پروژه شبیه سازی مسيريابى فرصت طلبانه در شبكه بيسيم مش و بهبود آن با نرم افزار OMNET

پروژه شبیه سازی مسيريابى فرصت طلبانه در شبكه بيسيم مش و بهبود آن با نرم افزار OMNET

عنوان انگلیسی:

Trading Structure for Randomness in Wireless Opportunistic Routing

جهت درک این پروژه ابتدا باید با مسئله Burst Transmission يا ارتباط انفجارى آشنا باشيد. سرعت انفجاری به انگلیسی: Burst transmission یک ویژگی در مسیریاب های شبکه است که موجب می شود تا در ساعاتی از شبانه روز که شبکه خلوت می ‌باشد، کاربران از پهنای باند باقی مانده استفاده کنند، هرچند این پهنای باند بیشتر از پهنای باند خریداری شده توسط آنها باشد.

این قابلیت بیشتر در اشتراک‌ های Shared و سرویس ‌های ADSL کاربرد دارد و مورد استقبال سرویس دهندگانی قرار گرفته که سرویس ‌هایشان محدودیت حجمی دارد، زیرا با سرعت بالاتر، ترافیک دوره (حجم) سریعتر مصرف شده و کاربر بایستی برای ادامه استفاده سرویس خود را تمدید نماید. مثالی این مسئله را می توانید از اینجا مطالعه بفرمائید.

توضیحات بیشتر در ادامه مطلب ..

همزمان با گسترش کاربردهای اینترنت، استفاده از شبکه‌های مش بی‌سیم برای دسترسی ارزان به اینترنت توسعه پیدا کرد. خاصیت انتشاری رسانه‌ی بی‌سیم، یکی از ویژگی‌های ذاتی شبکه‌ های بی‌ سیم است که می‌ توان به کمک آن بسته را به صورت همزمان و با یک بار ارسال در چندین جهت پخش کرد تا گیرنده‌های مختلف بتوانند بسته را دریافت کنند. از طرف دیگر، به دلیل وجود ساختار شهری و مداخله‌های موجود، شبکه‌های مش در سطح شهر دارای لینک‌هایی با کیفیت پایین هستند و احتمال گم شدن بسته‌ها در این لینک‌ها زیاد است. یعنی قابلیت اطمینان اکثر لینک‌های بی‌سیم پایین است.

.

برای حل مشکل تداخل و گم شدن بسته‌ها و عدم اطمینان می‌توان از خاصیت هم شنوایی رسانه بی‌سیم بعنوان یک فرصت استفاده کرد که از آن بعنوان مسیریابی فرصت‌طلبانه یاد می‌شود. در مسیریابی فرصت‌طلبانه، گره‌هایی که در معرض ارتباط تک پخشی( یا چند پخشی ) بین فرستنده و گیرنده ( ها) قرار می‌گیرند و داده‌های ارسال شده را می شنوند بعنوان مجموعه‌ی جلوران ها محسوب می‌شوند. حال از بین مجموعه جلوران ها، گرهی که اولویت بالاتری دارد( بر اساس معیارهایی مثل تعداد گام، فاصله تا گیرنده و…) در ارسال بسته‌ها به سمت جلو مشارکت می‌کند.

.

ممکن است چندین گره یک بسته همه پخشی شده را بشنوند و یک بسته یکسان را چندین بار به سمت جلو ارسال کنند که باعث افزونگی در شبکه می‌شود. نحوه‌ی انتخاب مجموعه‌ی جلوران و نحوه‌ی هماهنگ سازی اعضای این مجموعه از چالش های اصلی مسیریابی فرصت طلبانه هستند.

کدینگ شبکه برای حل مشکل هماهنگی مجموعه‌ی جلو ران مطرح شد. در کدینگ شبکه، بسته‌ها قبل از ارسال به صورت تصادفی با یکدیگر ترکیب شوند. این کار اطمینان می‌دهد که گره های جلو رانی که انتقال‌ها را می‌شنوند، بسته‌های یکسانی را به سمت جلو ارسال نمی‌کنند و به این ترتیب تعداد انتقال‌های تکراری کاهش می‌یابد. یکی از روش‌هایی که از کدینگ استفاده می‌کند روش MORE است.

.

MORE: پروتکلی است که از مسیریابی فرصت طلبانه به همراه کدینگ در شبکه های مش بی‌سیم استفاده می کند و بسته های داده مربوط به هر دسته را به صورت تصادفی با یکدیگر ترکیب و به سمت جلو ارسال می کند.

.

روش MORE سه سربار کدینگ، حافظه و سرآیند بسته دارد. اگر اندازه‌ی هر بسته را 1500 بایت و اندازه هر دسته 32 بسته در نظر گرفته شود، برای اینکه مشخص شود که بسته دریافت شده یک بسته جدید است ( بسته ازبسته‌های درون بافر مستقل خطی است ) یا خیر، به طور میانگین حدود 10میکروثانیه زمان نیاز است. عملیات کدینگ و دی کدینگ نیز تقریباً 530 میکروثانیه زمان نیاز دارد.

.

این کار تا حدودی کارایی را محدود می‌کند. سربار بعدی، مشکل حافظه است چرا که گره جلوران باید از بسته‌های مربوط به دسته جاری و نیز یک جدول 64 کیلوبایتی نگهداری کند. سرآیند بسته نیز جزء سربار محسوب می‌شود که تقریباً70 بایت فضا می‌گیرد و در آن شناسه مبدأ و مقصد و ضرایب کدینگ بسته‌ها و لیست جلوران ها قرار می‌گیرد.

.

MORE از بردارهای کد برای کم کردن محاسبات استفاده می‌کند، یعنی به جای اینکه عملیات کدینگ و دی کدینگ و همچنین چک کردن استقلال خطی روی خود داده‌ها صورت گیرد، این عملیات روی ضرایب بردار کد که ارقام یک بایتی هستند انجام می‌گیرد. این کار زمان محاسبات را کوتاه ‌تر و محاسبات را ساده ‌ترمی‌کند. MORE همچنین لیستی از اعضای مجموعه‌ی جلو ران و میزان اعتبار آنها را به همراه هر بسته ارسال می‌کند. این موضوع باعث می‌شود که تعداد انتقال‌های اضافی کاهش یابد.

.

در این پژوهش سعی بر این است که سرآیند بسته ها کوچک تر شود. یعنی از طریق فشرده کردن بردارهای کد، اندازه ی سربار کاهش یابد. بدین ترتیب بجای ارسال لیست گره های جلوران در سرآیند تمام بسته‌ها، لیست جلوران ها یک یا چند بار قبل از شروع کار ارسال می شود تا گره های جلوران خودشان را بشناسند و اطلاعات مورد نیاز را ذخیره کنند.

در این روش بجای ارسال ضرایب در سرآیند بسته ها، وضعیتی که بر اساس آن کدینگ صورت گرفته ارسال می شود که این خود باعث می شود داده‌ی کمتری ارسال شود. همچنین برخلاف روش MORE و سایر روش‌های قبلی، ضرایب به صورت تصادفی ساخته نمی‌شوند، بلکه به عنوان مثال اگر 3 بسته اطلاعاتی برای ارسال وجود داشته باشد و سرآیند ۸ بیتی باشد، 256 وضعیت مختلف تولید می شود و ضرایب از بین یکی از این ۲۵۶ حالت شناخته شده انتخاب می‌گردند.

.

در مبدا، ابتدا سه وضعیت که ضرایب آن ها نسبت به هم مستقل خطی باشند، انتخاب می‌شود و سه ترکیب خطی از سه بسته تولید می‌گردد. این اطلاعات برای تمام گره های جلوران ارسال می شود. حال اگر در یک گره میانی بسته های کد شده از سه وضعیت 2s و 6s و 7s دریافت شود، گره میانی چک می کند که آیا ترکیب این سه وضعیت قابل تبدیل به وضعیت دیگری است یا خیر. مثلاً ترکیب این سه وضعیت ممکن است با 15s * (2/1) برابر باشد، در این حالت سه بسته‌ی دریافت شده طوری با هم ترکیب می ‌شوند که با 15s برابر شوند و بسته‌ی حاصل ارسال می‌شود.

.

دیگر در روش پیشنهادی لازم نیست که ضرایب بردار که ۳۲ عدد ۸ بیتی هستند ارسال شوند. بلکه، به جای آن یک عدد یک بایتی ارسال می‌شود. بنابراین، سرآیند کوچک تر می‌شود و می‌توان در هر انتقال داده‌های بیشتری را ارسال نمود و در پهنای باند صرفه جویی کرد.

وضعیت: به ازای تعداد بسته های اطلاعاتی هر وضعیت، معرف یک سری ضریب است. این وضعیت ها برای همه گره های جلوران شناخته شده هستند.