انتقال مطمئن داده از طریق محیط انتقال
لایه بعدی، لایه شبکه است که وظایف آن عبارتند از :
کنترل عملکرد زیر شبکه ها
مسیریابی
کنترل گلوگاه ها
کیفیت سرویس دهی
در لایه انتقال، داده ها برای استفاده از لایه‌های پایین تر شکسته شده و همچنین یک کنترل خطا در این لایه بر روی داده‌ها اعمال می شود. سرانجام در لایه کاربرد مجموعه پروتکل ها و برنامه ها، طرح‌ریزی و پیادهسازی می شوند. تبادل اطلاعات در مورد همسایه‌ها و توپولوژی اطراف هر گره در لایه پیوند داده و مسیریابی در لایه شبکه انجام می پذیرد .

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

انواع شبکه های اقتضایی بی سیم
شبکه‌های بی سیم اقتضایی را می توان به سه دسته تقسیم کرد. شبکه‌های بیسیم مش، شبکه‌های حسگر هوشمند ^[۵۲] و شبکه‌های اقتضایی متحرک ^[۵۳] .
شبکه بی سیم مش
این شبکه مجموعه از گره‌های رادیویی سازمان یافته هستند که در قالب مش با یکدیگر در ارتباط هستند. گره‌ها در این شبکه سه حالت مسیریاب ^[۵۴]، گذرگاه ^[۵۵] و مشتری ^[۵۶] دارند. معماری زیر ساخت شبکه‌های مش، مجموعه ای از مسیریاب‌ها می باشد. مدیریت این شبکه هم به صورت مرکزی و هم به صورت توزیع شده می تواند انجام شود. در مدیرت مرکزی، یک سرور مرکزی جهت مدیریت شبکه وجود دارد، در حالی که در حالت توزیع شده، هیچ نهاد مرکزی برای مدیریت وجود ندارد.
شکل ‏۲‑۵: شبکه بی سیم مش
شبکه حسگر هوشمند
این شبکه مجموعه‌ای از حسگرها و یا گره‌ها میباشند که با یکدیگر تشکیل یک شبکه بی سیم را داده اند تا بتوانند وظیفه حسگری و دریافت اطلاعات از محیط را انجام دهند. هر حسگر، قابلیت ارتباط بی سیم و هوش کافی جهت پردازش یا انتقال اطلاعات گرد آوری شده را دارد. از این شبکه‌ها می توان در کاربرد ها امنیتی (مرز الکتورنیک )، مشاهده و مراقبت ^[۵۷] و یا درمان و سلامتی استفاده کرد. بزرگترین مزیت شبکه‌های حسگر بی سیم در این است که در این شبکه‌ها با توان کم، گره‌هایی با برد کم اقدام به دریافت اطلاعات از محیط و انتقال اطلاعات می کنند[۱۷] .
شکل ‏۲‑۶: شبکه بی سیم مش
شبکه‌های اقتضایی متحرک
این شبکه مجموعه مستقلی از کاربران متحرک می باشد، که از طریق لینک‌های بی سیم با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. برای اتفاقات غیر قابل پیش‌بینی، شبکه‌های زیرساخت دار کارا نبوده و از قابلیت اطمینان لازم برخوردار نیستند. در نتیجه شبکه‌های اقتضایی بی‌سیم گزینه مناسبی می باشند. در این شبکه‌ها گره‌ها مجهز به گیرنده و فرستنده و آنتن می باشند .
شکل ‏۲‑۷ شبکه اقتضایی متحرک
کاربرد شبکه‌های اقتضایی بی سیم
در ابتدا شبکه‌های اقتضایی متحرک ^[۵۸] تنها محدود به کاربردهای نظامی بودند، اما به مرور زمان قابلیت‌های این شبکه‌ها آشکار شد و کاربردهای غیر نظامی این شبکه‌ها گسترش یافت. به خصوص در چند سال اخیر با گسترش فناوری‌های بی‌سیم مانند بلوتوث و استانداردهایی مانند IEEE 802.11، شبکه‌های اقتضایی متحرک رشد سریعی داشته و توانسته توجه بسیاری را در زمینه‌های اقتصادی و کمیته استانداردها به خود جلب کند و این شبکه‌ها وارد کاربرد های غیرنظامی شدند. استاندارد IEEE 802.11 دو حالت کاربردی را برای WLAN تعریف می‌کند: زیرساخت محور و بدون زیرساخت (اقتضایی ) [۱۸]. حالت اول شبکه‌های اقتضایی را به خوبی پشتیبانی نمی‌کند. در جاهایی که زیر ساخت وجود ندارد و ایجاد زیر ساخت از نظر اقتصادی و یا زمانی به صرفه نیست، شبکه‌های اقتضایی با کمک استاندارد IEEE 802.11 در حالت بدون زیرساخت می توانند، راه حل خوبی باشند .
در ادامه به طور خلاصه با کاربرد های مختلف این شبکه آشنا می شوید :
کاربرد نظامی :
کاربرد‌های نظامی اولین و شاید مهم‌ترین کاربرد شبکه‌های اقتضایی می باشد. بوجود آوردن مخابرات امن یکی از کلیدهای اصلی پیروزی در میدان‌های نبرد می باشد. بیشتر عملیات‌های نظامی در مکان‌ها و موقعیت‌هایی انجام می گیرد که هیچ زیر ساخت مخابراتی وجود ندارد و زمان و امکانات بوجود آوردن زیرساخت نیز مهیا نمی باشد، همچنین واحدهای دفاعی (نیروی زمینی، هوایی و دریایی) جهت پیروزی در عملیات‌ها نیاز به پشتیبانی مخابراتی جهت ارتباط با یکدیگر دارند. در نتیجه بکارگیری شبکه های اقتضایی یا حسگر (که نیز به زیرساخت ندارند ) بسیار مفید و ضروری می باشد [۱۹].
کاربرد سلامت:
وجود داشتن امکان مبادله اطلاعات چندرسانه‌ای بین بیمار و مرکز درمان در شرایط بحرانی و حیاتی بسیار ضروری می باشد. یک مرکز سلامت قوی، نیاز به داشتن امکانات کاملی جهت مبادله اطلاعات (شامل ویدیو، تصویر و داده ) با مریضان دارد. در نتیجه داشتن یک شبکه ارتباطی متناسب با وضعیت بیماران می تواند عامل موثری در امداد رسانی بهتر به بیماران باشد [۱۹].
کاربردهای صنعتی:
در محیط‌های صنعتی بزرگ، تعداد زیادی وسایل الکترونیکی وجود دارند که نیاز دارند با یکدیگر مبادله اطلاعات داشته باشند. همچنین جهت پیاده سازی یک مرکز کنترل اصلی برای صنعت‌های بزرگ، نیاز به داشتن شبکه‌های برای انتقال داده وجود دارد. امروزه بکارگیری شبکه‌های اقتضایی بی سیم، در محیط‌های صنعتی بسیار رایج است. زیرا بکارگیری شبکه‌های سیمی موجب شلوغی، به هم ریختگی و سردرگمی می شود که نه تنها باعث افت عملکرد مجموعه می شوند بلکه امنیت را نیز به خطر می اندازند و باعث کاهش قابلیت اعتماد می شوند. در نتیجه استفاده از شبکه‌های اقتضایی و شبکه‌های حسگر می تواند راه حل برون رفت از اینگونه چالش‌ها باشد [۱۹].
شبکه وسایل نقلیه :
بکارگیری شبکه‌های اقتضایی بی سیم در وسایل نقلیه ^[۵۹]، باعث می شود که اطلاعات ترافیکی در محدوده مورد توجه به خوبی منتشر شوند. اطلاعاتی از قبیل میزان ترافیک یا تصادفات در بخشی از مسیر و یا هشدار به رانندگان جهت جلوگیری از مشکلات جاده‌ای می تواند به طور مناسب توسط شبکه‌های اقتضایی بی سیم منتشر شوند [۲۰] .
شکل ‏۲‑۸: نمایی از شبکه VANET
سرویس‌های اضطراری :
درمواردی که به علت بلایای طبیعی مانند سیل، زلزله و طوفان و… و یا جنگ زیرساخت‌های ارتباطی در منطقه ای از بین میرود. بهترین راه حل جهت برقراری سریع ارتباط بین واحدهای مختلف، بکارگیری شبکه‌های اقتضایی بی سیم می باشد. این شبکه‌ها می توانند در کمترین زمان ممکن ارتباطات را برقرار کنند. همچنین در عملیات‌های امداد و نجات بکارگیری شبکه‌های اقتضایی می تواند بسیار مثمر ثمر باشد [۱۸]. به عنوان مثال در هنگام بروز حادثه‌ای مامورین آتش نشان می خواهند با ماموران امدادگر شبکه‌ی موقتی را جهت کمک رسانی بهتر به طور سریع تر مکان حادثه شکل دهند. بهترین گزینه برای این افراد می تواند به کارگیری شبکه‌ای بدون زیرساخت باشد .
کاربردهای آموزشی و شخصی :
از شبکه‌های اقتضایی می توان جهت برگزاری کلاس‌های مجازی یا در برگزاری سمینار و همایش‌ها استفاده کرد. در جاهایی که می خواهیم شبکه‌ای را به طور موقت و در وسعت محدودی برقرار کنیم، بهترین گزینه بکارگیری شبکه‌های اقتضایی بی سیم می باشد. از شبکه‌های اقتضایی بیسیم به منظور ایجاد محیط چندکاربره برای بازی‌های کامپیوتری به طور گسترده‌ای استفاده می شود. همچنین استفاده از اینترنت در فضای آزاد و روبات‌های خانگی بی سیم از دیگر کاربردهای شبکه‌های اقتضایی می باشد.
شبکه‌های بی سیم اقتضایی نظامی
همانطور که در فصل اول بیان شد، داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی به طوری که هر سرباز توانایی دسترسی به کل اطلاعات موجود در شبکه را داشته باشد، بالاترین اولویت نیروهای نظامی است. توپولوژی شبکه های مخابراتی نظامی سه نسل را پشت سر گذاشته اند تا به ساختار شبکه های اقتضایی رسیده اند. در زیر به طور مختصر توضیحی در این باره داده می شود :
نسل اول: این نسل مبتنی بر شبکه‌های رادیویی ^[۶۰] بوده اند که مطابق با زنجیره فرماندهی شکل می گرفتند .
نسل دوم: این نسل مبتنی بر ایستگاه‌های پایه ^[۶۱] و لینک‌های بین آنها بودند. در این شبکه‌ها، یک سری زیر ساخت (ارتباط سیمی) در منطقه ایجاد می شد. سپس واحد‌های مختلف با کمک این زیر ساخت ها با یکدیگر ارتباط برقرار می کردند.
نسل سوم: این نسل براساس اصول شبکه های اقتضایی طراحی و اجرا شده است. در این مرحله به اهمیت بدون زیر ساخت بودن شبکه های نظامی پی برده شده بوده و براین اساس شبکه‌های نظامی را پیاده‌سازی می‌کرده‌اند. در این مرحله شبکه‌ها کاملا بی سیم هستند [۲۱].
شکل ‏۲‑۹ روند پیشرفت شبکه‌های مخابراتی الف: نسل اول ب: نسل دوم ج: نسل سوم [۲۱]
شبکه‌های اقتضایی ناهمگن
از آنجایی که گره‌های موجود در شبکه می توانند انواع مختلفی داشته باشند، لذا قابلیت‌هایی نظیر قدرت پردازنده، پهنای باند، حافظه، برقراری ارتباط و توان باتری نیز می تواند در آنها متفاوت باشد. این ویژگی منجر به بوجود آمدن شبکه‌های نا‌همگن می شود [۸]. بیشتر تحقیقاتی که در زمینه شبکه‌های مخابراتی صورت گرفته است، در مورد شبکه‌هایی می باشد که همه گره‌های آنها مشابه هستند یا به عبارتی همگن هستند. اما شبکه‌های همگن معمولا با مشکل مقیاس‌پذیری مواجه هستند. اکثر پروتکل‌های مسیریابی مسطح نیز تحت شرایط خاص عملکرد خوبی دارند ولی با بزرگ شدن شبکه، عملکرد مناسبی ندارند. حتی پروتکل‌های مسیریابی چند مسیره نیز در همه شرایط عملکرد مناسبی ندارند [۲۲]. نتایج تحقیقات نشان داده‌اند که پروتکل مسیریابی کنونی برای شبکه‌های همگن کوچک (کمتر از ۱۰۰ گره ) مناسب هستند. همچنین این تحقیقات نشان داده ساختار شبکه‌های اقتضایی مسطح ^[۶۲] ظرفیت محدودی دارد [۲۳]. جهت حل مشکل مقیاس پذیری، به کاربردن ساختار سلسله مراتبی و یا بکارگیری شبکه‌های ناهمگن راهی روشن و نوید دهنده می‌باشد. با بکارگیری ساختار سلسله مراتبی می توان از ظرفیت تکنولوژی‌های مختلف استفاده کرد، همچنین مشکل مقیاس‌پذیری شبکه‌های مسطح را برطرف کرد و سربار پیام‌های کنترلی را نیز کاهش می دهد [۲۴]. در شکل زیر نمونه ای از این ساختار را مشاهده می کنید :
شکل ‏۲‑۱۰: ساختار سلسله مراتبی
از طرف دیگر با گسترش چشمگیر فناوری‌های دسترسی به شبکه، شاهد آن هستیم که در یک محوطه جغرافیایی تنوع وسیعی از سرویس های مختلف دسترسی به شبکه وجود دارد. امروزه گره‌های شبکه‌های بی سیم به چندین فناوری بی سیم مانند استانداردIEEE 802.11 ، Bluetooth و … مجهز هستند. این سرویس‌ها هرکدام ویژگی‌های منحصر به خود از نظر پهنای باند، نرخ ارسال، ناحیه تحت پوشش، فرکانس کاری و… دارند و هر یک برای کاربردی مشخص طراحی شده است. از طرفی هیچ یک از این فناوری‌ها به تنهایی نمی توانند جوابگوی تمامی نیاز‌های کاربر باشند. در شبکه‌ای ناهمگن – یعنی شبکه ای که کاربر برای دسترسی به شبکه از تکنولوژی هایی مختلفی استفاده می کند – می توان از ویژگی‌های مختلف این تکنولوژی‌ها استفاده کرد. در نتیجه در شبکه ناهمگن شبکه می تواند به ظرفیت بالاتری دست پیدا کند.
نسل جدید ارتباطات بی سیم، نسل شبکه‌های ناهمگن خواهد بود. در این شبکه‌ها، گره های متحرک می توانند از وجود چندین تکنولوژی ارتباطی غیر مشابه بهرمند شوند. بکارگیری همزمان و ایجاد هماهنگی و سازگاری بین این فناوری‌ها، امری بسیار چالش برانگیز است. در این پایان‌نامه قصد داریم با ارائه یک الگوریتم مسیریابی مناسب برای شبکه های ناهمگن از دو تکنولوژی رادیویی به طور همزمان استفاده کنیم. در این شبکه فرض کرده‌ایم که برد های رادیو‌های گره‌های آن و فرکانس کاریشان متفاوت است .
شکل ‏۲‑۱۱: شبکه ناهمگن نظامی
ویژگی‌های یا چالش‌های شبکه‌های اقتضایی :
فقدان زیر ساخت: در این شبکه‌ها ساختاری متمرکز و جامع مانند مسیریاب، درگاه و سرویس دهنده‌ها و … لزوما وجود ندارد .(شاید یک الگوریتم مسیریابی خاص، هر گره را مامور وظیفه خاصی بکند، اما لزوما اینگونه نیست.)
بکارگیری لینک‌های بی سیم: نکته مهمی که در شبکه‌های اقتضایی متحرک باید در نظر گرفت در این است که این شبکه‌ها از لینک‌های بی سیم استفاده می کنند که تفاوت اساسی با لینک‌های سیمی دارد. در لینک بی سیم، بحث تداخل پیش می آید که می تواند بر عملکرد شبکه تاثیر بسزایی داشته باشد. در این شبکه ها لینک های همسایه بر روی یکدیگر اثر منفی دارند. مگر اینکه شبکه چند کانال باشد تا لینک‌های بی سیم مجاور را بتوان بر روی فرکانس‌های متفاوت قرار داد. همچنین لینک‌های بی‌سیم از نظر امنیت، با چالش‌های بیشتری روبرو هستند
خودمختاری گره‌ها: گره‌های سیار به دلیل تغییر محل به خصوص در شبکه‌های بزرگ به سختی قابل ردگیری هستند و پیش بینی رفتار گره‌ها در اکثر موارد ممکن نیست. در شبکه‌های نظامی به این دلیل که معمولا کل گروهان یا گردان یا دسته مدل حرکتی مشابهی دارند، این مشکل کمتر به چشم می خورد. این خصوصیت باعث می شود که گره‌های شبکه دانش کلی از توپولوژی شبکه نداشته باشند و باید با کمک سایر گره‌ها مکان مقصد را کشف کنند .