قرار گرفته است، داده از سوی همه آنها به سمت کاربر روانه شود تا زمانی که فرآیند دستبهدست دهی خاتمه یابد. در این
