Тема: Разработка алгоритмов и ПО для настройки и маршрутизации трафика Mesh-сети

С каждым годом число потребителей беспроводного Интернета растет, происходит цифровизация различных аспектов жизни (концепция Internet of Things - Интернет вещей [14]), что, в свою очередь, увеличивает требования к доступности и качеству связи. По состоянию на январь 2020 года во всем мире насчитывалось 4,34 миллиарда активных пользователей Интернета, через год, в январе 2021, их уже стало 4,66 миллиардов человек, причем большая их часть - свыше 90процентов, выходили в Интернет, используя мобильные устройства. Согласно статистическим исследованиям Digital 2021, современный человек тратит почти четыре часа каждый день на использование Интернета на своем мобильном телефоне [25].
Актуальная на сегодняшний день задача - создать концепцию и реализовать новое поколение беспроводных технологий, предоставляющее пользователям мобильный и повсеместный доступ к Интернету вне зависимости от географической удаленности от центральных магистралей. На сегодняшний момент используется целый ряд беспроводных технологий, наиболее известные пользователям по следующим названиям:
• Bluetooth, версия 5.2 [27] - беспроводные сети личного пользования (WPAN - Wireless Personal Area Networks), регулируются стандартом IEEE 802.15.1 [26].
• Wi-Fi [17, с. 12] - беспроводные сети с территориальным ограничением (WLAN - Wireless Local Area Networks), работа которых регламентируется стандартом IEEE 802.11 [2];
• WiMAX [15, с. 113] - беспроводные сети с огромным множеством узлов, способные покрывать территорию среднего или крупного населенных пунктов (WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks), стандарт IEEE 802.16 [15, c. 114].
• GPRS [11, с. 8] - беспроводные глобальные сети, охватывающие континенты (WWAN - Wireless Wide Area Network) [16].
Беспроводные сетевые технологии максимально подходят для удовлетворения постоянно растущих потребностей Интернет-потребителей, поскольку обладают следующими качествами:
• гибкостью топологии (возможность изменения сети при подключении или передвижении пользователей с сохранением связи),
• высокой скоростью передачи информации,
• быстротой проектирования и развертывания,
• надежностью защиты от несанкционированного доступа [17, c. 104] и др.
Среди беспроводных сетей наиболее перспективными выглядят так называемые Mesh-сети - компьютерные сети, построенные по принципу «ячеистой» топологии. Размеры таких сетей эволюционировали от домашних, состоящих из десятка узлов, до региональных, насчитывающих десяток тысяч пользователей. Mesh-сети соединяют в себе различные сетевые и радио технологии, и потому в лучшей степени отвечают современным требованиям технологий передачи сообщений (скоростная передача данных, неприкосновенность передаваемой информации). Перспектива реализации с помощью Mesh-технологии локальных (LAN) и городских (MAN) сетей, простота их присоединения к глобальным сетям (WAN), безусловно увеличивает число сторонников среди как корпораций, так и персональных пользователей.
Благодаря наличию доступных и недорогих радиоинтерфейсов можно снабдить каждый беспроводной узел несколькими радиомодулями, реализуя таким способом одновременную передачу по доступным ортогональным каналам и уменьшая помехи [16]. Возможность самомаршрутизации осуществляется посредством сетевых протоколов, которые оптимально распределяют и/или используют имеющиеся сетевые ресурсы: сетевой трафик (объем информации), пропускные способности каналов связи, последовательность соединений, выбор частоты каналов.
Однако фундаментальной задачей при проектировании беспроводных ячеистых сетей с множеством радиосвязей остается решение проблемы совместного назначения каналов и маршрутизации. Проблема заключается в том, как назначить доступные каналы радиоинтерфейсам и как рассчитать скорость потока, который необходимо направить по каждому каналу для достижения поставленной цели [18]. Для начала определим влияние типичных параметров беспроводной сети, таких как передача данных, скорость, мощность передачи и частота передачи на общую производительность беспроводной ячеистой сети. Таким образом, в этой работе мы сосредоточимся на обзоре современных, активно используемых алгоритмов оптимальной маршрутизации трафика Mesh-сетей.
Целью работы является моделирование локальной Mesh-сети и настройка маршрутизации трафика в этой сети. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
• проанализированы наиболее используемые методы маршрутизации Mesh-сетей,
• исследованы различные группы алгоритмов, на основе которых были разработаны известные методы маршрутизации,
• выбраны программные средства для моделирования и исследования беспроводных сетей и систем связи.
Купить

В ходе проведённой работы были исследованы различные алгоритмы маршрутизации, построенные с учетом различных параметров качества сети. Сформулирована задача многокритериальной маршрутизации в беспроводной ячеистой сети посредством введения различных метрик в механизм передачи сообщений, решение которой обуславливает качество и надежность сетевой связи.
Выяснено, что задача выбора оптимального способа маршрутизации трафика является многоуровневой, так как различные параметры качества вступают в противоречие между собой - улучшение одной характеристики качества может повлечь за собой ухудшение других характеристик связи.
Эффективность работы сети зависит от многих параметров. Повысить ее и довести до оптимальной возможно лишь анализируя максимальное количество параметров-критериев ее работы. Процесс анализа должен быть распределенный (все узлы в равной мене анализируют работу сети). После анализа должна проводиться адаптация по некому оптимизирующему правилу. Особенно это важно в сетях с быстро изменяющейся топологией.
Купить