مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات
قیمت
قیمت این مقاله: 58000 تومان (ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره | ۹۴ |
کد مقاله | COM94 |
مترجم | گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh |
نام فارسی | مسیریابی چندپخشی مؤثر در شبکه های مش بیسیم متصل به اینترنت |
نام انگلیسی | Efficient Multicast Routing in Wireless Mesh Networks Connected to Internet |
تعداد صفحه به فارسی | ۵۴ |
تعداد صفحه به انگلیسی | ۱۰ |
کلمات کلیدی به فارسی | مسیریابی چندپخشی، شبکه های مش بیسیم، اینترنت |
کلمات کلیدی به انگلیسی | Multicast Routing, Wireless Mesh Networks, Internet |
مرجع به فارسی | کالج انفورماتیک ، دانشگاهه ایاسپانیا، آلمان، فرانسه |
مرجع به انگلیسی | Fac. Informatica, Campus de Espinardo, Espinardo, Murcia, Spain, Fraunhofer FOKUS,Berlin, Germany, Louis Pasteur University, Strasbourg, France |
کشور | اسپانیا، آلمان، فرانسه |
مسیریابی چندپخشی مؤثر در شبکه های مش بیسیم متصل به اینترنت
چکیده
شبکه های مش بیسیم (WMNs) به عنوان یکی از تحولات داغ و جدید در عرصه ارتباطات بی سیم ظهور نمودهاند. آنها شامل تعدادی از مسیریابهای بیسیم استاتیک میباشند که تشکیل دهنده یک شبکه دسترسی، برای کاربران نهایی، بر مبنای سرویسهای مبتنی بر IP میباشند. بر خلاف رویههای پیاده سازی WLAN سنتی، شبکه های مش بی سیم فراهم آورنده مسیریابی چندجهشی میباشند و سبب تسهیل یک رویه پیاده سازی آسان و کم هزینه خواهند شد. در این مقاله، نکته تمرکز ما فراهم آوردن مسیریابی چندپخشی مؤثر در این شبکه های مش بیسیم و اتصال یکپارچه آن با سرویسهای چندپخشی IP دارای سیم میباشد. این معماری و پروتکلهای پیشنهادی به ما اجازه خواهند داد تا بتوانیم یک رویه پیاده سازی آسان، بدون نیاز به اعمال تغییرات بر روی ادوات شبکه بندی موجود در شبکه ثابت و یا در ابزارهای متعلق به کاربران نهایی، را تجربه نماییم. شبیهسازیها و رویههای ارزیابی تجربی ما بر روی یک شبکه مش بی سیم معرف آن میباشد که این دیدگاه پیشنهادی دارای عملکرد خوبی میباشد و به میزان زیادی نیز از قابلیت مقیاس پذیری بالا برخوردار است.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
۱- مقدمه و انگیزه
سیستم چندپخشی یک تکنولوژی کلیدی برای شبکههای بی سیم آینده بشمار میآید. چنین سیستمی فراهم آورنده ارتباطات مؤثر در بین گروهی از گره ها میباشد و به ما کمک خواهد کرد تا بتوانیم نسبت به کاهش مصرف پهنای باند بسیاری از برنامه های کاربردی و سرویسها، نظیر کشف سرویس، کنفرانس ویدئویی، بازیهای توزیعی و غیره اقدام نمائیم. چنین موضوعی مخصوصاً در محیطهای بیسیم، جاییکه پهنای باند نادر میباشد و کاربران زیادی کانالهای یکسانی را به اشتراک میگذارند، کاملاً مناسب و مطلوب خواهد بود. علی الخصوص، برای شبکه های مش بی سیم، سیستم چندپخشی میتواند معرف یک رویه ارتقای قابل توجه در زمینه ظرفیت شبکه باشد و بر این مبنا میتوان از مزیت لینکهایی بهره گرفت که کاربران متعددی میتوانند آنها را به اشتراک گذارند، لینکهایی که برای دریافت دادههای یکسانی، که تنها یکدفعه ارسال شدهاند، بکار گرفته خواهند شد.
در خلال چندین سال اخیر، تحقیقاتی در زمینه جامعیت شبکه های موبایل ادهوک (ad hoc) یا اقتضایی و اینترنت انجام شده است. در چنین سناریوهایی، که بطور معمول تحت عنوان شبکه های «ادهوک هیبرید» خوانده میشوند، یک یا چند گره به اینترنت متصل شده و نقش گیتویها یا رابطها و دروازههای شبکه اینترنتی را برای گرههای دیگر MANET بعهده میگیرند. شبکه های مش بیسیم از اصول عملیاتی یکسانی پیروی میکنند، اما بر خلاف MANETها، هسته این شبکه به صورت استاتیک خواهد بود. کابران نهایی به طور آزادانهای قابلیت حرکت و تغییر نکات اتصال خود در شبکه مش در هر زمانی را خواهند داشت. بنابراین، اغلب طرح های وابسته برای طرح های هیبرید را میتوان در زمینه شبکه های مش بی سیم به کار گرفت. برخلاف اغلب تحقیقات انجام شده بر روی MANETهای هیبرید در این مبحث، نکته تمرکز ما معطوف به مسائل خاص مرتبط با سناریوهای چندپخشی جامع خواهد بود.
…
در این مقاله، ما نسبت به ارائه یک راه حل جامع برای مسیریابی چندپخشی مؤثر در WMNها اقدام خواهیم نمود. طرح پیشنهادی ما شامل یک رویه ایجاد درخت مؤثر میباشد که در مقایسه با پروتکل های مسیریابی سنتی ادهوک، قابلیت کاهش سربار داده را داشته باشد. برای انجام این کار، چنین موردی از مزیت کامل طبیعت ارسال رسانه بیسیم بهره خواهد جست. علاوه بر این، ما این موضوع را مطرح خواهیم نمود که پروتکل مسیریابی با توجه به قابلیت های کاربردی عضویت گروه قابل مقایسه و سازگار با مواردی میباشد که هم اکنون در اینترنت به کار گرفته شده و اجازه پیاده سازی آسان راه حل مربوطه، در شبکه های جاری و با استفاده از ابزارها و امکانات موجود را میدهد. به علاوه، ما همچنین از یک پروتکل پیکربندی اتوماتیک استفاده میکنیم که باعث خواهد شد تا گرهها از نکته نظر توپولوژیکی از آدرسهای IP صحیح بهرهمند شوند. علاوه بر این، چنین پروتکلی سبب کاهش سربار شبکه با استفاده از پیوستگی پیشوندی (Prefix continuity) خواهد شد. این بدان معنا خواهد بود که کلیه مسیریاب های بیسیم، که از یک گیتوی اینترنتی یکسانی استفاده میکنند، با استفاده از آدرسهای پیشوندی یکسان پیکربندی میشوند. نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی ما در یک بستر تست حقیقی نشان میدهد که طرح پیشنهادی قابلیت عرضه عملکرد مناسبی را خواهد داشت و در عین حال به طور کامل با راه حل های چندپخشی استاندارد شده برای شبکه های ثابت سازگار خواهد بود.
بقیه این مقاله به شرح ذیل سازماندهی شده است: بخش ۲ معرف برخی از تحقیقات مرتبط در زمینه پیکربندی اتوماتیک آدرس و مسیریابی چندپخشی در شبکههای اقتضایی یا ادهوک میباشد. بخش ۳ تشریح کننده مفهوم پیوستگی پیشوندی و پروتکل مسیریابی چندپخشی پیشنهادی میباشد، که تشکیل دهنده عناصر اصلی رویه پیشنهادی ما خواهد بود. در بخش ۴، ما این موضوع را تشریح خواهیم نمود که چگونه این پروتکلها جهت فراهم آودن یک راه حل کامل مجتمع میشوند. بخش ۵ نتایج برخی از شبیه سازی ها را عرضه داشته و سیستم مسیریابی چندپخشی بر مبنای پیوستگی پیشوندی را مورد بررسی قرار میدهد. بخش ۶ معرف عملکرد پروتکل ها در یک بستر تست حقیقی میباشد. در نهایت در بخش ۷ نتیجهگیریها و نکته نظرات نهایی عرضه خواهد شد.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
۲- تحقیقات مرتبط
در این بخش نسبت به تجزیه و تحلیل مباحث مرتبط با ۲ مؤلفه اصلی در زمینه راه حل ارائه شده از سوی ما اقدام میشود: ایجاد مسیرهای چندپخشی پیش فرض برای اینترنت بر مبنای راه حل پیکربندی اتوماتیک و رویه مسیریابی در داخل شبکه مش بیسیم .
الف. پیکربندی اتوماتیک آدرس
کاربرد پذیری مکانیزهای پیکربندی اتوماتیک IPv6 برای شبکه بندی اقتضایی یا ادهوک در برخی از مقاله ها مورد بررسی قرار گرفته است. پذیرش رویه پیکربندی اتوماتیک آدرس بدون وضعیت (بیحالت) IPv6 (SAA) و پروتکل کشف همسایه متناظر (NDP) در [۱] پیشنهاد شده است با این وجود، این مکانیزم ها به گونه ای طراحی شده اند تا قابلیت کار بر روی یک لینک ارسال به اشتراک گذاشته شده را داشته باشند و بر این مبنا لازم است تا تغییراتی را اعمال نمود تا قابلیت کار با شبکه های بیسیم چند جهشی را داشته باشند، اما این موضوع خود باعث خواهند شد تا سادگی و کارایی اصلی آنها مختل شود. بر این مبنا، ما عقیده داریم که نباید از چنین تکنیکهایی برای شبکه های چند جهشی بی سیم استفاده نمود.
ب. سیستم چند پخشی در داخلWMN
پروتکلهای چندپخشیIP در اینترنت (نظیرMLD [7] برای عضویت گروه چند پخشی و PIM-SM [8] برای مسیریابی چند پخشی IP) را نمیتوان در داخل شبکههای اقتضایی، بواسطه سربار بالایی که آنها جهت برقراری تعامل با تغییرات توپولوژیکی پیوسته بدان نیازمند میباشند، به کار گرفت. حتی برای شبکه های مش بیسیم، که به صورت استاتیک میباشند، این پروتکلها قابلیت بهره گیری از وضعیت ذاتی انتشار کانال بیسیم را نخواهند داشت (یعنی یک ارسال واحد را میتوان جهت دسترسی به کلیه فرزندان یا چایلدها در درخت چند پخشی به کار گرفت). از اینرو، آنها فراهم آورنده راهحلهای زیربهینه میباشند و به خوبی جهت تعامل با تحرک میزبان های انتهایی آماده نگردیده اند.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
۳- ضروریات و مسائل فنی
رویه های شبکه مش بی سیم معمولی از یک یا چندین گیتوی جهت برقراری ارتباطات اینترنتی برای میزبان های نهایی موبایل استفاده مینماید. چنین مضمونی به معنای آن خواهد بود که حفظ رویه تعامل با دیگر پروتکل های به کار گرفته شده در اینترنت به عنوان یک الزام مد نظر خواهد بود، البته تا زمانی که در یک وهله کوتاه مدت امکان تغییر معماری اینترنت در جهت پشتیبانی از این نوع از شبکه های دسترسی وجود داشته باشد. با این وجود برقراری یک تعامل کامل و پشتیبانی مؤثر و کارا از ترافیک چند پخشی جزء مسائلی است که چالش بسیاری را بر میانگیزد و نیازمند پروتکل ها و مکانیزم های جدید در چارچوب شبکه مش بی سیم میباشد. در این بخش ما نسبت به تشریح و آنالیز این چالش های فنی به صورت تفصیلی اقدام خواهیم نمود.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
۴- راه حل پیشنهادی
ما در این بخش مؤلفههای مختلف راهحل پیشنهادی خود را تشریح میکنیم. در ابتدا، طرح کشف گیتوی بر مبنای پیوستگی پیشوندی و چگونگی ایجاد مسیرهای چندپخشی به سمت گیتویها را مد نظر قرار خواهیم داد. سپس، نسبت به تشریح تفضیلی تعاملات بینابین اقدام خواهیم کرد. در نهایت چگونگی کارکرد مسیریابی چندپخشی در داخل مش را بررسی خواهیم نمود.
الف. اکتشاف گیت وی اینترنت
مواردی ممکن است وجود داشته باشند که در آنها ساختارهای تحویل چندپخشی میبایست توسط گره ها و با استفاده از پیشوند شبکهای یکسان در مقایسه با گیت وی آنها شکل پذیرد و یا آنکه موارد مختلفی از گره ها با استفاده از گیتویهای دیگر حاصل گردد. به طور مثال، یک ارائه دهنده خدمات یا شبکه میتواند با گیتوی خود، دسترسی به جریان چندپخشی برای گرههایی که رجیستر شده اند (و احتمالاً مبلغی نیز پرداخت نموده اند) را محدود نمایند.
ب. تعاملات تفصیلی با مسیریاب های دسترسی
شکل ۳ نشان دهنده تعامل این پروتکل در دو سناریو میباشد : به هنگامی که یک منبع در حاشیه شبکه اقتضایی قرار داشته و دریافت کننده یا گیرنده نیز در اینترنت حضور داشته باشند و یا به هنگامی که عکس این قضیه صادق باشد. این گیتوی یک مسیریاب فعال شده چندپخشی استاندارد میباشد که PIM-SM را اجرا مینماید. گره های مش بیسیم به عنوان مسیریاب های بی سیم به شمار آمده که مسئول اجرای مؤثر طرح ایجاد مسیر چندپخشی پهنای باند ما میباشند و گره های IP نیز تحت عنوان میزبان های اینترنت استاندارد به شمار میآیند. بر این مبنا، یکی از گره های IP در داخل شبکه دارای سیم میباشد و گره دیگر به شبکه مش بی سیم متصل شده است.
ج. مسیریابی چندپخشی در محدوده شبکه مش بی سیم
جهت اعمال مسیریابی چندپخشی مؤثر در محدوده شبکه مش بی سیم، ما از یک الگوریتم فراگیر استفاده نمودیم که قابلیت تقریب درخت های چندپخشی که در آن سربار داده به میزان حداقل میباشد را خواهد داشت. این طرح بر مبنای تحقیقات انتشار یافته بوسیله روئیز [۱۸] میباشد، اما به جای ایجاد عنکبوت های چندپخشی، تنها نکته تمرکز بر روی تقریب مسیرهای سربار داده حداقل میباشد. دلیل چنین امری آن است که با توجه به اتصال میزبان انتهایی به گره مش بی سیم انتخابی خود، این موضوع به طور اتوماتیک تضمین کننده تشکیل یک حالت عنکبوتی بهینه بوسیله آنها میباشد.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
۵- آنالیز شبیه سازی
به منظور ارزیابی تأثیر پیوستگی پیشوندی بر روی درخت های چند پخشی، ما نسبت به مقایسه ویژگی های توپولوژیکی چنین درختهایی با درختهای کوتاهترین مسیر(که بر مبنای پیوستگی پیشوندی نمیباشند) اقدام نمودیم. ما از شبیه ساز NS-2 بر مبنای پروتکل IEEE 802.11 در مد ادهوک استفاده نمودیم . بر این مبنا نسبت به شبیه سازی رویه های ایجاد درختهای چند پخشی با بهرهگیری ۵ الی۵۰ عضو گروهی، با توپولوژیهای ادهوک مختلف ۱۲۵ گرهی، اقدام شد. ما اطمینان داشتیم که نتایج و شاخصهای قایب توجهی را حاصل خواهیم نمود. نتایج ارائه شده در این بخش دارای فاصله اطمینان بسیار پایین- سطح اطمینان بسیار بالا میباشند (۹۵% از داده ها در محدوده ارزش متوسط وابسته هستند).
الف. اندازه میانگین درخت های چند پخشی
ما در ابتدا بر روی اندازه میانگین درخت های چند پخشی تمرکز خواهیم نمود، که به معنای تعداد گره های داخل یک درخت میباشد. این امر به خوبی شناخته شده است که اندازه درخت های چند پخشی در اینترنت بر مبنای قانون ـ توانی به دست میآید که در ابتدا به وسیله ژیانگ و سیربو در [۱۹] معرفی شد این قاعده را میتوان به شرح ذیل نوشت:
ب. میانگین عمق درخت های چند پخشی
شاخص دومیکه جهت مقایسه این درختان مورد استفاده قرار میدهیم، میانگین عمق اعضای درخت میباشد. از نکته نظر خاص چنین موردی معرف فاصله ای میباشد که در آن اعضای درخت نسبت به ریشه یک درخت استقرار یافته اند. در صورتی که این عمق زیاد باشد، تعداد زیادی از ارسالهای پاکت جهت دسترسی به اعضای گروه مورد نیاز خواهد بود. چنین موردی سبب افزایش تاخیر ارسال پاکت و مجموع میزان انرژی مورد نیاز جهت دسترسی به اعضای گروه میشود. این اطلاعات در شکل ۵ ـ ب نشان داده شده است.
ج. میانگین نویز ایجاد شده بواسطه درخت های چند پخشی
در مطالعات بسیاری که در باب شکل و کارایی درختهای چند پخشی صورت گرفتهاند، توجه خاصی به درجه ـ درختها (tree degree ) معطوف شده است. برای هر گره که به عنوان بخشی از یک درخت چند پخشی بشمار میآید، درجه ـ درخت یک گره به عنوان تعداد مجاورین یا همسایگان گرهی تعریف میشود که همچنین بعنوان اعضای یک درخت چندپخشی یکسان نیز خواهند بود. از نکته نظر عملی با توجه به شبکههای دارای سیم، درجه درخت همچنین در ارتباط با تعداد تکثیر پاکت اعمال شده بوسیله یک عضو درخت نیز میباشد: یک گره میبایست نسبت به ارسال یک کپی از یک پاکت چندپخشی برای کلیه گره های مجاور خود در درخت مربوطه اقدام نماید (به جز گرهی که از آن داده مربوطه دریافت شده است). دلیل این امر غالباً بدین علت است که لینک های بین مسیریاب ها در شبکه های دارای سیم به صورت لینکهای نقطه به نقطه میباشند. در مقابل، ارتباطات شبکه های اقتضایی بر مبنای یک رسانه انتشاراتی (برای یک رابط خاص) خواهد بود. بنابراین، گرهی که عضو یک درخت چندپخشی میباشد تنها نیازمند ارسال مجدد یک پاکت چندپخشی برای یک بار خواهد بود تا آنکه به کلیه همسایگان درخت خود دسترسی یابد (به طور صریح این امر تنها برای هر رابط شبکه معتبر خواهد بود).
د. تراکم وضعیتهای ارسال
در این بخش ما نسبت به مطالعه تراکم وضعیت های ارسال در گره های شبکه اقتضایی اقدام خواهیم نمود. به هنگامی که گروه های چندپخشی متعددی وجود دارند، برخی از گره ها ممکن است به راستی دارای وضعیت های ارسال متعددی باشند، یعنی یک وضعیت ارسال برای هر گروهی که آنها بدان تعلق دارند. بر این مینا تعداد زیادی از پیامدهای منفی و به هنگامی که گره اقتضایی دارای وضعیت های ارسال چندپخشی متعددی میباشد ممکن است بوجود آیند. در ابتدا، چنین گرهی مجبور خواهد بود نسبت به ارسال تعداد زیادی از پاکت های چندپخشی اقدام ورزد: چنین مضمونی میزان بالایی از انرژی و پهنای باند را مصرف خواهد نمود. در وهله دوم، چنین گرهی بسیار نویز دار خواهد بود و ممکن است به میزان زیادی سبب کاهش پهنای باند موجود برای گره های مجاور خود شود. در وهله سوم، خرابی چنین گرهی ممکن است سبب ایجاد وقفه جدی در زمینه ارسال داده بسیاری از گروه های چندپخشی شود.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت
۶- ارزیابی عملکرد
در این بخش ما نسبت به استقرار یک بستر آزمایشی شبکه ادهوک دارای سیم و بدون سیم چندپخشی ۸۰۲٫۱۱b داخلی جهت ارزیابی عملکرد دیدگاه چندپخشی IP یکپارچه خود برای شبکههای دسترسی مش بیسیم اقدام نمودیم. هدف ما ارزیابی مزیت استفاده از پیوستگی پیشوندی در یک سناریوی حقیقی بر حسب نسبت تحویل پاکت و سربار کنترلی میباشد.
الف. تشریح بستر آزمایشی
بستر آزمایشی ما شامل ۱۲ کامپیوتر شخصی (PC) میباشد که از سیستم عامل لینوکس مندریک (Mandrake) با کرنل ۲٫۶٫۳-۷ استفاده میکنند. ۱۰ عدد از این کامپیوترهای شخصی به عنوان گره های مش بی سیم عمل نموده و ۲ دستگاه دیگر به عنوان گیت وی در شبکه های دارای سیم و بدون سیم عمل نموده اند. گیت وی قابلیت برقراری ارتباطات چندپخشی از طریق شبکه دارای سیم با استفاده از پروتکل مسیریابی چندپخشی PIM-SM را خواهد داشت.
کارت های بی سیم از نوعPCMCIA 802.11b سازگار با لوسنت (Lucent) با توان عملیاتی LAN بیسیم در یک محیط ادهوک با حداکثر ظرفیت ۲ مگابیت در ثانیه انتخاب شدند. ما قبلاً این موضوع را کنترل نمودهایم که کانال بی سیم استفاده شده بوسیله هیچ ابزار دیگری اشغال نشده باشد.
ب. تشریح آزمایشات
هدف از این آزمایش ارزیابی میزان تأثیر دیدگاه پیوستگی پیشوندی در ارتباطات چندپخشی میباشد. توپولوژی استفاده شده در شکل ۹ نشان داده شده است. به هنگامی که از دیدگاه پیوستگی پیشوندی استفاده میشود، MANET به دو ناحیه تقسیم میگردد، که دارای یک جفت گیت وی/پسوندی یکسان در هر ناحیه میباشد. منبع و گیرندگان چندپخشی دارای پیشوندهای مختلفی بوده و در نتیجه این ارتباطات از طریق شبکه دارای سیم انجام شده است. بخش دارای سیم این شبکه پروتکل مسیریابی چندپخشی PIM-SM را اجرا میکند تا آنکه قابلیت ایجاد مسیر چندپخشی بین گیتویها وجود داشته باشد. بدون پیوستگی پیشوندی، ارتباطات غالباً در داخل MANET انجام میگردد.
ج. نتایج تجربی
رویه های اندازه گیری عملکردی که ما برای تعیین راحتی دیدگاه پیوستگی پیشوندی مورد استفاده قرار دادیم نسبت تحویل پاکت و سربار نرمال شده میباشد. شکل ۱۰ معرف نسبت ارسال پاکت برای ۲ نرخ داده ای استفاده شده با و بدون دیدگاه پیوستگی پیشوندی میباشد. این نتایج به طور اساسی مد نظر بوده اند : بدون پیوستگی پیشوندی، نسبت ارسال پاکت به هنگامی که فاصله بین منبع و گیرنده افزایش مییابد، کاهش خواهدیافت. تفاوت بین هر دوی این دیدگاه ها با توجه به نرخ داده ای بالاتر قابل تحسین و توجه میباشد. این موضوع نیز قابل توجه میباشد که عملکرد با پیوستگی پیشوندی در فواصل افزایش یافته با تنزل بسیار بیشتری بدون بهره گیری از پیوستگی پیشوندی همراه میباشد. دلیل آن نیز آن است که اولا بار کلی بر روی شبکه بسیار کمتر خواهد بود و دوما تعداد لینک های پیمایشی بی سیم (که در نهایت ممکن است در معرض خطا باشند) کاهش مییابد.
مسیریابی چندپخشی مش اینترنت