Μελέτη πρωτοκόλλων δροµολόγησης σε κινητά δίκτυα ειδικού σκοπού (MANETS) µε χρήση του προσοµοιωτή NS2.

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ (ΤΕΙ) ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Μελέτη πρωτοκόλλων δροµολόγησης σε κινητά δίκτυα ειδικού σκοπού (MANETS) µε χρήση του προσοµοιωτή NS2. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του ΑΝΑΡΓΥΡΟΥ ΑΝΝΑ (ΑΕΜ:316 ) Επιβλέπων : ρ. Άγγελος Μιχάλας Επίκουρος Καθηγητής Καστοριά Νοέµβριος 2010

2

3 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ (ΤΕΙ) ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Μελέτη πρωτοκόλλων δροµολόγησης σε κινητά δίκτυα ειδικού σκοπού (MANETS) µε χρήση του προσοµοιωτή NS2. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Του ΑΝΑΡΓΥΡΟΥ ΑΝΝΑ (ΑΕΜ:316) Επιβλέπων : ρ. Άγγελος Μιχάλας Επίκουρος Καθηγητής Εγκρίθηκε από την τριµελή εξεταστική επιτροπή την 2 α Νοεµβρίου 2010 Α. Μιχάλας Επίκουρος Καθηγητής Μ. όσης Επίκουρος Καθηγητής Α. Σταυρίδης Εργαστηριακός Συνεργάτης Καστοριά Νοέµβριος 2010

4 Copyright 2010 Ανάργυρος Άννας Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανοµή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τµήµατος αυτής, για εµπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανοµή για σκοπό µη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν µήνυµα Οι απόψεις και τα συµπεράσµατα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν αποκλειστικά τον συγγραφέα και δεν αντιπροσωπεύουν τις επίσηµες θέσεις του ΤΕΙ υτικής Μακεδονίας

5 Πίνακας περιεχοµένων Κεφάλαιο 1 Ασύρµατες επικοινωνίες-ad Hoc ίκτυα... 6 Εισαγωγή Σκοπός της παρούσας εργασίας Οργάνωση κεφαλαίων εργασίας Ασύρµατες επικοινωνίες Ασύρµατα δίκτυα Ασύρµατα τοπικά δίκτυα Το πρότυπο Ad Hoc ίκτυα Σύγκριση κυψελωτών δικτύων µε Ad Hoc δίκτυα Εφαρµογές των Ad Hoc δικτύων Θέµατα που πρέπει να αντιµετωπιστούν στη δηµιουργία Ad Hoc δικτύων ροµολόγηση σε Ad Hoc δίκτυα Απαιτήσεις από ένα πρωτόκολλο για Ad Hoc δίκτυα Υποστήριξη πρωτοκόλλων µεταφοράς Το διαδίκτυο και η εφαρµογή του στα Ad Hoc δίκτυα Πρωτόκολλα δροµολόγησης σε Ad Hoc δίκτυα Κατηγοριοποίηση πρωτοκόλλων δροµολόγησης Πρωτόκολλα που θα χρησιµοποιήσουµε DSDV( Destination Sequenced Distance Vector) DSR(Dynamic Source Routing) AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector) Κεφάλαιο 2 NS-2 Αναλυτική περιγραφή Εισαγωγή Ο προσοµοιωτής NS

6 2.2 Κόµβοι Λειτουργίες ελέγχου ιαχείριση θυρών και διευθύνσεων Ταξινοµητές Μηχανισµός δροµολόγησης και οργάνωση ταξινοµητών Μηχανισµοί δροµολόγησης Σύνδεσµοι Συνδέτες Πράκτορες Μορφές πακέτων Κινητές επικοινωνίες στον NS TDMA Πρωτόκολλα δροµολόγησης σε Ad Hoc δίκτυα στον NS Μορφές καταγραφής γεγονότων της προσοµοίωσης NAM Επέκταση στοιχείων του NS Εγκατάσταση του NS-2 σε περιβάλλον Ubuntu Περίληψη δευτέρου κεφαλαίου Κεφάλαιο 3 Πηγαίος κώδικας-πειράµατα-αποτελέσµατα Εισαγωγή AODV AODV.h aodv_packet.h aodv_rtable.h aodv_rqueue.h aodv.cc

7 3.1.6 aodv_rtable.cc aodv_logs.cc aodv_rqueue.cc DSDV dsdv.h rtable.h dsdv.cc rtable.cc DSR cache_stats.h constants.h dsr_proto.h requesttable.h routecache.h sr_forwarder.h srpacket.h flowstruct.h hdr_sr.h path.h dsragent.h dsragent.cc add_sr.cc dsr_proto.cc flowstruct.cc hdr_sr.cc linkcache.cc

8 mobicache.cc path.cc requesttable.cc routecache.cc simplecache.cc sr_forwarder.cc Σενάρια προσοµοίωσης στον NS Χωρίς παράλληλες συνδέσεις, τοπολογία 30 κόµβων Παράλληλες συνδέσεις, τοπολογία 50 κόµβων Αλλαγές στον πηγαίο κώδικα των πρωτοκόλλων Σύγκριση αποτελεσµάτων για το πείραµα των 30 κόµβων και της µιας σύνδεσης κάθε φορά Σύγκριση αποτελεσµάτων για το πείραµα µε τους 50 κόµβους και τις παράλληλες συνδέσεις Επίλογος τρίτου κεφαλαίου Κεφάλαιο 4 Σύγκριση πρωτοκόλλων-επίλογος Εισαγωγή Πείραµα µε 30 κόµβους και µια σύνδεση κάθε φορά Σύγκριση πριν τις αλλαγές Σύγκριση µετά τις αλλαγές Πείραµα µε 50 κόµβους και παράλληλες συνδέσεις Σύγκριση πριν τις αλλαγές Σύγκριση µετά τις αλλαγές Επίλογος Παράρτηµα Βιβλιογραφία

9 5

10 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Κεφάλαιο 1 Ασύρµατες επικοινωνίες-ad Hoc ίκτυα Εισαγωγή Τα δίκτυα των υπολογιστών µπορούν να συνδέονται ενσύρµατα µε τη χρήση χάλκινων καλωδίων ή ακόµη και οπτικών ινών, όπως και ασύρµατα όπου το µέσο µετάδοσης είναι ο αέρας και τα δεδοµένα µεταδίδονται υπό τη µορφή ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. Τα ενσύρµατα δίκτυα συνήθως οργανώνονται µε βάση κάποιες τοπολογίες, όπως για παράδειγµα ένα δίκτυο τοπολογίας αστέρα ή δακτυλίου. Τα ασύρµατα δίκτυα µπορεί να έχουν οργάνωση αν είναι κυψελωτά και χρησιµοποιούν σταθµούς βάσης για τη µετάδοση δεδοµένων από έναν ασύρµατο ποµπό σε έναν ασύρµατο δέκτη, οι οποίοι πρέπει να βρίσκονται στην εµβέλεια ενός ή περισσότερων σταθµών βάσης που να επικοινωνούν µεταξύ τους για να δροµολογήσουν τα πακέτα των δεδοµένων. Μερικά ασύρµατα δίκτυα όµως µπορούν να είναι αδόµητα και να λειτουργήσουν χωρίς την ανάγκη ύπαρξής σταθµών βάσης ή σταθερής δοµής, αλλά λειτουργούν βασιζόµενα στην απευθείας επικοινωνία των ασύρµατων κόµβων που τα απαρτίζουν. Μια τέτοια περίπτωση αποτελούν τα δίκτυα ad-hoc ή αλλιώς MANET s[1], [4],[15], [16], [17], [18], [22] [29]. 1.1 Σκοπός της παρούσας εργασίας Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παρουσιαστούν και να συγκριθούν τα πρωτόκολλα που υλοποιούνται στον προσοµοιωτή NS-2[2], [3] ως προς την απόδοση τους µε βάση παραµέτρους ποιότητας υπηρεσίας όπως η ρυθµοαπόδοση του καναλιού, η µέση καθυστέρηση από άκρο σε άκρο, καθώς και ο λόγος παράδοσης πακέτων στον προορισµό µε τη χρήση πρωτοκόλλου στρώµατος µεταφοράς TCP[7], [11], [13] και πρωτοκόλλου επιπέδου εφαρµογής FTP. Στη µεταφορά αρχείων για να έχουµε ικανοποιητική απόδοση οι παράµετροι που µας ενδιαφέρουν περισσότερο είναι ο λόγος παράδοσης και η ρυθµοαπόδοση και όχι τόσο η καθυστέρηση. Η καθυστέρηση θα ήταν σηµαντικότερη αν βάση των πειραµάτων ήταν η προσοµοίωση πολυµεσικών εφαρµογών µε τη χρήση UDP και πηγών σταθερού ρυθµού µετάδοσης. Ακόµη ένας παράγοντας που µελετάται στο ένα σκέλος είναι και η διακύµανση της καθυστέρησης από άκρο σε άκρο λόγω των παράλληλων συνδέσεων στα πλαίσια του Ad Hoc[1], [4] δικτύου. Κάνοντας χρήση λοιπόν του NS-2 και των κατάλληλων για προσοµοίωση Ad Hoc δικτύων tcl scripts, θα µελετήσουµε τη συµπεριφορά του δικτύου σε περιβάλλον οπού οι κόµβοι κινούνται τυχαία στον χώρο του δικτύου. Οι περιπτώσεις για τις οποίες κατασκευάστηκαν τα απαραίτητα tcl scripts είναι δύο: η πρώτη είναι η περίπτωση οπού τριάντα κόµβοι αποτελούν το δίκτυο και έχουµε µια σύνδεση κάθε φορά, ενός τυχαίου ζεύγους κόµβων, µε εκατό επαναλήψεις και χρήση του πρωτοκόλλου πρόσβασης στο µέσο b[1], [22], [23] και στη δεύτερη προσοµοίωση που έχουµε πενήντα κόµβους, τυχαία κινούµενους και που ξεκινάµε µε δύο παράλληλες 6

11 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα συνδέσεις και φτάνουµε τις είκοσι, συγκρίνοντας παράλληλα τα πρωτόκολλα και την απόδοση τους όσο αυξάνουν οι συνδέσεις. Στη δεύτερη προσοµοίωση το πρωτόκολλο πρόσβασης στο µέσο είναι το TDMA, καθώς µε τις χρονοσχισµές διαχειρίζεται καλύτερα τις παράλληλες συνδέσεις. Επίσης επειδή η έκδοση 2.34 του προσοµοιωτή επιτρέπει αλλαγές στο πηγαίο κώδικα των πρωτοκόλλων, που είναι γραµµένος σε γλώσσα C++, θα προβούµε σε κάποιες αλλαγές µικρής έκτασης και θα συγκρίνουµε τα αρχικά αποτελέσµατα µε τα αποτελέσµατα των πρωτοκόλλων µετά τις αλλαγές. 1.2 Οργάνωση κεφαλαίων εργασίας Στο 2 ο κεφάλαιο θα γίνει µια περιγραφή του προσοµοιωτή διακριτών γεγονότων NS- 2, των χαρακτηριστικών και των δυνατοτήτων που προσφέρει τόσο για απλή προσοµοίωση, όσο και για επέκταση του χάρη στη γλώσσα C++[2], [23]. Επίσης θα γίνει παρουσίαση της διαδικασίας εγκατάστασης σε διανοµή Linux, που είναι η φυσική πλατφόρµα του προσοµοιωτή από τη στιγµή που σταµάτησε η κυκλοφορία εκτελέσιµων εκδόσεων για Windows, καθώς και τις δυνατότητες επέκτασης των πρωτοκόλλων και των µηχανισµών µετάδοσης σε ασύρµατα τοπικά δίκτυα τύπου Ad Hoc. Στο τρίτο κεφάλαιο θα γίνει µια περιγραφή της λειτουργίας των πρωτοκόλλων δροµολόγησης και της υλοποίησης τους στα πλαίσια του NS-2[25], καθώς και των µηχανισµών που υλοποιούνται στη γλώσσα προγραµµατισµού που βασίζεται ο προσοµοιωτής. Επίσης θα παρουσιαστούν τα δύο βασικά πρωτόκολλα πρόσβασης στο φυσικό µέσο το b[1] και το TDMA[1], [2]. Ακόµη θα παρουσιαστούν οι αλλαγές στον πηγαίο κώδικα του προσοµοιωτή, τα σενάρια των πειραµάτων καθώς και τα αποτελέσµατα από την εκτέλεση και ανάλυση των tcl scripts µε τη βοήθεια της γλώσσας awk. Στο τέταρτο κεφάλαιο θα εξαχθούν τα συµπεράσµατα της σύγκρισης των τριών πρωτοκόλλων µε βάση τα στοιχεία της ανάλυσης επί των αποτελεσµάτων, θα υπάρχει επίλογος καθώς και προτάσεις για µελλοντική επέκταση των πειραµάτων µε επιπλέον χαρακτηριστικά. Στο παράρτηµα θα υπάρχει δείγµα του κώδικα tcl που χρησιµοποιήθηκε για την προσοµοίωση καθώς και τα αρχεία awk που χρησιµοποιήθηκαν για την ανάλυση των αρχείων ίχνους που παράγονται κατά την εκτέλεση των σεναρίων. 1.3 Ασύρµατες επικοινωνίες Ασύρµατες χαρακτηρίζονται οι επικοινωνίες, στις οποίες το µέσο µετάδοσης των δεδοµένων είναι ο αέρας και τα δεδοµένα µεταφέρονται από την πηγή στον προορισµό κάνοντας χρήση ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. Τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα µπορούν να διαδοθούν γενικά µε ανάκλαση τους πάνω σε κάποιο αντικείµενο µε αλλαγή φάσης των κυµάτων κατά 180 µοίρες, µε διάθλαση του κύµατος ή ακόµη και µε σκέδαση του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος όταν αυτό διέρχεται µέσα από ένα αντικείµενο. 7

12 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Το ασύρµατο κανάλι, όπως ονοµάζεται ο αέρας ως µέσο διάδοσης στις ασύρµατες επικοινωνίες, δεν είναι τόσο αξιόπιστο καθώς αντιµετωπίζει πολλά εµπόδια στη διάδοση του σήµατος, όπως εξασθένηση του σήµατος που είναι ανάλογη µε την απόσταση µεταξύ ποµπού και δέκτη, καθώς και των εµποδίων που θα συναντήσει το κύµα στη διάδοση του. Ακόµη µπορεί να υπάρχουν παρεµβολές που θα αλλοιώσουν την ισχύ και την ποιότητα του σήµατος, καθώς θα το γεµίσουν µε θόρυβο, δηλαδή άσχετες πληροφορίες που δεν έχουν σχέση µε τα µεταδιδόµενα δεδοµένα. Επίσης πολλές φορές το σήµα είναι δυνατό να συγκρουστεί µε επιφάνεια την οποία δεν µπορεί να διαπεράσει καθιστώντας αδύνατη την επικοινωνία ποµπού µε τον δέκτη. Εκτός από αυτά τα εµπόδια το σήµα µπορεί να επηρεαστεί από τις καιρικές συνθήκες, καθώς µια καταιγίδα µπορεί πολύ εύκολα να καταστρέψει τις πληροφορίες ή να τις αλλοιώσει εισάγοντας θόρυβο. Εκτός από ηλεκτροµαγνητικά κύµατα στη µετάδοση των πληροφοριών µπορούν να χρησιµοποιηθούν µικροκύµατα καθώς και υπέρυθρες ακτίνες. Γενικά όµως το µέσο µετάδοσης στις ασύρµατες επικοινωνίες έχει κάποιο συγκεκριµένο µήκος κύµατος και συχνότητα που ανήκει σε µια µπάντα συχνοτήτων του φάσµατος των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. 1.4 Ασύρµατα δίκτυα Τα ασύρµατα δίκτυα είναι δίκτυα που οι κόµβοι τους χρησιµοποιούν ως µέσο µετάδοσης των πακέτων τον αέρα και έτσι δεν απαιτείται κανενός είδους καλωδίωση, παρά µόνο σε σταθµούς βάσης αν αυτοί υπάρχουν στο δίκτυο. Όταν δεν υπάρχουν σταθµοί βάσης η µόνη προϋπόθεση είναι οι δύο κόµβοι να βρίσκονται ο ένας µέσα στην εµβέλεια εκποµπής του άλλου ή να υπάρχουν διαθέσιµοι κόµβοι που θα λειτουργήσουν ως δροµολογητές και θα µεταφέρουν τα απαραίτητα πακέτα δεδοµένων στον προορισµό τους. Τα ασύρµατα δίκτυα[1] αποτελούνται από διάφορα µέρη, τα οποία υποστηρίζουν µετάδοση µε οπτικά κύµατα ή ραδιοκύµατα. Ένα βασικό συστατικό κάθε ασύρµατου δικτύου είναι οι χρήστες του δικτύου που µπορεί να είναι άτοµα ή µηχανήµατα, ή ακόµα και περιφερειακά υπολογιστών, όπως εκτυπωτές που συνδέονται ασύρµατα µε τους υπολογιστές που τους προσπελάζουν. Οι χρήστες µπορεί να είναι στατικοί ή συνήθως κινητοί και είναι αυτοί που συνήθως αιτούνται και αρχικοποιούν τη σύνδεση τους σε ένα ασύρµατο δίκτυο. Ένα άλλο συστατικό είναι οι συσκευές που θα χρησιµοποιήσει ο χρήστης για να προσπελάσει το ασύρµατο δίκτυο όπως υπολογιστές, φορητοί και σταθεροί, κινητά τηλέφωνα, υπολογιστές παλάµης και άλλα. Ακόµα και αν µια συσκευή δεν µπορεί εξ αρχής να συνδεθεί σε ένα ασύρµατο δίκτυο µε την κατάλληλη προσθήκη υλικού όπως µια ασύρµατη κάρτα δικτύου για υπολογιστές, θα αποκτήσει τη δυνατότητα σύνδεσης σε ασύρµατο δίκτυο. Η κάρτα δικτύου είναι ένα ακόµα απαραίτητο στοιχείο σε ένα ασύρµατο δίκτυο καθώς εξασφαλίζει την πρόσβαση στο δίκτυο υλοποιώντας διάφορες εκδόσεις του 8

13 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα προτύπου [1], που εκδόθηκαν για την περιγραφή των απαιτήσεων σύνδεσης σε ένα ασύρµατο τοπικό δίκτυο. Οι τύποι καρτών δικτύου που υπάρχουν µπορεί να έχουν διαφορετικές διεπαφές σύνδεσης µε το υλικό που θα συνδεθούν και µπορεί να είναι κάρτες,isa,pci, PCMCIA, Mini-PCI, USB-Flash. Άλλο ένα βασικό συστατικό είναι το µέσο µετάδοσης, δηλαδή ο αέρας µέσω του οποίου µεταδίδονται τα κύµατα που µεταφέρουν τις πληροφορίες και τα πακέτα σε µια ασύρµατη επικοινωνία. Οι καιρικές συνθήκες µπορεί να µειώσουν την αντοχή και την ποιότητα του σήµατος καθώς µια δυνατή βροχή για παράδειγµα είναι δυνατόν να µειώσει κατά το ήµισυ την απόσταση που µπορεί να διανύσει το σήµα χωρίς ενίσχυση και αναµετάδοση. Όταν αναφερόµαστε σε τοπικά ασύρµατα δίκτυα δεν είναι τόσο σηµαντικός παράγοντας, αλλά για µητροπολιτικά ασύρµατα δίκτυα ή ευρείας περιοχής πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή. Η δοµή του ασύρµατου δικτύου είναι άλλο ένα σηµαντικό χαρακτηριστικό. Ένα ασύρµατο δίκτυο στον πυρήνα του µπορεί να αποτελείται από σταθµούς βάσης, ελεγκτές πρόσβασης, λογισµικό συνδεσιµότητας εφαρµογών, ακόµα και ένα σύστηµα διανοµής. Σταθµοί βάσης: Οι σταθµοί βάσης είναι κοινά δοµικά στοιχεία σε ασύρµατα δίκτυα µέσω των οποίων τα φέροντα κύµατα µεταφέρονται σε ενσύρµατα δίκτυα που αναφέρονται και ως συστήµατα διανοµής. Παρέχουν πρόσβαση σε µια ευρεία γκάµα δικτυακών εφαρµογών και είναι δυνατόν να ενσωµατώνουν εκτός από κεραίες εκποµπής και λήψης κάρτες δικτύου όπως τα συστήµατα του τελικού χρήστη. Η κάρτα δικτύου του τελικού χρήστη αναλαµβάνει τη σύνδεση µε τον πλησιέστερο σταθµό βάσης, καθώς και την αλλαγή σταθµού βάσης καθώς ο χρήστης κινείται. Οι πύλες και οι ασύρµατοι δροµολογητές είναι αναβαθµισµένες µορφές σταθµών βάσης προσφέροντας περισσότερες υπηρεσίες από ένα κλασικό σταθµό βάσης. Οι σταθµοί βάσης υποστηρίζουν συνήθως συνδέσεις σηµείου προς σηµείο άλλα και συνδέσεις σηµείου προς πολλά σηµεία. Ελεγκτές πρόσβασης: Χρησιµοποιούνται για την αύξηση της ισχύος και της αποδοτικότητας ενός ασύρµατου δικτύου, καθώς και για υποστήριξη επιπλέον υπηρεσιών όπως για παράδειγµα ασφάλεια και µηχανισµούς παροχής υπηρεσιών. Είναι συνήθως συσκευές υλικού και τοποθετούνται στα όρια ανάµεσα στην ασύρµατη δοµή του δικτύου και του συστήµατος διανοµής. Οι ελεγκτές πρόσβασης παρέχουν κεντρικοποιηµένη νοηµοσύνη πίσω από τους σταθµούς βάσης µε στόχο την εξοµάλυνση της κίνησης µεταξύ του ανοιχτού ασύρµατου δικτύου και των σηµαντικών πόρων του δικτύου, επίσης µπορεί οι ελεγκτές να εµφανίζονται ως µια λειτουργία ενσωµατωµένη στους σταθµούς βάσης. Η χρήση των ελεγκτών πρόσβασης ελαχιστοποιεί την ανάγκη ύπαρξης έξυπνων σταθµών βάσης, µειώνοντας παράλληλα το κόστος υλοποίησης του δικτύου. Οι χρήστες απολαµβάνουν τα κάτωθι προνόµια από τη χρήση των ελεγκτών πρόσβασης: Αυθεντικοποίηση: Οι περισσότεροι ελεγκτές πρόσβασης ενσωµατώνουν µια βάση δεδοµένων για την αυθεντικοποίηση των χρηστών, ενώ άλλοι προσφέρουν τη 9

14 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα δυνατότητα διεπαφής µε εξωτερικούς server αυθεντικοποίησης όπως οι Remote- Authentication Dial-In User Service (RADIUS) και οι Lightweight Directory Access Protocol (LDAP). Μια βάση δεδοµένων µπορεί να επαρκεί στα πλαίσια ασύρµατου δικτύου ενός οργανισµού, ενώ για µεγαλύτερης κλίµακας δίκτυα ιδανικότερη λύση είναι οι εξωτερικοί εξυπηρετητές. Κρυπτογράφηση: Αρκετοί από τους ελεγκτές πρόσβασης προσφέρουν υπηρεσίες κρυπτογράφησης στα δεδοµένα που ανταλλάσσονται µεταξύ χρήστη και εξυπηρετητή χρησιµοποιώντας συνήθως IPSec. Μετακίνηση µεταξύ υποδικτύων: Οι ελεγκτές πρόσβασης παρέχουν αυτό το χαρακτηριστικό δίνοντας στους χρήστες την δυνατότητα µετακίνησης µεταξύ υποδικτύων και σταθµών βάσης χωρίς να χρειάζεται η αυθεντικοποίηση από το σύστηµα σε κάθε υποδίκτυο. ιαχείριση εύρους ζώνης: Το εύρος ζώνης σε ασύρµατα δίκτυα είναι περιορισµένο και οι ελεγκτές πρόσβασης αναλαµβάνουν να το διανέµουν µε τρόπο τέτοιο ώστε κάποιοι χρήστες να µην κάνουν κατάχρηση του διαθέσιµου εύρους ζώνης. Επίσης το εύρος ζώνης διανέµεται ανάλογα µε την πολιτική παροχής ποιότητας υπηρεσίας καθώς και µε τα δικαιώµατα πρόσβασης κάθε χρήστη στο δίκτυο. Λογισµικό συνδεσιµότητας εφαρµογών: Το λογισµικό συνδεσιµότητας των εφαρµογών µπορεί να είναι από ένα φυλλοµετρητή για περιήγηση στο διαδίκτυο ή µια εφαρµογή συνοµιλιών ως περισσότερο πολύπλοκες εφαρµογές. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι εφαρµογών που αναφέρονται παρακάτω: Προσοµοιωτές Τερµατικών: Οι εφαρµογές αυτής της κατηγορίας εκτελούνται σε έναν υπολογιστή και τον κάνουν να λειτουργεί σαν τερµατικό που προσφέρει υπηρεσίες που εκτελούνται σε έναν άλλο υπολογιστή. Το κύριο πλεονέκτηµα τους για χρήση σε ασύρµατα δίκτυα είναι το χαµηλό τους κόστος και το ότι οι αλλαγές στο λογισµικό γίνονται άµεσα εφαρµόσιµες µε τη σύνδεση του χρήστη στο δίκτυο. Άµεση συνδεσιµότητα σε βάσεις δεδοµένων: Οι εφαρµογές αυτές είναι όµοιες µε τις εφαρµογές πελάτη-εξυπηρετητή καθώς το λογισµικό στη πλευρά του πελάτη, του παρέχει όλες τις δυνατότητες πρόσβασης σε µια βάση δεδοµένων που βρίσκεται σε ένα κεντρικοποιηµένο εξυπηρετητή. Αυτό συνεπάγεται την ευελιξία ανάπτυξης των εφαρµογών αυτών καθώς ο προγραµµατιστής διατηρεί τον πλήρη έλεγχο των λειτουργιών του λογισµικού χωρίς να περιορίζεται από τις εφαρµογές του κεντρικοποιηµένου υπολογιστή. Ασύρµατο Middleware: Το λογισµικό αυτού του τύπου παρέχει δυνατότητες ενδιάµεσης επικοινωνίας µεταξύ του τελικού χρήστη και κάποιου αποµακρυσµένου εξυπηρετητή. Το ειδικό αυτό λογισµικό που εκτελείται σε µια πύλη middleware, έναν εξειδικευµένο υπολογιστή του ενσύρµατου δικτύου, επεξεργάζεται τα πακέτα που ανταλλάσσονται µεταξύ πελάτη και εξυπηρετητή. Το λογισµικό αυτό παρέχει περισσότερο αξιόπιστη και αποδοτική επικοινωνία στο ασύρµατο τµήµα του δικτύου, ενώ παράλληλα συντηρεί συνδέσεις µε το λογισµικό ή τη βάση δεδοµένων που 10

15 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα προσπελάζεται στον αποµακρυσµένο υπολογιστή µέσω του πιο αξιόπιστου ενσύρµατου δικτύου. Για την επιλογή λογισµικού που ανήκει σε αυτή τη κατηγορία πρέπει να λάβουµε υπ όψιν τα κάτωθι χαρακτηριστικά: Τεχνικές βελτίωσης: Πολλά προγράµµατα εφαρµόζουν συµπίεση των δεδοµένων που ανταλλάσσονται στο ασύρµατο δίκτυο µειώνοντας αισθητά την υπερφόρτωση του δικτύου. Έξυπνη επανεκκίνηση: Σε ένα ασύρµατο δίκτυο µια µετάδοση µπορεί να κοπεί ανά πάσα στιγµή, έτσι ο µηχανισµός της έξυπνης επανεκκίνησης αναγνωρίζει το σηµείο της µετάδοσης που συνέβη η διακοπή και όταν αποκατασταθεί η σύνδεση το λογισµικό συνεχίζει τη µετάδοση από το σηµείο της διακοπής και όχι από την αρχή. Προσαρµογή µεγέθους οθόνης: Μερικά προγράµµατα προσφέρουν εργαλεία που επιτρέπουν τη προσαρµογή του µεγέθους της οθόνης της εφαρµογής για την σωστή απεικόνιση σε συσκευές µε µικρή οθόνη όπως οι υπολογιστές παλάµης. Υποστήριξη τελικού χρήστη: Το λογισµικό αυτής της κατηγορίας αναλαµβάνει την διεπαφή του χρήστη µε µια ποικιλία εφαρµογών και βάσεων δεδοµένων ταυτόχρονα και έτσι ο χρήστης δεν χρειάζεται να χρησιµοποιεί διαφορετικό λογισµικό προσοµοίωσης τερµατικού για κάθε εφαρµογή. Σύστηµα διανοµής: Το σύστηµα διανοµής είναι το τµήµα του δικτύου που υπάρχουν καλώδια και ονοµάζεται έτσι επειδή συνδέει τους σταθµούς βάσης, τους ελεγκτές πρόσβασης και τους εξυπηρετητές και έχει συνήθως µορφή Ethernet. Το πρότυπο καθορίζει τον τρόπο λειτουργίας του Ethernet και ορίζει το πρωτόκολλο carrier sense multiple access (CSMA) για την επικοινωνία των συσκευών που βρίσκονται σε ένα ενσύρµατο τοπικό δίκτυο και οι οποίες µπορούν να είναι συνδεδεµένες µε συνεστραµµένα ζεύγη καλωδίων, οµοαξονικό καλώδιο, καθώς και οπτική ίνα. Πιο συγκεκριµένα οι τύποι του φυσικού µέσου σε ένα ενσύρµατο τοπικό δίκτυο πιθανόν να είναι οι εξής: Το πρότυπο 10BASE-T το οποίο επιτρέπει ταχύτητες ως 10 Mbps και το πρότυπο 100 BASE-T που επιτυγχάνει ταχύτητες ως και 100 Mbps. Οπτικές ίνες που επιτυγχάνουν µεγαλύτερες ταχύτητες, µικρότερη αλλοίωση και µηδενικές παρεµβολές καθώς και καλύπτουν µεγαλύτερη απόσταση, όµως έχουν µεγαλύτερο κόστος. Συστήµατα διαχείρισης: Κάθε δίκτυο ενσύρµατο ή ασύρµατο πρέπει να ενσωµατώνει συστήµατα διαχείρισης, το κατάλληλο λογισµικό για την καλή και αποδοτική λειτουργία του δικτύου. Ένα καλό λογισµικό διαχείρισης θα πρέπει να παρέχει τα εξής: Ασφάλεια: Το στοιχείο αυτό περιλαµβάνει τους κατάλληλους µηχανισµούς που θα προστατέψουν τους πόρους του δικτύου από εκµετάλλευση ή καταστροφή και αυτό γίνεται µε την εφαρµογή σωστών πολιτικών ασφαλείας για την παραµετροποίηση του δικτύου. 11

16 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Βοήθεια: Το αντικείµενο της βοήθειας παρέχει υποστήριξη στους χρήστες, σε προβλήµατα σύνδεσης µε το δίκτυο που τυχόν αντιµετωπίζουν. Απεικόνιση του δικτύου: Tο χαρακτηριστικό αυτό επιτρέπει την συνεχή παρακολούθηση του δικτύου καθώς και τη συλλογή στοιχείων για τη χρήση του δικτύου. Επίσης είναι και ένας µηχανισµός πρόληψης για την υποστήριξη περισσότερων χρηστών στο δίκτυο, χωρίς τη µείωση της απόδοσης του δικτύου. Αναφορές: Οι αναφορές µπορεί να απεικονίζουν τη χρήση του δικτύου, την απόδοση του ή ακόµα και κάποιους συναγερµούς ασφαλείας και είναι σηµαντικές για τους διαχειριστές του δικτύου, καθώς τους βοηθούν να παίρνουν αποφάσεις και να προβαίνουν σε καίριες αλλαγές όταν το κρίνουν απαραίτητο. Τεχνικά θέµατα: Το στοιχείο αυτό παρέχει εξειδικευµένη τεχνική υποστήριξη για την αναδιαµόρφωση και αναβάθµιση του δικτυού ώστε να υποστηρίζει νεώτερες τεχνολογίες, και να λύνονται προβλήµατα πιο αποδοτικά. Συντήρηση: Η συντήρηση χρησιµεύει στη διόρθωση προβληµατικών σηµείων του δικτύου καθώς και την παραµετροποίηση νέων στοιχείων ή στοιχείων που διορθώθηκαν. Αυτό το πεδίο είναι στενά συνδεδεµένο µε τα τεχνικά θέµατα καθώς το τεχνικοί υποδεικνύουν πιθανές αλλαγές ή επεκτάσεις και το τµήµα συντήρησης αναλαµβάνει την υλοποίηση τους. Τα κυψελωτά δίκτυα είναι δίκτυα που αποτελούνται από ένα πληθυσµό σταθερών σταθµών βάσης που εκπέµπουν το σήµα τους προς όλες τις κατευθύνσεις και δηµιουργούν µια κυψέλη, µέσα στην εµβέλεια της οποίας µπορούν να εξυπηρετούν οποιαδήποτε ασύρµατη συσκευή αιτείται υπηρεσίες φωνής. Αυτό τα κάνει να χρησιµοποιούνται στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας που κατά βάση βασίζονται σε κυψελωτά δίκτυα µε διάφορα πρωτόκολλα για την υποστήριξη εκτός από φωνή µετάδοση βίντεο, εικόνας, ήχου και τα πιο πρόσφατα συστήµατα τρίτης γενιάς που προσφέρουν εύρος ζώνης ως 2 Mbps, επιτρέπουν τη ζωντανή συνοµιλία µε βίντεο. Οι κινητές συσκευές µπορεί να µετακινούνται από κυψέλη σε κυψέλη χωρίς να επηρεάζεται η µετάδοση δεδοµένων. Οι σταθµοί βάσης σχηµατίζουν κυψέλες που επικαλύπτονται στα όρια τους έτσι ώστε να µην υπάρχουν περιοχές που µια συσκευή να αποσυνδεθεί λόγω ανυπαρξίας δικτύου. Επειδή οι σταθµοί βάσης καλούνται να εξυπηρετούν πολλές ταυτόχρονες συνδέσεις, εφαρµόζεται πολυπλεξία µε διαίρεση συχνοτήτων στο κανάλι, δηλαδή για κάθε σύνδεση δεσµεύεται ένα µικρό εύρος της µπάντας των διαθέσιµων συχνοτήτων και κάθε σύνδεση εξυπηρετείται µέσω αυτής. Άλλο είδος πολυπλεξίας είναι η πολυπλεξία χρόνου όπου ο χρόνος µετάδοσης χωρίζεται σε χρονοσχισµές, οι οποίες διαµοιράζονται στις συνδέσεις και κάθε σύνδεση στέλνει δεδοµένα όταν έρθει η σειρά της, καθώς ο σταθµός βάσης αναθέτει εκ περιτροπής το δικαίωµα στις χρονοσχισµές να χρησιµοποιούνται για τη µετάδοση των δεδοµένων στη σύνδεση των συσκευών. Οι κεραίες των σταθµών βάσης εκπέµπουν προς όλες τις κατευθύνσεις και κάθε σταθµός βάσης έχει τρία ζεύγη κεραιών σε διαφορετικές κατευθύνσεις που παρέχουν το ελάχιστο τρία κανάλια ανά κυψέλη, που µπορούν να αυξηθούν είτε µε πολυπλεξία χρόνου είτε συχνοτήτων. 12

17 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Οι συσκευές που ευνοούνται από τα ασύρµατα δίκτυα είναι οι φορητές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, φορητοί υπολογιστές, υπολογιστές παλάµης και γενικά συσκευές οι οποίες έχουν ανάγκη για πρόσβαση σε δίκτυο ενώ βρίσκονται σε κίνηση ή πρόσβαση από οποιαδήποτε περιοχή βρίσκεται εντός εµβέλειας των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων που χρησιµοποιούνται για αυτό το σκοπό. Παρά όµως το πλεονέκτηµα της φορητότητας και της ασύρµατης δικτύωσης, οι φορητές συσκευές έχουν µειονεκτήµατα όπως την µικρή διάρκεια της πηγής που τους δίνει ενέργεια και το πώς αυτή θα αξιοποιηθεί κατάλληλα έτσι ώστε να γίνει πιο αποδοτική η µετάδοση των απαραίτητων δεδοµένων. 1.5 Ασύρµατα τοπικά δίκτυα Τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα[14] είναι δίκτυα µικρής κλίµακας που στηρίζονται στη µετάδοση δεδοµένων µέσω του αέρα όπως όλα τα υπόλοιπα ασύρµατα δίκτυα. Παρουσιάζουν µεγάλη οµοιότητα στη δοµή, στον τρόπο οργάνωσης και τις συσκευές δικτύωσης που χρησιµοποιούνται µε τα ενσύρµατα τοπικά δίκτυα. Η διαφορά τους, εκτός από το µέσο µετάδοσης βέβαια, είναι η κινητότητα των συσκευών κόµβων που έχουν πρόσβαση στο ασύρµατο τοπικό δίκτυο. Τα στοιχεία που αποτελείται ένα ασύρµατο τοπικό δίκτυο είναι τα εξής: Συσκευές χρήστη: Οι συσκευές που µπορούν να επωφεληθούν από την ύπαρξη ενός ασύρµατου τοπικού δικτύου και να αποκτήσουν πρόσβαση σε αυτό είναι υπολογιστές, κινητά, υπολογιστές παλάµης, φορητοί υπολογιστές κ.α. Ουσιαστικά είναι η ουσία ύπαρξης των ασύρµατων τοπικών δικτύων, καθώς αν δεν υπήρχαν, δεν θα υπήρχε νόηµα στην ανάπτυξη τους. Ασύρµατες κάρτες δικτύου: Είναι ειδικές κάρτες επέκτασης που προσαρτούνται στις συσκευές και περισσότερο σε υπολογιστές και υλοποιούν ένα πρότυπο της οικογένειας , για τη σύνδεση στο ασύρµατο τοπικό δίκτυο, που σχετίζεται µε ασύρµατες επικοινωνίες όπως τα a, b, g. Οι κάρτες δικτύου επίσης παρέχουν τη δυνατότητα στο χρήστη να τις παραµετροποιήσει σε Ad Hoc mode για να συνδέονται απευθείας µε άλλες συσκευές που βρίσκονται στην εµβέλεια της κεραίας τους χωρίς την ανάγκη παρεµβολής σηµείου πρόσβασης ή δροµολογητή. Μπορεί να είναι ενσωµατωµένες σε συσκευές όπως φορητοί υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα ή µπορεί να αποτελούν κάρτες επέκτασης όπως οι κάρτες για σταθερούς υπολογιστές. Συνήθως οι κάρτες για σταθερούς υπολογιστές ενσωµατώνουν κεραία για την αποστολή και λήψη δεδοµένων κάτι που δεν βλέπουµε στις PCMCIA κάρτες επέκτασης για φορητούς υπολογιστές. Σηµεία πρόσβασης: Τα σηµεία πρόσβασης περιέχουν ασύρµατες κάρτες δικτύου µε σκοπό την αλληλεπίδραση µε τις συσκευές που είναι συνδεδεµένες στο ασύρµατο δίκτυο, καθώς και κάρτες δικτύου µε ενσύρµατη διεπαφή για σύνδεση µε άλλα σηµεία µέσω Ethernet. Επίσης ενσωµατώνουν λογισµικό που είναι απαραίτητο για την παραµετροποίηση τους. 13

18 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα ροµολογητές: Η δουλειά των δροµολογητών είναι να προωθούν τα πακέτα από την πηγή στον προορισµό, αλλά και από ένα τοπικό δίκτυο σε κάποιο άλλο. Επιλέγουν την καλύτερη διαδροµή για την αποστολή των πακέτων κάνοντας χρήση του πρωτοκόλλου IP καθώς και των πινάκων δροµολόγησης που συντηρούν. Όταν ένας δροµολογητής ενσωµατώνει ένα σύστηµα σύνδεσης µε δροµολογητή Ethernet, αυτό του δίνει τη δυνατότητα συνδυασµού πολλαπλών ασύρµατων τοπικών δικτύων µε δίκτυα Ethernet. Οι δροµολογητές µπορούν να διευθυνσιοδοτούν τις συσκευές του δικτύου είτε µε το πρωτόκολλο Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), το οποίο δίνει ιδιωτική διεύθυνση IP σε κάθε συσκευή και την οποία παίρνει από ένα σύνολο διαθέσιµων IP ή µε το πρωτόκολλο Network Address Translation (NAT), το οποίο επιτρέπει πολλές συσκευές στο ίδιο δίκτυο να µοιράζονται µια κοινή IP µέσα στο δίκτυο ενώ για επικοινωνία µεταξύ δικτύων κάθε συσκευή παίρνει τη διεύθυνση του δροµολογητή για να µην υπάρχουν διενέξεις ίδιων διευθύνσεων. Επαναλήπτες: Τα ηλεκτροµαγνητικά ή υπέρυθρα κύµατα στα οποία περιέχεται η πληροφορία που διακινείται σε ένα ασύρµατο τοπικό δίκτυο, είναι φυσικό µετά από µια απόσταση που θα διανύσουν, να εξασθενούν. Για να µην αλλοιωθεί το σήµα ή πρέπει να παρεµβληθούν περισσότερα σηµεία πρόσβασης στο τοπικό δίκτυο, είτε πρέπει να υπάρχουν επαναλήπτες, δηλαδή συσκευές που λαµβάνουν το εξασθενηµένο σήµα και το αναγεννούν µε σκοπό να µειωθεί όσο το δυνατόν η παραµόρφωση και η εξασθένηση που µπορεί να οδηγήσουν σε απώλεια της πληροφορίας. Επίσης οι επαναλήπτες είναι ασύρµατες συσκευές που µπορούν να λειτουργήσουν αυτόνοµα. Ένα πλεονέκτηµα τους είναι πως αν µια περιοχή δεν καλύπτεται από το δίκτυο, µε την προσθήκη ενός επαναλήπτη µπορεί να καλυφθεί χωρίς να υπάρχει ανάγκη προσθήκης σηµείου πρόσβασης, ενώ ένα µειονέκτηµα του είναι πως µειώνει την απόδοση του τοπικού δικτύου. Κεραίες: συνήθως γίνεται χρήση παγκατευθυντικών κεραιών οι οποίες πολλές φορές είναι ενσωµατωµένες στις ασύρµατες κάρτες δικτύου, ενώ αν θέλουµε υψηλότερη απόδοση µπορούµε να κάνουµε χρήση κατευθυντικών-άµεσων κεραιών προς µια συγκεκριµένη κατεύθυνση. Στόχοι σχεδίασης ασύρµατων τοπικών δικτύων: Η σχεδίαση ενός ασύρµατου τοπικού δικτύου πρέπει να εξασφαλίζει άµεση συνδεσιµότητα σε ένα κινητό χρήστη, σε ένα απλό και αποδοτικό επίπεδο. Ο περιορισµός κατανάλωσης ενέργειας από ασύρµατες συσκευές απαιτεί, η λειτουργία ενός τοπικού ασύρµατου δικτύου, να απαιτεί όσο το δυνατόν µικρότερη κατανάλωση των περιορισµένων πόρων κάθε ασύρµατης συσκευής. Αυτό σηµαίνει πως η σχεδίαση ενός ασύρµατου τοπικού δικτύου πρέπει να προβλέπει εξοικονόµηση ενέργειας, κάνοντας χρήση των κατάλληλων πρωτοκόλλων και τεχνολογιών. Τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα θα πρέπει να έχουν περιορισµένο κόστος πρόσβασης και θα πρέπει να υλοποιούνται σε µπάντες συχνοτήτων που είναι χωρίς χρέωση. 14

19 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Το κανάλι επικοινωνίας σε ένα ασύρµατο τοπικό δίκτυο πρέπει να παρουσιάζει ικανοποιητική αντοχή σε παρεµβολές έτσι ώστε να υπάρχει επικοινωνία ακόµα και µε κάποια ανεκτά επίπεδα θορύβου και παρεµβολών. Η ασφάλεια είναι ένας σηµαντικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπ όψιν κατά τη διαδικασία σχεδίασης ενός ασύρµατου τοπικού δικτύου, καθώς τα δεδοµένα που διακινούνται µέσω του αέρα είναι ευκολό να γίνουν αντικείµενο υποκλοπής. Η σχεδίαση ενός ασύρµατου τοπικού δικτύου πρέπει να ικανοποιεί και απαιτήσεις για την αποφυγή παρεµβολής µε ιατρικά και αλλά µηχανήµατα καθώς και χαµηλή ισχύ εκποµπής που να είναι αβλαβής για την ανθρώπινη υγεία. Η ποιότητα υπηρεσίας αναφέρεται στην δυνατότητα παροχής εγγυήσεων για την απόδοση σύµφωνα µε τις απαιτήσεις για εύρος ζώνης ή καθυστέρηση που ανέχονται κάποιες εφαρµογές που µπορεί να χρησιµοποιηθούν κατά τη διάρκεια ασύρµατων µεταδόσεων στο τοπικό δίκτυο και ιδιαίτερα πολυµεσικών εφαρµογών. Η συµβατότητα µε άλλες τεχνολογίες και εφαρµογές είναι σηµαντικός παράγοντας στη σχεδίαση τοπικών ασύρµατων δικτύων, καθώς πρέπει να είναι συµβατά µε άλλα ασύρµατα ή ενσύρµατα τοπικά δίκτυα. Επίσης υπάρχει η ανάγκη συµβατότητας µε ήδη υπάρχοντα πρωτόκολλα για ασύρµατα τοπικά δίκτυα έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η απρόσκοπτη επικοινωνία µεταξύ των ασύρµατων τοπικών δικτύων, καθώς ένας κινητός κόµβος µπορεί να διέρχεται µέσα από διαφορετικά ασύρµατα δίκτυα. 1.6 Το πρότυπο Στα ασύρµατα τοπικά δίκτυα το πρότυπο [1] χρησιµοποιείται ευρύτατα και καθορίζει το φυσικό µέσο και τον τρόπο πρόσβασης σε αυτό από τα ανωτέρα στρώµατα πρωτοκόλλων των ασύρµατων δικτύων. Ο στόχος του προτύπου είναι να παρέχει ασύρµατη δικτύωση σε κάθε είδος συσκευή που µπορεί να την αξιοποιήσει. Επίσης ορίζει κάποιες συχνότητες που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη µεταφορά των δεδοµένων στο ασύρµατο κανάλι. Ο τρόπος διασύνδεσης του επιπέδου προσπέλασης στο φυσικό µέσο είναι πανοµοιότυπος µε τον τρόπο που περιγράφεται στο γενικό πρότυπο 802.x. Το επίπεδο MAC (πρόσβασης στο φυσικό µέσο) επίσης ενσωµατώνει την υποστήριξη πολλαπλών φυσικών µέσων καθώς και πολλαπλών τεχνικών µετάδοσης. Ένα τυπικό τοπικό δίκτυο βασισµένο στο πρότυπο αποτελείται από σταθµούς βάσης ή σηµεία πρόσβασης και από κινητούς ασύρµατους κόµβους. Οι υπηρεσίες που µπορεί να παρέχει µπορούν να χωριστούν στις υπηρεσίες των σταθµών βάσης και στις υπηρεσίες των ασύρµατων κόµβων. Οι υπηρεσίες που προσφέρει ένας σταθµός βάσης είναι οι εξής: Συσχέτιση: Η ταυτότητα κάθε ασύρµατου κόµβου πρέπει να γίνει γνωστή στον σταθµό βάσης προτού ο ασύρµατος κόµβος µπορέσει να στείλει ή να λάβει οποιαδήποτε πακέτα στο ασύρµατο δίκτυο. Η διαδικασία αυτή γίνεται από τον σταθµό βάσης κατά τη διάρκεια της συσχέτισης και χρησιµοποιείται από τον σταθµό για να καθορίσει την δροµολόγηση των πακέτων. 15

20 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Επανασυσχέτιση: Η ήδη υπάρχουσα συσχέτιση µεταδίδεται από ένα σταθµό βάσης στους άλλους για να επιτρέψει στον κινητό ασύρµατο κόµβο να αλλάξει σταθµό βάσης χωρίς να επηρεαστεί η επικοινωνία του. Τέλος συσχέτισης: Όταν µια υπάρχουσα συσχέτιση τερµατιστεί είτε επειδή ο κόµβος βρεθεί εκτός εµβέλειας του σταθµού βάσης, είτε επειδή ο ασύρµατος κόµβος διέκοψε τη λειτουργία του, ο κόµβος στέλνει µια ειδοποίηση στον σταθµό βάσης για να τερµατιστεί η συσχέτιση. ιανοµή: Η υπηρεσία διανοµής αναλαµβάνει το ρόλο δροµολόγησης των πακέτων, καθώς αν οι επικοινωνούντες κόµβοι βρίσκονται στην εµβέλεια του ίδιου σταθµού βάσης προωθεί το πακέτο απευθείας στο προορισµό. Αν όµως οι κόµβοι βρίσκονται σε διαφορετικούς σταθµούς βάσης, προωθεί τα πακέτα στον σταθµό βάσης του προορισµού. Ενοποίηση: Η αποστολή πακέτων σε µη ασύρµατα δίκτυα ή δίκτυα που µπορεί να παρουσιάζουν διαφορετική διευθυνσιοδότηση ή διαφορετική δοµή του πακέτου γίνεται δυνατή µέσω της υπηρεσίας ενοποίησης. Οι υπηρεσίες που παρέχονται από τους ασύρµατους κόµβους είναι οι εξής: Αυθεντικοποίηση: Η διαδικασία της αυθεντικοποίησης έχει σκοπό την αναγνώριση της ταυτότητας του ασύρµατου κόµβου µε τον σταθµό βάσης και µπορεί να πάρει από τη µορφή µιας απλής χειραψίας, ως την κρυπτογράφηση δηµοσίου κλειδιού. Τερµατισµός αυθεντικοποίησης: Η υπηρεσία αυτή τερµατίζει ήδη υπάρχουσες συσχετίσεις αυθεντικοποίησης. Ιδιοτικότητα: Τα πακέτα µπορούν να κρυπτογραφηθούν έτσι ώστε να µείνει ασφαλές το περιεχόµενο τους από υποκλοπές. Παράδοση δεδοµένων: Αν και το πρότυπο παρέχει τη δυνατότητα αποστολής και λήψης δεδοµένων, δε εγγυάται πως αυτό είναι πάντα εφικτό. Φυσικό µέσο στο : Το πρότυπο υποστηρίζει τρείς διαφορετικούς τύπους φυσικού µέσου. ύο που σχετίζονται µε την διαίρεση του φάσµατος συχνοτήτων εκποµπής και µετάδοση µε υπέρυθρες ακτίνες και ένα µηχανισµό που καθορίζει το πότε το κανάλι δεν χρησιµοποιείται από άλλη µετάδοση. Το υποεπίπεδο πρόσβασης στο µέσο προσφέρει αποφυγή συγκρούσεων µεταξύ πακέτων από διαφορετικές µεταδόσεις. Οι εκδόσεις του προτύπου [1]: : Το αρχικό γκρουπ είχε ως στόχο να καθορίσει τις απαιτήσεις του επιπέδου πρόσβασης στο µέσο, καθώς και του φυσικού επιπέδου για την ασύρµατη σύνδεση σταθερών, φορητών και κινούµενων κόµβων σε ένα τοπικό δίκτυο και δηµιουργήθηκε το a: Αυτό είναι ένα πρότυπο που δηµιουργήθηκε για ασύρµατα τοπικά δίκτυα για λειτουργία σε συχνότητες τάξης των 5 GHz και προσέφερε ρυθµούς µετάδοσης που θεωρητικά άγγιζαν τα 54 Mbps. Το πρότυπο εκδόθηκε το

21 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα b: Το πρότυπο αυτό δηµιουργήθηκε ως µια ελεύθερη έκδοση της ασύρµατης δικτύωσης στη µπάντα των 2.4 GHz και στόχευε στη παροχή ασύρµατης πρόσβασης για επιστηµονικούς, βιοµηχανικούς και ιατρικούς σκοπούς. Είναι το πρότυπο Wi-Fi που χρησιµοποιείται ευρέως και επιτυγχάνει ρυθµούς µετάδοσης ως 11 Mbps. Εκδόθηκε το c: Το πρότυπο αυτό στοχεύει στην παροχή δυνατοτήτων γεφύρωσης και σηµείων πρόσβασης και εκδόθηκε το d: Το πρότυπο αυτό καθόρισε τις απαιτήσεις για την εξάπλωση του γενικού προτύπου σε χώρες που δεν είχε εισαχθεί ακόµα και εκδόθηκε το e[1],[18]: Αυτό το πρότυπο στοχεύει στον καθορισµό απαιτήσεων για την παροχή ποιότητας υπηρεσίας και τον διαχωρισµό των υπηρεσιών ανάλογα µε τις απαιτήσεις για πόρους του δικτύου, εκδόθηκε το f: Το πρότυπο αυτό αντιµετωπίζει τις πιθανές ασυµβατότητες που µπορεί να προκύψουν στην επικοινωνία συσκευών διαφορετικών κατασκευαστών και εκδόθηκε το g: Το πρότυπο αυτό δηµιουργήθηκε µε στόχο την επέκταση του πρότυπου b για την υποστήριξη υψηλών ταχυτήτων που υπερβαίνουν τα 54 Mbps σε συχνότητες των 5 GHz, υποστηρίζοντας παράλληλα συµβατότητα µε τις συσκευές που λειτουργούσαν µε το παλιό πρότυπο. Εκδόθηκε το h: Το πρότυπο αυτό διορθώνει το επίπεδο πρόσβασης στο µέσο, ώστε να συµβαδίζει µε την ευρωπαϊκή µετάδοση στη µπάντα των 5 GHz και έδωσε τη δυνατότητα στις ασύρµατες συσκευές να ενσωµατώσουν µηχανισµούς επιλογής µπάντας συχνοτήτων. Το πρότυπο εκδόθηκε το i: Το πρότυπο αυτό µελετά τη δυνατότητα προσθήκης µηχανισµών ασφαλείας στο ήδη υπάρχον πρότυπο , εκδόθηκε το j: Στο πρότυπο αυτό αναπτύσσονται µηχανισµοί για την ενσωµάτωση στο επίπεδο πρόσβασης στο µέσο των συχνοτήτων στα 4.9 και 5 GHz που έγιναν διαθέσιµες στην Ιαπωνία. Εκδόθηκε το n: Το πρότυπο αυτό µελετά την δυνατότητα τροποποίησης του φυσικού επιπέδου και του επιπέδου πρόσβασης στο µέσο, ώστε να υποστηρίζονται ταχύτητες που ξεπερνούν τα 100 Mbps. Εκδόθηκε το ιαφορές µεταξύ ασύρµατης και ενσύρµατης µετάδοσης: Η διευθύνσεις δεν αντιστοιχούν σε γεωγραφικές θέσεις, δηλαδή σε ένα ασύρµατο δίκτυο η κάθε διεύθυνση ανήκει σε ένα σταθµό που δεν είναι απαραίτητο να είναι σταθερός. Αντιθέτα στα ενσύρµατα δίκτυα συνήθως η διευθύνση IP καθορίζει την γεωγραφική θέση των µερών που επικοινωνούν. Στα ασύρµατα δίκτυα έχουµε δυναµικές τοπολογίες και περιορισµένη συνδεσιµότητα καθώς οι κόµβοι του δικτύου κινούνται χάνουν πολλές φορές την επαφή µεταξύ τους. 17

22 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Τα όρια του ασύρµατου σήµατος δεν είναι εύκολο να καθοριστούν καθώς το φυσικό µέσο µετάδωσης είναι ο αέρας και τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα διαδίδονται προς πολλές κατευθύνσεις. Περισσότερα σφάλµατα στην ασύρµατη µετάδοση, καθώς µπορεί πολλοί κόµβοι να µεταδίδουν ταυτόχρονα και να βρίσκονται σε µικρή απόσταση µεταξύ τους. Για παράδειγµα σε οπτικές ίνες το σφάλµα µετάδοσης είναι 10-9 ενώ στο ασύρµατο κανάλι είναι Ad Hoc ίκτυα Τα Ad Hoc[1], [29] δίκτυα ανήκουν στα ασύρµατα τοπικά δίκτυα, αλλά έχουν µια µεγάλη διαφορά µε αυτά, τα κλασικά ασύρµατα τοπικά δίκτυα εµφανίζουν µια δοµή µε τους ασύρµατους κόµβους να επικοινωνούν µε τα σηµεία πρόσβασης για να επικοινωνήσουν µε άλλους κινητούς κόµβους. Για αυτό τον λόγο ονοµάζονται ασύρµατα δίκτυα ενός άλµατος (single-hop wireless networks). Από την άλλη πλευρά τα Ad Hoc δίκτυα δεν εµφανίζουν την ανάγκη δοµής καθώς κάθε ασύρµατος κόµβος επικοινωνεί µε τους άλλους χωρίς την παρεµβολή σηµείων πρόσβασης ή δροµολογητών. Έτσι λοιπόν µια σύνδεση µεταξύ δύο κόµβων µπορεί να απαιτεί ένα άλµα, δηλαδή να βρίσκονται ο ένας µέσα στην εµβέλεια της ακτίνας εκποµπής του άλλου ή να απαιτούν περισσότερα άλµατα για να επικοινωνήσουν. Τα άλµατα είναι οι ενδιάµεσοι κόµβοι που στην προκειµένη περίπτωση καλούνται να λειτουργήσουν ως δροµολογητές προωθώντας τα πακέτα που λαµβάνουν στο επόµενο κόµβο που βρίσκεται πλησιέστερα στον προορισµό. Η ύπαρξη σταθµών βάσης στα κυψελωτά[24] δίκτυα απλοποιεί τη διαδικασία της δροµολόγησης, καθώς η δροµολόγηση γίνεται σε ένα κεντρικό επίπεδο µε όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για τους κόµβους που επικοινωνούν. Στα δίκτυα Ad Hoc η δροµολόγηση και η διαχείριση των πόρων κάθε κόµβου γίνονται σε ένα κατανεµηµένο επίπεδο και αποτελεί αποκλειστική ευθύνη των κόµβων ο συγχρονισµός και η συνεργασία για να επιτύχουν επικοινωνία και συνδέσεις µεταξύ τους. Αυτό συνεπάγεται πως κάθε κόµβος έχει µεγαλύτερη νοηµοσύνη καθώς καλείται να έχει δύο ρόλους, της πηγής η του προορισµού και του δροµολογητή. Αυτό κάνει τους κόµβους περισσότερο πολύπλοκους για να µπορέσουν να ανταπεξέλθουν στην οργάνωση και αποδοτική λειτουργία του δικτύου Σύγκριση κυψελωτών δικτύων µε Ad Hoc δίκτυα Κυψελωτά δίκτυα Έχουν δοµή Συνδέσεις ενός άλµατος Εγγυηµένο εύρος ζώνης Μεταγωγή κυκλώµατος Ad Hoc ίκτυα εν παρουσιάζουν δοµή Συνδέσεις πολλαπλών αλµάτων Κοινό ράδιο-κανάλι Μεταγωγή πακέτου 18

23 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Αδιάκοπη λειτουργία Υψηλό κόστος και αρκετός χρόνος υλοποίησης Επαναχρησιµοποίηση φάσµατος συχνοτήτων µε βάση τη γεωγραφική χρησιµοποίηση καναλιών Επιτυγχάνεται συγχρονισµός ευκολότερα Ευκολότερη κατανοµή εύρους ζώνης Χρήση σε καθηµερινούς και εµπορικούς τοµείς Υψηλό κόστος συντήρησης Χαµηλή πολυπλοκότητα κινητών κόµβων Ο κύριος στόχος της δροµολόγησης είναι η µεγιστοποίηση του λόγου αποδοχής κλήσεων και η ελαχιστοποίηση του λόγου απόρριψης κλήσεων Ευρέως χρησιµοποιούµενα και στην Τρίτη γενιά εξέλιξης τους Συχνές καταρρεύσεις µονοπατιών λόγω φορητότητας Γρήγορη και φθηνή εγκατάσταση υναµική επαναχρησιµοποίηση συχνοτήτων βασισµένη στο φέρον σήµα Ο συγχρονισµός απαιτεί εύρος ζώνης και είναι δυσκολότερος Η δέσµευση εύρους ζώνης απαιτεί την εµπλοκή πολύπλοκων πρωτοκόλλων πρόσβασης στο µέσο (MAC) Χρήση σε στρατιωτικές επιχειρήσεις, καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και κατανεµηµένης εργασίας Αυτοδιοργάνωση και συντήρηση Ευφυείς ασύρµατοι κινητοί κόµβοι Κύριος στόχος της δροµολόγησης είναι η εύρεση του µονοπατιού µε τη µικρότερη συµφόρηση καθώς και η επαναδροµολόγηση σε περίπτωση κατάρρευσης µονοπατιού Ακόµα πολλά προβλήµατα να λυθούν για την εµπορική χρήση, αν και χρησιµοποιούνται για στρατιωτικούς σκοπούς Πινακάς Σύγκριση κυψελωτών δικτύων µε Ad Hoc δίκτυα Εφαρµογές των Ad Hoc δικτύων Στρατιωτικές εφαρµογές: Η επικοινωνία στρατιωτικών οµάδων[1] σε απρόσιτες περιοχές είναι δύσκολη και δεν ευνοείται η ανάπτυξη δοµηµένου δικτύου επικοινωνίας. Εδώ τα Ad Hoc δίκτυα προσφέρουν µια γρήγορα εφαρµόσιµη λύση για την επικοινωνία. Ακόµη όταν θέλουν να επικοινωνήσουν στόλοι πλοίων ή αεροσκαφών απαιτείται ένας ασφαλής και αποδοτικός τρόπος επικοινωνίας σε επίπεδο σηµείου προς σηµείο (unicast) αλλά και για επικοινωνίας σηµείου προς πολλά σηµεία (multicast). Κάθε επικοινωνία σε στρατιωτικά πλαίσια απαιτεί 19

24 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα ασφάλεια µε οπουδήποτε κόστος και ιδανικό παράδειγµα είναι τα οχήµατα που έχουν ενσωµατωµένους ποµπούς, µε την δυνατότητα να αλλάζουν συχνότητες εκποµπής για περισσότερη ασφάλεια. Επίσης χρησιµοποιούν µπαταρίες µεγάλης διάρκειας για την λειτουργία τους που το κόστος τους µπορεί να είναι απαγορευτικό για καθηµερινή χρήση. Επίσης µπορούν να συνεργαστούν µε συστήµατα εντοπισµού θέσης αλλά και δορυφορικά συστήµατα ενώ γενικά προτιµούνται για την αξιοπιστία τους, την ασφάλεια που προσφέρουν, την αποδοτικότητα και την υποστήριξη multicasting. Κατανεµηµένη επεξεργασία: Η απαίτηση οµάδων ανθρώπων να επικοινωνούν µεταξύ τους µε απλό και γρήγορο τρόπο ικανοποιείται από την χρήση ενός Ad Hoc δικτύου. Ο διαµοιρασµός αρχείων δεν απαιτεί υψίστη ασφάλεια, όπως οι στρατιωτικές εφαρµογές, αλλά απαιτείται αξιοπιστία στη παράδοση των δεδοµένων. Για παράδειγµα ο διαµοιρασµός ενός αρχείου στο δίκτυο ανέχεται διακοπές στη µετάδοση λόγω πιθανής κατάρρευσης µονοπατιών, όµως το σηµαντικό είναι κάθε κόµβος να αποκτήσει το επιθυµητό αρχείο. Επίσης η ικανότητα των δικτύων Ad Hoc να λειτουργούν µε διαφορετικές συσκευές ευνοεί τη χρήση τους σε δίκτυα που παρουσιάζουν µεγάλη ανοµοιογένεια ως προς τον τύπο των συσκευών που είναι συνδεδεµένες σε αυτά. Επιχειρήσεις έκτακτης ανάγκης: Τα δίκτυα Ad Hoc αποδεικνύονται πολύ χρήσιµα σε περιπτώσεις διάσωσης λόγω της δυνατότητας αυτό-οργάνωσης που παρουσιάζουν µε µικρή επιβάρυνση και της ανυπαρξίας κεντρικής δοµής. Επίσης η ελευθερία και η ελαστικότητα της κινητής φύσης των κόµβων του δικτύου είναι ένα µεγάλο πλεονέκτηµα των δικτύων Ad Hoc, καθώς οι δοµές επικοινωνίας ενδέχεται να έχουν καταστραφεί. Η ελάχιστη παραµετροποίηση που χρειάζεται ένα Ad Hoc δίκτυο για να λειτουργήσει το κάνει άµεσα πλήρως λειτουργικό, καθώς και η δυνατότητα κλιµάκωσης του µε την προσθήκη κόµβων αυξάνει την περιοχή κάλυψης Θέµατα που πρέπει να αντιµετωπιστούν στη δηµιουργία Ad Hoc δικτύων Τρόπος πρόσβασης στο φυσικό µέσο: Η κύρια ευθύνη ενός πρωτοκόλλου πρόσβασης στο µέσο είναι η κατανεµηµένη διαχείριση του καναλιού για τη µεταγωγή των πακέτων. Η απόδοση κάθε ασύρµατου δικτυού εξαρτάται από τη σχεδίαση του πρωτοκόλλου πρόσβασης στο µέσο. Τα κυριότερα θέµατα που προκύπτουν στη σχεδίαση πρωτοκόλλου πρόσβασης στο µέσο είναι τα εξής: Κατανεµηµένη λειτουργία: Τα δίκτυα Ad Hoc δεν κάνουν χρήση κεντρικού συγχρονισµού, έτσι το πρωτόκολλο πρέπει να προσφέρει πλήρως κατανεµηµένη λειτουργιά, µε τη µικρότερη δυνατή επιβάρυνση σε πόρους[1]. Συγχρονισµός: Ο χρονικός συγχρονισµός επιτυγχάνεται µε χρήση διαίρεσης χρόνου, για διαχείριση των χρονικών σχισµών που θα γίνεται λήψη και αποστολή πακέτων. Ο συγχρονισµός απαιτεί κατανάλωση ενέργειας και εύρους ζώνης, καθώς τα επιπλέον πακέτα µπορεί να προκαλέσουν συγκρούσεις και υπερφόρτωση στο δίκτυο. 20

25 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Κρυµµένα τερµατικά: Ως κρυµµένα τερµατικά αναφέρονται οι κόµβοι που είναι κρυµµένοι ή χωρίς πρόσβαση από τον αποστολέα, αλλά είναι προσπελάσιµοι από τον παραλήπτη. Αν συµβεί αυτό µπορεί να προκαλέσει συγκρούσεις στον παραλήπτη µειώνοντας την απόδοση του δικτύου. Ως εκ τούτου το πρωτόκολλο πρέπει να είναι ικανό να αντιµετωπίζει τις συνέπειες που µπορεί να προκαλέσει ένα κρυµµένο τερµατικό. Εκτεθειµένα τερµατικά: Τα εκτεθειµένα τερµατικά είναι κόµβοι οι οποίοι βρίσκονται στην εµβέλεια του αποστολέα άλλα παρεµποδίζεται η δική τους επικοινωνία µε άλλο κόµβο στο δίκτυο. Στη προσπάθεια βελτίωσης της αποδοτικότητας και της αποτελεσµατικότητας του πρωτοκόλλου τα εκτεθειµένα τερµατικά θα πρέπει νε επιτρέπεται να µεταδίδουν χωρίς να παρεµποδίζουν τις εισερχόµενες συνδέσεις. Απόδοση: Το πρωτόκολλο πρέπει να µεγιστοποιεί την απόδοση του δικτύου και αυτό θα το πετύχει εφ όσον καταφέρει να ελαχιστοποιήσει τις συγκρούσεις, να µεγιστοποιήσει τη χρησιµοποίηση του καναλιού και να ελαχιστοποιήσει την κατανάλωση πόρων δικτύου για έλεγχο του δικτύου. Καθυστέρηση πρόσβασης: Η καθυστέρηση πρόσβασης αναφέρεται στη µέση καθυστέρηση που υπόκεινται κάθε πακέτο για να µεταδοθεί και όπως είναι φυσικό πρέπει να είναι η ελάχιστη δυνατή. ικαιοσύνη: Η δικαιοσύνη αναφέρεται στη δυνατότητα του πρωτοκόλλου να κατανέµει το διαθέσιµο εύρος ζώνης ισόποσα, σε όλους τους κόµβους που επικοινωνούν. Η δικαιοσύνη µπορεί να εφαρµόζεται σε κόµβους ή ροές δεδοµένων. Η δικαιοσύνη είναι σηµαντικός παράγοντας, καθώς σε συνδέσεις πολλών αλµάτων η µη δίκαιη κατανοµή µπορεί να κάνει κόµβους µε περισσότερο φόρτο να καταναλώσουν την ενέργεια τους πιο γρήγορα. Υποστήριξη κίνησης σε πραγµατικό χρόνο: Η υποστήριξη κίνησης σε πραγµατικό χρόνο είναι σηµαντικό θέµα καθώς τα Ad Hoc δίκτυα δεν εµφανίζουν κεντρικό συγχρονισµό και διαθέτουν περιορισµένο εύρος ζώνης. έσµευση πόρων: Ο καθορισµός ποιότητας υπηρεσίας εξαρτάται από το εύρος ζώνης, τη καθυστέρηση και τη διακύµανση της καθυστέρησης απαιτεί τη δέσµευση των ανάλογων πόρων, όµως λόγω της υψηλής κινητικότητας που παρουσιάζουν οι κόµβοι σε ένα δίκτυο Ad Hoc αυτή η διαδικασία είναι δύσκολη. Παρ όλα αυτά το πρωτόκολλο πρόσβασης στο µέσο θα πρέπει να είναι ικανό να υποστηρίζει ποιότητα υπηρεσίας. Ικανότητα εκτίµησης διαθεσιµότητας πόρων: Για να µπορεί να διαχειρίζεται αποδοτικά πόρους του δικτύου και να επιτρέπει συνδέσεις ανάλογα µε τα επίπεδα διαθεσιµότητας τους το πρωτόκολλο πρέπει να µπορεί να εκτιµά την διαθεσιµότητα πόρων σε κάθε κόµβο. Η εκτίµηση είναι χρήσιµη και για αποφυγή συµφόρησης στο δίκτυο. 21

26 Ασύρματες επικοινωνίες Ad Hoc Δίκτυα Ικανότητα ελέγχου ισχύος εκποµπής: Η ικανότητα αυτή µειώνει την κατανάλωση ενέργειας των κόµβων καθώς επίσης και των παρεµβολών µεταξύ γειτονικών κόµβων, αυξάνοντας παράλληλα την επαναχρησιµοποίηση συχνοτήτων. Έλεγχος προσαρµογής ρυθµού µετάδοσης: Η διακύµανση του ρυθµού µετάδοσης σε ένα κανάλι µπορεί να είναι χρήσιµη καθώς το πρωτόκολλο πρέπει να είναι ικανό να δίνει υψηλό ρυθµό µετάδοσης σε κόµβους που είναι κοντά και να µειώνει το ρυθµό µετάδοσης καθώς αποµακρύνονται µεταξύ τους. Χρήση κατευθυντικών κεραιών: Η χρήση κατευθυντικών κεραιών παρουσιάζει πλεονεκτήµατα όπως η αυξηµένη επαναχρησιµοποίηση του φάσµατος συχνοτήτων, η µείωση της κατανάλωσης ισχύος καθώς και η µείωση των παρεµβολών. Βασικό µειονέκτηµα είναι πως απαιτείται επανασχεδιασµός αρκετών πρωτοκόλλων που προβλέπουν τη χρήση µόνο κατευθυντικών κεραιών ροµολόγηση σε Ad Hoc δίκτυα Κάθε πρωτόκολλο δροµολόγησης θα πρέπει να ανταλλάσει πληροφορίες δροµολόγησης, να βρίσκει το συντοµότερο µονοπάτι από τη πηγή στον προορισµό µε βάση κάποιο κριτήριο όπως τα άλµατα (ενδιάµεσοι κόµβοι), να εντοπίζει τη διαδροµή ελάχιστης ενέργειας, να καταλαβαίνει πότε υπάρχουν κατεστραµµένοι σύνδεσµοι µεταξύ κόµβων και να αντιδρά µε το µικρότερο κόστος σε υπολογιστική ισχύ αλλά και εύρος ζώνης. Οι µεγαλύτερες προκλήσεις που αντιµετωπίζει ένα πρωτόκολλο δροµολόγησης είναι οι εξής: Κινητικότητα: Η κινητικότητα[1] αναφέρεται στη κινητικότητα των κόµβων που αποτελούν ένα Ad Hoc δίκτυο και τις επιπτώσεις που µπορεί να προκαλέσει, όπως συχνές καταρρεύσεις µονοπατιών, συγκρούσεις, λανθασµένες πληροφορίες δροµολόγησης, και δύσκολη δέσµευση πόρων του δικτύου. Εύρος ζώνης: Το κανάλι επικοινωνίας είναι κοινό για όλους τους κόµβους και όπως είναι φυσικό το διαθέσιµο εύρος ζώνης είναι άµεσα συνδεδεµένο µε το πλήθος των κόµβων καθώς και την κίνηση στο δίκτυο, το πρωτόκολλο θα πρέπει να είναι σε θέση να διανέµει κατάλληλα το εύρος ζώνης[1], [21] στις συνδέσεις του δικτύου. Πλήθος λαθών: Ο λόγος των λανθασµένων bit στο ασύρµατο κανάλι είναι σηµαντικός, καθώς κυµαίνεται από 10-5 ως 10-3, σε αντίθεση µε το κανάλι σε ενσύρµατη σύνδεση που εκεί είναι αρκετά µικρότερος. Η διαχείριση του λόγου σήµατος προς θόρυβο στο κανάλι, καθώς και του λόγου απώλειας µονοπατιών είναι ένας σηµαντικός παράγοντας που ελαχιστοποίηση των τιµών των δύο παραµέτρων αυξάνει την απόδοση του δικτύου. Εξάρτηση από τη τοποθεσία: Ο φόρτος ενός ασύρµατου καναλιού εξαρτάται κατά πολύ από τον αριθµό των κόµβων που υπάρχουν στη συγκεκριµένη γεωγραφική περιοχή. Η αύξηση των κόµβων συνεπάγεται αύξηση της συµφόρησης, άρα και αύξηση των συγκρούσεων και ως εκ τούτου κατασπατάληση του εύρους ζώνης. Το εκάστοτε πρωτόκολλο λοιπόν πρέπει να φροντίζει την οµοιόµορφη κατανοµή του φόρτου στο δίκτυο για την αποφυγή των περιοχών µε υψηλή συµφόρηση. 22