مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی

مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

www.irantarjomeh.com

مقایسه عملکرد  پروتکل های مسیریابی چند بخشی چند مسیری برای شبکه اقتضایی سیار (MANET)

چکیده

شبکه های اقتضایی یا ادهاک (ad hoc) سیار (MANETها) از طریق صفاتی همچون توپولوژی دینامیکی، پهنای باند محدود کانال و توان یا نیروی برق محدود در گره ها توصیف می‌شوند. بواسطه این ویژگی ها، مسیرهایی که سبب اتصال گره های منبع به گره‌های مقصد می‌شوند ممکن است بسیار بی ثبات باشند و در هر زمان احتمال اختلال و بسته شدن مسیر وجود خواهد داشت، پدیده ای که سبب می‌شود تا برقراری ارتباط در شبکه های اقتضایی (ad hoc) با مشکل مواجه گردد. بهره گیری از سیستم چند بخشی برای محاسبات مبتنی بر- گروه متناسب می‌باشد. این سیستم به طور کلی نیازمند یک ساختار درختی است که وظیفه آن اتصال کلیه اعضای گروه چند بخشی و همچنین گره هایی خواهد بود که در آنها پاکت های اطلاعاتی تکثیر می‌شوند. در این مقاله، ما نسبت به مقایسه پروتکل های مسیریابی چند بخشی چند مسیری اقدام خواهیم نمود. پروتکل مسیریابی MAODV(بردار فاصله بر حسب تقاضای اقتضایی چند بخشی) معرف یک عملکرد شفاف در شبکه های اقتضایی با بار سبک می‌باشد. با این وجود، آنها ممکن است بسرعت دچار تنزل گردند. مسیریابی چند بخشی اجازه ساخت و استفاده از مسیرهای متعدد جهت مسیریابی بین جفت منبع و مقصد را خواهد داد. این رویه سبب بهره‌گیری از افزونگی مسیر و گوناگونی در شبکه اصلی شده و بر این مبنا قابلیت حاصل آوردن سودمندی در مباحثی همانند تولرانس عیب، تراز بار، تجمع پهنای باند و ارتقای رویه سنجشی QoS نظیر تأخیر را خواهد داشت. با بهره‌گیری از سیستم چند مسیری – MAODV (MP-AODV) نسبت به توزیع ترافیک از طریق دو مسیر مجزای – گره جهت ارتقای کارایی شبکه و بالانس بارهای آن اقدام می‌شود. پروتکل مسیریابی درخت متعدد – MAODV (MT-MAODV) عمدتاً شامل دو درخت مجزا می‌باشد. تنها به هنگامی که دو گره با پارگی روبرو شده باشند، گره های منبع برای یافتن مسیرهای جدیدی عملیات خود را بصورت مجدد آغاز می‌کنند. بنابراین، چنین مکانیسمی ‌سبب کاهش تعداد موارد دیسکاوری یا اکتشاف مسیریابی و در نتیجه کاهش سربار مسیریابی خواهد شد. پروتکل‌های MT-MAODV و MP-MAODV به طور مطمئن‌تر و بهتری باعث بروز اطمینان در عملکرد شبکه در شبکه های اقتضایی با بار سنگین خواهند شد.

کلمات کلیدی: سیستم چند بخشی، چند مسیری، VCR ، شبکه اقتضایی (ادهاک) سیار

مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی

۱- مقدمه

MANETها [۱۴] جزء آن دسته از شبکه های بی سیم بشمار می‌آیند، که بدون نیاز بوجود زیرساختار خاصی،  قابلیت تحرک و جابجایی متناسب گره ها را به نمایش می‌گذارند. آنها به صورت دینامیکی، از طریق تجمع گره های سیار بی سیم، با موقعیتی اختیاری، بدون در نظر گیری زمان زیادی برای استقرار یا پیاده سازی و بدون صرف هزینه‌ای بالا و همچنین بدون استفاده از زیر ساختار شبکه موجود یا یک سیستم مدیریت متمرکز، تشکیل می‌گردند. به طور کلی، برخی از گره‌ها یا کلیه گره‌های متعلق به MANET همانند مسیریاب ها عمل نموده و امر ارتباطات بین دو میزبان از طریق مسیریابی چند جهشی و با بهره گیری از گره های این شبکه انجام می‌گردد. ادواتی نظیر لپ تاپ ها، ابزارهای کمکی دیجیتال یا دستیاران رقومی شخصی (PDAها)، تلفن های سیار، کامپیوترهای پاکتی یا پاکت پی‌سی‌ها همراه با اتصال بیسیم به طور شایع مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

سیستم چند بخشی [۸-۱۳] برای محاسبه مبتنی بر- گروه مد نظر می‌باشد. در اینجا سیستم های کاربردی زیادی وجود دارند که در برای آنها انتشار یک به چند مد نظر خواهد بود. سرویس چند بخشی در آن دسته از سیستم های کاربردی حیاتی بشمار می‌آیند که خصیصه قابل توجه آنها مشارکت نزدیک تیم ها ( نظیر گشت های نجات، نیروهای نظامی، دانشمندان، VCR وغیره)، نیازهای مرتبط با کنفرانس صوتی و تصویری و اشتراک متون و تصاویر می‌باشند. استفاده از سیستم چند بخشی در یک شبکه دارای مزیت های بسیاری می‌باشد. این سیستم سبب کاهش هزینه های ارتباطاتی برای برنامه های کاربردی که اقدام به ارسال  داده های یکسانی به گیرنده های متعدد می‌کنند خواهد شد. به جای ارسال از طریق سیستم تک بخشی متعدد، سیستم چند بخشی سبب به حداقل رسانی میزان مصرف پهنای باند لینک، پردازشهای مرتبط با فرستنده و مسیریاب و تاخیر تحویل خواهد شد. حفظ و بکارگیری اطلاعات عضویت گروه و ایجاد درخت های چند بخشی بهینه حتی در شبکه های دارای سیم بعنوان یک چالش مطرح می‌باشد. بر این مبنا، استفاده از رویه متناسب مسیریابی، جهت یافتن مسیری بین منبع و مقصد و ارسال پاکت ها به صورت متناسب، مورد نیاز خواهد بود.

…

سازمان دهی این مقاله به شرح ذیل می‌باشد: جزئیات مربوط به سابقه  مسیریابی چند مسیری در بخش ۲ تشریح می‌شود. در وهله بعد، ما پروتکل اصلی و پروتکل های مسیریابی چند بخشی  چند مسیری مبتنی بر MAODV را در بخش ۳ عرضه می‌نماییم. در بخش۴، نتایج مقایسه عملکرد پروتکل اصلی و ۲ پروتکل مسیریابی بالا مورد بررسی قرار می‌گیرند. در نهایت، نتیجه گیری این مقاله در بخش ۵ ارائه می‌شود.

مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی

۲- مسیریابی چند مسیری در شبکه های اقتضایی

شبکه های اقتضایی سیار بوسیله توپولوژی دینامیکی، پهنای باند محدود کانال و توان محدود در سطح گره ها توصیف می‌شود. بواسطه این ویژگی ها، مسیرهایی که گره های منبع را به مقاصد خود متصل می‌کنند ممکن است کاملاً بی ثبات باشند و در بازه‌هایی از زمان ممکن است حتی قابلیت خود را کاملاً از دست داده و سبب شوند که برقراری ارتباطات در شبکه های اقتضایی مشکل گردد. از طرف دیگر، از آنجایی که کلیه گره ها در یک شبکه اقتضایی را می‌توان به صورت دینامیکی به روشی دلخواه متصل نمود، این امر غالباً امکان پذیر می‌باشد تا نسبت به برقراری بیش از یک مسیر بین منبع و مقصد اقدام کرد. به هنگامی‌که این ویژگی شبکه های اقتضایی در فرایند مسیریابی مورد استفاده قرار می‌گیرد، ما نیازمند بهره‌گیری از مکانیزم مسیریابی چند مسیری خواهیم بود.

در اغلب مواقع، توانایی ایجاد مسیرهای متعدد از یک منبع به یک مقصد جهت فراهم آوردن یک  مسیر بک آپ مورد استفاده قرار می‌گیرد [۴]. به هنگامی‌که مسیر اصلی نتواند پاکت های اطلاعاتی خود را تحویل دهد، مسیر بک آپ مورد استفاده قرار خواهد گرفت. چنین سیستمی ‌فراهم آورنده یک مکانیزم تحمل خطای بهتری می‌باشد و قابلیت اعمال ریکاوری سریعتر و کاراتر به هنگام بروز نقص در مسیرها را خواهد داشت. سیستم چند مسیری نیز همچنین قابلیت فراهم آوردن تراز بار و محافظت از خرابی گره از طریق  توزیع ترافیک در بین مجموعی از مسیرهای مجزا را خواهد داشت.

…

۱-۲٫ ضروریات مرتبط با مسیریابی چند مسیری در شبکه های اقتضایی

به هنگامی‌که یک پروتکل مسیریابی برای اهداف استفاده از انتقال داده در شبکه های اقتضایی سیار مورد نیاز ‌باشد، ویژگی های خاصی را باید مد نظر قرار داد. ضروریات تشریحی به شرح ذیل خواهند بود :

• پروتکل مسیریابی می‌بایست فراهم آورنده مسیرهای متعدد به مقاصد باشد.

• پروتکل مسیریابی می‌بایست فراهم آورنده مسیرهای عاری از لوپ به مقاصد باشند.

• پروتکل مسیریابی می‌بایست فراهم آورنده مسیرهای مجزای – گره به مقاصد باشند، چرا که (در این مورد) چنین مضمونی بعنوان قدرتمندترین برآورد در مورد استقلال مسیر مد نظر خواهد بود.

• مسیرهای متعددی را می‌بایست به صورت همزمان برای انتقال داده به کار گرفت، پاکت‌های داده می‌بایست کم و بیش بصورت همزمان به مقصد برسند، بنابر این مسیرهای متعدد نباید مسیرهای بک آپ باشند، که تنها باید به هنگامی ‌به کار گرفته ‌شوند که مسیرهای اولیه با شکست مواجه شده باشند.

ویژگی های فوق الذکر جزء ضروریات بشمار می‌آیند، با این وجود، این پروتکل ها ممکن است دارای ویژگی های متعدد دیگری نیز باشند که الزاماً مورد نیاز نبوده اما در عین حال مزیت خاصی را در مقایسه با دیگر پروتکل ها برای آنها فراهم می‌آورند:

• مسیرها می‌بایست به صورت کامل در منبع شناسایی شوند و حالت مجزا بودن مسیر را تصدیق نمایند.

• برای هر مسیر، رویه سنجشی QoS می‌بایست مشخص شود:

  • پهنای باند

  • تأخیر

  • هزینه

مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی

۳- پروتکل های مسیریابی چند بخشی برای MANET

۱-۳٫ پروتکل بردار فاصله بر حسب تقاضای اقتضایی چند بخشی (MAODV):

MAODV [5] بعنوان یک افزونه چند بخشی AODV بشمار می‌آید. در MAODV، کلیه اعضای یک گروه چند بخشی بصورت یک درخت تشکیل می‌شوند (که شامل گره های غیر عضوی می‌باشند که برای اتصال آن درخت مورد نیاز خواهند بود) و ریشه آن درخت نیز رهبر گروه خواهد بود. پاکت های داده چند بخشی در امتداد این درخت انتشار خواهد یافت. هسته مرکزی پروتکل MAODV بر حول چگونگی تشکیل این درخت، تعمیر آن به هنگام پارگی لینک و چگونگی ترکیب دو درخت منفصل قبلی به یک درخت جدید دور خواهد زد. در اینجا ۴ نوع از پاکت ها در MAODV وجود دارند: در خواست مسیر [Route Request] (RREQ)، پاسخ مسیر [Route Reply] (RREP)، فعال سازی سیستم چند بخشی [Multicast Activation] (MACT) و سلام گروه [Group Hello] (GRPH). RREQ و RREP همچنین بعنوان پاکت هایی در AODV بشمار خواهند آمد. یک گره، به هنگامی که بعنوان گره عضو بشمار می‌آید، اقدام به انتشار یک RREQ نموده و درخواست پیوستن به درخت را خواهد داد و یا آنکه بعنوان یک گره غیر عضو بشمار آمده و دارای پاکت داده ای باشد که می‌بایست آن را به سمت گروه ارسال نماید.

۲-۳٫ بردار برحسب تقاضای اقتضایی چند بخشی چند مسیری (MP-MAODV):

MP-MAODV [2] یک افزونه ایجادی برای پروتکل مسیریابی چند بخشی بر مبنای MAODV [1] بشمار می‌آید. در این افزونه MAODV بر مبنای سه ویژگی  خواهد بود: انتخاب و استقرار سیستم چند مسیری، حفظ و نگهداری این سیستم و توزیع بار برای توزیع ترافیک در بین مسیرهای مجزای- گره. آنها دو پیام کنترلی و یک جدول بک آپ مسیریابی را برای MP-MAODV اضافه می‌نمایند و آن را از نقطه نظر سه ویژگی گسترش می‌دهند. انتخاب سیستم چند مسیری و استقرارآن، حفظ و نگهداری چنین سیستمی و توزیع بار. پرچم  S با مقدار ۱ جهت کنترل پیام MACT-S  و RREP-S برای انتخاب و استقرار مسیرهای – مجزا اضافه می‌شود.

۱-۲-۳٫ انتخاب و استقرار سیستم چند مسیری

 در MAODV، به هنگامی‌که یک گره اقدام به ارسال پیام RREQ می‌نماید، احتمالاً بیش از یک پیام پاسخ را دریافت خواهد داشت، چراکه هر یک از گره ها در درخت چند بخشی می‌توانند بدان پیام پاسخ دهند. در صورتی که گره منبع یک یا تعداد بیشتری از پیام های RREP را در این زمان دریافت دارد، این گره، جدول  چند بخشی را مورد بررسی قرار داده و کنترل می‌نماید که آیا مسیر مربوطه فعال می‌باشد یا خیر تا آنکه مشخص شود که کدام یک از این مسیرها بعنوان اولین ورودی عمل خواهند نمود. گره منبع یک پیام تک بخشی MACT به گرهی که RREP بعنوان اولین ورودی دریافت نموده، جهت فعال سازی مسیر ارسال داشته و پاکت های مربوطه را از طریق این مسیر، بواسطه آنکه اولین مسیر دارای کوتاهترین میزان نهفتگی خواهد بود، ارسال می‌دارد. گره های میانجی، که MACT را دریافت داشته اند، ورودی مرتبط را در جدول چند بخشی فعال ساخته و سپس اقدام به ارسال MACT به جهش  بعدی می‌نمایند تا آنکه یک عضو گروه MACT را دریافت دارد. 

۲-۲-۳ . توزیع بار

به هنگامی‌که گره منبع، اولین مسیر را فعال نمود، این گره کلیه پاکت ها را در این مسیر به منظور کاهش نهفتگی یا زمان بیکاری به وجود آمده بوسیله دیسکاوری مسیر، ارسال خواهد داشت. به هنگامی‌که دو مسیر انتخاب شدند، گره منبع اقدام به ارسال پاکت ها از طریق این دو مسیر در مقابل می‌نماید، بدان معنا که یک پاکت را از طریق مسیر اول ارسال داشته و سپس پاکت دیگر را از طریق مسیر دوم ارسال می‌نماید. این روش ساده می‌تواند سبب ایجاد تراز در بار شبکه شده و تراکم و ترافیک شبکه را نیز تقلیل می‌دهد.

۳-۲-۳٫ حفظ و نگهداری مسیر با بهره گیری از سیستم چند مسیری

لینک بیسیم بواسطه تحرک گره و یا دلایل دیگر ممکن است به آسانی دچار پارگی شود. به هنگامی‌که یک گره هیچگونه پیامی‌ را از گره مجاور دریافت نمی‌دارد و یا قابلیت ارسال هرگونه پاکت به جهش بعدی را ندارد، احتمال پارگی لینک در نظر گرفته می‌شود. در صورتی پارگی بر روی درخت باشد، رویه مقتضی برحسب MAODV اعمال خواهد شد. در غیر این صورت، گره بالادست بصورت تک بخشی اقدام به ارسال یک پیام خطای مسیر (RERR) به گره منبع می‌نماید که برای گره منبع مشخص می‌سازد که آن لینک با پارگی روبرو شده است. به هنگامی‌که گره های میانجی در این مسیر RERR را دریافت می‌دارند، آنها در جدول مسیر خود ورودی مربوطه را پاک نموده و امر ارسال RERR را تداوم بخشیده تا آنکه گره منبع پیام RERR را دریافت کند. به هنگامی‌که گره منبع RERR را دریافت نمود، این گره ورودی مربوطه را در جدول مسیر حذف نموده و قدام به جستجوی جدول مسیر بک آپ کرده و همچنین این موضوع را کنترل می‌نماید که آیا هر دو گره نامعتبر هستند یا خیر. در صورتی که هر دو گره در یک زمان دچار پارگی شده باشند، گره منبع اقدام به ارسال RREQ جهت آغاز به کار رویه اکتشاف مسیر جدید خواهد نمود.

۳-۳٫ بردار فاصله برحسب تقاضای اقتضایی چند بخشی درخت متعدد (MT-MAODV)

پروتکل مسیریابی MT-MAODV  [۳] به طور عمده متشکل از دو درخت مجزا در پروتکل مسیریابی MAODV می‌باشد. مراحل ذیل جهت توسعه پروتکل مسیریابی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مرحله ۱: یک گره از طریق درخواست کار خود را آغاز می‌نماید. در صورتی که وضعیت این گره ON TREE 0 باشد، سپس  لازم است تا این وضعیت به ON GROUP تغییر یافته و بنابراین نیاز به ارسال RREQ-J وجود نخواهد داشت چرا که چنین موردی قبلاً بعنوان عضو هر دو درخت بشمار آمده است. یک فیلد در درخواست RREQ-J، به نام درخت جهت آنکه مشخص سازد که این گره خواستار پیوستن به کدام درخت می‌باشد انتخاب می‌گردد: یک، دو یا صفر، در صورتی که خواسته باشد به هردو درخت ملحق شود. در صورتی که این گره دارای هیچگونه اطلاعاتی در زمینه رهبر گروه (GL) در جدول رهبر گروه نباشد و یا آنکه برای اولین باری نیست که اقدام به ارسال درخواست RREQ-J نموده باشد، بنابراین در صورتی که ON TREE 1 باشد، این گره    می‌بایست اقدام به ارسال RREQ-J با مقدار دو در فیلد درخت نماید، در صورتی که ON TREE 2 باشد، لازم است تا RREQ-J با مقدار یک در فیلد درخت ارسال شود، در غیر صورت در صورتی که NOT ON TREE  صادق باشد، لازم است تا RREQ-J با مقدار صفر در فیلد درخت ارسال شود.

مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی

۴- نتایج و مباحث

پروتکل های ذکر شده فوق جهت تشکیل یک کلاس مجازی (VCR) [5] اعمال و پیاده شده‌اند. یک VCR بعنوان موردی به شمار می‌آید که قابلیت استقرار فوری را داشته و اعضای آن را نیز می‌توان به صورت دینامیکی اضافه یا حذف نمود. ساختار گروه مرتبط با اعضا را همچنین می‌توان به صورت دینامیکی مجدداً بازسازی نمود. شکل۲ معرف چنین ایده ای می‌باشد. کلاس درس اقتضایی قابلیت پشتیبانی فوری و در زمان مقرر در مبحث فعالیت های یادگیری را داشته و بنابراین می‌تواند سبب ارتقای رویه های فراگیری به طور مؤثر شود. به طور مثال [۶] ، یک آموزگار قابلیت برقراری کلاس درس مجازی خود از طریق سکنه، دانشجویان، که در اطراف مستقر شده اند را داشته و می‌تواند از فرصت لازم جهت تشکیل یک گروه اقتضایی جهت ارتقای فرایند یادگیری تدریس در هر زمان و استفاده از IEEE802.11g WLAN اقدام نماید. VCR برمبنای شبکه اقتضایی همانگونه که در شکل ۲ نشان داده شده است ایجاد گردیده [۶] و چنین شبکه ای با استفاده از گره‌های ۳۰ تایی PDA فرم گرفته است. هر گره در شبکه با توجه به یک آدرسIP استاتیک تخصیص می‌یابد. اجزای نرم افزاری که برای توسعه به کار گرفته شده اند عبارتند از: Visual Studio C#.Net 2005, Windows Mobile 5.0، Pocket PC SDK, Microsoft ActiveSync Version 4.2 Microsoft.Net Compact Framework 2005  و تکنولوژی XML. جهت فراهم آوردن تشریح و شاخص داده‌ها و پاکت های کنترلی XML  مورد استفاده قرار گرفته است.

مسیریابی چندپخشی چندمسیری اقتضایی

۵- نتیجه گیری

در این آنالیز، ما نسبت به ارائه مقایسه عملکرد بین MT-MAODV، MP-MAODV و MAODV با استفاده از VCR و با بهره گیری از سناریوهای متفاوت اقدام نمودیم. نتایج ما نشان دهنده آن می‌باشند که به هنگامی‌که بار شبکه افزایش می‌یابد MT-MAODV و MP-MAODV ترجیحاً از عملکرد شبکه اطمینان داده و سبب ارتقای قدرت و توان پروتکل خواهند شد. در کلیه این موارد ، ارتقای عملکرد مشاهده شده و نتایج موکد امیدواری در پیاده سازی بهتر این طرح ها و به هنگامی است ‌که از سیستم مسیریابی متعدد درختی یا سیستم چند مسیری استفاده می‌شود. بنابراین     MT-MAODV و MP-MAODV دارای عملکرد بهتری در مقایسه با MAODV در شبکه های دارای بار نسبتاً بالاتر می‌باشند.