ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΔΚΠΑΗΓΔΤΣΗΚΟ ΗΓΡΤΜΑ (ΣΔΗ) ΓΤΣΗΚΖ ΜΑΚΔΓΟΝΗΑ

ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΔΚΠΑΗΓΔΤΣΗΚΟ ΗΓΡΤΜΑ (ΣΔΗ) ΓΤΣΗΚΖ ΜΑΚΔΓΟΝΗΑ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ ΚΑΣΟΡΗΑ ΣΜΖΜΑ ΠΛΖΡΟΦΟΡΗΚΖ & ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΩΝ Αλάιπζε Δπίδνζεο ζε Αζύξκαηα 802.11s Πιεγκαηηθά Γίθηπα ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ηεο θνχξηε Αλζήο ΑΔΜ: 794 Δπηβιέπσλ :Αγγειηθή γώξα Δπηζηεκνληθφο πλεξγάηεο Καζηνξηά Οθηψβξηνο 2012

1

ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΔΚΠΑΗΓΔΤΣΗΚΟ ΗΓΡΤΜΑ (ΣΔΗ) ΓΤΣΗΚΖ ΜΑΚΔΓΟΝΗΑ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ ΚΑΣΟΡΗΑ ΣΜΖΜΑ ΠΛΖΡΟΦΟΡΗΚΖ & ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΩΝ Αλάιπζε Δπίδνζεο ζε Αζύξκαηα 802.11s Πιεγκαηηθά Γίθηπα ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ Σεο θνχξηε Αλζήο ΑΔΜ: 794 Δπηβιέπσλ: Αγγειηθή γψξα Δπηζηεκνληθφο πλεξγάηεο Δγθξίζεθε απφ ηελ ηξηκειή εμεηαζηηθή επηηξνπή ηελ..... Ολ/κν Μέινο Δ.Π Ηδίνηεηα Μέινπο Δ.Π... Ολ/κν Μέινο Δ.Π Ηδίνηεηα Μέινπο Δ.Π Καζηνξηά Οθηψβξηνο 2012... Ολ/κν Μέινο Δ.Π Ηδίνηεηα Μέινπο Δ.Π 2

Copyright 2012 θνχξηε Αλζή Απαγνξεχεηαη ε αληηγξαθή, απνζήθεπζε θαη δηαλνκή ηεο παξνχζαο εξγαζίαο, εμ νινθιήξνπ ή ηκήκαηνο απηήο, γηα εκπνξηθφ ζθνπφ. Δπηηξέπεηαη ε αλαηχπσζε, απνζήθεπζε θαη δηαλνκή γηα ζθνπφ κε θεξδνζθνπηθφ, εθπαηδεπηηθήο ή εξεπλεηηθήο θχζεο, ππφ ηελ πξνυπφζεζε λα αλαθέξεηαη ε πεγή πξνέιεπζεο θαη λα δηαηεξείηαη ην παξφλ κήλπκα Οη απφςεηο θαη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ πεξηέρνληαη ζε απηφ ην έγγξαθν εθθξάδνπλ απνθιεηζηηθά ηνλ ζπγγξαθέα θαη δελ αληηπξνζσπεχνπλ ηηο επίζεκεο ζέζεηο ηνπ ΣΔΗ Γπηηθήο Μαθεδνλίαο. 3

ΠΔΡΗΛΖΦΖ Μηα πνιιά ππνζρφκελε ηερλνινγία ε νπνία έρεη θάλεη ηελ εκθάληζε ηεο ηα ηειεπηαία ρξφληα είλαη ε αζχξκαηε πιεγκαηηθή δηθηχσζε (Wireless Mesh Networking), o ζθνπφο ηεο νπνίαο είλαη ε δεκηνπξγία ελφο αζχξκαηνπ δηθηχνπ θνξκνχ γηα ηελ παξνρή ζχλδεζεο ζε ρξήζηεο κηαο ζπγθεθξηκέλεο πεξηνρήο. Απηή ε ηερλνινγία κπνξεί λα θέξεη ην φλεηξν ελφο εληαίνπ ζπλδεδεκέλνπ θφζκνπ ζηελ πξαγκαηηθφηεηα. Σα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα κπνξνχλ εχθνια, απνδνηηθά θαη αζχξκαηα λα ζπλδέζνπλ νιφθιεξεο πφιεηο ρξεζηκνπνηψληαο πνιχ νηθνλνκηθφ εμνπιηζκφ. Παξφιν πνπ ε δηαδηθαζία ηεο πξνηππνπνίεζεο έρεη νινθιεξσζεί κέζα ζην 2012, δηάθνξα δεηήκαηα παξακέλνπλ αλνηθηά φπσο ε δξνκνιφγεζε, ε αζθάιεηα, ε δηαρείξηζε ησλ θαλαιηψλ θαη ησλ πφξσλ θιπ. ηφρνο ηεο παξνχζεο πηπρηαθήο εξγαζίαο είλαη ε κειέηε ηεο επίδνζεο ησλ αζχξκαησλ 802.11 πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ κέζσ πξνζνκνηψζεσλ ρξεζηκνπνηψληαο ηνλ πξνζνκνησηή ns-3. Λέμεηο θιεηδηά: αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα, ΗΔΔΔ 802.11s, δξνκνιφγεζε, θαζπζηέξεζε, ξπζκαπφδνζε, MAC, ns-3, mesh. 4

ABSTRACT A very promising technology which has made its appearance in the past few years is the wireless mesh networking, whose objective is the creation of a wireless backbone providing connection in users in small regions. This technology can make the dream of single connected world in reality. The wireless mesh networks can easily, efficiently and wirelessly connect entire cities using very economical equipment. Although the standardization procedure for these networks has been completed during the 2012, several research issues are still remain open, such as routing, security, resource allocation, channel assignment. This thesis aims at the performance evaluation of the wireless 802.11s mesh networks through simulations that were carried out using the ns3 simulator. Keywords: Wireless Mesh Network, ΗΔΔΔ 802.11s, routing, delay, throughput, MAC, ns-3, mesh. 5

Πίνακας περιεχομένων 1 ΔΗΑΓΧΓΖ... 10 1.1 Δηζαγσγή... 10 1.2 Ζ δνκή ηεο πηπρηαθήο... 11 2 ΑΤΡΜΑΣΑ ΠΛΔΓΜΑΣΗΚΑ ΓΗΚΣΤΑ... 12 2.1 Δηζαγσγή... 12 2.2 Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα πζηαηηθά... 14 2.3 Υαξαθηεξηζηηθά... 16 2.4 Ζ αλάγθε γηα Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα... 19 2.5 Παξαδείγκαηα Πιεγκαηηθψλ Γηθηχσλ... 21 2.6 Αξρηηεθηνληθή Γηθηχνπ... 22 2.6.1 Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα Κνξκνχ (infrastructure / backbone WMN)...... 23 2.6.2 Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα Πειαηψλ (client WMN)... 25 2.6.3 Τβξηδηθά Aζχξκαηα Γίθηπα Πιέγκαηνο (Hybrid WMN)... 26 2.7 Mesh Γηθηχσζε... 27 2.8 Δθαξκνγέο... 28 2.9 Δλαιιαθηηθέο Δθαξκνγέο... 30 2.9.1 Δπξπδσληθφ δίθηπν ζην ζπίηη... 31 2.9.2 Κνηλνηηθή δηθηχσζε θαη δηθηχσζε γεηηνληάο... 32 2.9.3 Γηθηχσζε επηρεηξήζεσλ... 33 2.9.4 Μεηξνπνιηηηθά δίθηπα... 34 2.9.5 πζηήκαηα Μεηαθνξψλ... 34 2.9.6 Aπηνκαηηζκφο θηηξίνπ... 35 2.9.7 πζηήκαηα Τγείαο θαη Ηαηξηθήο Πεξίζαιςεο... 36 2.9.8 πζηήκαηα Αζθαιείαο... 36 2.10 Παξάγνληεο ρεδηαζκνχ... 37 2.11 Πιεγκαηηθφ Multi-radio... 41 2.12 Πξσηφθνιια Γξνκνιφγεζεο... 42 3 IEEE 802.11s... 43 3.1 Δηζαγσγή... 43 3.2 IEEE 802.11s... 45 3.3 Γνκή Πιαηζίνπ... 47 3.4 Αξρηηεθηνληθή 802.11s Γηθηχσλ... 48 3.4.1 Σχπνη ζπζθεπψλ θαη Γηακφξθσζε δηθηχνπ... 48 3.4.2 Υξεζηηθφηεηα Μνληέινπ... 48 3.4.3 Τβξηδηθφ Αζχξκαην Mesh πξσηφθνιιν- HWMP... 49 6

3.5 Μεραληζκνί επηινγήο δηαδξνκήο... 51 3.6 Γξνκνιφγεζε ζηα 802.11s Γίθηπα... 51 3.6.1 Αλνηρηά ζέκαηα Γξνκνιφγεζεο... 53 3.7 ηελά ζπλδεδεκέλα πξφηππα... 54 3.8 Δπεθηαζηκφηεηα... 54 3.9 Έιεγρνο Πξφζβαζεο ζην Μέζν ζηα 802.11s Γίθηπα... 56 3.10 Multihop MAC: IEEE 802.11s... 57 3.11 Έιεγρνο πκθφξεζεο... 58 3.12 Αζθάιεηα ζηα 802.11s... 58 3.13 Multihop-MAC Mesh Network Architecture... 59 3.14 εκεξηλέο Τινπνηήζεηο Δθαξκνγψλ... 59 3.14.1 OLPC project... 59 3.14.2 Eθαξκνγή OPEN 802.11s... 60 3.15 Αλνηρηά ζέκαηα ζηα WΜΝs... 61 4 ΤΠΑΡΥΟΤΔ ΔΡΔΤΝΖΣΗΚΔ ΔΡΓΑΗΔ Δ 802.11s... 65 4.1 Αλνηρηά Δξεπλεηηθά Εεηήκαηα θαη Πξνβιήκαηα... 65 4.2 Multiradio Multichannel Mesh Networks... 66 4.3 IEEE 802.11-Based Wireless Mesh Networks... 69 4.4 Γξνκνιφγεζε ζε Wireless Mesh Networks... 70 4.5 Έιεγρνο Πξφζβαζεο ζην Μέζν ζηα Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα... 74 4.6 Αζθάιεηα ζε Wireless Mesh Networks... 76 4.7 Δπεθηαζηκφηεηα ζε Wireless Mesh Networks... 77 4.8 Δμηζνξξφπεζε Φνξηίνπ ζe 802.11s Γίθηπα... 79 4.9 Cross-Layer Βειηηζηνπνίεζε γηα Υξνλνπξνγξακηηζκφ ζε 802.11s Γίθηπα. 80 4.10 Πνιπκεζηθέο Δπηθνηλσλίεο ζε 802.11s Γίθηπα... 82 4.11 Σερληθέο Πνιιαπιψλ Κεξαηψλ ζε 802.11s Γίθηπα... 83 5 ΜΔΛΔΣΖ ΔΠΗΓΟΖ Δ 802.11s ΓΗΚΣΤΑ... 85 5.1 Πεξηγξαθή Πεξηβάιινληνο Πξνζνκνίσζεο... 85 5.1.1 Network Simulator Version 3 (Ns-3)... 85 5.1.2 Υαξαθηεξηζηηθά ηνπ ns-3... 86 5.1.3 Ns-3 Βαζηθέο Έλλνηεο... 87 5.1.4 Ns-3 Ρνή εξγαζίαο πξνζνκνίσζεο... 88 5.2 ελάξηα Πξνζνκνίσζεο θαη Μεηξηθέο Δπίδνζεο... 89 5.3 Απνηειέζκαηα Πξνζνκνίσζεο... 98 6 ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ... 103 Βηβιηνγξαθηθέο αλαθνξέο... 104 7

ΛΗΣΑ ΔΗΚΟΝΧΝ Δηθφλα 1: Παξάδεηγκα αζχξκαηνπ mesh network... 15 Δηθφλα 2: Infrastructure/backbone WMNs αξρηηεθηνληθή... 23 Δηθφλα 3: Παξαδείγκαηα mesh router βαζηζκέλα ζε embedded ζπζηήκαηα... 24 Δηθφλα 4: Παξαδείγκαηα mesh clients... 25 Δηθφλα 5: Client WMNs αξρηηεθηνληθή... 26 Δηθφλα 6: Hybrid WMNs αξρηηεθηνληθή... 27 Δηθφλα 7: Παξάδεηγκα ελφο πιεγκαηηθνχ δηθηχνπ... 28 Δηθφλα 8: Έλαο δνξπθφξνο Iridium... 29 Δηθφλα 9: Παξάδεηγκα δηθηχνπ γεηηνληάο... 32 Δηθφλα 10: Παξάδεηγκα Μεηξνπνιηηηθνχ Γηθηχνπ... 34 Δηθφλα 11: Παξάδεηγκα Απηνκαηηζκνχ θηηξίνπ... 35 Δηθφλα 12: Παξάδεηγκα 802.11s network.... 46 Δηθφλα 13: To πεδίν ειέγρνπ ηνπ 802.11s είλαη κέξνο ηνπ ζψκαηνο ηνπ πιαηζίνπ.... 47 Δηθφλα 14: Γηακφξθσζε ελφο WLAN αζχξκαηνπ δηθηχνπ... 48 Δηθφλα 15: Παξακεηξνπνίεζε ελφο HWMP... 50 Δηθφλα 16: Γνκή ελφο HWMP route request... 50 Δηθφλα 17: Δπηινγή κνλνπαηηνχ πξσηνθφιινπ ID... 55 Δηθφλα 18: Δπίδνζε ησλ 802.11s Γηθηχσλ... 61 Δηθφλα 19: Σαμηλφκεζε ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ multihop... 65 Δηθφλα 20: ρεκαηηθή αληηπξνζψπεπζε ησλ δχν ηχπσλ θφκβσλ πιέγκαηνο: APs θαη ΜΡs... 67 Δηθφλα 21: Έλα αζχξκαην δίθηπν πιέγκαηνο (WMN) ππξήλα.... 69 Δηθφλα 22: Σαμηλφκεζε ησλ πξσηνθφιισλ δξνκνιφγεζεο.... 71 Δηθφλα 23: Δπεθηαζηκφηεηα ησλ πξσηνθφιισλ IEEE 802.11s δξνκνιφγεζεο.... 73 Δηθφλα 24: Ζ IEEE 802.11e αξρηηεθηνληθή ηεο MAC... 75 Δηθφλα 25: Γίθηπν πιέγκαηνο πνιιαπιψλ αζθαιείαο... 76 Δηθφλα 26: Γαρηπιίδη κε βάζε αξρηηεθηνληθή ησλ θπςειψλ ηνπ αζχξκαηνπ δηθηχνπ πιέγκαηνο γηα επξεία θάιπςε.... 78 Δηθφλα 27: Λεηηνπξγηθφ δηάγξακκα ηνπ επηπέδνπ πιεξνθφξεζεο cross-layer.... 81 Δηθφλα 28: Υαξαθηεξηζηηθή αιπζίδα κεηάδνζεο πνιπκέζσλ.... 82 Δηθφλα 29: Βειηίσζε δξνκνιφγεζεο κε ηηο πνιιαπιάζηεο ηερληθέο θεξαηψλ.... 84 Δηθφλα 30: ρεκαηηθφ δηάγξακκα ελφο ζπζηήκαηνο αζχξκαηεο MIMO.... 84 Δηθφλα 31: Σν βαζηθφ κνληέιν... 86 Δηθφλα 32: Σππηθή δνκή πξνζνκνίσζεο... 89 Δηθφλα 33: Δθηέιεζε ηνπ πξνγξάκκαηνο... 97 Δηθφλα 34: Γεκηνπξγία 8 αξρείσλ.xml... 97 Δηθφλα 35: Απνζήθεπζε απνηειεζκάησλ ζην αξρείν output... 98 Δηθφλα 36: Δθηέιεζε ηεο εληνιήο awk θαη εκθάληζε ησλ απνηειεζκάησλ... 99 Δηθφλα 37: Γξαθηθή παξάζηαζε throughput - interval... 99 Δηθφλα 38: Γξαθηθή παξάζηαζε delay interval... 100 Δηθφλα 39: Γξαθηθή παξάζηαζε throughput delay... 100 Δηθφλα 40: Γξαθηθή παξάζηαζε throughput delay... 101 Δηθφλα 41: Γξαθηθή παξάζηαζε packet size - delay... 102 Δηθφλα 42: Γξαθηθή παξάζηαζε packet size - throughput... 102 8

ΛΗΣΑ ΠΗΝΑΚΧΝ Πίλαθαο 1: Σα ΗΔΔΔ πξφηππα γηα αζχξκαηεmesh δηθηχσζε... 14 Πίλαθαο 2: Σα ΗΔΔΔ πξφηππα γηα αζχξκαηε δηθηχσζε... 45 Πίλαθαο 3: Αλνηρηά ζέκαηα ζηα WMNs.... 64 9

1 ΔΗΑΓΧΓΖ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 1.1 Δηζαγσγή Ζ επηζηήκε ησλ ππνινγηζηψλ έρεη γλσξίζεη ζεκαληηθή πξφνδν ηηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο θπξίσο ιφγσ ηεο κεγάιεο απήρεζεο πνπ παξνπζίαζε ην Ηnternet. Ο άλζξσπνο δέρηεθε πνιχ ζεξκά απηή ηελ θαηλνηνκία κε απνηέιεζκα φιν θαη πεξηζζφηεξνη λα ζέινπλ λα έρνπλ κηα ζχλδεζε ζην ζπίηη ηνπο. Απηή ε αλάγθε καο σζεί ζηε δεκηνπξγία πεξηζζφηεξσλ θαη απνηειεζκαηηθφηεξσλ δηθηχσλ, ψζηε λα εθπιεξψζνπλ ηελ αλάγθε ηνπ αλζξψπνπ γηα επηθνηλσλία. Ζ Αζχξκαηε mesh δηθηχσζε είλαη κηα πνιιά ππνζρφκελε αζχξκαηε ηερλνινγία γηα πνιιέο εθαξκνγέο π.ρ. επξπδσληθή δηθηχσζε ζην ζπίηη, ηελ θνηλφηεηα θαη ηα δίθηπα γεηηνληάο, επηρεηξήζεηο δηθηχσζεο, απηνκαηηζκνχο θηηξίσλ, θιπ. Κεξδίδεη ηδηαίηεξε πξνζνρή σο κηα πηζαλή δηέμνδνο γηα ηνπο παξφρνπο ππεξεζηψλ Γηαδηθηχνπ (ISP) ψζηε λα αλαπηχμνπλ ηζρπξή θαη αμηφπηζηε αζχξκαηε πξφζβαζε επξπδσληθψλ ππεξεζηψλ κε ηξφπν πνπ λα ρξεηάδνληαη ειάρηζηεο αξρηθέο επελδχζεηο. Παξφιν πνπ ε δηαδηθαζία ηεο πξνηππνπνίεζεο έρεη νινθιεξσζεί κέζα ζην 2012, δηαάθνξα δεηήκαηα παξακέλνπλ αλνηθηά φπσο ε δξνκνιφγεζε, ε αζθάιεηα, ε δηαρείξηζε ησλ θαλαιηψλ θαη ησλ πφξσλ θιπ. ηφρνο ηεο παξνχζαο πηπρηαθήο εξγαζίαο είλαη ε κειέηε ηεο επίδνζεο ησλ αζχξκαησλ 802.11s πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ κέζσ πξνζνκνηψζεσλ ρξεζηκνπνηψληαο ηνλ πξνζνκνησηή ns-3. Διπίδσ πσο απηή ε εξγαζία ζα δηαζαθελίζεη θάπνηεο πιεξνθνξίεο πνπ δελ ήηαλ αθφκα θαηαλνεηέο ζε θάπνηνπο φπσο επίζεο ζα δψζεη έλαπζκα ζε άιινπο θνηηεηέο αιιά θαη φρη κφλν λα αζρνιεζνχλ κε ην ζέκα ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ 802.11s ή απιά λα δηεπξχλνπλ ηνπο νξίδνληεο ηνπο. Ζ βηβιηνγξαθία γηα ηελ εξγαζία απηή έρεη πξνέιζεη θπξίσο απφ μέλν έληππν θαη ειεθηξνληθφ ηχπν. Μεγάιε πξνζπάζεηα έρεη γίλεη γηα ηελ αθξηβήο κεηάθξαζε ηεο ζηελ ειιεληθή γιψζζα ησλ φξσλ θαη ελλνηψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη. 10

1.2 Ζ δνκή ηεο πηπρηαθήο Ζ παξνχζα πηπρηαθή απνηειείηαη απφ 5 θεθάιαηα. πγθεθξηκέλα ζε θάζε θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα εμήο: Κεθάιαην 2: Σν 2 ν θεθάιαην απνηειεί κία εηζαγσγή ζηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα, ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο θαη ηηο εθαξκνγέο ηνπο. Κεθάιαην 3: ε απηφ ην θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ην πξφηππν ΗΔΔΔ 802.11s. Δηδηθφηεξα πεξηγξάθνληαη ε δνκή ελφο 802.11s πιαηζίνπ, ε αξρηηεθηνληθή ηνπ, θαζψο θαη ιεπηνκέξεηεο πνπ αθνξνχλ ην MAC (Medium Access Control) επίπεδν, ηελ αζθάιεηα θαη αλνηρηά εξπλεηηθά δεηήκαηα πνπ αθνξνχλ ηα δίθηπα απηά. Κεθάιαην 4: ην 4 ν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη δηάθνξεο εξεπλεηηθέο εξγαζίεο πνπ απαληψληαη ζηε βηβιηνγξαθία θαη έρνπλ σο ζηφρν ηελ επίιπζε ησλ ππαξρφλησλ εξεπλεηηθψλ πξνβιεκάησλ. Κεθάιαην 5: ε απηφ ην θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ζπλνπηηθά ην πεξηβάιινλ πξνζνκνίσζεο, ηα ζελάξηα πινπνίεζεο, θαζψο επίζεο θαη απνηειέζκαηα πνπ πξνέθπςαλ απφ ηελ εθηέιεζε ησλ ζελαξίσλ πξνζνκνίσζεο. Κεθάιαην 6: Σέινο, ζην 6 ν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ εμήρζεζαλ απφ ηελ εθπφλεζε ηεο παξνχζαο πηπρηαθήο. 11

2 ΑΤΡΜΑΣΑ ΠΛΔΓΜΑΣΗΚΑ ΓΗΚΣΤΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 2.1 Δηζαγσγή Γηάθνξεο ηερλνινγίεο έρνπλ αλαπηπρζεί ηα ηειεπηαία ρξφληα κε ζηφρν ηελ παξνρή θαιχηεξσλ ππεξεζηψλ. Μία βαζηθή ηερλνινγία είλαη ε αζχξκαηε πιεγκαηηθή δηθηχσζε. ηα WMNs, νη θφκβνη απνηεινχληαη απφ mesh routers θαη mesh clients. ε έλα WMN δίθηπν θάζε θφκβνο κεηαδίδεη φρη κφλν ηα δηθά ηνπ παθέηα, αιιά θαη παθέηα πνπ κπνξεί λα κελ βξίζθνληαη ζηελ άκεζε εκβέιεηα κεηάδνζεο. Έλα WMN είλαη δπλακηθά απηνξγαλσκέλν θαη απην-ξπζκηδφκελν, κε ηνπο θφκβνπο ηνπ δηθηχνπ λα ζπλδένληαη απφ κφλνη ηνπο ζην δίθηπν θαη λα δηαηεξνχλ ηε mesh ζπλδεζηκφηεηα κεηαμχ ηνπο. Απηφ ην ραξαθηεξηζηηθφ γλψξηζκα παξνπζηάδεη πνιιά πιενλεθηήκαηα ζηα WMNs φπσο ην ρακειφ θφζηνο δεκηνπξγίαο, ηελ εχθνιε ζπληήξεζε ηνπ δηθηχνπ, ηελ επξσζηία, θαη ηελ αμηφπηζηε θάιπςε ησλ ππεξεζηψλ. Οη ζπκβαηηθνί θφκβνη, π.ρ. ππνινγηζηέο γξαθείνπ, θνξεηνί ππνινγηζηέο, PDA, Pocket PCs, ηειέθσλα, εμνπιηζκέλνη κε αζχξκαηεο θάξηεο δηαζχλδεζεο δηθηχνπ (NIC), κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ απεπζείαο ζε αζχξκαηνπο mesh δξνκνινγεηέο. Οη πειάηεο πνπ δελ δηαζέηνπλ αζχξκαηεο NICs κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζηα WMNs ζπλδεφκελνη ζηνπο mesh δξνκνινγεηέο, γηα παξάδεηγκα, κέζσ Ethernet. Έηζη, ηα WMNs ζα βνεζήζνπλ ζεκαληηθά ηνπο ρξήζηεο λα είλαη πάληνηε ζπλδεδεκέλνη νπνπδήπνηε θαη νπνηαδήπνηε ζηηγκή. Δπηπιένλ, νη ιεηηνπξγίεο ηεο πχιεο / γέθπξαο ησλ mesh δξνκνινγεηψλ δηεπθνιχλνπλ ηελ ελζσκάησζε ησλ WMNs ζηα δηάθνξα ππάξρνληα αζχξκαηα δίθηπα, φπσο θηλεηά ζπζηήκαηα, αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ, αζχξκαηα ζπζηήκαηα πηζηφηεηαο (Wi-Fi), WiMAX, θαη WiMedia δίθηπα. Καηά ζπλέπεηα, κέζσ ελφο νινθιεξσκέλνπ WMN, παξέρνληαη ππεξεζίεο ζηνπο ρξήζηεο ησλ ππαξρφλησλ δηθηχσλ πνπ δηαθνξεηηθά ζα ήηαλ αλέθηθηεο. Ζ Αζχξκαηε mesh δηθηχσζε είλαη κηα πνιιά ππνζρφκελε αζχξκαηε ηερλνινγία γηα πνιιέο εθαξκνγέο, π.ρ. επξπδσληθή δηθηχσζε ζην ζπίηη, ηελ θνηλφηεηα θαη ηα δίθηπα γεηηνληάο, επηρεηξήζεηο δηθηχσζεο, απηνκαηηζκνχο θηηξίσλ, θιπ. Κεξδίδεη ηδηαίηεξε πξνζνρή σο κηα πηζαλή δηέμνδνο γηα ηνπο παξφρνπο 12

ππεξεζηψλ Γηαδηθηχνπ (ISP) ψζηε λα αλαπηχμνπλ ηζρπξή θαη αμηφπηζηε αζχξκαηε πξφζβαζε επξπδσληθψλ ππεξεζηψλ κε ηξφπν πνπ λα ρξεηάδνληαη ειάρηζηεο αξρηθέο επελδχζεηο. Με ηελ ηθαλφηεηα ηεο απηννξγάλσζεο θαη απην-ξχζκηζεο, ηα WMNs κπνξνχλ λα αλαπηπρζνχλ ζηαδηαθά, πξνζζέηνληαο απιά θφκβνπο φηαλ απαηηείηαη. Ζ αλάπηπμε ελφο αζχξκαηνπ πιεγκαηηθνχ δηθηχνπ δελ είλαη πάξα πνιχ δχζθνιε, γηαηί φια ηα απαηηνχκελα ζηνηρεία είλαη ήδε δηαζέζηκα κε ηε κνξθή ad hoc πξσηνθφιισλ δξνκνιφγεζεο, IEEE 802.11 MAC πξσηνθφιινπ, Wired Equivalent Privacy (WEP) αζθάιεηαο, θιπ. Αξθεηέο εηαηξείεο έρνπλ ήδε αληηιεθζεί ηηο δπλαηφηεηεο πνπ κπνξνχλ λα δεκηνπξγεζνχλ κέζσ απηήο ηεο ηερλνινγίαο θαη πξνζθέξνπλ πξντφληα αζχξκαηεο δηθηχσζεο πιέγκαηνο. Μεξηθέο πιαηθφξκεο δνθηκψλ έρνπλ θαζνξηζηεί ζε παλεπηζηεκηαθά εξεπλεηηθά εξγαζηήξηα. Ωζηφζν παξφιν ηηο ζπλερείο εξεπλεηηθέο πξνζπάζεηεο δηάθνξα εξεπλεηηθά δεηήκαηα παξακέλνπλα αλνηθηά. Γηα παξάδεηγκα, ηα ππάξρνληα πξσηφθνιια MAC θαη ηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο, εθαξκφδνληαη ζε αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο ηα νπνία δελ έρνπλ αξθεηή επεθηαζηκφηεηα, π.ρ. ε απφδνζε κεηψλεηαη ζεκαληηθά, φπσο ν αξηζκφο ησλ θφκβσλ ή ηα hops. Σα ππάξρνληα ζπζηήκαηα αζθαιείαο κπνξεί λα είλαη απνηειεζκαηηθά γηα νξηζκέλνπο ηχπνπο επηζέζεσλ, αιιά ζηεξνχληαη ελφο νινθιεξσκέλνπ κεραληζκνχ γηα ηελ απνηξνπή επηζέζεσλ απφ δηαθνξεηηθά ζηξψκαηα πξσηνθφιινπ. Παξφκνηα πξνβιήκαηα ππάξρνπλ θαη ζε άιια πξσηφθνιια δηθηχσζεο. Έηζη, ηα ππάξρνληα πξσηφθνιια επηθνηλσλίαο, πνπ θπκαίλνληαη απφ ην επίπεδν εθαξκνγψλ, κεηαθνξάο, δξνκνιφγεζεο, MAC θαη ζηα άιια θπζηθά ζηξψκαηα πξέπεη λα αλαζεσξεζνχλ θαη λα εληζρπζνχλ. ε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο, λέα πξσηφθνιια πξέπεη λα εθεπξεζνχλ. Οη εξεπλεηέο έρνπλ αξρίζεη λα επαλεμεηάδνπλ ην ζρεδηαζκφ ηνπ πξσηνθφιινπ ησλ πθηζηάκελσλ αζχξκαησλ δηθηχσλ, ηδηαίηεξα ησλ δηθηχσλ IEEE 802.11 θαη ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ αηζζεηήξσλ απφ ηελ πξννπηηθή ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο (WMNs). Γηα απηφ ην ιφγν δηάθνξεο νκάδεο εξγαζίαο έρνπλ δεκηνπξγεζεί απφ ηελ ΗΔΔΔ ψζηε λα επηθεληξσζνχλ ζηα λέα πξφηππα γηα WMNs, φπνπ απαηηείηαη. 13

2.2 Αζύξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα πζηαηηθά Έλα αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν (WMN) είλαη έλα δίθηπν επηθνηλσληψλ, πνπ απνηειείηαη απφ θφκβνπο νξγαλσκέλνπο ζε κηα ηνπνινγία πιέγκαηνο, πιήξε ή κεξηθή [2]. ηελ πιήξε ηνπνινγία πιέγκαηνο, θάζε θφκβνο (ζηαζκφο εξγαζίαο ή άιιε ζπζθεπή) είλαη ζπλδεδεκέλνο άκεζα κε θαζέλαλ απφ ηνπο άιινπο. ηε κεξηθή ηνπνινγία πιέγκαηνο, κεξηθνί θφκβνη ζπλδένληαη κε φινπο ηνπο άιινπο, αιιά θάπνηνη απφ ηνπο θφκβνπο ζπλδένληαη κφλν κε φζνπο θφκβνπο αληαιιάζζνπλ δεδνκέλα. Σα αζχξκαηα δίθηπα ζπρλά απνηεινχληαη απφ θφκβνπο, δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο θαη πχιεο. Οη θφκβνη είλαη ζπλήζσο θνξεηνί ππνινγηζηέο, θηλεηά ηειέθσλα θαη άιιεο αζχξκαηεο ζπζθεπέο, ελψ νη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο, κπνξεί λα κελ ρξεηάδεηαη λα ζπλδεζνχλ ζην Internet. Ζ πεξηνρή θάιπςεο ησλ θφκβσλ πνπ ιεηηνπξγεί ζαλ κεκνλσκέλν δίθηπν, νλνκάδεηαη ζπλήζσο mesh cloud. Ζ πξφζβαζε ζε απηφ ην mesh cloud εμαξηάηαη απφ ηνπο θφκβνπο πνπ εξγάδνληαη ζε αξκνλία κεηαμχ ηνπο γηα ηε δεκηνπξγία ελφο αζχξκαηνπ δηθηχνπ. Έλα πιεγκαηηθφ δίθηπν είλαη αμηφπηζην. Όηαλ έλαο θφκβνο δελ κπνξεί πιένλ λα ιεηηνπξγήζεη, νη ππφινηπνη θφκβνη εμαθνινπζνχλ λα επηθνηλσλνχλ κεηαμχ ηνπο, απεπζείαο ή κέζσ ελφο ή πεξηζζνηέξσλ ελδηάκεζσλ θφκβσλ. Σα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα κπνξνχλ λα πινπνηεζνχλ κε δηάθνξεο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ 802.11, 802.15, 802.16, θηλεηέο ηερλνινγίεο ή ζπλδπαζκνχο πεξηζζφηεξσλ απφ έλαλ ηχπνπο. ΗΔΔΔ πξόηππν IEEE 802.15.5 IEEE 802.11s IEEE 802.16a/d/j Γίθηπν WPAN Mesh WLAN Mesh WMAN Mesh Πίλαθαο 1: Σα ΗΔΔΔ πξόηππα γηα αζύξκαηε mesh δηθηύσζε 14

Δηθόλα 1: Παξάδεηγκα αζύξκαηνπ mesh network Έλα αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν, κπνξεί λα ζεσξεζεί σο έλαο εηδηθφο ηχπνο αζχξκαηνπ ad hoc δηθηχνπ. Έλα αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν έρεη ζπρλά κηα πην πξνγξακκαηηζκέλε δηακφξθσζε θαη κπνξεί λα αλαπηπρζεί γηα λα παξέρεη δπλακηθή θαη απνδνηηθή ζπλδεζηκφηεηα ζε κηα νξηζκέλε γεσγξαθηθή πεξηνρή. Έλα ad hoc δίθηπν, απφ ηελ άιιε πιεπξά, ζρεκαηίδεηαη σο ad hoc, φηαλ νη αζχξκαηεο ζπζθεπέο εκπίπηνπλ ζην θάζκα επηθνηλσλίαο κεηαμχ ηνπο. Οη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο, κπνξεί λα είλαη θηλεηνί θαη λα κεηαθέξνληαη ζχκθσλα κε ζπγθεθξηκέλεο απαηηήζεηο πνπ πξνθχπηνπλ ζην δίθηπν. πρλά νη mesh δξνκνινγεηέο δελ είλαη πεξηνξηζκέλνη, σο πξνο ηνλ αξηζκφ ησλ δηαζέζηκσλ πφξσλ ζε ζχγθξηζε κε άιινπο θφκβνπο ζην δίθηπν θαη σο εθ ηνχηνπ κπνξνχλ λα αμηνπνηεζνχλ γηα λα εθηειέζνπλ πεξηζζφηεξεο ιεηηνπξγίεο. Με ηνλ ηξφπν απηφ, ην αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν δηαθέξεη απφ έλα ad-hoc δίθηπν, δεδνκέλνπ φηη απηνί νη θφκβνη έρνπλ πεξηνξηζκέλν αξηζκφ απφ δηαζέζηκνπο πφξνπο. Σα WMNs αλαπηχρζεθαλ αξρηθά γηα ζηξαηησηηθέο εθαξκνγέο. Καηά ηελ ηειεπηαία δεθαεηία ην κέγεζνο, ην θφζηνο θαη νη απαηηήζεηο ηζρχνο ησλ ξαδηνεπαθψλ έρνπλ κεησζεί, επηηξέπνληαο λα πεξηιακβάλνληαη ζε θάζε ζπζθεπή πνιιέο δηεπαθέο. Οη επηπξφζζεηεο ξαδηνεπαθέο ζε θάζε θφκβν ηνπο επηηξέπνπλ λα ππνζηεξίδνπλ πνιιαπιέο ιεηηνπξγίεο φπσο ε πξφζβαζε ησλ πειαηψλ θαη ε ππεξεζία backhaul (πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ πςειή ηαρχηεηα κεηαβίβαζεο ζε θηλεηέο εθαξκνγέο). Δπηπιένλ, 15

ε κείσζε ηνπ κεγέζνπο ησλ θεξαηψλ, ην θφζηνο θαη ε δχλακε επέηξεςαλ ζηνπο θφκβνπο ησλ πιεγκαηηθψλ λα γίλνπλ πην ζπλαξκνινγνχκελνη. Έλαο θφκβνο ή ζπζθεπή ηψξα κπνξεί λα πεξηέρεη πνιιέο δηεπαθέο ή εμαξηήκαηα, επηηξέπνληαο ζηνπο θφκβνπο λα ρεηξηζηνχλ έλα κνλαδηθφ ζχλνιν ιεηηνπξγηψλ αιιά θαη ηε ζπρλφηεηα ησλ δσλψλ. 2.3 Υαξαθηεξηζηηθά Σα ραξαθηεξηζηηθά ησλ WMNs είλαη ηα εμήο [1]: Multi-radio Αζύξκαην Γίθηπν: Έλα θίλεηξν γηα ηελ αλάπηπμε ησλ WMNs, είλαη λα επεθηαζεί ην εχξνο θάιπςεο ησλ ππαξρφλησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ, ρσξίο λα ζπζηάδεηαη ε ηθαλφηεηα ηνπ θαλαιηνχ. Έλαο άιινο ζεκαληηθφο ζηφρνο ησλ WMNs, είλαη λα παξέρνπλ ζπλδεζηκφηεηα κεηαμχ ησλ ρξεζηψλ ρσξίο απεπζείαο νπηηθή επαθή (LOS). Γηα ηελ ηθαλνπνίεζε ησλ απαηηήζεσλ απηψλ ην multi-radio πιέγκα είλαη απαξαίηεην, ην νπνίν δηεπθνιχλεη ηελ πςειφηεξε απφδνζε ρσξίο λα ζπζηάδεη ηελ απνηειεζκαηηθή εκβέιεηα κέζσ κηθξφηεξσλ απνζηάζεσλ ζπλδέζκνπ, ιηγφηεξσλ παξεκβνιψλ κεηαμχ ησλ θφκβσλ θαη πην απνηειεζκαηηθήο επαλαρξεζηκνπνίεζεο ζπρλνηήησλ. Τπνζηήξημε γηα ηε δηθηύσζε ad hoc θαη ηθαλόηεηα απηό-θαζνξηζκνύ, απην-ίαζεο θαη απην-νξγάλσζεο: Ζ ad hoc δηθηχσζε βειηηψλεη ηελ απφδνζε ηνπ δηθηχνπ, φπσο νη επέιηθηεο Αξρηηεθηνληθέο ηνπ δηθηχνπ, εχθνιε εγθαηάζηαζε θαη παξακεηξνπνίεζε, αλνρή ζε ζθάικαηα θαη πιεγκαηνεηδήο ζπλδεζηκφηεηα, δειαδή επηθνηλσλία κεηαμχ πνιιαπιψλ θφκβσλ. Λφγσ απηψλ ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηα WMNs απαηηνχλ ρακειή αξρηθή επέλδπζε θαη ην δίθηπν κπνξεί λα αλαπηπρζεί ζηαδηαθά βάζεη ησλ εθάζηνηε απαηηήζεσλ. Κηλεηηθόηεηα αλάινγα κε ην είδνο ησλ θόκβσλ πιέγκαηνο: Οη Γξνκνινγεηέο πιέγκαηνο ζπλήζσο έρνπλ ειάρηζηε θηλεηηθφηεηα θαη νη θφκβνη ηνπ δηθηχνπ κπνξεί λα είλαη είηε ζηαηηθνί ή θηλνχκελνη. Ζ θηλεηηθφηεηα ζηα WMNs πνηθίιιεη απφ θφκβν ζε θφκβν θαη είλαη δηαθνξεηηθή απφ εθείλε ζηα hoc δίθηπα. 16

Πνιιαπιά είδε πξόζβαζεο δηθηύνπ: ε αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο θαη ε backhaul πξφζβαζε ζην δηαδίθηπν θαη νη peer-to-peer (P2P) επηθνηλσλίεο ππνζηεξίδνληαη εληφο ελφο WMN. Δπηπιένλ, ε ελζσκάησζε ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο κε άιια αζχξκαηα δίθηπα θαη ε παξνρή ππεξεζηψλ ζηνπο ηειηθνχο ρξήζηεο ησλ δηθηχσλ απηψλ κπνξεί λα επηηεπρζεί κέζσ ησλ WMNs. Δμάξηεζε από ηελ θαηαλάισζε ελεξγείαο θαη πεξηνξηζκνί ζρεηηθά κε ην είδνο ησλ θόκβσλ πιέγκαηνο: Οη Γξνκνινγεηέο πιέγκαηνο ζηα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα ζπλήζσο δελ έρνπλ απζηεξνχο πεξηνξηζκνχο ζηελ θαηαλάισζε ξεχκαηνο. Ωζηφζν νη mesh clients κπνξεί λα απαηηήζνπλ απνδνηηθψλ πξσηνθφιισλ ζε ηζρχ. Ωο παξάδεηγκα έλαο αηζζεηήξαο πιέγκαηνο απαηηεί απφ ηα πξσηφθνιια επηθνηλσλίαο ηεο λα έρνπλ απνηειεζκαηηθή ηζρχ. Έηζη ν έιεγρνο πξφζβαζεο ζην κέζν MAC(mesh access control) ή ηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο, ην βέιηηζην πνπ κπνξνχλ λα δψζνπλ γηα δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο κπνξεί λα κελ είλαη θαηάιιειν γηα mesh clients, επεηδή ε απφδνζε ηεο ηζρχνο είλαη ην θχξην κέιεκα γηα αζχξκαηνπο αηζζεηήξεο δηθηχσλ. πκβαηόηεηα θαη δηαιεηηνπξγηθόηεηα κε ηα ππάξρνληα αζύξκαηα δίθηπα: Γηα παξάδεηγκα, ηα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα πνπ θαηαζθεπάδνληαη κε βάζε ηηο ηερλνινγίεο IEEE 802.11, πξέπεη λα είλαη ζπκβαηά κε IEEE 802.11 πξφηππα θαηά ηελ έλλνηα ηεο ππνζηήξημεο ηφζν ησλ mesh φζν θαη ησλ ζπκβαηηθψλ Wi-Fi πειαηψλ. Δπίζεο ηα WMNs πξέπεη λα είλαη δηαιεηηνπξγηθά κε άιια αζχξκαηα δίθηπα φπσο είλαη ην WiMAX, ην ZigBee θαη ηα θπςεινεηδή ζπζηήκαηα. Με βάζε ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο, ηα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα γεληθά ζεσξνχληαη σο έλα είδνο ησλ ad hoc δηθηχσλ ιφγσ ηεο έιιεηςεο ησλ ελζχξκαησλ ππνδνκψλ πνπ ππάξρνπλ ζηα θπςεινεηδή ή ζηα Wi-Fi δίθηπα κέζσ ηεο αλάπηπμεο ζηαζκψλ βάζεο ή ζεκείσλ πξφζβαζεο. Ωζηφζν νη πξφζζεηεο δπλαηφηεηεο πνπ παξέρνπλ απαηηνχλ πην εμειηγκέλνπο αιγφξηζκνπο θαη αξρέο ζρεδηαζκνχ γηα ηελ πινπνίεζε ησλ Αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ. Δηδηθφηεξα, αληί λα είλαη ππνθαηεγνξία ησλ ad hoc δηθηχσλ, ηα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα έρνπλ σο ζηφρν λα δηαθνξνπνηήζνπλ ηηο δπλαηφηεηεο ησλ ad hoc δηθηχσλ. Καηά ζπλέπεηα, ηα ad hoc δίθηπα κπνξνχλ πξάγκαηη λα ζεσξεζνχλ σο ππνζχλνιν ηνπο. Γηα λα θαηαλνήζνπκε απηφ ην ζεκείν, παξαθάησ πεξηγξάθνπκε ηηο δηαθνξέο κεηαμχ ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ θαη ησλ δηθηχσλ ad hoc. ε απηή ηε ζχγθξηζε, ε πβξηδηθή 17

αξρηηεθηνληθή (Hybrid Wireless Mesh Protocol) ζεσξείηαη δεδνκέλνπ φηη πεξηιακβάλεη φια ηα πιενλεθηήκαηα ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ. Αζύξκαηε ππνδνκή /θνξκνύ: Σα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα απνηεινχληαη απφ έλα αζχξκαην θνξκφ κε δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο. Σν αζχξκαην δίθηπν θνξκνχ παξέρεη επξεία θάιπςε, ζπλδεζηκφηεηα, θαη επξσζηία ζηνλ ηνκέα ησλ αζχξκαησλ. Ωζηφζν ε ζπλδεζηκφηεηα ησλ ad hoc δηθηχσλ εμαξηάηαη απφ ηηο αηνκηθέο εηζθνξέο ησλ ηειηθψλ ρξεζηψλ πνπ κπνξεί λα κελ είλαη αμηφπηζηεο. Δλζσκάησζε: Σα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα ππνζηεξίδνπλ ζπκβαηηθά ηνπο πειάηεο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηηο ίδηεο ηερλνινγίεο ξαδηνθψλνπ σο έλα πιέγκα δξνκνινγεηή. Απηφ επηηπγράλεηαη κέζσ κηαο ππνδνρήο δξνκνιφγεζεο ιεηηνπξγηθφηεηαο πνπ είλαη δηαζέζηκε ζε δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο. Σα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα επηηξέπνπλ επίζεο ηελ ελζσκάησζε ησλ δηαθφξσλ ππαξρφλησλ δηθηχσλ φπσο to Wi-Fi, ην δηαδίθηπν, ηα θπςεινεηδή θαη ηα δίθηπα αηζζεηήξσλ κέζσ ηεο πχιεο ιεηηνπξγηθφηεηαο ζηνπο δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο. Δπνκέλσο, νη ρξήζηεο ζε έλα δίθηπν παξέρνπλ ππεξεζίεο ζε άιια δίθηπα. Απνθιεηζηηθή δξνκνιόγεζε θαη δηακόξθσζε: ε ad hoc δίθηπα, νη ζπζθεπέο ησλ ηειηθψλ ρξεζηψλ εθηεινχλ επίζεο ιεηηνπξγίεο δξνκνιφγεζεο θαη δηακφξθσζεο γηα φινπο ηνπο άιινπο θφκβνπο ζηα δίθηπα. Ωζηφζν, ηα WMNs πεξηέρνπλ δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο γηα απηέο ηηο ιεηηνπξγίεο. Ωο εθ ηνχηνπ, ην θνξηίν ζηηο ζπζθεπέο ηειηθνχ ρξήζηε είλαη ζεκαληηθά κεησκέλν, γεγνλφο πνπ παξέρεη ρακειφηεξε θαηαλάισζε ελέξγεηαο θαη high-end δπλαηφηεηεο εθαξκνγήο θαη ελδερνκέλσο ηειηθνχο ρξήζηεο κε πεξηνξηζκέλε ρξήζε ελέξγεηαο. Δπηπιένλ, νη απαηηήζεηο ηνπ ηειηθνχ ρξήζηε είλαη πεξηνξηζκέλεο ην νπνίν κεηψλεη ην θφζηνο ησλ ζπζθεπψλ πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε WMNs. Πνιιαπιέο δηεπαθέο: Οη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηνχλ δηαθνξεηηθέο δηεπαθέο γηα λα εθηειέζνπλ ιεηηνπξγίεο δξνκνιφγεζεο θαη πξφζβαζεο. Απηφ δίλεη ηε δπλαηφηεηα δηαρσξηζκνχ ησλ δχν θχξησλ ηχπσλ θίλεζεο ηνπ αζχξκαηνπ ηνκέα. Δλψ ε 18

δξνκνιφγεζε θαη ε δηακφξθσζε θπθινθνξίαο εθηεινχληαη κεηαμχ ησλ δξνκνινγεηψλ ηνπ πιέγκαηνο, ε πξφζβαζε ζην δίθηπν απφ ηνπο ηειηθνχο ρξήζηεο κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί ζε κία δηαθνξεηηθή δηεπαθή. Απηφ βειηηψλεη ζεκαληηθά ηελ ηθαλφηεηα ηνπ δηθηχνπ. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, απηέο νη ιεηηνπξγίεο εθηεινχληαη ζην ίδην θαλάιη ζηα ad hoc δίθηπα πεξηνξίδνληαο ηελ απφδνζε. Κηλεηηθόηεηα: Μηαο θαη ηα ad hoc δίθηπα παξέρνπλ δξνκνιφγεζε κε ηε ρξήζε ησλ ζπζθεπψλ ηνπ ηειηθνχ ρξήζηε, ε ηνπνινγία ηνπ δηθηχνπ θαη ε ζπλδεζηκφηεηα εμαξηψληαη απφ ηελ θίλεζε ησλ ρξεζηψλ. Απηφ επηβάιιεη πξφζζεηεο πξνθιήζεηο γηα ηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο θαζψο επίζεο θαη ηε δηακφξθσζε θαη ηελ αλάπηπμε ηνπ δηθηχνπ. Αθνχ νη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο παξέρνπλ ηελ ππνδνκή ζε WMNs, ε θάιπςε ηνπ WMN κπνξεί λα θαηαζθεπαζηεί εχθνια. Παξέρνληαο ζπλερή ζπλδεζηκφηεηα ζε φιν ην δίθηπν, ε θηλεηηθφηεηα ησλ ηειηθψλ ρξεζηψλ εμαθνινπζεί λα ππνζηεξίδεηαη, ρσξίο λα δηαθπβεχεηαη ε απφδνζε ηνπ δηθηχνπ. πκβαηόηεηα: Σα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα έρνπλ πνιιέο δηαθνξέο ζε ζχγθξηζε κε ηα δίθηπα ad hoc. Ωζηφζν, φπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ ηα ad hoc δίθηπα κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ σο ππνζχλνιν ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ. Πην ζπγθεθξηκέλα νη ππάξρνπζεο ηερληθέο πνπ αλαπηχρζεθαλ γηα ad hoc δίθηπα εθαξκφδνληαη ήδε ζε αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο. Ωο παξάδεηγκα, κε ηε ρξήζε ησλ δξνκνινγεηψλ πιέγκαηνο θαη κε δπλαηφηεηα δξνκνιφγεζεο ησλ ηειηθψλ ρξεζηψλ, ηα πνιιαπιά δίθηπα ad hoc κπνξνχλ λα ππνζηεξηρζνχλ ζε αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα αιιά κε ηελ πεξαηηέξσ νινθιήξσζε ησλ δηθηχσλ απηψλ. 2.4 Ζ αλάγθε γηα Αζύξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα Σα Αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα γίλνληαη φιν θαη πην δεκνθηιή ηφζν ζηνλ ηνκέα ηεο έξεπλαο φζν θαη ζηα δίθηπα παξαγσγήο. Ζ ηθαλφηεηα ηνπ λα αλαπηπρζεί νπνπδήπνηε θάλεη έλα WMN κηα επέιηθηε επηινγή αληηκεηψπηζεο έθηαθηεο αλάγθεο 19

ή απνκαθξπζκέλσλ πεξηνρψλ. Τπάξρνπλ ηξεηο ηνκείο ζηνπο νπνίνπο ππεξέρεη έλα WMN ζε ζρέζε κε ηα άιια δίθηπα. Απηνί είλαη ε ηνπνζεζία, ν ρξφλνο αλάπηπμεο θαη ε ζπλδεζηκφηεηα. ε αληίζεζε κε ηα παξαδνζηαθά ελζχξκαηα δίθηπα φπνπ νη κεγάιεο απνζηάζεηο γξακκψλ ζήκαηλαλ ηελ ηνπνζέηεζε ησλ θαισδίσλ ππφγεηα, ηα αζχξκαηα δίθηπα καο κπνξνχλ λα αλαπηπρζνχλ ζε νπνηαδήπνηε ζέζε [3]. Λφγσ ηεο ρξήζεο ησλ αζχξκαησλ ξαδηνθπκάησλ θαη ησλ αζχξκαησλ θφκβσλ πιέγκαηνο κπνξνχλ λα βξίζθνληαη νπνπδήπνηε ζηνλ θφζκν επηθνηλσλψληαο κε έλα γεηηνληθφ θφκβν εληφο εκβέιεηαο. Ζ κφλε αλάγθε ζα ήηαλ ε ελέξγεηα, αιιά απηφ είλαη επίζεο θάηη πνπ απαηηνχλ θαη ηα παξαδνζηαθά ελζχξκαηα δίθηπα. Δθηφο απφ ηελ αλάπηπμε παληνχ, ηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα επηηξέπνπλ επίζεο θαη ηελ γξήγνξε αλάπηπμε. Καηά ηε δηάξθεηα έθηαθηεο αλάγθεο φπνπ ε επηθνηλσλία είλαη ην θιεηδί, έλα αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν κπνξεί λα αλαπηπρζεί κε πνιχ κηθξή επηβάξπλζε. Αηνκηθνί θφκβνη πιέγκαηνο κπνξνχλ λα ηξνθνδνηνχληαη κε κπαηαξία θαη λα ηνπνζεηνχληαη ζε δηαθνξεηηθέο πεξηνρέο γηα ηε ζχλδεζε ησλ ρξεζηψλ πνιχ εχθνια. Δπηπιένλ δελ ππάξρνπλ ελνριήζεηο ζηε ιεηηνπξγία ηνπ δηθηχνπ φπσο ζηα ελζχξκαηα δίθηπα. Ο ηξίηνο ηνκέαο πνπ ππεξέρεη έλα Αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο είλαη ε ζπλδεζηκφηεηα. ε αληίζεζε κε ηα ελζχξκαηα δίθηπα φπνπ ε δηαζχλδεζε ππνλννχζε ηε ρξήζε κίαο ζχξαο Ethernet, ηα δίθηπα πιέγκαηνο επηηξέπνπλ ζην ρξήζηε λα είλαη νπνπδήπνηε, αξθεί λα θέξνπλ κηα ζπκβαηή ζπζθεπή πνπ βξίζθεηαη κέζα ζηελ αθηίλα ελφο θφκβνπ πιέγκαηνο. Απηφ επηηξέπεη ζηνπο ρξήζηεο λα πεξηεγνχληαη ζην δίθηπν θαη λα κελ πεξηνξίδνληαη απφ ηα θαιψδηα. Αθφκε θαη ζε πνιχ κεγάιεο απνζηάζεηο ε ζπλδεζηκφηεηα κπνξεί λα επηηεπρζεί κέζσ αζχξκαησλ δηθηχσλ. Ο θφζκνο γίλεηαη έλα πην ζπλδεδεκέλν κέξνο. Οη ρξήζηεο smartphones θαη θνξεηψλ ππνινγηζηψλ βξίζθνληαη ζπλδεδεκέλνη ζην Internet φιε ηελ ψξα. Σα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα δίλνπλ ζε απηνχο ηνπο ρξήζηεο έλα επηπιένλ ηχπν ζχλδεζεο πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί φπνηε θαη φπνπ θη αλ βξίζθνληαη. 20

2.5 Παξαδείγκαηα Πιεγκαηηθώλ Γηθηύσλ Λφγσ ηεο δεκνζηφηεηαο ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ δηάθνξα παξαδείγκαηα πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ απαληψληαη ζηνλ θφζκν. Δλδεηθηηθά αλαθέξνπκε: ην Cambridge, ζηηο 3 Ηνπλίνπ 2006, ε δηθηχσζε πιέγκαηνο ρξεζηκνπνηήζεθε ζην "Strawberry Fair" (ηνπηθφ festival ςπραγσγίαο) γηα λα ηξέμεη ππεξεζίεο θηλεηήο δσληαλήο ηειεφξαζεο, ξαδηνθψλνπ θαη δηαδηθηχνπ ζε πεξίπνπ 80.000 αλζξψπνπο. Σν έξγν ηνπ θνηλνηηθνχ αζχξκαηνπ δηθηχνπ ηνπ Champaign-Urbana (CUWiN) είλαη ε αλάπηπμε ηνπ ινγηζκηθνχ πιεγκαηηθήο δηθηχσζεο πνπ βαζίδεηαη ζε αλνηρηνχ θψδηθα πινπνηήζεηο ησλ Hazy-Sighted Link State Routing Protocol (ην HSLS είλαη έλα αζχξκαην πιεγκαηηθφ πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο) θαη ηνπ Expected Transmission Count metric (ην EXT είλαη κία κεηξηθή ηεο πνηφηεηαο ηνπ κνλνπαηηνχ κεηαμχ 2 θφκβσλ ζε έλα αζχξκαην δίθηπν παθέησλ δεδνκέλσλ). Ο Όκηινο Wireless Networking ηνπ Παλεπηζηεκίνπ ηνπ Illinois ζηελ Champaign-Urbana αλαπηχζζεη έλα πνιπθαλαιηθφ δνθηκαζηηθφ αζχξκαην πιεγκαηηθφ multi-radio, πνπ νλνκάδεηαη Net-X. ηε ζπγθεθξηκέλε πινπνίεζε κεξηθά απφ ηα πνιιαπιά θαλάιηα πξσηνθφιισλ αλαπηχζζνληαη ζηελ ελ ιφγσ νκάδα. Οη εθαξκνγέο βαζίδνληαη ζε κηα αξρηηεθηνληθή πνπ επηηξέπεη ζε νξηζκέλα απφ ηα ξαδηφθσλα λα αιιάμνπλ θαλάιηα γηα λα δηαηεξήζνπλ ηελ ηθαλφηεηα ζχλδεζεο ζην δίθηπν θαη πεξηιακβάλνπλ ηα πξσηφθνιια γηα ηελ θαηαλνκή ησλ θαλαιηψλ θαη ηε δξνκνιφγεζε. ηηο αξρέο ηνπ 2007, ε ακεξηθαληθή εηαηξεία Meraki μεθίλεζε έλα κίλη αζχξκαην πιεγκαηηθφ δξνκνινγεηή. Απηφ είλαη έλα παξάδεηγκα ελφο αζχξκαηνπ πιεγκαηηθνχ δηθηχνπ (ζε κηα αλαθεξφκελε ηαρχηεηα κέρξη 50 megabits αλά δεπηεξφιεπην). Σν πξφηππν 802.11 ζην πιαίζην ηεο Meraki Mini έρεη βειηηζηνπνηεζεί γηα κεγάιεο απνζηάζεηο επηθνηλσλίαο, παξέρνληαο θάιπςε πάλσ απφ 250 κέηξα. Απηφ είλαη έλα παξάδεηγκα ελφο εληαίνπ ξαδηνθσληθνχ δηθηχνπ πιέγκαηνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη κέζα ζε κηα θνηλφηεηα, ζε αληίζεζε κε ηα multi-radios ζηαζεξά ηειέθσλα πιεγκαηηθψλ 21

δηθηχσλ φπσο είλαη ε Belair ή ε MeshDynamics, πνπ παξέρνπλ πνιπιεηηνπξγηθή ππνδνκή. Ζ Ναπηηθή Μεηαπηπρηαθή ρνιή ζην Monterey ηεο Καιηθφξληα, έδεημε έλα multi-radio Αζχξκαηνπ πιεγκαηηθνχ δηθηχνπ γηα ηελ αζθάιεηα ησλ ζπλφξσλ. ε έλα πηινηηθφ ζχζηεκα ην 2007, νη ελαέξηεο θάκεξεο δηαηεξήζεθαλ ςειά απφ κπαιφληα κεηαδίδνληαο ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν βίληεν πςειήο αλάιπζεο κέζσ ελφο δηθηχνπ πιέγκαηνο. Έλα project ηνπ MIT πνπ αλαπηχρζεθε ζηνλ XO-1 θνξεηφ ππνινγηζηή ή αιιηψο "OLPC" (one laptop per child) γηα ηα κε πξνλνκηνχρα ζρνιεία ζηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο θαη ρξεζηκνπνηεί πιεγκαηηθά δίθηπα (κε βάζε ην πξφηππν IEEE 802.11s πξφηππν) γηα λα δεκηνπξγήζεη κηα ηζρπξή θαη θζελή ππνδνκή. Οη ζηηγκηαίεο ζπλδέζεηο πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη απφ ηνπο θνξεηνχο ππνινγηζηέο, ηζρπξίδεηαη απφ ην έξγν φηη κεηψλνπλ ηελ αλάγθε γηα κηα εμσηεξηθή ππνδνκή, φπσο ην Γηαδίθηπν γηα λα πξνζεγγίζνπλ φινπο ηνπο ηνκείο, επεηδή έλαο ζπλδεδεκέλνο θφκβνο κπνξνχζε λα κνηξαζηεί ηε ζχλδεζε κε ηνπο θνληηλνχο θφκβνπο. Ζ Greenpacket έρεη εθαξκφζεη κηα παξφκνηα ηδέα κε απηή ηελ εθαξκνγή πνπ ηελ απνθάιεζε SONbuddy. Σν SMesh είλαη έλα 802.11 multi-hop single-radio αζχξκαηνπ πιεγκαηηθνχ δηθηχνπ πνπ αλαπηχρζεθε απφ ην Distributed System and Networks Lab ζην Παλεπηζηήκην Johns Hopkins. Έλα γξήγνξν handoff πξφγξακκα πνπ επηηξέπεη ζηνπο θηλεηνχο πειάηεο λα πεξηθέξνληαη ζην δίθηπν ρσξίο δηαθνπή ηεο ζχλδεζε ηνπο, έλα ραξαθηεξηζηηθφ θαηάιιειν γηα εθαξκνγέο πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ, φπσο ην VoIP. 2.6 Αξρηηεθηνληθή Γηθηύνπ Ζ αξρηηεθηνληθή ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ είλαη έλα πξψην βήκα γηα ηελ παξνρή νηθνλνκηθά απνηειεζκαηηθνχ θαη δπλακηθνχ επξπδσληθνχ δηθηνχ ζε κηα ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή θάιπςεο. Ζ αξρηηεθηνληθή ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ είλαη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα, έλα δίθηπν router ρσξίο ηα θαιψδηα κεηαμχ ησλ θφκβσλ [1]. Δίλαη θηηζκέλν απφ νκφηηκεο ζπζθεπέο πνπ δελ ρξεηάδεηαη λα είλαη ελζχξκαηεο ζε έλα ελζχξκαην δίθηπν φπσο γίλεηε ζηα παξαδνζηαθά ζεκεία πξφζβαζεο (access points-ap) ησλ WLAN. Ζ αξρηηεθηνληθή ησλ Mesh δηαηεξεί ηελ ηζρχ ηνπ ζήκαηνο κε 22

δηαηξεί ηηο κεγάιεο απνζηάζεηο ζε κηα ζεηξά απφ κηθξφηεξα hops. Οη ελδηάκεζνη θφκβνη φρη κφλν εληζρχνπλ ην ζήκα, αιιά ζπλεξγαηηθά πξνσζνχλ απνθάζεηο κε βάζε ηηο γλψζεηο ηνπο ζρεηηθά κε ην δίθηπν, δειαδή εθηεινχλ δξνκνιφγεζε. Μηα ηέηνηα αξρηηεθηνληθή κπνξεί κε πξνζεθηηθφ ζρεδηαζκφ λα παξέρεη πςειφ εχξνο δψλεο, θαζκαηηθή απφδνζε θαη νηθνλνκηθφ φθεινο πάλσ ζηελ πεξηνρή θάιπςεο. Ζ αξρηηεθηνληθή ησλ WMNs κπνξεί λα ηαμηλνκεζεί ζε ηξεηο θαηεγνξίεο αλάινγα κε ηελ ιεηηνπξγηθόηεηα ησλ θόκβσλ. 2.6.1 Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα Κνξκνχ (infrastructure / backbone WMN) Σα πιεγκαηηθά δίθηπα είλαη έλαο ηχπνο δηθηχσζεο, φπνπ θάζε θφκβνο πξέπεη φρη κφλν λα κεηαδψζεη ηε δηθή ηνπ πιεξνθνξία αιιά επίζεο λα ρξεζηκεχεη θαη σο έλαο αλακεηαδφηεο γηα άιινπο θφκβνπο, δειαδή, πξέπεη λα ζπλεξγαζηνχλ γηα λα δηαδψζνπλ ηα δεδνκέλα ζην δίθηπν. Απηφο ν ηχπνο WMN πεξηιακβάλεη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο πνπ δηακνξθψλνπλ κηα ππνδνκή γηα ηνπο πειάηεο πνπ ζπλδένληαη κε απηνχο [1]. Σα Αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο ππνδνκψλ / θνξκνχ ρξεζηκνπνηνχλ ηνπο δηάθνξνπο ηχπνπο ηεο αζχξκαηεο ηερλνινγίαο, εθηφο απφ ηελ επξέσο ρξεζηκνπνηνχκελε IEEE 802.11 ηερλνινγία. Δηθόλα 2: Infrastructure/backbone WMNs αξρηηεθηνληθή 23

Οη mesh δξνκνινγεηέο ζρεκαηίδνπλ έλα πιέγκα απφ απηνξπζκηδφκελνπο θαη απηφ-ηνχκελνπο ζπλδέζκνπο κεηαμχ ηνπο. Οη mesh δξνκνινγεηέο πχιεο κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζην Internet. Ζ πξνζέγγηζε απηή, πνπ αλαθέξεηαη επίζεο θαη σο ππνδνκή πιέγκαηνο, παξέρεη ζηήξημε («ξαρνθνθαιηά») γηα ηνπο ζπκβαηηθνχο πειάηεο θαη επηηξέπεη ηελ ελζσκάησζε ησλ WMNs κε ηα ππάξρνληα αζχξκαηα δίθηπα, κέζσ ιεηηνπξγηψλ πχιεο / γέθπξαο ζηα router πιέγκαηνο. Οη ζπκβαηηθνί πειάηεο κε δηαζχλδεζε Ethernet κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζηα routers πιέγκαηνο κέζσ Ethernet ζπλδέζεσλ. Οη ζπκβαηηθνί πειάηεο κε ηηο ίδηεο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο φπσο ηα router πιέγκαηνο, κπνξνχλ λα επηθνηλσλνχλ απεπζείαο κε ηα router πιέγκαηνο. Δάλ ρξεζηκνπνηνχληαη δηαθνξεηηθέο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο, νη πειάηεο πξέπεη λα επηθνηλσλνχλ κε ηνπο ζηαζκνχο βάζεο πνπ έρνπλ Ethernet ζπλδέζεηο κε router πιέγκαηνο. 1.power pc 2.ARM Δηθόλα 3: Παξαδείγκαηα mesh router βαζηζκέλα ζε embedded ζπζηήκαηα 1.laptop 2.PDA 24

3.WiFi IP phone 4.WiFi RFID Reader Δηθόλα 4: Παξαδείγκαηα mesh clients Ζ ππνδνκή / θνξκνχ είλαη ν πην ζπλεζηζκέλνο ηχπνο. Γηα παξάδεηγκα, ηα δίθηπα θνηλφηεηαο θαη γεηηνληάο κπνξνχλ λα δεκηνπξγεζνχλ κε ρξήζε ππνδνκήο πιέγκαηνο. Σα router πιέγκαηνο ηνπνζεηνχληαη ζηηο ζηέγεο ησλ ζπηηηψλ ζε κηα γεηηνληά, θαη κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ σο ζεκεία πξφζβαζεο γηα ηνπο ρξήζηεο ζηα ζπίηηα θαη θαηά κήθνο ησλ δξφκσλ. πλήζσο, δχν είλαη νη ηχπνη ησλ αζχξκαησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα routers, δειαδή, γηα ηελ θεληξηθή (ξαρνθνθαιηά) επηθνηλσλία θαη γηα ηελ επηθνηλσλία ηνπ ρξήζηε. Ζ θεληξηθή επηθνηλσλία πιέγκαηνο κπνξεί λα δεκηνπξγεζεί ρξεζηκνπνηψληαο κεγάινπ εχξνπο (long range) ηερληθέο επηθνηλσλίαο, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ, γηα παξάδεηγκα, ηηο θαηεπζπληηθέο θεξαίεο. 2.6.2 Αζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα Πειαηψλ (client WMN) Ο πειάηεο ηνπ πιέγκαηνο παξέρεη peer-to-peer δίθηπα κεηαμχ ησλ ζπζθεπψλ πειάηε. ε απηφ ην είδνο ηεο αξρηηεθηνληθήο, νη θφκβνη ηνπ πειάηε απνηεινχλ ην πξαγκαηηθφ δίθηπν γηα ηελ εθηέιεζε δξνκνιφγεζεο (routing) θαη ξχζκηζεο ιεηηνπξγηψλ, θαζψο θαη παξέρνληαο εθαξκνγέο γηα ηνπο πειάηεο ηειηθνχο ρξήζηεο (end-users). 25

Δηθόλα 5: Client WMNs αξρηηεθηνληθή Ωο εθ ηνχηνπ, έλαο mesh δξνκνινγεηήο δελ απαηηείηαη γηα απηφλ ηνλ ηχπν δηθηχνπ. ηα WMNs πειάηε, έλα παθέην πνπ πξννξίδεηαη γηα έλαλ θφκβν ζην δίθηπν κεηαπεδά κέζσ πνιιαπιψλ θφκβσλ γηα λα θηάζεη ζηνλ πξννξηζκφ ηνπ. Σα WMNs πειάηε ζπλήζσο δεκηνπξγνχληαη ρξεζηκνπνηψληαο έλαλ ηχπν αζχξκαηνπ ζηηο ζπζθεπέο. Δπηπιένλ, νη απαηηήζεηο ζηηο ζπζθεπέο ηειηθνχ ρξήζηε είλαη απμεκέλεο ζε ζχγθξηζε κε ηηο ππνδνκέο πιέγκαηνο, δεδνκέλνπ φηη, ζηα WMNs πειάηε, νη ηειηθνί ρξήζηεο πξέπεη λα επηηειέζνπλ επηπξφζζεηεο ιεηηνπξγίεο, φπσο ε δξνκνιφγεζε θαη ε απην-ξχζκηζε. 2.6.3 Τβξηδηθά Aζχξκαηα Γίθηπα Πιέγκαηνο (Hybrid WMN) Απηή ε αξρηηεθηνληθή είλαη ν ζπλδπαζκφο ηεο ππνδνκήο θαη ηνπ πιέγκαηνο πειάηε. Οη πειάηεο ηνπ πιέγκαηνο κπνξνχλ λα έρνπλ πξφζβαζε ζην δίθηπν δηακέζνπ ησλ routers πιέγκαηνο θαζψο θαη απ επζείαο δηαπινθή κε άιινπο πειάηεο πιέγκαηνο. Δλψ ε ππνδνκή παξέρεη δπλαηφηεηα ζχλδεζεο κε άιια δίθηπα φπσο ην Internet, Wi-Fi, WiMAX, θηλεηά θαη δίθηπα αηζζεηήξσλ, νη δπλαηφηεηεο δξνκνιφγεζεο ησλ πειαηψλ παξέρνπλ βειηησκέλε ζπλδεζηκφηεηα θαη θάιπςε κέζα ζην WMN. Ζ πβξηδηθή αξρηηεθηνληθή ζα είλαη ε πην εθαξκφζηκε πεξίπησζε. 26

Δηθόλα 6: Hybrid WMNs αξρηηεθηνληθή 2.7 Mesh Γηθηύσζε Έλα πιεγκαηηθφ δίθηπν κπνξεί λα ζρεδηαζηεί ρξεζηκνπνηψληαο ηελ ηερληθή ηεο πιεκκχξαο ή κηα ηερληθή δξνκνιφγεζεο. Όηαλ ρξεζηκνπνηείηε κηα ηερληθή δξνκνιφγεζεο, ην κήλπκα δηαδίδεηαη θαηά κήθνο κηαο δηαδξνκήο, κεηαπεδψληαο απφ ηνλ έλα θφκβν ζηνλ άιιν κέρξη λα θηάζεη ζηνλ πξννξηζκφ ηνπ. Γηα λα εμαζθαιίζεη ηε δηαζεζηκφηεηα φισλ ησλ κνλνπαηηψλ ηνπ, έλα δίθηπν δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα επηηξέπεη ηηο ζπλερείο ζπλδέζεηο θαη ηελ αλαδηακφξθσζε γχξσ απφ έλα ζπαζκέλν ή κπινθαξηζκέλν κνλνπάηη, κε ηε ρξήζε ησλ αιγνξίζκσλ απην-ίαζεο. Έλα δίθηπν πιέγκαηνο ηνπ νπνίνπ νη θφκβνη είλαη φινη ζπλδεδεκέλνη κεηαμχ ηνπο είλαη έλα πιήξσο ζπλδεδεκέλν δίθηπν [2]. Σα Mesh δίθηπα κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ σο έλα είδνο ad hoc δηθηχνπ. Σα θηλεηά ad hoc δίθηπα (MANET) θαη ηα δίθηπα πιέγκαηνο είλαη επνκέλσο ζηελά ζπλδεδεκέλα, αιιά ηα MANET πξέπεη επίζεο λα αζρνιεζνχλ κε ηα πξνβιήκαηα πνπ εηζήρζεζαλ κε ηελ θηλεηηθφηεηα ησλ θφκβσλ. 27

Δηθόλα 7: Παξάδεηγκα ελόο πιεγκαηηθνύ δηθηύνπ Ζ δπλαηφηεηα απην-ίαζεο επηηξέπεη ζε έλα δίθηπν βαζηζκέλν ζηε δξνκνιφγεζε λα ιεηηνπξγεί φηαλ έλαο θφκβνο θαηαξξέεη ή κηα ζχλδεζε πεγαίλεη άζρεκα. Ωο απνηέιεζκα, ην δίθηπν είλαη ζπλήζσο αξθεηά αμηφπηζην, θαζψο ππάξρνπλ ζπρλά πεξηζζφηεξα απφ έλα κνλνπάηηα αλάκεζα ζε κηα πεγή θαη έλαλ πξννξηζκφ ζην δίθηπν. Αλ θαη σο επί ην πιείζηνλ ρξεζηκνπνηείηαη ζε αζχξκαηα ζελάξηα, ε έλλνηα απηή ηζρχεη επίζεο θαη γηα ελζχξκαηα δίθηπα θαη ζηελ αιιειεπίδξαζε ηνπ ινγηζκηθνχ. 2.8 Δθαξκνγέο Σα mesh δίθηπα κπνξεί λα αθνξνχλ είηε ζηαζεξέο είηε θηλεηέο ζπζθεπέο. Οη ιχζεηο είλαη ηφζν δηαθνξεηηθέο φζν ε επηθνηλσλία ρξεηάδεηαη, φπσο γηα παξάδεηγκα ζε δχζθνιεο ζπλζήθεο φπσο ζε θαηαζηάζεηο έθηαθηεο αλάγθεο, ζήξαγγεο, εμέδξεο άληιεζεο πεηξειαίνπ, επηηήξεζεο πεδίνπ κάρεο, πςειήο ηαρχηεηαο θηλεηέο εθαξκνγέο βίληεν [2]. Μηα ζεκαληηθή εθαξκνγή γηα αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο είλαη ην VoIP. Με ηε ρξήζε ελφο ζρήκαηνο Πνηφηεηαο ππεξεζηψλ, ην αζχξκαην mesh 28

κπνξεί λα ππνζηεξίμεη νη ηνπηθέο ηειεθσληθέο θιήζεηο λα δξνκνινγνχληαη κέζσ ηνπ mesh δηθηχνπ. Μεξηθέο ηξέρνπζεο εθαξκνγέο: Ακεξηθαληθέο ζηξαηησηηθέο δπλάκεηο ρξεζηκνπνηνχλ ηψξα ηα αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο γηα λα ζπλδένπλ ηνπο ππνινγηζηέο ηνπο, θπξίσο θνξεηνχο ππνινγηζηέο, ζε επηηφπηεο επηρεηξήζεηο. Ο Iridium αζηεξηζκφο απνηεινχκελνο απφ 66 δνξπθφξνπο ιεηηνπξγεί σο δίθηπν πιέγκαηνο, κε αζχξκαηεο ζπλδέζεηο κεηαμχ γεηηνληθψλ δνξπθφξσλ. Οη θιήζεηο κεηαμχ δχν δνξπθνξηθψλ ηειεθψλσλ θαζνδεγνχληαη κέζσ ηνπ δηθηχνπ πιέγκαηνο, απφ ηνλ έλα δνξπθφξν ζηνλ άιιν ζε φιν ηνλ αζηεξηζκφ, ρσξίο λα ρξεηάδνληαη λα πεξάζνπλ απφ επίγεηνπο ζηαζκνχο. Απηφ επηηπγράλεη γηα ην ζήκα κηα κηθξφηεξε απφζηαζε ηαμηδηνχ, ηε κείσζε ηεο ιαλζάλνπζαο θαηάζηαζεο θαη επίζεο επηηξέπεη ζηνλ αζηεξηζκφ ηνπ λα ιεηηνπξγεί κε πνιχ ιηγφηεξνπο επίγεηνπο ζηαζκνχο απφ φζνπο ζα απαηηνχληαλ γηα 66 παξαδνζηαθνχο δνξπθφξνπο επηθνηλσληψλ. Δηθόλα 8: Έλαο δνξπθόξνο Iridium Δγθαηάζηαζε κεηξεηψλ ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζε θαηνηθίεο γηα λα κεηαθέξνπλ ηηο ελδείμεηο ηεο εθάζηνηε θαηαλάισζεο. Μάιηζηα ζην Μαπξνβνχλην ε EPCG απνθάζηζε ηε ρξήζε ηνπ κέηξνπ απηνχ θπξίσο σο αληίκεηξν γηα ηελ «θινπή» ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζε δηάθνξα ζεκεία ηνπ δηθηχνπ, κε ηνλ ηξφπν απηφ ην ζπλερψο επεθηεηλφκελν δίθηπν κπνξεί λα κεηαθέξεη πιεξνθνξίεο γηα ηελ θαηάζηαζε ηνπ δηθηχνπ ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζε θάζε ηνπ ζεκείν κε 29

απνηέιεζκα λα εληνπίδνληαη νη παξαβάηεο αιιά θαη λα κε ρξεηάδεηαη θαισδίσζε γηα ηνπο κεηξεηέο. Ο Νηθφιαο Νεγθξνπφληε δηα κέζσ ηεο κε θεξδνζθνπηθήο νξγάλσζεο One Laptop Per Child Association (OLPC), έρεη αλαιάβεη ηε δηάδνζε laptop γηα ηα παηδηά ζηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο. Σα laptop απηά επηιέρζεθε λα θάλνπλ ρξήζε mesh networking ψζηε λα επηηξαπεί ζηνπο καζεηέο λα αληαιιάζνπλ αξρεία θαη λα έρνπλ πξφζβαζε ζην δηαδίθηπν ρσξίο ηελ αλάγθε θάπνηαο ηδηαίηεξεο ππνδνκήο ή ηε ρξήζε θαισδίσζεο. Οη Ζ.Π.Α θάλνπλ ρξήζε mesh networking γηα ηελ δηαζχλδεζε ησλ ππνινγηζηηθψλ ηνπο ζπζηεκάησλ φηαλ επηρεηξνχλ ζε ζεκεία φπνπ δελ πθίζηαηαη εθ ησλ πξνηέξσλ ππνδνκή θαη απαηηείηαη άκεζα αμηφπηζηε επηθνηλσλία. Σα WMNs αξρίδνπλ λα θάλνπλ ηελ εκθάληζε ηνπο ηδηαίηεξα ζηνλ εκπνξηθφ ρψξν γηα ηελ ρξήζε ππεξεζηψλ video θαη VoIP. πγθεθξηκέλα νη απηνθηλεηνβηνκεραλίεο θηλνχληαη πξνο ηε κεηαμχ δηαζχλδεζε ησλ νρεκάησλ αιιά θαη δηαζχλδεζε ηνπο κε ζηαζεξνχο θφκβνπο (vehicular mesh) πνπ ζα βξίζθνληαη εγθαηεζηεκέλνη ζην δξφκν κε ζηφρν ηελ παξνρή ππεξεζηψλ φπσο, εχξεζε δηαδξνκήο αιιά θαη απνθπγή αηπρεκάησλ. Σν mesh δίλεη ηε δπλαηφηεηα δηαζχλδεζεο νιφθιεξσλ πεξηνρψλ ή θαη πφιεσλ. Σν εγρείξεκα έγηλε ηδηαίηεξα κε ην project ηνπ MIT ην roofnet. ηφρνο ηνπ ήηαλ ε δηαζχλδεζε θαη δπλαηφηεηαο παξνρήο πξφζβαζεο ζην δηαδίθηπν ζηνπο θαηνίθνπο ηνπ Cambridge. Σν δίθηπν απηφ απνηειείηαη απφ 20 ελεξγνχο θφκβνπο πνπ είλαη εγθαηεζηεκέλνη ζηηο ηαξάηζεο ζπηηηψλ θαη παξέρεη δηθηχσζε κέζσ ηνπ IEEE standard 802.11b/g. Σέηνηεο απφπεηξεο ζα εκθαλίδνληαη νινέλα θαη πεξηζζφηεξν εηδηθά ζηηο κηθξέο θσκνπφιεηο, παξέρνληαο έηζη πξφζβαζε θαη ζηηο πην απνκαθξπζκέλεο πεξηνρέο. 2.9 Δλαιιαθηηθέο Δθαξκνγέο Ζ έξεπλα θαη ε αλάπηπμε ηνπ ζπζηήκαηνο WMN αθνξά έλα επξχ θάζκα εθαξκνγψλ, νη νπνίεο εκθαλψο αληηθαηνπηξίδνπλ ηελ ππνζρφκελε αγνξά εξγαζίαο, ηαπηφρξνλα φκσο, νη εθαξκνγέο απηέο δελ κπνξνχλ λα ππνζηεξηρζνχλ άκεζα απφ άιια δίθηπα ρσξίο ζχλδεζε φπσο είλαη ηα θπςεινεηδή ζπζηήκαηα, ηα ad hoc 30

αζχξκαηα δίθηπα, ηα αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ, ηα πξφηππα IEEE 802.11, θ.ι.π. Παξαθάησ ζα εμεηάζνπκε απηέο νη εθαξκνγέο [1]. 2.9.1 Δπξπδσληθφ δίθηπν ζην ζπίηη Δπξπδσληθό δίθηπν ζην ζπίηη: ήκεξα, ε επξπδσληθή νηθηαθή δηθηχσζε πξαγκαηνπνηείηαη κέζσ ηνπ IEEE 802.11 WLAN [2]. Έλα πξνθαλέο πξφβιεκα ζην ζπγθεθξηκέλν δίθηπν είλαη ε ζέζε ησλ ζεκείσλ πξφζβαζεο. Υσξίο θάπνηα κειέηε ηνπ ρψξνπ, έλα ζπίηη (αθφκε θαη κηθξφ) έρεη ζπλήζσο πνιιέο λεθξέο δψλεο ρσξίο θάιπςε ηεο ππεξεζίαο. Οη ιχζεηο γηα νηθηαθή δηθηχσζε είλαη δαπαλεξέο θαη κε πξαθηηθέο, ελψ ε εγθαηάζηαζε πνιιαπιψλ ζεκείσλ πξφζβαζεο είλαη επίζεο αθξηβή θαη θαζφινπ εχθνιε, ιφγσ ηεο θαισδίσζεο ηνπ δηθηχνπ Ethernet απφ ηα ζεκεία πξφζβαζεο ζην κφληεκ ή ζηνλ δηαλνκέα. Δπηπιένλ, νη επηθνηλσλίεο κεηαμχ ησλ ηειηθψλ θφκβσλ κε δχν δηαθνξεηηθά ζεκεία πξφζβαζεο πξέπεη αθνινπζνχλ φιε ηε δηαδξνκή πίζσ ζηνλ θφκβν πξφζβαζεο. Απηφ πξνθαλψο δελ απνηειεί απνδνηηθή ιχζε, ηδηαίηεξα φζν αθνξά ηελ επξπδσληθή δηθηχσζε. Ζ θεληξηθή δηθηχσζε (mesh networking), κπνξεί λα επηιχζεη φια απηά ηα ζέκαηα ζηελ νηθηαθή δηθηχσζε. Σα ζεκεία πξφζβαζεο πξέπεη λα αληηθαηαζηαζνχλ απφ αζχξκαηα router κε δηθηπαθή ζπλδεζηκφηεηα κεηαμχ ηνπο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, ε επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ θφκβσλ απηψλ γίλεηαη πνιχ πην επέιηθηε θαη ηζρπξή ζε βιάβεο δηθηχνπ θαη απνηπρίεο ζχλδεζεο. Οη λεθξέο δψλεο κπνξνχλ λα εμαιεηθζνχλ πξνζζέηνληαο mesh routers, αιιάδνληαο ηηο ζέζεηο ησλ mesh routers, ή ξπζκίδνληαο απηφκαηα ηα επίπεδα ηζρχνο ησλ mesh routers. Ζ επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ δηθηχσλ ζην ζπίηη κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί κέζσ ηεο δηθηχσζεο mesh, ρσξίο λα πεγαίλεη πίζσ ζηνλ θφκβν πξφζβαζεο φιε ηελ ψξα. Έηζη κπνξεί λα απνθεπρζεί ε ζπκθφξεζε ηνπ δηθηχνπ. ε απηή ηελ εθαξκνγή, ηα αζχξκαηα θεληξηθά routers δελ έρνπλ πεξηνξηζκνχο ζηελ θαηαλάισζε ελέξγεηαο θαη θηλεηηθφηεηαο. Δπνκέλσο, ηα ζρέδηα πνπ πξνηείλνληαη γηα θηλεηά ad hoc δίθηπα θαη αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ είλαη πνιχ δπζθίλεηα γηα λα επηηεπρζεί κηα ηθαλνπνηεηηθή απφδνζε ζηελ παξνχζα εθαξκνγή. Απφ ηελ άιιε 31

πιεπξά, ηα Wi-Fi δελ είλαη ηθαλά λα ππνζηεξίμνπλ ηελ πνιιαπιή ad hoc δηθηχσζε. Αληηζέησο, ηα ζπζηήκαηα WMN είλαη θαηάιιεια γηα ηελ επξπδσληθή νηθηαθή δηθηχσζε. 2.9.2 Κνηλνηηθή δηθηχσζε θαη δηθηχσζε γεηηνληάο Κνηλνηηθή δηθηύσζε θαη δηθηύσζε γεηηνληάο: ε κηα θνηλφηεηα, ε θνηλή αξρηηεθηνληθή γηα ηελ πξφζβαζε ζην δίθηπν βαζίδεηαη ζε θαισδηαθή ή ςεθηαθή ζπλδξνκεηηθή γξακκή (DSL) ζπλδεδεκέλε κε ην Γηαδίθηπν θαη ην ηειεπηαίν hop (αλαπήδεκα) είλαη αζχξκαην, ζπλδένληαο έλαλ αζχξκαην router ζε έλα θαιψδην ή ζε έλα DSL κφληεκ. Απηφ ην είδνο πξφζβαζεο ζην δίθηπν έρεη αξθεηά κεηνλεθηήκαηα. Δηθόλα 9: Παξάδεηγκα δηθηύνπ γεηηνληάο Αθφκε θαη αλ ε πιεξνθνξία κνηξάδεηαη κέζα ζε κηα θνηλφηεηα ή γεηηνληά, φιε ε θίλεζε πιεξνθνξηψλ εηζέξρεηαη ζην Γηαδίθηπν. Απηφ ην γεγνλφο κεηψλεη ζεκαληηθά ηε ρξήζε ησλ δηθηπαθψλ πφξσλ. Έλα κεγάιν πνζνζηφ πεξηνρψλ κεηαμχ ησλ νηθηψλ δελ θαιχπηεηαη απφ ηηο αζχξκαηεο ππεξεζίεο. Μηα αθξηβή αιιά πςεινχ εχξνπο πχιε κεηαμχ πνιιψλ ζπηηηψλ ή γεηηνληψλ. Γελ κπνξεί λα κνηξαζηεί ζσζηά, κε απνηέιεζκα νη αζχξκαηεο ππεξεζίεο λα πξέπεη λα ηνπνζεηεζνχλ ρσξηζηά. Ωο απνηέιεζκα, ηα θφζηε εμππεξέηεζεο ηνπ δηθηχνπ κπνξεί λα απμεζνχλ. Μφλν κηα θαη κνλαδηθή δίνδνο κπνξεί λα είλαη δηαζέζηκε γηα έλα ζπίηη γηα λα έρεη πξφζβαζε ζην Γηαδίθηπν ή λα επηθνηλσλεί κε ηνπο 32

γείηνλεο. Σν ζχζηεκα WMN ακβιχλεη ηα παξαπάλσ κεηνλεθηήκα, ράξε ζηηο επέιηθηεο δηαζπλδέζεηο mesh κεηαμχ ησλ ζπηηηψλ. Σν WMN κπνξεί επίζεο λα επηηξέςεη θαη άιιεο πνιιέο εθαξκνγέο, φπσο ηελ θαηαλεκεκέλε απνζήθεπζε αξρείσλ, ηελ θαηαλεκεκέλε πξφζβαζε ζην αξρείν θαη ην βίληεν ζπλερνχο ξνήο. 2.9.3 Γηθηχσζε επηρεηξήζεσλ Γηθηύσζε επηρεηξήζεσλ: Απηφ κπνξεί λα είλαη έλα κηθξφ δίθηπν κέζα ζε έλα γξαθείν ή έλα κεζαίνπ κεγέζνπο δίθηπν γηα φια ηα γξαθεία πνπ βξίζθνληαη ζε έλα θηίξην, ή έλα κεγάιεο θιίκαθαο δίθηπν κεηαμχ γξαθείσλ πνπ βξίζθνληαη ζε πνιιά θηίξηα. ήκεξα ηα πξφηππα IEEE 802.11 αζχξκαηα δίθηπα ρξεζηκνπνηνχληαη επξέσο ζε δηάθνξα γξαθεία. Ωζηφζν, απηά ηα αζχξκαηα δίθηπα είλαη αθφκε απνκνλσκέλα. Ζ ζχλδεζε κεηαμχ ηνπο πξέπεη λα επηηεπρζεί κέζσ ελζχξκαησλ ζπλδέζεσλ Ethernet, πνπ είλαη ν βαζηθφο ιφγνο ηνπ πςεινχ θφζηνπο ησλ δηθηχσλ ησλ επηρεηξήζεσλ. Δπηπιένλ, ε πξνζζήθε πεξηζζφηεξσλ κφληεκ απμάλεη ηελ ηθαλφηεηα κφλν ζε ηνπηθφ επίπεδν, αιιά δελ βειηηψλεη ηελ απνηειεζκαηηθφηεηα ζε απνηπρίεο ζχλδεζεο, ζπκθφξεζεο δηθηχνπ θαη άιισλ πξνβιεκάησλ ηνπ ζπλνιηθνχ δηθηχνπ ησλ επηρεηξήζεσλ. Δάλ ηα ζεκεία πξφζβαζεο αληηθαζίζηαηαη απφ mesh routers, ηα θαιψδηα Ethernet κπνξνχλ λα εμαιεηθζνχλ. Πνιιαπιά πξνζβάζηκα κφληεκ κπνξνχλ λα θαηαλεκεζνχλ απφ φινπο ηνπο θφκβνπο ζε νιφθιεξν ην δίθηπν, ψζηε λα βειηησζεί ε αμηνπνίεζε ησλ πφξσλ θαη ε ηζρχο ησλ επηρεηξεζηαθψλ δηθηχσλ. Σν WMN κπνξεί εχθνια λα αλαπηπρζεί θαζψο επεθηείλεηαη ην κέγεζνο ηεο επηρείξεζεο. Σν ζχζηεκα WMN γηα δίθηπα επηρεηξήζεσλ είλαη πνιχ πην ζχλζεην απφ ην νηθηαθφ δηφηη εκπιέθνληαη πεξηζζφηεξνη θφκβνη θαη πην ζχλζεηα δίθηπα. Σν κνληέιν ππεξεζηψλ ηεο επηρεηξεζηαθήο δηθηχσζεο κπνξεί λα εθαξκνζηεί ζε πνιιέο δεκφζηεο θαη εκπνξηθέο ππεξεζίεο, ζε αλνηρηά κέξε δηθηχσζεο φπσο αεξνδξφκηα, μελνδνρεία, εκπνξηθά θαη ζπλεδξηαθά θέληξα, αζιεηηθά θέληξα, θιπ. 33

2.9.4 Μεηξνπνιηηηθά δίθηπα Μεηξνπνιηηηθά δίθηπα (MAN): Σν ζχζηεκα WMN ζε κηα κεηξνπνιηηηθή πεξηνρή έρεη πνιιά πιενλεθηήκαηα. Σν θπζηθφ ζηξψκα ηνπ ξπζκνχ κεηάδνζεο ελφο θφκβνπ ζην ζχζηεκα WMN είλαη πνιχ πςειφηεξν απφ φηη ζε νπνηνδήπνηε θπςεινεηδή ζχζηεκα. Γηα παξάδεηγκα, έλαο θφκβνο IEEE 802.11g κεηαδίδεη ζε ηαρχηεηα 54 Mbps. Δπηπιένλ, ε επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ θφκβσλ ζε WMN δελ ζηεξίδεηαη ζε κηα ελζχξκαηε «ζπνλδπιηθή ζηήιε». Δηθόλα 10: Παξάδεηγκα Μεηξνπνιηηηθνύ Γηθηύνπ ε ζχγθξηζε κε ηα ελζχξκαηα δίθηπα, γηα παξάδεηγκα, ηα θαισδηαθά ή ηα νπηηθά δίθηπα, ηα αζχξκαηα mesh ΜΑΝ απνηεινχλ κηα νηθνλνκηθή ελαιιαθηηθή ιχζε γηα επξπδσληθή δηθηχσζε, ηδηαίηεξα ζηηο ιηγφηεξν αλεπηπγκέλεο πεξηθέξεηεο. Σν αζχξκαην ΜΑΝ θαιχπηεη δπλεηηθά κηα πνιχ κεγαιχηεξε πεξηνρή απφ απηή ελφο ζπηηηνχ, κηαο επηρείξεζεο, ελφο θηηξίνπ, ή ηα δίθηπα ηεο θνηλφηεηαο. Έηζη, νη απαηηήζεηο γηα επεθηαηηζκφ ηνπ δηθηχνπ κε αζχξκαην mesh ΜΑΝ είλαη πνιχ πςειφηεξεο απφ φηη κε ηηο άιιεο εθαξκνγέο. 2.9.5 πζηήκαηα Μεηαθνξψλ Σπζηήκαηα Μεηαθνξώλ: Αληί λα πεξηνξίδεηαη ε πξφζβαζε IEEE 802.11 ή 802.16 ζε ζηαζκνχο θαη ζηάζεηο, ε ηερλνινγία ηεο δηθηχσζεο mesh κπνξεί λα επεθηαζεί ζε πινία, ιεσθνξεία θαη ηξέλα. Έηζη, κπνξνχλ λα 34

ππνζηεξηρζνχλ δηάθνξεο ππεξεζίεο φπσο είλαη ε ελεκέξσζε ησλ επηβαηψλ, ε εμ απνζηάζεσο παξαθνινχζεζε ησλ βίληεν αζθαιείαο ζηα νρήκαηα θαη ε επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ νδεγψλ. Γηα λα θαηαζηεί δπλαηή ε mesh δηθηχσζε ζε έλα ζχζηεκα κεηαθνξψλ, δχν είλαη νη βαζηθέο ηερληθέο πνπ απαηηνχληαη: ε πςειήο ηαρχηεηαο θηλεηή backhaul απφ έλα φρεκα (απηνθίλεην, ιεσθνξείν ή ηξέλν) ζην Γηαδίθηπν θαη ηα θηλεηά δίθηπα mesh κέζα ζην ίδην ην φρεκα. 2.9.6 Aπηνκαηηζκφο θηηξίνπ Aπηνκαηηζκόο θηηξίνπ: ε έλα θηίξην, νη δηάθνξεο ειεθηξηθέο ζπζθεπέο, (ειεθηξηθφ θσο, αζαλζέξ, air condition, θιπ.) πξέπεη λα ειέγρνληαη θαη λα παξαθνινπζνχληαη. ήκεξα, απηφ επηηπγράλεηαη κέζσ ησλ ηππνπνηεκέλσλ ελζχξκαησλ δηθηχσλ, ηα νπνία είλαη πνιχ αθξηβά, ιφγσ ηεο πνιχπινθεο εγθαηάζηαζεο θαη ηεο ζπληήξεζεο ηνπο. Πξφζθαηα, έρνπλ πηνζεηεζεί ηα δίθηπα πνπ βαζίδνληαη ζε Wi-Fi, κε ζθνπφ λα ειαηηψλνπλ ην θφζηνο ησλ ελ ιφγσ δηθηχσλ. Δηθόλα 11: Παξάδεηγκα Απηνκαηηζκνύ θηηξίνπ Ωζηφζν, απηή ε πξνζπάζεηα δελ έρεη δψζεη αθφκε ηθαλνπνηεηηθά απνηειέζκαηα, επεηδή ε εγθαηάζηαζε ηνπ Wi-Fi γηα ηελ εθαξκνγή απηή εμαθνινπζεί λα είλαη κάιινλ αθξηβή ιφγσ ηεο θαισδίσζεο ηνπ Ethernet. Αλ ηα ζεκεία πξφζβαζεο ηνπ δηθηχνπ BAC (απηνκαηηζκνί θηηξίσλ θαη δίθηπα ειέγρνπ) αληηθαζίζηαληαη απφ ηα mesh routers, ην θφζηνο εγθαηάζηαζεο ζα κεησζεί ζεκαληηθά. Ζ δηαδηθαζία εγθαηάζηαζεο είλαη επίζεο πνιχ πην απιή, ιφγσ ηεο πιεγκαηηθήο ζπλδεζηκφηεηαο κεηαμχ ησλ αζχξκαησλ routers. 35

2.9.7 πζηήκαηα Τγείαο θαη Ηαηξηθήο Πεξίζαιςεο Σπζηήκαηα Υγείαο θαη Ιαηξηθήο Πεξίζαιςεο: ε έλα λνζνθνκείν ή ζε έλα ηαηξηθφ θέληξν, ηα δεδνκέλα ηεο παξαθνινχζεζεο θαη δηάγλσζεο ησλ αζζελψλ πξέπεη λα ππνβάιινληαη ζε επεμεξγαζία θαη λα δηαβηβάδνληαη απφ ην έλα δσκάηην ζην άιιν γηα δηάθνξνπο ζθνπνχο. Ζ κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ είλαη ζπλήζσο επξείαο δψλεο, δεδνκέλνπ φηη ε πςειή αλάιπζε ησλ ηαηξηθψλ εηθφλσλ θαη νη δηάθνξεο πεξηνδηθέο πιεξνθνξίεο απφ ηελ παξαθνινχζεζε ησλ αζζελψλ κπνξνχλ εχθνια λα παξάγνπλ έλαλ ζηαζεξά κεγάιν φγθν δεδνκέλσλ. Σα παξαδνζηαθνχ ηχπνπ ελζχξκαηα δίθηπα κπνξνχλ λα παξέρνπλ πεξηνξηζκέλε πξφζβαζε δηθηχνπ θαη ζε ζπγθξηκέλεο ζηαζεξέο ηαηξηθέο ζπζθεπέο. Σα Wi-Fi δίθηπα πξέπεη λα βαζίδνληαη ζηελ χπαξμε ζπλδέζεσλ Ethernet, πνπ κπνξεί λα πξνθαιέζνπλ πςειφ θφζηνο ζην ζχζηεκα θαη πνιππινθφηεηα ρσξίο φκσο λα έρνπλ θαη ηηο απαηηνχκελεο ηθαλφηεηεο λα εμαιείςνπλ ηα λεθξά ζεκεία. Ωζηφζν, ηα δεηήκαηα απηά δελ ππάξρνπλ ζην ζχζηεκα WMN. 2.9.8 πζηήκαηα Αζθαιείαο Σπζηήκαηα Αζθαιείαο: ηηο κέξεο καο ε αζθάιεηα θαίλεηαη λα απνηειεί έλα πνιχ ζνβαξφ δήηεκα. Γηα ην ιφγν απηφ, ηα ζπζηήκαηα αζθαιείαο θαη επηηήξεζεο έρνπλ θαηαζηεί αλαγθαία γηα ηα θηίξηα ησλ επηρεηξήζεσλ, ηα εκπνξηθά θέληξα, ηα θαηαζηήκαηα, θιπ. Γηα ηελ αλάπηπμε ηέηνησλ ζπζηεκάησλ ζε δηάθνξα κέξε, φπνπ απαηηείηαη, ηα ζπζηήκαηα WMN απνηεινχλ κηα πνιχ πην βηψζηκε ιχζε απφ ηα ελζχξκαηα δίθηπα, γηα λα ζπλδεζνχλ φιεο νη ζπζθεπέο. Απφ ηε ζηηγκή πνπ αθφκε νη θσηνγξαθίεο θαη ηα βίληεν έρνπλ ηε κεγαιχηεξε ξνή θπθινθνξίαο ζην δίθηπν, απηή ε εθαξκνγή απαηηεί πνιχ κεγαιχηεξε ρσξεηηθφηεηα δηθηχνπ απφ ηηο άιιεο εθαξκνγέο. Δθηφο απφ ηηο παξαπάλσ εθαξκνγέο, ηα ζπζηήκαηα WMN κπνξνχλ επίζεο λα εθαξκνζηνχλ ζην δίθηπν ησλ απξόβιεπησλ γεγνλόησλ (εθηάθησλ αλαγθώλ / θαηαζηξνθώλ) θαη ζηα δίθηπα επηθνηλσληώλ P2P. Γηα παξάδεηγκα, νη ηερληθνί ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ, πνπ είλαη ρξήζηκνη ζε κηα νκάδα πνπ αληηκεησπίδεη πεξηζηαηηθά έθηαθηεο αλάγθεο θαη ζε ππξνζβέζηεο, δελ 36

γλσξίδνπλ εθ ησλ πξνηέξσλ πνπ πξέπεη λα αλαπηπρζεί ην δίθηπν. Σνπνζεηψληαο απιά ηα αζχξκαηα mesh routers ζε επηζπκεηέο ζέζεηο, έλα ζχζηεκα WMN κπνξεί λα εθαξκνζηεί ηαρέσο. Γηα κηα νκάδα αλζξψπσλ πνπ θαηέρνπλ ζπζθεπέο κε δπλαηφηεηα αζχξκαηεο δηθηχσζεο, γηα παξάδεηγκα, θνξεηνχο ππνινγηζηέο θαη PDAs, ε P2P επηθνηλσλία νπνηεδήπνηε θαη νπνπδήπνηε είλαη κηα απνηειεζκαηηθή ιχζε γηα ηελ αληαιιαγή πιεξνθνξηψλ. Σα ζπζηήκαηα WMN είλαη ζε ζέζε λα ηθαλνπνηήζνπλ απηή ηε δήηεζε. Οη εθαξκνγέο απηέο δείρλνπλ φηη ηα WMN είλαη ην ππεξ-ζχλνιν ησλ ad hoc δηθηχσλ θαη γη απηφ ην ιφγν είλαη ζε ζέζε λα νινθιεξψζνπλ θαη λα θαιχςνπλ φιεο ηηο ιεηηνπξγίεο κηαο ad hoc δηθηχσζεο. 2.10 Παξάγνληεο ρεδηαζκνύ Πξηλ έλα δίθηπν ζρεδηαζηεί, αλαπηπρζεί θαη ιεηηνπξγήζεη, νη παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ θαζνξηζηηθά ηηο επηδφζεηο ηνπ πξέπεη λα ζεσξεζνχλ. Γηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα νη θξίζηκνη παξάγνληεο ζπλνςίδνληαη σο εμήο [1]: Σερληθέο Ραδηνθπκάησλ : Με γλψκνλα ηελ ηαρεία πξφνδν ησλ εκηαγσγψλ, νη RF ηερλνινγίεο, ε ζεσξία ηεο επηθνηλσλίαο θαη ηα αζχξκαηα ξαδηφθσλα έρνπλ ππνζηεί κηα ζεκαληηθή επαλάζηαζε. Απηή ηε ζηηγκή πνιιέο πξνζεγγίζεηο έρνπλ πξνηαζεί ψζηε λα απμεζεί ε ηθαλφηεηα θαη ε επειημία ησλ αζχξκαησλ ζπζηεκάησλ. Υαξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα πεξηιακβάλνπλ θαηεπζπληηθέο θαη έμππλεο θεξαίεο, ζπζηήκαηα MIMO (multiple-input and multiple-output) θαη πνιπξαδηνθσληθψλ-πνιπθαλαιηθψλ ζπζηεκάησλ. Μέρξη ζήκεξα, ε MIMO έρεη γίλεη κία απφ ηηο βαζηθέο ηερλνινγίεο γηα IEEE 802.11n. Σα πνιπξαδηνθσληθά chipsets θαη νη πιαηθφξκεο αλάπηπμεο ηνπο είλαη δηαζέζηκα ζηελ αγνξά. Γηα λα βειηησζεί πεξαηηέξσ ε απφδνζε ηνπ αζχξκαηνπ ξαδηνθψλνπ θαη ν έιεγρνο απφ ηα πξσηφθνιια αλψηεξσλ επηπέδσλ, πην πξνεγκέλεο ηερλνινγίεο ξαδηφθσλνπ φπσο αλαδηαξζξψζηκα ξαδηφθσλα, επθίλεηε/γλσζηηθή ζπρλφηεηα ξαδηνθψλνπ, αθφκε θαη ινγηζκηθφ ξαδηνθψλνπ έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί ζε αζχξκαηε επηθνηλσλία. 37

Παξά ην γεγνλφο φηη απηέο νη ηερλνινγίεο ξαδηφθσλνπ είλαη αθφκε ζηα πξψηα βήκαηα αλακέλεηαη λα είλαη ε κειινληηθή πιαηθφξκα γηα αζχξκαηα δίθηπα ιφγσ ηεο ηθαλφηεηαο ηνπο λα ειέγρνπλ δπλακηθά ηα ξαδηφθσλα. Απηέο νη πξνεγκέλεο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο απαηηνχλ κηα επαλαζηαηηθή ζρεδίαζε ζε πξσηφθνιια αλψηεξσλ επηπέδσλ θαη εηδηθά ζην MAC θαη ζηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο. Γηα παξάδεηγκα, φηαλ νη θαηεπζπληηθέο θεξαίεο εθαξκφδνληαη ζε ΗΔΔΔ 802.11 δίθηπα, έλα πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα ιακβάλεη ππφςε ηελ επηινγή ηεο θαηεχζπλζεο ησλ ηνκέσλ ηεο θεξαίαο. Οη θαηεπζπληηθέο θεξαίεο κπνξνχλ λα κεηψζνπλ ηελ έθζεζε ησλ θφκβσλ αιιά επίζεο λα δεκηνπξγήζνπλ θξπθνχο θφκβνπο. Έηζη, ηα πξσηφθνιια MAC πξέπεη λα επαλαζρεδηαζηνχλ ψζηε λα επηιπζεί απηφ ην δήηεκα. Όζνλ αθνξά ηα ζπζηήκαηα MIMO, ηα λέα πξσηφθνιια MAC είλαη επίζεο απαξαίηεηα. Δπεθηαζηκόηεηα. Ζ Multi-hop επηθνηλσλία είλαη θνηλή κε ηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα. Γηα δηθηχσζε πνιιψλ θφκβσλ, είλαη γλσζηφ φηη ηα πξσηφθνιια επηθνηλσλίαο έρνπλ πξφβιεκα θιηκάθσζεο, δειαδή, φηαλ ην κέγεζνο ηνπ δηθηχνπ απμάλεηαη, ε απφδνζε ηνπ δηθηχνπ ππνβαζκίδεηαη ζεκαληηθά. Σα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο κπνξεί λα κελ είλαη ζε ζέζε λα βξνπλ κηα αμηφπηζηε πνξεία δξνκνιφγεζεο. Σα πξσηφθνιια κεηαθνξάο ελδέρεηαη λα ράζνπλ ζπλδέζεηο θαη ηα πξσηφθνιια MAC κπνξεί λα παξνπζηάζνπλ ζεκαληηθή κείσζε απφδνζεο. Ωο ραξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα, ην ηξέρνλ IEEE 802.11 πξσηφθνιιν MAC θαη ηα παξάγσγά ηεο πνπ δελ κπνξνχλ λα επηηχρνπλ κηα ινγηθή απφδνζε θαζψο ν αξηζκφο ησλ hops απμάλεηαη ζε ηέζζεξα ή πεξηζζφηεξα hops (γηα 802.11b, ε απφδνζε TCP είλαη ρακειφηεξε απφ 1,0 Mbps). Ο ιφγνο γηα ρακειή επεθηαζηκφηεηα είλαη φηη ε end-to-end αμηνπηζηία πέθηεη απφηνκα θαζψο ην κέγεζνο ηνπ δηθηχνπ απμάλεηαη. ε αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα ιφγσ ηεο αξρηηεθηνληθήο ηνπ ad hoc, ηα θεληξηθά ζπζηήκαηα πνιιαπιήο πξφζβαζεο φπσο ην Time Division Multiple Access (TDMA) θαη o Code Division Multiple Access (CDMA) είλαη δχζθνιν λα εθαξκνζηνχλ ιφγσ ηεο πνιππινθφηεηαο ηνπο θαη ιφγσ κηαο γεληθήο απαίηεζεο γηα ζπγρξνληζκφ ηνπ ρξφλνπ γηα TDMA( θψδηθαο δηαρείξηζεο γηα CDMA). Έλα θαηαλεκεκέλν δίθηπν multi-hop κε αθξηβή ζπγρξνληζκφ ηνπ ρξφλνπ ζην πιαίζην ηνπ παγθφζκηνπ δηθηχνπ είλαη δχζθνιν 38

λα επηηεπρζεί. Έηζη, δηαλέκνληαη πνιιαπιήο πξφζβαζεο ζπζηήκαηα φπσο Αλίρλεπζεο Φέξνληνο Πνιιαπιήο Πξφζβαζεο κε Απνθπγή χγθξνπζεο (CSMA / CA). Ωζηφζν, ηα CSMA / CA έρνπλ πνιχ ρακειή ζπρλφηεηα επαλαρξεζηκνπνίεζεο-απφδνζεο, γεγνλφο πνπ πεξηνξίδεη ζεκαληηθά ηελ επεθηαζηκφηεηα ηνπ CSMA / CA. Βαζηδφκελνη ζε δίθηπα multi-hop, γηα λα βειηησζεί ε θιηκάθσζε ζε αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα ζρεδηάζηεθε έλα πβξηδηθφ ζχζηεκα πνιιαπιήο πξφζβαζεο κε CSMA / CA θαη TDMA ή CDMA. πλδεζηκόηεηα πιέγκαηνο. Πνιιά απφ ηα πιενλεθηήκαηα ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο πξνέξρνληαη απφ ηελ ζπλδεζηκφηεηα ηνπ πιέγκαηνο ε νπνία είλαη κηα θξίζηκε απαίηεζε γηα ην ζρεδηαζκφ ηνπ πξσηνθφιινπ, εηδηθά γηα MAC θαη πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο. Σν Γίθηπν απηφ-νξγάλσζεο θαη ηνπνινγίαο ειέγρεη ηνπο αιγνξίζκνπο θαη γεληθά είλαη απαξαίηεην. Σνπνινγία κε επίγλσζε MAC θαη πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο κπνξεί λα βειηηψζνπλ ζεκαληηθά ηελ απφδνζε ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο. Δπξπδσληθόηεηα θαη QoS. Γηαθνξεηηθέο απφ άιια ad hoc δίθηπα κε πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο είλαη νη επξπδσληθέο ππεξεζίεο κε δηάθνξεο απαηηήζεηο QoS. Έηζη, εθηφο απφ ηελ end-to-end θαζπζηέξεζε κεηάδνζεο, πεξηζζφηεξεο κεηξήζεηο απφδνζεο φπσο ε θαζπζηέξεζε, ε δηαθχκαλζε, ε jitter θαη ε απψιεηα παθέησλ, πξέπεη λα ειέγρνληαη απφ ηα πξσηφθνιια επηθνηλσλίαο. πκβαηόηεηα θαη δηαιεηηνπξγηθόηεηα. Πξφθεηηαη γηα έλα επηζπκεηφ ραξαθηεξηζηηθφ γηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα λα ππνζηεξίμεη ηελ πξφζβαζε ζην δίθηπν ηφζν γηα ηηο ζπκβαηηθέο φζν θαη γηα ηνπο mesh clients. Έηζη ηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα πξέπεη λα είλαη ζπκβαηά κε ηα ζπκβαηηθά client nodes αιιηψο ην θίλεηξν γηα ηελ αλάπηπμε ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο ζα είλαη ζεκαληηθά κεησκέλν. Ζ έληαμε ησλ WMNs κε άιια αζχξκαηα δίθηπα απαηηεί νξηζκέλνη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο λα έρνπλ ηε δπλαηφηεηα ηεο δηαιεηηνπξγηθφηεηαο κεηαμχ εηεξνγελψλ αζχξκαησλ δηθηχσλ. 39

Αζθάιεηα. Υσξίο κηα πεηζηηθή ιχζε αζθάιεηαο, ηα WMNs δελ ζα είλαη ζε ζέζε λα επηηχρνπλ ιφγσ ηεο έιιεηςεο ησλ θηλήηξσλ απφ ηνπο πειάηεο λα εγγξαθνχλ ζε αμηφπηζηεο ππεξεζίεο. Παξφιν πνπ πνιιά ζπζηήκαηα αζθαιείαο έρνπλ πξνηαζεί γηα αζχξκαηα δίθηπα LAN, δελ είλαη αθφκα έηνηκα γηα WMNs. Γηα παξάδεηγκα, δελ ππάξρεη αμηφπηζηε θεληξηθή αξρή λα δηαλέκεη έλα δεκφζην θιεηδί ζε έλα WMN ιφγσ ηεο θαηαλεκεκέλεο αξρηηεθηνληθήο ηνπ ζπζηήκαηνο. Σα ππάξρνληα ζπζηήκαηα αζθαιείαο πνπ πξνηείλνληαη γηα ad hoc δίθηπα κπνξνχλ λα πηνζεηεζνχλ γηα WMNs, αιιά ππάξρνπλ δηάθνξα δεηήκαηα. Οη πεξηζζφηεξεο ιχζεηο αζθαιείαο γηα ηα δίθηπα ad hoc δελ είλαη αθφκε αξθεηά ψξηκεο γηα λα εθαξκνζηνχλ ζηελ πξάμε. Ζ αξρηηεθηνληθή ηνπ δηθηχνπ ηνπ WMN είλαη δηαθνξεηηθή απφ έλα ζπκβαηηθφ δίθηπν ad hoc, ε νπνία πξνθαιεί δηαθνξέο ζηνπο κεραληζκνχο αζθαιείαο. Καηά ζπλέπεηα, ηα λέα ζπζηήκαηα αζθαιείαο πνπ θπκαίλνληαη απφ αιγφξηζκνπο θξππηνγξάθεζεο γηα ηελ αζθάιεηα θιείδαο θαηαλνκήο, MAC θαη αζθαιή πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο, αλίρλεπζε εηζβνιέσλ, θαζψο θαη ηελ παξαθνινχζεζε ηεο αζθάιεηαο πξέπεη λα αλαπηπρζνχλ. Δπθνιία ζηε ρξήζε. Σα πξσηφθνιια πξέπεη λα ζρεδηάδνληαη έηζη ψζηε ην δίθηπν λα είλαη φζν ην δπλαηφλ πεξηζζφηεξν απηφλνκν, κε ηελ έλλνηα ηεο απηφκαηεο δηαρείξηζεο ηεο ηζρχνο, ηελ απηφ-νξγάλσζε, ην δπλακηθφ έιεγρν ηνπνινγίαο, αλζεθηηθφ ζε πξνζσξηλή απνηπρία ζπλδέζκνπ θαη γξήγνξε ζπλδξνκή δηθηχνπ ειέγρνπ ηαπηφηεηαο ρξήζηε. Δπηπιένλ, ηα εξγαιεία δηαρείξηζεο δηθηχνπ πξέπεη λα αλαπηπρζνχλ γηα ηελ απνηειεζκαηηθή δηαηήξεζε ηεο ιεηηνπξγίαο, λα παξαθνινπζνχλ ηελ απφδνζε θαη λα ξπζκίδνπλ ηηο παξακέηξνπο ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο.σα εξγαιεία απηά καδί κε ηνπο απηφλνκνπο κεραληζκνχο ζε πξσηφθνιια ελεξγνπνηνχλ ηελ ηαρεία αλάπηπμε ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο. 40

2.11 Πιεγκαηηθό Multi-radio Σν πιεγκαηηθφ Multi-radio αλαθέξεηαη ζε έλα κνλαδηθφ δεπγάξη ξαδηνεπαθψλ ζε θάζε άθξν ηεο ζχλδεζεο [2]. Απηφ ζεκαίλεη φηη ππάξρεη κηα κνλαδηθή ζπρλφηεηα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα θάζε αζχξκαην αλαπήδεκα θαη ζπλεπψο, έλα εηδηθφ πεδίν ζχγθξνπζεο CSMA. Απηφ είλαη έλα αιεζηλφ πιέγκα φπνπ κπνξεί λα επηηχρεη ηε κέγηζηε απφδνζε ρσξίο λα ππνβαζκίδεηαη ην εχξνο δψλεο ζην πιέγκα θαη ρσξίο ηελ πξφζζεηε θαζπζηέξεζε. Έηζη, θσλή θαη βίληεν ιεηηνπξγνχλ αθξηβψο φπσο ζα έθαλαλ ζε έλα ελζχξκαην δίθηπν Ethernet. ηα αιεζηλά 802.11 δίθηπα, δελ ππάξρεη ε έλλνηα ηνπ πιέγκαηνο. Τπάξρνπλ κφλν ζεκεία πξφζβαζεο (AP) θαη ηαζκνί (STA). Έλαο θφκβνο πιέγκαηνο multi-radio ζα αθηεξψζεη έλα απφ ηηο ξαδηνεπαθέο γηα λα ιεηηνπξγήζεη σο έλαο ζηαζκφο θαη λα ζπλδεζείηε ζε έλαλ γεηηνληθφ θφκβν AP. Οη πεξηζζφηεξεο εξεπλεηηθέο εξγαζίεο γηα ηα αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο εληνπίδνληαη ζηνπο αθφινπζνπο ηνκείο. Νέα δηακόξθσζε ζπζηήκαηνο. Γηα λα επηηεπρζεί πςειφηεξνο ξπζκφο κεηάδνζεο, λέα επξπδσληθά ζπζηήκαηα κεηάδνζεο, εθηφο απφ OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) θαη UWB (Ultra wide-band) είλαη απαξαίηεηα. Πξνεγκέλε θεξαία επεμεξγαζίαο. Πξνεγκέλε θεξαία κεηαπνίεζεο, ζπκπεξηιακβαλνκέλεο ηεο θαηεχζπλζεο θαη θεξαία πνιιαπιήο ηερλνινγίαο είλαη ππφ δηεξεχλεζε, αιιά ε πνιππινθφηεηα θαη ην θφζηνο ηνπο είλαη αθφκε ππεξβνιηθά πςειά γηα ηελ επξεία εκπνξεπκαηνπνίεζε. Δπέιηθηε δηαρείξηζε ηνπ ξαδηνθάζκαηνο. Σεξάζηηεο πξνζπάζεηεο έξεπλαο ζηηο ηερληθέο επέιηθηεο ζπρλφηεηαο πξαγκαηνπνηνχληαη γηα ηελ αχμεζε ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο. Cross-layer ζρεδηαζκόο. Ζ αλάπηπμε Cross-layer ιχζεσλ είλαη έλα δεκνθηιέο ηξέρνλ εξεπλεηηθφ ζέκα φπνπ νη πιεξνθνξίεο είλαη θνηλέο κεηαμχ ησλ δηαθνξεηηθψλ ζηξσκάησλ ησλ επηθνηλσληψλ, πξνθεηκέλνπ λα απμεζεί ε γλψζε θαη ε ηξέρνπζα θαηάζηαζε ηνπ δηθηχνπ. Απηφ ζα κπνξνχζε λα επηηξέςεη ηελ αλάπηπμε λέσλ θαη πην απνδνηηθψλ πξσηνθφιισλ. Έλα θνηλφ πξσηφθνιιν πνπ ζπλδπάδεη δηάθνξα πξνβιήκαηα ζρεδίαζεο, φπσο ε δξνκνιφγεζε, ν πξνγξακκαηηζκφο, ην θαλάιη 41

αλάζεζεο θιπ. κπνξνχλ λα επηηχρνπλ πςειφηεξεο επηδφζεηο, δεδνκέλνπ φηη έρεη απνδεηρζεί φηη απηά ηα πξνβιήκαηα είλαη έληνλα ζπζρεηηδφκελα. Δίλαη ζεκαληηθφ λα ζεκεησζεί φηη ν απξφζεθηνο cross-layer ζρεδηαζκφο ζα κπνξνχζε λα νδεγήζεη ζε θψδηθα ν νπνίνο είλαη δχζθνιν λα δηαηεξεζεί θαη λα επεθηαζεί. 2.12 Πξσηόθνιια Γξνκνιόγεζεο Aλαθνξηθά ππάξρνπλ πεξηζζφηεξα απφ 70 αληαγσληζηηθά πξνγξάκκαηα γηα ηε δξνκνιφγεζε παθέησλ κέζσ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ. Μεξηθά απφ απηά πεξηιακβάλνπλ [2]: AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) B.A.T.M.A.N. (Better Approach To Mobile Adhoc Networking) Babel (protocol) (a distance-vector routing protocol for IPv6 and IPv4 with fast convergence properties) DNVR (Dynamic NIx-Vector Routing) DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) DSR (Dynamic Source Routing) HSLS (Hazy-Sighted Link State) IWMP (Infrastructure Wireless Mesh Protocol) for Infrastructure Mesh Networks MRP (Wireless mesh networks routing protocol) OLSR (Optimized Link State Routing protocol) OORP (OrderOne Routing Protocol) (OrderOne Networks Routing Protocol) OSPF (Open Shortest Path First Routing) PWRP (Predictive Wireless Routing Protocol) TORA (Temporally-Ordered Routing Algorithm) Σν IEEE αλαπηχζζεη έλα ζχλνιν πξνηχπσλ ππφ ηνλ ηίηιν 802.11s πξνθεηκέλνπ λα θαζνξίζνπλ ηελ αξρηηεθηνληθή θαη ην πξσηφθνιιν γηα ην ESS Networking Mesh. 42

3 IEEE 802.11s ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 3.1 Δηζαγσγή Σν αζχξκαην ηνπηθφ δίθηπν IEEE 802.11 είλαη κία νηθνγέλεηα πξνηχπσλ ε νπνία ρξεζηκνπνηείηαη γηα lowcost ππεξεζίεο δεδνκέλσλ. Κιεηδί γηα ηελ επηηπρία ηνπ είλαη ηα 2,4 θαη 5 GHz. Οη πεξηνξηζκνί ζηελ ηζρχ κεηάδνζεο πνπ επηβάιινπλ, νθείινληαη ζε ξπζκηζηηθέο απαηηήζεηο πνπ πεξηνξίδνπλ ηελ εκβέιεηα πνπ κπνξνχλ λα επηηεπρζνχλ κε WLANs ζηηο δψλεο απηέο.. Γηα λα μεπεξαζηνχλ νη πεξηνξηζκνί ηεο single-hop επηθνηλσλίαο, ηα παθέηα δεδνκέλσλ πξέπεη λα δηαζρίζoπλ πάλσ απφ πνιιαπιά αζχξκαηα hop θαη αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα. Απφ ην 2004 ε Οκάδα Δξγαζίαο 802.11 s έρεη αλαπηχμεη κηα ηξνπνπνίεζε ζην ππάξρνλ πξφηππν 802.11 γηα ηελ αληηκεηψπηζε αθξηβψο ηεο πξναλαθεξζείζαο αλάγθεο γηα επηθνηλσλία πνιιαπιψλ βεκάησλ [4]. Δθηφο απφ ηελ εηζαγσγή αζχξκαησλ πιαηζίσλ πξνψζεζεο θαη δπλαηφηεηεο δξνκνιφγεζεο ζην ζηξψκα MAC, ε ηξνπνπνίεζε 802.11s θέξλεη λέα δηαζπλεξγαζία θαη αζθάιεηα. Σα Aζχξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα παξέρνπλ κείσζε ηνπ θφζηνπο ησλ ππνδνκψλ γηα ηα δίθηπα πξφζβαζεο πνπ εθηείλνληαη κέρξη θαη εθαηνληάδεο ηεηξαγσληθά κίιηα πεξηνξίδνληαο ηε ρξήζε ησλ δαπαλεξψλ ελζχξκαησλ ζεκείσλ εηζφδνπ πνπ παξέρνπλ πξφζβαζε ζην Γηαδίθηπν[4]. Δπηπιένλ, νη πνιιαπιάζηεο, πεξηηηέο αζχξκαηεο δηαδξνκέο είλαη ζε ζέζε λα θαζνδεγήζνπλ γχξσ απφ ηα ειαηηψκαηα δηθηχσλ ζε απηνζεξαπεία. Οξίδνπκε ηα δίθηπα απηά σο δχν ηαρπηήησλ (επηπέδσλ) πιεγκαηηθά δίθηπα, ηα νπνία απνηεινχληαη απφ κηα βαζκίδα (επίπεδν) backhaul θαη κηα ζεηξά πξφζβαζεο (θφκβνο πιέγκαηνο ζηνλ πειάηε). Αληί γηα ην ηππηθφ ελζχξκαην backhaul, νη αζχξκαηνη θφκβνη πιέγκαηνο δηαβηβάδνπλ ηα δεδνκέλα απφ θαη πξνο ηα ζεκεία εηζφδσλ θαισδηψζεσλ. Οη πειάηεο ή νη θφκβνη πξφζβαζεο ζε φιε ηελ πεξηνρή θάιπςεο ζπλδένληαη έπεηηα κε ηνπο ηνπηθνχο θφκβνπο πιέγκαηνο γηα λα ιάβνπλ ηε ζπλδεζηκφηεηα πίζσ ζην δίθηπν θαισδηψζεσλ. Σα αζηηθνχ επηπέδνπ δχν ηαρπηήησλ πιεγκαηηθά δίθηπα γίλνληαη ειθπζηηθά γηα ηνπο κεηξνπνιηηηθνχο ηνκείο φισλ ησλ κεγεζψλ θαη κε απηφλ ηνλ ηξφπν, αλαδηακνξθψλνπλ ηνπο παξαδνζηαθνχο ξφινπο ησλ δεκνηηθψλ δηθηχσλ πξφζβαζεο. 43

Πνιιέο πφιεηο έρνπλ επεθηείλεη ήδε ηα πιεγκαηηθά δίθηπα γηα λα βνεζήζνπλ ηε δεκφζηα ππεξεζία θαη ην πξνζσπηθφ αζθάιεηαο, π.ρ., ηε Νέα Οξιεάλε θαη ην SAN Mateo. Άιιεο πφιεηο, φπσο ε Philadelphia, ην Houston θαη ην αλ Φξαλζίζθν πξνγξακκαηίδνπλ ηηο αζηηθνχ επηπέδνπ δχν ηαρπηήησλ επεθηάζεηο πιέγκαηνο γηα λα παξέρνπλ πξφζζεηα ηε δεκφζηα επξπδσληθή πξφζβαζε Γηαδηθηχνπ. Μηα δχν επηπέδσλ δνθηκή πιέγκαηνο ζην αλαηνιηθφ ηέινο ηνπ Υηνχζηνλ παξέρεη ηελ πξφζβαζε Γηαδηθηχνπ ζηνπο θαηνίθνπο κηαο ρακεινχ εηζνδήκαηνο γεηηνληάο πνπ εθηείλεηαη ζηα δχν ηεηξαγσληθά κίιηα. Δπηπιένλ κηα ζεηξά απφ ελφο επηπέδνπ δίθηπα έρνπλ επεθηαζεί κέζσ ηεο «νξγαληθήο αχμεζεο» κέζσ ησλ εζεινληψλ ελαληίνλ πξνγξακκαηηζκέλεο κεγάιεο θιίκαθαο δχν ηαρπηήησλ επεθηάζεσλ γηα ηελ αζηηθνχ επηπέδνπ θάιπςε. Απηέο νη πξνγξακκαηηζκέλεο θαη ππάξρνπζεο επεθηάζεηο έρνπλ δηεπθνιπλζεί απφ ην IEEE 802.11 πνπ παξέρεη ηνπο ηππνπνηεκέλνπο ηχπνπο δηακφξθσζεο (802.11a, b, θαη g) θαη ηε δηαθνξνπνίεζε ππεξεζηψλ (802.11e). Πεξαηηέξσ, νη ηξνπνπνηήζεηο αζθάιεηαο ζηελ ηππνπνηεκέλε (802.11i) θαη νη πνιιαπιψλ εηζφδσλ θαη εμφδσλ επηθνηλσλία (MIMO) απφ ηελ νκάδα ζηφρνπ (TGn) κπνξνχλ λα εληζρχζνπλ ζεκαληηθά ηε ιεηηνπξγία πιέγκαηνο. Ζ θηλεηή ad hoc νκάδα εξγαζίαο δηθηχνπ (MANET) έρεη ηππνπνηήζεη πνιιά πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο multihop φπσο ε εηδηθή θαηφπηλ παξαγγειίαο απφκαθξε δξνκνιφγεζε δηαλχζκαηνο (AODV), ε δπλακηθή πεγή θαζνδήγεζεο (DSR) θαη ε βειηηζηνπνηεκέλε θξαηηθή δξνκνιφγεζε ζπλδέζεσλ (OLSR). Σψξα, ε απμαλφκελε απαίηεζε γηα ηα πιεγκαηηθά δίθηπα απαηηεί λέα πξφηππα απφ ηα νπνία νη θαηαζθεπαζηέο δηθηχσζεο κπνξνχλ λα επεθηείλνπλ ηε δηαιεηηνπξγηθφηεηα ηνπ πιηθνχ θαη ηνπ ινγηζκηθνχ γηα ηηο multi-vendor επεθηάζεηο πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ. Σν 2004, κηα νκάδα εξγαζίαο (TG) δεκηνπξγήζεθε γηα λα θαζνξίζεη ην εθηεηακέλν ζχλνιν ππεξεζηψλ (ESS) πξφηππνπ δηθηχσζεο. Μέρξη ζήκεξα, ην ηππνπνηεκέλν πξφηππν (802.11s) ππάξρεη σο εληαία πξφηαζε πνπ απνηειείηαη απφ ηα επίιεθηα ραξαθηεξηζηηθά πξνηάζεσλ απφ ηηο δηάθνξεο νξγαλψζεηο. Σν IETF δελ έρεη θακία ηέηνηα νκάδα γηα ηε δηθηχσζε πιέγκαηνο. Τπάξρνπλ ηξεηο ηερληθέο πξνθιήζεηο πνπ ηα πξφηππα πιέγκαηνο IEEE 802.11s πξέπεη λα ιχζνπλ έηζη ψζηε νη ηξέρνπζεο θαη κειινληηθέο επεθηάζεηο κπνξνχλ απνηειεζκαηηθά λα παξέρνπλ ην εχξνο δψλεο πέξα απφ ηηο κεγάιεο πεξηνρέο θάιπςεο: (i) ε απνηειεζκαηηθή ρξήζε ησλ πεξηνξηζκέλσλ πόξσλ από ελδηάκεζνπο θόκβνπο πιέγκαηνο ρξεζηκνπνηνύληαη ηόζν γηα ηελ πεγή όζν θαη γηα ηα ζηνηρεία πάλσ από ην πιέγκα, (ii) ηελ πξνζηαζία θαη δηαηήξεζε ησλ θπζηθώλ πόξσλ, ηόζν γηα ηε 44

δηαζθάιηζε ησλ δεδνκέλσλ γηα επαίζζεηεο εθαξκνγέο θαη εμνηθνλόκεζε ελέξγεηαο γηα ηε καθξνπξόζεζκε ιεηηνπξγία ησλ θηλεηώλ αζύξκαησλ ζπζθεπώλ θαη (iii) παξέρνληαο ηε δηθαηνζύλε κέζσ ηεο απνβνιήο ηεο ρσξηθήο πξνθαηάιεςεο, δει., δηαβεβαίσζε όηη νη θόκβνη πιέγκαηνο πην θνληά ζηνπο θόκβνπο ππιώλ δελ επηηπγράλνπλ ηελ πςειόηεξε απόδνζε από ηνπο θόκβνπο πιέγκαηνο ηνπ κεγαιύηεξνπ hop count. Αξηζκόο Πεξηγξαθή Πξνηύπνπ 802.11 Σν αξρηθφ πξφηππν WLAN. Τπνζηεξίδεη ηαρχηεηεο απφ 1 έσο 2 Mbps. 802.11a Πξφηππν WLAN πςειήο ηαρχηεηαο γηα ηε δψλε ησλ 5 GHz. Τπνζηεξίδεη ηαρχηεηεο έσο 54 Mbps. 802.11b Πξφηππν WLAN γηα ηε δψλε ησλ 2.4 GHz. Τπνζηεξίδεη ηαρχηεηεο έσο 11 Mbps. 802.11e Τπνζηήξημε πνηφηεηαο ππεξεζηψλ γηα ηα WLAN. 802.11f Οξηζκφο επηθνηλσλίαο κεηαμχ ησλ ζεκείσλ πξφζβαζεο, πξνθεηκέλνπ λα δηεπθνιπλζεί ε επηθνηλσλία πνιιψλ θαηαλεκεκέλσλ WLANs. 802.11g Καζηέξσζε επηπιένλ ηερληθήο δηακφξθσζεο ζηε δψλε ησλ 2.4 GHz, κε ζθνπφ ηελ επίηεπμε ηαρπηήησλ έσο 54 Mbps. 802.11h Οξηζκφο δηαρείξηζεο θάζκαηνο ζηε δψλε ησλ 5 GHz γηα ρξήζε ζηελ Δπξψπε θαη ηελ Αζία. 802.11i Αλαθνξά ζηηο αδπλακίεο αζθάιεηαο ησλ πξσηνθφιισλ πηζηνπνίεζεο θαη θσδηθνπνίεζεο. Σν πξφηππν απηφ ζπκπεξηιακβάλεη ηα πξσηφθνιια 802.1X, TKIP, θαη AES Πίλαθαο 2: Σα ΗΔΔΔ πξόηππα γηα αζύξκαηε δηθηύσζε 3.2 IEEE 802.11s Σν IEEE 802.11s είλαη ην πξφηππν πνπ αθνξά ηελ πιεγκαηηθή δηθηχσζε, πξνζδηνξίδνληαο ηνλ ηξφπν πνπ νη αζχξκαηεο ζπζθεπέο κπνξνχλ λα δηαζπλδεζνχλ γηα ηε δεκηνπξγία ελφο πιέγκαηνο δηθηχνπ WLAN, ην νπνίν κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηηο ζηαηηθέο ηνπνινγίεο θαη ηα ad-hoc δίθηπα. Ζ WLAN ηερλνινγία ησλ Wireless Mesh Networks, ε νπνία πξνζθέξεη επέιηθηεο δηακνξθψζεηο επξπδσληθoχ δηθηχνπ αλεμάξηεηα απφ ην ζηαζεξφ δίθηπν, 45

πξνζειθχεη ηελ πξνζνρή σο κηα ζηνηρεηψδε ηερλνινγία γηα ηα κειινληηθά δίθηπα πνπ απνηεινχληαη απφ δηάθνξνπο ηχπνπο ηεξκαηηθψλ πεξηιακβάλνληαο ηηο ςεθηαθέο ζπζθεπέο, ηνπο πξνζσπηθνχο ππνινγηζηέο θαη ηα θηλεηά ηεξκαηηθά. Δηθόλα 12: Παξάδεηγκα 802.11s network. Σνλ επηέκβξην ηνπ 2003, ην IEEE μεθίλεζε κηα νκάδα κειέηεο λα δηεξεπλήζεη πξνζζέηνληαο αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα σο ηξνπνινγία γηα ην IEEE 802.11 πξφηππν. Έλα ρξφλν αξγφηεξα, ε νκάδα κειέηεο έγηλε ε Οκάδα Δξγαζίαο 802.11s (TGs), ε νπνία εθδίδεη ην πξψην ηεο πξνζρέδην (draft) ηνλ Μάξηην ηνπ 2006. Σν επηέκβξην ηνπ 2012 νινθιεξψζεθε ε δηαδηθαζία ηεο πξνηππνίεζεο. Παξφια απηά, εκπνξηθέο εθαξκνγέο απηνχ ηνπ ζρεδίνπ είλαη ήδε δηαζέζηκεο ζε νξηζκέλεο αζχξκαηεο ζπζθεπέο(olpc 2008 θαη Open802.11s - 2008). 46

3.3 Γνκή Πιαηζίνπ Σν 802.11 ηαμηλνκεί ηα πιαίζηα σο δεδνκέλα, έιεγρν ή δηαρείξηζε. Σα πιαίζηα δεδνκέλσλ θέξλνπλ πςειφηεξα ζηξψκαηα δεδνκέλσλ. Σα πιαίζηα ειέγρνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα αλαγλσξίζεηο θαη θξαηήζεηο [5]. Οη ζπζθεπέο ρξεζηκνπνηνχλ ηα δηνηθεηηθά πιαίζηα γηα λα εγθαζηζηνχλ, νξγαλψλνπλ θαη λα δηαηεξνχλ έλα WLAN θαη ηελ ηνπηθή ζχλδεζε. Γηα ηελ παξνρή ζην multihop, ην 802.11s επεθηείλεη ηα πιαίζηα δεδνκέλσλ θαη ηα πιαίζηα δηαρείξηζεο πξνζζέηνληαο έλα ηνκέα ειέγρνπ πιέγκαηνο. Σν πεδίν ειέγρνπ πιέγκαηνο απνηειείηαη απφ έλα πιέγκα δηάξθεηαο δσήο (TTL), έλαλ αξηζκφ αθνινπζίαο πιέγκαηνο, έλα mesh flags field θαη ελδερνκέλσο έλαλ ηνκέα επέθηαζεο δηεπζχλζεσλ πιέγκαηνο. Οη ηνκείο TTL θαη αθνινπζίαο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα απνηξέςνπλ ηα πιαίζηα απφ λα επαλαιακβάλνληαη γηα πάληα. Όηαλ νη ζηαζκνί πιέγκαηνο επηθνηλσλνχλ πέξα απφ έλαλ single-hop, ηα πιαίζηά ηνπο δελ θέξνπλ ηνλ ηνκέα ειέγρνπ πιέγκαηνο. To mesh flags field δείρλεη ηελ παξνπζία πξφζζεησλ δηεπζχλζεσλ ηεο MAC ζηνλ ηνκέα ειέγρνπ πιέγκαηνο. Ζ επέθηαζε δηεπζχλζεσλ επηηξέπεη ζπλνιηθά έμη ηνκείο δηεπζχλζεσλ ζε έλα πιαίζην πιέγκαηνο. Απηφ είλαη ρξήζηκν φηαλ ε πεγή θαη ν πξννξηζκφο ηνπ πιαηζίνπ δελ είλαη κέξνο ηνπ πιέγκαηνο, αιιά είλαη αληηθαηαζηάηεο (proxied) ησλ ζηαζκψλ πιέγκαηνο. Δπηπιένλ, ε επέθηαζε ζε έμη δηεπζχλζεηο επηηξέπεη ηε δπλακηθή δξνκνιφγεζε. Ζ δπλακηθή δξνκνιφγεζε δηαηξεί κηα πνξεία ζε δχν επδηάθξηηεο δηαδξνκέο γηα λα απινπνηήζεη ηελ επηινγή πνξεηψλ. Δηθόλα 13: To πεδίν ειέγρνπ ηνπ 802.11s είλαη κέξνο ηνπ ζώκαηνο ηνπ πιαηζίνπ. 47

3.4 Αξρηηεθηνληθή 802.11s Γηθηύσλ 3.4.1 Σχπνη ζπζθεπψλ θαη Γηακφξθσζε δηθηχνπ Όπσο θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα, έλα πιεγκαηηθφ δίθηπν απνηειείηαη απφ πιεγκαηηθά ζεκεία (Mesh Points-MPs) πνπ είλαη εμνπιηζκέλα κφλν κε WLAN Mesh Network ιεηηνπξγίεο, ηα ζεκεία πξφζβαζεο (Mesh Access Points-MAPs) πνπ είλαη εμνπιηζκέλα κε ηε ιεηηνπξγία ζεκείνπ πξφζβαζεο επηπξφζζεηα κε ηηο ΜΡ ιεηηνπξγίεο [6]. Έλαο ΜΡ εγθαηεζηεκέλνο καδί κε κία πιεγκαηηθή πχιε (Mesh Portal-MPP) πνπ είλαη εμνπιηζκέλα κε κηα ιεηηνπξγηθή πχιε γηα ηε ζχλδεζε ζε έλα εμσηεξηθφ δίθηπν ζε ζπλεξγαζία κε ηηο ΜΡ ιεηηνπξγίεο, θαη ζηαζκνχο (SΣΑs) πνπ είλα θιεξνλνκηά ησλ WLAN ζηαζκψλ πνπ δελ δηαζέηνπλ πιεγκαηηθέο WLAN ιεηηνπξγίεο. Έλα πιαίζην αζχξκαηνπ ζπζηήκαηνο δηαλνκήο (WDS) ρξεζηκνπνηείηαη εδψ γηα λα κεηαθέξεη ηα δεδνκέλα κεηαμχ ησλ θφκβσλ MP, MAP θαη MPP. Δηθόλα 14: Γηακόξθσζε ελόο WLAN αζύξκαηνπ δηθηύνπ 3.4.2 Υξεζηηθφηεηα Μνληέινπ Σν IEEE 802.11s πξφηππν νξακαηίδεηαη κηα κηθξή πξνο κεζαία θιίκαθα ζε κέγεζνο δίθηπα κε κέγηζην αξηζκφ 32 ΜPs (ΜΑΡs πεξηιακβάλνληαη). Πξαθηηθά, θάζε MAP κπνξεί λα ζπλδεζεί ζε πνιιά STAs επηηξέπνληαο ζε νιφθιεξν ην δίθηπν λα θηινμελήζεη κεξηθέο εθαηνληάδεο ηεξκαηηθά. Πνιιαπιά πιεγκαηηθά δίθηπα κπνξνχλ επίζεο λα δηαζπλδεζνχλ κε πεξαηηέξσ επέθηαζε ηεο θιίκαθαο ηνπ δηθηχνπ. Πεξηκέλνπκε ηέηνηεο ηερλνινγίεο λα εθαξκνζηνχλ ζε κηα κεγάιε πνηθηιία απφ 48

πεξηβάιινληα. Απηά κπνξεί λα είλαη νηθηαθά δίθηπα πνπ ζπλδένπλ ςεθηαθέο ζπζθεπέο, πξνζσπηθνί ειεθηξνληθνί ππνινγηζηέο θαη άιιεο ζπζθεπέο. Γίθηπα γξαθείνπ ηα νπνία ζπλζέηνπλ ηνπηθά δίθηπα, παλεπηζηεκηαθά δίθηπα θαη δεκφζηα δίθηπα γηα ηηο εκπνξηθέο πεξηνρέο θαη ηα ad hoc δίθηπα γηα ηελ δηαζχλδεζε θηλεηψλ ηεξκαηηθψλ. 3.4.3 Τβξηδηθφ Αζχξκαην Mesh πξσηφθνιιν- HWMP Σν Hybrid Wireless Mesh Protocol (Υβξηδηθό Αζύξκαην Mesh πξσηόθνιιν, HWMP) είλαη ην default πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο γηα ηελ IEEE 802.11s WLAN mesh δηθηχσζε. Κάζε ζπκβαηή ζπζθεπή κε ην IEEE 802.11s ζα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεί απηφ ην πξσηφθνιιν επηινγήο δηαδξνκήο. Σν γεγνλφο απηφ επηηξέπεη ηελ δηαιεηηνπξγηθφηεηα κεηαμχ ζπζθεπψλ δηαθνξεηηθψλ θαηαζθεπαζηψλ. Ωο πβξηδηθφ πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο, ην HWMP πεξηέρεη ζπγρξφλσο πξνιεπηηθά (proactive) θαη δπλακηθά (reactive) ζηνηρεία δξνκνιφγεζεο. Ζ αξρή ηνπ HWMP είλαη κηα πξνζαξκνγή ηνπ δπλακηθνχ Ad hoc πξσηνθφιινπ δξνκνιφγεζεο On-demand Distance Vector (AODV, πνπ νλνκάδεηαη Radio-Metric AODV (RM- AODV). Δλψ ην AODV ιεηηνπξγεί ζην επίπεδν 3 κε ΗΡ δηεπζχλζεηο θαη ρξεζηκνπνηεί ηνλ αξηζκφ αικάησλ ζαλ κέηξν δξνκνιφγεζεο, ην RM-AODV ιεηηνπξγεί ζην επίπεδν 2 κε MAC δηεπζχλζεηο θαη ρξεζηκνπνηεί έλα κέηξν παξαθνινχζεζεο κεηαδφζεσλ γηα ηελ επηινγή δηαδξνκήο. Έλα ζεκείν ηνπ πιέγκαηνο, ζπλήζσο κηα πχιε, κπνξεί λα ξπζκηζηεί ψζηε λα κεηαδίδεη πεξηνδηθά mesh αλαθνηλψζεηο, νη νπνίεο δεκηνπξγνχλ έλα δέληξν κε ηελ πχιε ζαλ ηελ ξίδα ηνπ δέληξνπ. Μηα απφ απηέο ηηο mesh πχιεο πνπ εθπέκπνπλ πεξηνδηθά απηέο ηηο αλαθνηλψζεηο, ζα γίλεη ε νξηζκέλε mesh πύιε-ξίδα κέζσ ξχζκηζεο ή κηαο δηαδηθαζίαο επηινγήο. Αλάινγα κε ηελ ξχζκηζε απηήο ηεο πχιεοξίδαο, ηα ζεκεία ηνπ πιέγκαηνο πνπ ιακβάλνπλ ηηο αλαθνηλψζεηο θαηαγξάθνπλ ηελ πχιε ή φρη (θαηάζηαζε θαηαγξαθήο ή κε θαηάζηαζε θαηαγξαθήο). 49

Δηθόλα 15: Παξακεηξνπνίεζε ελόο HWMP Σν δεκηνπξγεκέλν θαη δηαηεξνχκελν δέληξν επηηξέπεη ηελ πξνιεπηηθή δξνκνιφγεζε πξνο ηηο mesh πχιεο. Απηή ε πξνιεπηηθή επέθηαζε ηνπ HWMP ρξεζηκνπνηεί ηελ ίδηα κεζνδνινγία δηαλχζκαηνο απφζηαζεο. Δηθόλα 16: Γνκή ελόο HWMP route request Ζ πβξηδηθή θχζε θαη ε δπλαηφηεηα ξχζκηζεο ηνπ HWMP, πνπ παξνπζηάδεηαη ζηελ παξαπάλσ εηθφλα, παξέρεη θαιή απφδνζε θαη φια ηα πηζαλά ζελάξηα ρξήζεο. Σν HWMP ρξεζηκνπνηεί αξηζκνχο αθνινπζίαο πξννξηζκψλ γηα λα αληρλεχζεη απαξραησκέλεο ή αλαθξηβείο πιεξνθνξίεο δξνκνιφγεζεο. Οη πξφζθαηα ιεθζείζεο πιεξνθνξίεο δξνκνιφγεζεο κε κηθξφηεξν αξηζκφ αθνινπζίαο απφ ηνλ αξηζκφ ηεο αληηπξνζσπεπηηθήο πιεξνθνξίαο πνπ είλαη ήδε γλσζηή ζην ζεκείν ηνπ πιέγκαηνο, ζα αγλνεζεί γηαηί είλαη απαξραησκέλε. Με απηφ ηνλ ηξφπν απνθεχγεηαη ε δεκηνπξγία βξφρσλ δξνκνιφγεζεο θαη πξνβιήκαηα γλσζηά ζηα θιαζηθά πξσηφθνιια 50

δηαλχζκαηνο απφζηαζεο, φπσο ε «θαηακέηξεζε κέρξη ην άπεηξν». Οη εγγξαθέο ζηνπο πίλαθεο δξνκνιφγεζεο (φπσο νη δηαδξνκέο) έρνπλ έλα ρξφλν δσήο πνπ ζπλδέεηαη κε απηέο. Σν ραξαθηεξηζηηθφ απηφ ζα δηαγξάςεη απηφκαηα αρξεζηκνπνίεηεο δηαδξνκέο, φηαλ ν ρξφλνο δσήο ηνπο έρεη παξέιζεη. Ο ρξφλνο δσήο επαλεθηλείηαη θάζε θνξά πνπ πιαίζηα δεδνκέλσλ κεηαδίδνληαη κέζσ ηεο δηαδξνκήο ή κέζσ κελπκάησλ ειέγρνπ δξνκνιφγεζεο. 3.5 Μεραληζκνί επηινγήο δηαδξνκήο Σν IEEE 802.11s πξνηείλεη έλα ππνρξεσηηθφ πξσηφθνιιν επηινγήο δηαδξνκήο, κηα πβξηδηθή (πξνιεπηηθή / αληηδξαζηηθή) θίλεζε πνπ γλσξίδεη ην πξσηφθνιιν πνπ νλνκάδεηαη HWMP- Τβξηδηθά αζχξκαην πξσηφθνιιν πιέγκαηνο. Μνινλφηη ην πξφηππν εμαζθαιίδεη ζπκβαηφηεηα κεηαμχ ζπζθεπψλ δηαθνξεηηθψλ πξνκεζεπηψλ ππαγνξεχνληαο ππνρξεσηηθνχο κεραληζκνχο (HWMP and the Airtime Link Metric), πεξηιακβάλεη επίζεο έλα επεθηάζηκν πιαίζην πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ ππνζηήξημε ησλ εηδηθψλ αλαγθψλ εθαξκνγήο [7]. Πξνθεηκέλνπ λα αληαιιάμνπλ απηέο ηηο παξακέηξνπο δηακφξθσζεο, έλα ζηνηρείν δηακφξθσζεο πιέγκαηνο κεηαθέξεηαη απφ ηα πιαίζηα αλαγλσξηζηηθψλ ζεκάησλ, φκνηα αλνηθηά πιαίζηα ζπλδέζεσλ θαη φκνηα ζχλδεζε επηβεβαηψλνπλ ηα πιαίζηα. Σν ζηνηρείν δηακφξθσζεο πιέγκαηνο πεξηέρεη, κεηαμχ άιισλ ππφ-πεδία, έλα ελεξγφ πξνζδηνξηζηηθφ πξσηνθφιινπ επηινγήο πνξεηψλ θαη έλα ελεξγφ πξνζδηνξηζηηθφ κεηξηθφ επηινγήο πνξεηψλ. 3.6 Γξνκνιόγεζε ζηα 802.11s Γίθηπα Σν IEEE 802.11s, ην πξνεπηιεγκέλν πβξηδηθφ αζχξκαην πξσηφθνιιν πιέγκαηνο (HWMP) ζπλδπάδεη ηελ επειημία ηεο αληηδξαζηηθήο On-demand αλαθάιπςεο δηαδξνκψλ θαη ηελ απνδνηηθφηεηα ηεο δπλακηθήο δξνκνιφγεζεο. πγθεθξηκέλα, ν αληηδξαζηηθφο On-demand ηξφπνο ζην HWMP είλαη βαζηζκέλνο ζην Radio-Metric Ad hoc On-demand Distance Vector (RM-AODV) πξσηφθνιιν, ελψ ν δπλακηθφο ηξφπνο εθαξκφδεηαη απφ ηελ δελδξηθή δξνκνιφγεζεο. Έλαο ηέηνηνο 51

ζπλδπαζκφο κπνξεί λα επηηχρεη ηε βέιηηζηε θαη απνδνηηθή επηινγή πνξείαο. Σν πξφηππν θαζνξίδεη επίζεο έλα πξναηξεηηθφ Radio Aware-Optimized Link State Routing (RAOLSR) πνπ ρξεζηκνπνηεί πνιιαπιά relays, έλα ππνζχλνιν ησλ θφκβσλ πνπ θαηαθιχδεη κηα aware link metric, σο εθ ηνχηνπ, κεηψλεη ηα γεληθά έμνδα ειέγρνπ απφ ην πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο [4]. Ωζηφζν, απφ ην πξνζρέδην 1.07, ην πξναηξεηηθφ πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο αθαηξείηαη απφ ην 802.11s [8]. Όινη νη ηξφπνη ιεηηνπξγίαο ηνπ HWMP ρξεζηκνπνηνχλ θνηλνχο θαλφλεο επεμεξγαζίαο θαη αξρέηππα. Σα ζηνηρεία πιεξνθνξηψλ ηνπ HWMP είλαη ην Path Request (PREQ), ην Path Replay (PREP), ην Path Error (PERR) θαη ην Root Announcement (RANN). Σν κεηξηθφ θφζηνο ησλ ζπλδέζεσλ θαζνξίδεη πνηεο πνξείεο θηηάρνπλ ηα HWMP. Πξνθεηκέλνπ λα δηαδνζνχλ νη κεηξηθέο πιεξνθνξίεο κεηαμχ ησλ ζηαζκψλ πιέγκαηνο, έλαο κεηξηθφο ηνκέαο ρξεζηκνπνηείηαη ζηα ζηνηρεία PREQ, PREP θαη RANN. Σν HWMP κπνξεί λα ππνζηεξίμεη ηηο δηάθνξεο κεηξηθέο ζηελ επηινγή πνξείαο, φπσο ε απφδνζε, ην QoS, ε εμηζνξξφπεζε θνξηίνπ, ην power-aware θιπ. Ζ κεηξηθή πξνεπηινγή είλαη ην κεηξηθφ θφζηνο ρξφλνπ νκηιίαο, φπνπ εμεηάδεη ηα γεληθά έμνδα πξσηνθφιινπ PHY θαη ηεο MAC, ηνπ σθέιηκν θνξηίν πιαηζίσλ θαη ην πνζνζηφ ιάζνπο παθέησλ γηα λα απεηθνλίζεη ηελ θαηάζηαζε ησλ ξάδην-ζπλδέζεσλ. Σν θφζηνο κεηάδνζεο ζε θάζε ζχλδεζκν ca δίλεηαη c a = O + B r r 1 1 e f (1) φπνπ Ο θαη Βr είλαη ζηαζεξέο γηα θάζε ηχπν δηακφξθσζεο 802.11 θαη νη παξάκεηξνη r θαη ef είλαη ν ξπζκφο δεδνκέλσλ ζε Mb/s θαη ην πνζνζηφ ιάζνπο πιαηζίσλ γηα ην πιαίζην δνθηκήο κε ην κέγεζνο Br αληίζηνηρα. Σν πνζνζηφ r αληηπξνζσπεχεη ην πνζνζηφ ζηνηρείσλ ζην νπνίν ν ζηαζκφο πιέγκαηνο ζα δηαβίβαδε έλα πιαίζην ηνπ ηππνπνηεκέλνπ κεγέζνπο Br, κε βάζε ηηο ηξέρνπζεο ζπλζήθεο θαη ε εθηίκεζε εμαξηάηαη απφ ηελ ηνπηθή εθαξκνγή ηεο πξνζαξκνγήο ξπζκνχ. Σν πνζνζηφ ιάζνπο πιαηζίσλ ef είλαη ε πηζαλφηεηα φηη φηαλ δηαβηβάδεηαη έλα πιαίζην ηνπ ηππνπνηεκέλνπ κεγέζνπο Br ζην ηξέρνλ πνζνζηφ δπαδηθψλ ςεθίσλ κεηάδνζεο r, ην πιαίζην αιινηψλεηαη ιφγσ ηνπ ιάζνπο κεηάδνζεο. H εθηίκεζε ηνπ είλαη κηα ηνπηθή επηινγή ηεο εθαξκνγήο. Πηψζεηο πιαηζίσλ ιφγσ ηεο ππέξβαζεο Time-To- Live (TTL) δελ πξέπεη λα πεξηιεθζνχλ ζε απηήλ ηελ εθηίκεζε δεδνκέλνπ φηη δελ ζπζρεηίδνληαη κε ηελ απφδνζε ζπλδέζεσλ. 52

3.6.1 Αλνηρηά ζέκαηα Γξνκνιφγεζεο Παξφιν πνπ ην πξφηππν νξίδεη ην HWMP ζαλ πξνεπηιεγκέλν πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο, έρεη αξθεηά κεηνλεθηήκαηα. Ζ επεθηαζηκφηεηα ζε απηφ ην πξσηφθνιιν είλαη πεξηνξηζκέλε θαη δελ κπνξεί λα ππνζηεξίμεη ηελ βειηηζηνπνίεζε ηεο δηαδξνκήο κεηαμχ δπν πιεγκαηηθψλ ζηαζκψλ. Δπίζεο, πεξηζζφηεξεο κεηξηθέο δξνκνιφγεζεο ρξεηάδνληαη γηα ηε multi-channel ιεηηνπξγία, φπσο επίζεο ε αιιειεπίδξαζε κε ην επηπέδνπ MAC κηαο θαη ην HWMP ζεσξείηαη σο έλα ζηνηρείν ηνπ επηπέδνπ MAC. Γηα απηφ ππάξρνπλ αθφκα αλνηρηά ζέκαηα πνπ πξέπεη λα ζπδεηεζνχλ φπσο είλαη: Δμηζνξξόπεζε θνξηίνπ θαη πνηόηεηα ππεξεζίαο: Οη πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο ησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ είλαη νη broadband ππεξεζίεο κε εηεξνγελείο απαηηήζεηο ζην QoS. πλεπψο, νη αιγφξηζκνη δξνκνιφγεζεο ρξεηάδνληαη ψζηε λα παξέρνπλ εγγπεκέλα QoS κνλνπάηηα ή ην ιηγφηεξν κεξηθή ππνζηήξημε γηα ηελ πξνζθνξά QoS. Δπίζεο, νη πξνηηκψκελνη αιγφξηζκνη δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα εθηειέζνπλ ηελ εμηζνξξφπεζε ηνπ θνξηίνπ θαη λα εμαζθαιίζνπλ φηη ν δξνκνινγεηήο δελ ζα γίλεη ν θφκβνο ζπκθφξεζεο. Οινθιεξσκέλε δξνκνιόγεζε/ζρεδηαζκόο MAC πξσηνθόιισλ: ηα WMNs, ην επίπεδν δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα ιεηηνπξγεί δηαδξαζηηθά κε ην επίπεδν MAC κε ζηφρν λα απμήζεη ηελ απφδνζή ηνπ. Οη ελζσκαησκέλεο κεηξηθέο απφδνζεο απφ ην επίπεδν 2 ζην πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο ή ε ζπγρψλεπζε νξηζκέλσλ ιεηηνπξγηψλ ηνπ MAC θαη ηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο κπνξνχλ λα είλαη ππνζρφκελεο πξνζεγγίζεηο. Μεηξηθέο δξνκνιόγεζεο: Παξφιν πνπ ην θφζηνο κεηάδνζεο ησλ κεηξηθψλ ζεσξεί ην PHY θαη ην MAC πξσηφθνιιν ιεηηνπξγηθφ, ην θνξηίν ηνπ πιαηζίνπ θαη ην παθέην πνζνζηνχ ζθάικαηνο αληαλαθινχλ ηηο ζπλζήθεο ηεο ξαδηνδεχμεο θαη άιινη παξάγνληεο, φπσο ε ιεηηνπξγία εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο, ε θηλεηηθφηεηα, ε multi-channel ιεηηνπξγία κπνξεί λα ρξεηαζηεί λα μαλακειεηεζνχλ ψζηε λα ιεθζνχλ ππφςε νη ηδηαηηεξφηεηεο ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ multi-channel multi-radio. 53

3.7 ηελά ζπλδεδεκέλα πξόηππα Σν 802.11s εμαξηάηαη απφ ηε θχζε ηνπ ζε κηα απφ ηηο 802.11a, 802.11b, 802.11g θαη 802.11n εθδφζεηο πνπ κεηαθέξνπλ ηελ πξαγκαηηθή θίλεζε. Έλα ή πεξηζζφηεξα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο απαηηνχληαη γηα ηελ πξαγκαηηθή θπζηθή ηνπνινγία ηνπ δηθηχνπ. Σν 802.11s απαηηεί (Hybrid Wireless Mesh πξσηφθνιιν ή HWMP) λα ππνζηεξηρζεί σο πξνεπηινγή. Ωζηφζν, άιια πιεγκαηηθά, ad hoc κε δπλακηθή δξνκνιφγεζε κπνξνχλ λα ππνζηεξηρζνχλ κε αθφκε θαη ζηαηηθή δξνκνιφγεζε ( WDS, OSPF ). Έλα πιέγκα απνηειείηαη ζπρλά απφ πνιινχο κηθξνχο θφκβνπο. Όηαλ πξφθεηηαη γηα θηλεηνχο ρξήζηεο ή κεγάια θνξηία, ζα ππάξρεη ζπρλά κία δηαπνκπή (handoff) απφ έλαλ ζηαζκφ βάζεο ζε έλα άιιν, θαη φρη κφλν απφ 802.11 αιιά θαη απφ άιια ( GSM, Bluetooth, PCS θαη άιια αζχξκαην ηειέθσλν) δίθηπα. Καηά ζπλέπεηα ην IEEE 802.21, ην νπνίν θαζνξίδεη απηφ ην handoff κεηαμχ ησλ θφκβσλ ηφζν ππαθνχνληαο ζηα 802.11s φζν κπνξεί λα απαηηεζεί. Απηφ είλαη ηδηαίηεξα πηζαλφ λα ζπκβεί, αλ κηα κεγαιχηεξε αθηίλα ρακεινχ εχξνπο δψλεο ππεξεζία έρεη αλαπηπρζεί γηα ηελ ειαρηζηνπνίεζε ησλ λεθξψλ δσλψλ ησλ πιεγκαηηθψλ π.ρ. GSM δξνκνιφγεζε βαζηζκέλε ζε OpenBTS (Open Base Transceiver Station). Ζ πιεγκαηηθή δηθηχσζε ζπρλά πεξηιακβάλεη ηελ πξφζβαζε ζην δίθηπν απφ άγλσζηα κέρξη ζηηγκήο κέξε, εηδηθά φηαλ ν πιεζπζκφο ησλ επηζθέπηε φπνπ παξέρεηαη ε ππεξεζία ζπλερψο αιιάδεη. Έηζη, ην ζπλνδεπηηθφ IEEE 802.11u πξφηππν ζα πξέπεη λα απαηηείηαη απφ ηα πεξηζζφηεξα πιεγκαηηθά δίθηπα γηα ηελ επηθχξσζε απηψλ ησλ ρξεζηψλ, ρσξίο ηελ πξν-θαηαρψξηζε ή νπνηαζδήπνηε πξνεγνχκελεο offline επηθνηλσλίαο. 3.8 Δπεθηαζηκόηεηα Γηα λα ππάξρεη ε επειημία επηινγήο ελφο πξσηνθφιινπ βέιηηζηεο δηαδξνκήο ζην ζελάξην ρξήζεο, αιιά θαη γηα λα ππάξρεη θάπνηνο βαζκφο δηαιεηηνπξγηθφηεηαο κεηαμχ δηαθνξεηηθψλ θαηαζθεπαζηψλ, ε ηξνπνπνίεζε IEEE 802.11s νξίδεη έλα πιαίζην επεθηαζηκφηεηαο [9]. Σα κελχκαηα παξνπζίαο ησλ mesh ζεκείσλ πεξηέρνπλ έλαλ πξνζδηνξηζηή πξσηνθόιινπ επηινγήο δηαδξνκήο θαη έλαλ πξνζδηνξηζηή κέηξνπ. 54

Πξνζδηνξίδνπλ ην πξσηφθνιιν επηινγήο ελεξγήο δηαδξνκήο θαη ην ελεξγφ κέηξν δξνκνιφγεζεο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη απηή ηελ ζηηγκή απφ έλα IEEE 802.11s WLAN mesh δίθηπν. Έλα mesh ζεκείν πνπ ζέιεη λα ζπλδεζεί ζε έλα ππάξρνλ IEEE 802.11s WLAN mesh δίθηπν, ζα πξέπεη λα κπνξεί λα ππνζηεξίμεη ην θνηλφ πξσηφθνιιν επηινγήο δηαδξνκήο θαη ην κέηξν δξνκνιφγεζεο. Δάλ φρη, δελ ζα κπνξέζεη λα ζπλδεζεί κε ην δίθηπν. Ζ δηαιεηηνπξγηθφηεηα επηηπγράλεηαη κε ηελ απαίηεζε φηη θάζε ζπκβαηή ζπζθεπή κε ην IEEE 802.11s πξέπεη λα κπνξεί λα εθαξκφζεη ην default πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο ηεο επέθηαζεο IEEE 802.11s, HWMP, φπσο θαη ην default κέηξν δξνκνιφγεζεο, ην κέηξν ζχλδεζεο ρξφλνπ ζηνλ αέξα. Απηφ ζεκαίλεη φηη θάζε mesh ζεκείν, αλεμάξηεηα απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή, κπνξεί λα «κηιήζεη» απηά ηα δπν εξγαιεία. Σα IEEE 802.11s WLAN δίθηπα ζα παξέρνπλ πιήξε δηαιεηηνπξγηθφηεηα κε απηή ηελ ξχζκηζε. Ζ δηαιεηηνπξγηθφηεηα απμάλεηαη πεξαηηέξσ απφ ηελ επξεία εθαξκνζηκφηεηα ηνπ HWMP ζε πνιιά ζελάξηα ρξήζεο. Δηθόλα 17: Δπηινγή κνλνπαηηνύ πξσηνθόιινπ ID Ο πξνζδηνξηζηήο ηνπ πξσηνθφιινπ επηινγήο δηαδξνκήο έρεη κήθνο ηεζζάξσλ νθηάδσλ θαη απνηειείηαη απφ έλα πεδίν κνλαδηθνύ πξνζδηνξηζηή νξγαληζκνύ (OUI) θαη έλα πεδίν πξνζδηνξηζηή πξσηνθόιινπ επηινγήο δηαδξνκήο. Σν πεδίν OUI επηηξέπεη ηελ ρξήζε ζπγθεθξηκέλσλ πξσηνθφιισλ επηινγήο δηαδξνκήο απφ ηνπο θαηαζθεπαζηέο. Μφλν έλα πξσηφθνιιν επηινγήο δηαδξνκήο κπνξεί λα είλαη ελεξγφ 55

ζε έλα IEEE 802.11s WLAN mesh δίθηπν θάζε ζηηγκή. Με απηφ ηνλ κεραληζκφ, ην πιαίζην επεθηαζηκφηεηαο επηηξέπεη ηελ ρξήζε άιισλ πξσηνθφιισλ δξνκνιφγεζεο θαη/ή άιισλ κέηξσλ δξνκνιφγεζεο πνπ ηαηξηάδνπλ θαιχηεξα ζε θάπνηα ζελάξηα, ζε αληίζεζε κε ηα default. 3.9 Έιεγρνο Πξόζβαζεο ζην Μέζν ζηα 802.11s Γίθηπα Γηα ηελ πξφζβαζε ζην κέζν, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο εθαξκφδνπλ ηε ιεηηνπξγία ζπληνληζκνχ πιέγκαηνο (MCF).To MCF απνηειείηαη απφ έλα ππνρξεσηηθφ θαη έλα πξναηξεηηθφ κεραληζκφ. Γηα ην ππνρξεσηηθφ κεραληζκφ, ην MCF ζηεξίδεηαη ζηνλ ηζρπξηζκφ κε βάζε ην πξσηφθνιιν γλσζηφ σο Enhanced Distributed Channel Access (EDCA), ε νπνία απφ κφλε ηεο είλαη κηα βειηησκέλε παξαιιαγή ηεο θαηαλεκεκέλεο ιεηηνπξγίαο ζπληνληζκνχ (DCF) ηνπ βαζηθνχ 802.11. Υξεζηκνπνηψληαο DCF, ν ζηαζκφο κεηαδίδεη έλα εληαίν πιαίζην ηνπ απζαίξεηνπ κήθνπο. Με EDCA, ν ζηαζκφο κπνξεί λα δηαβηβάζεη πνιιαπιάζηα πιαίζηα ησλ νπνίσλ ε ζπλνιηθή δηάξθεηα κεηάδνζεο δελ κπνξεί λα ππεξβεί ην απνθαινχκελν φξην επθαηξίαο κεηάδνζεο (TXOP). Ο πξννξηδφκελνο δέθηεο αλαγλσξίδεη νπνηαδήπνηε επηηπρή ιήςε πιαηζίσλ. Δπηπιένλ, ην EDCA δηαθνξνπνηεί ηέζζεξηο θαηεγνξίεο θπθινθνξίαο κε δηαθνξεηηθέο πξνηεξαηφηεηεο ζηε κέζε πξφζβαζε θαη κε απηφλ ηνλ ηξφπν επηηξέπεη ηελ πεξηνξηζκέλε ππνζηήξημε ηεο πνηφηεηαο ηεο ππεξεζίαο (QoS). Γηα ηελ ελίζρπζε ηνπ QoS, ην MCF πεξηγξάθεη έλα πξναηξεηηθφ πξσηφθνιιν πξφζβαζεο ζην κέζν απνθαινχκελν Mesh Coordinated Channel Access (MCCA). Δίλαη έλα δηαλεκεκέλν πξσηφθνιιν επηθχιαμεο πνπ επηηξέπεη ζηνπο ζηαζκνχο πιέγκαηνο λα απνθχγoπλ ηηο ζπγθξνχζεηο ησλ πιαηζίσλ. Με ην MCCA, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο επηθπιάζζνληαη απφ ην TXOPs πνπ ζην κέιινλ ζα νλνκάδεηαη MCCA επθαηξίεο (MCCAOPs). Μηα MCCAOP έρεη έλα αθξηβή ρξφλν έλαξμεο θαη ε δηάξθεηα κεηξηέηαη ζε ζρηζκέο ησλ 32 κs. Γηα λα δηαπξαγκαηεπηεί έλα MCCAOP, έλαο ζηαζκφο πιέγκαηνο ζηέιλεη έλα κήλπκα αηηήκαηνο νξγάλσζεο MCCA ζηνλ πξννξηδφκελν δέθηε. Μφιηο εμαθξηβσζεί, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο δηαθεκίδνπλ ην MCCAOP κέζσ ησλ πιαηζίσλ αλαγλσξηζηηθψλ ζεκάησλ. Δπεηδή νη ζηαζκνί πιέγκαηνο είλαη έμσ απφ ηελ εκβέιεηα ιήςεο ηνπ αλαγλσξηζηηθνχ ζήκαηνο ζα 56

κπνξνχζαλ λα ζπγθξνπζηνχλ κε ηηο ππάξρνπζεο MCCAOPs, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο πεξηιακβάλνπλ επίζεο ηηο επηθπιάμεηο MCCAOP ησλ γεηηφλσλ ηνπο ζην πιαίζην αλαγλσξηζηηθψλ ζεκάησλ (beacon frame). Καηά ηελ έλαξμε κηαο θξάηεζεο MCCA νη ζηαζκνί πιέγκαηνο εθηφο απφ ηνλ ηδηνθηήηε MCCAOP απέρνπλ απφ ηελ πξφζβαζε θαλαιηψλ. Ο ηδηνθηήηεο ηνπ MCCAOP ρξεζηκνπνηεί ην πξφηππν EDCA γηα λα έρεη πξφζβαζε, θαη δελ έρεη πξνηεξαηφηεηα έλαληη ησλ ζηαζκψλ πνπ δελ ππνζηεξίδνπλ ην MCCA. Αλ θαη απηφ ζέηεη ζε θίλδπλν ηελ απνδνηηθφηεηα, νη πξνζνκνηψζεηο απνθαιχπηνπλ φηη ε πςειή κέζε ρξεζηκνπνίεζε κπνξεί αθφκα λα επηηεπρζεί κε MCCA ρσξίο ηελ παξνπζία ησλ ζπζθεπψλ MCCA. Μεηά απφ ην ηέινο κηαο κεηάδνζεο MCAA, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο ρξεζηκνπνηνχλ ην EDCA μαλά. 3.10 Multihop MAC: IEEE 802.11s Ζ πξφζθαηε εκθάληζε ησλ θνξεηψλ ζπζθεπψλ επηθνηλσλίαο πεξηνξίδεηαη κε πνιινχο ηξφπνπο (δχλακε, επεμεξγαζία, κλήκε), απαηηεί κηα ιχζε πνπ κπνξεί εχθνια λα ελζσκαησζεί ζηηο θάξηεο δηαζχλδεζεο δηθηχνπ (NIC) θαη ζηα ζπζηήκαηα-on-chip (SoC) θαη κηα ιχζε ζηξψκαηνο MAC, είλαη ειαθξηά ζε αληίζεζε κε ηελ πιήξε εθαξκνγή ηεο ad hoc δξνκνιφγεζεο, ηαηξηάδεη ν ζθνπφο απηφο. Πξνθεηκέλνπ λα ππνζηεξίμεη ηελ πξνψζεζε πνιιαπιψλ βεκάησλ ζην ζηξψκα MAC, ην πξφηππν επηθέξεη αιιαγέο ζην πιαίζην MAC θαη κηα πξναηξεηηθή κέζνδνο πξνζπέιαζεο κέζνπ θαζψο θαη πνιιέο άιιεο βειηηζηνπνηήζεηο λα βειηηψζνπλ ηηο επηδφζεηο θαη ηελ αζθάιεηα ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ. ηελ ελφηεηα απηή, ζα επηθεληξσζνχκε ζηνπο κεραληζκνχο επηινγήο δηαδξνκήο θαη ζηηο λέεο κνξθέο πιαηζίνπ, δεδνκέλνπ φηη απηέο νη πηπρέο είλαη ε πην ζηελά ζπλδεδεκέλε κε ηελ πξνψζεζε multihop ζην επίπεδν MAC. Αξρηθά, πξνηάζεθε ην RA-OLSR (Radio-Aware Optimized Link State Routing) ην νπνίν απνηειεί δπλακηθφ controlled-flooding πξσηφθνιιν κε βάζε ην OLSR αιιά πξνζαξκνζκέλα ψζηε λα ιεηηνπξγνχλ ζε επίπεδν δχν αληί ησλ ηξηψλ, κε βάζε ην AODV, ε νπνία είλαη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα ην ππνρξεσηηθφ πξσηφθνιιν θαη ην κφλν πνπ έρεη απνκείλεη ζρεηηθά κε ηελ ηξέρνπζα πξφηαζε. Σν RA-OLSR αθαηξέζεθε θαη αληηθαηαζηάζεθε απφ έλα επεθηάζηκν πιαίζην επηινγήο δηαδξνκήο πνπ επηηξέπεη ελαιιαθηηθέο πινπνηήζεηο πξσηνθφιισλ επηινγήο δηαδξνκήο θαη κεηξήζεηο εληφο mesh framework. 57

3.11 Έιεγρνο πκθόξεζεο Ζ πξφζβαζε ζην 802.11 ζηεξίδεηαη ζηελ αλίρλεπζε θεξφλησλ. ηελ άθξε ελφο πιέγκαηνο, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο έρνπλ ιηγφηεξνπο γείηνλεο θαη επνκέλσο παξαηεξείηε έλα αδξαλή αζχξκαην κέζν ζπρλφηεξα απφ ηνπο ζηαζκνχο πιέγκαηνο πνπ βξίζθνληαη ζηνλ ππξήλα. πλεπψο, νη απνκαθξπζκέλνη ζηαζκνί πιέγκαηνο έρνπλ κηα πςειφηεξε πηζαλφηεηα λα κεηαδνζνχλ. Όηαλ ππάξρεη ζπκθφξεζε ζηνλ ππξήλα ησλ πιεγκαηηθψλ ζηαζκψλ δελ κπνξνχλ λα κεηαθέξνπλ ηε ζπλνιηθή θίλεζε θαη πιαίζηα ράλνληαη. Απηφ είλαη δαπαλεξφ δεδνκέλνπ φηη ην πιαίζην πιέγκαηνο έρεη δηαπεξάζεη ήδε αξθεηά hops γηα λα θζάζεη ζηνλ θνξεζκέλν ζηαζκφ πιέγκαηνο. Ζ πξναηξεηηθή 802.11s έλλνηα ειέγρνπ ζπκθφξεζεο ρξεζηκνπνηεί έλα δηνηθεηηθφ πιαίζην γηα λα δείμεη ηελ αλακελφκελε δηάξθεηα ζπκθφξεζεο θαη λα δεηήζεη απφ έλαλ ζηαζκφ πιέγκαηνο γεηηφλσλ λα επηβξαδχλεη. Γεδνκέλνπ φηη είλαη επηινγή θάζε ζηαζκνχ πιέγκαηνο λα εθδψζεη έλα πιαίζην ειέγρνπ ζπκθφξεζεο, ε αλαθνίλσζε κπνξεί ηειηθά γπξίζεη πίζσ (ripple back) ζηελ πεγή θπθινθνξίαο. 3.12 Αζθάιεηα ζηα 802.11s Με ην 802.11s, νη ζηαζκνί πιέγκαηνο εθηεινχλ ηνλ αιγφξηζκν dictionary attack-proof Simultaneous Authentication of Equals (SAE) [10]. Δθηφο απφ ηελ ακνηβαία επηθχξσζε, ην SAE παξέρεη δχν ζηαζκνχο πιέγκαηνο κε έλα δηακνηξαδφκελν (pairwise) master key (PMK) πνπ ρξεζηκνπνηνχλ γηα λα θξππηνγξαθήζνπλ ην πιαίζηφ ηνπο. Όπσο ππνδειψλεη θαη ην φλνκα, ην SAE δελ ζηεξίδεηαη ζε κηα ηεξαξρία δηακφξθσζεο φπσο ε παξαδνζηαθή θξππηνγξάθεζε 802.11. Αληηζέησο εθαξκφδεη κηα δηαλεκεκέλε πξνζέγγηζε πνπ θαη νη δχν ζηαζκνί πιέγκαηνο κπνξνχλ λα αξρίζνπλ ηαπηφρξνλα. Λφγσ ηεο θαηά δεχγνο θξππηνγξάθεζεο, θάζε ζχλδεζε θξππηνγξαθείηαη αλεμάξηεηα. Καηά ζπλέπεηα, ην 802.11s δελ παξέρεη end-to-end θξππηνγξάθεζε. Γεδνκέλνπ φηη ε broadcast θπθινθνξία πξέπεη λα ελεκεξψζεη φινπο ηνπο επηθπξσκέλνπο νκφηηκνπο, έλαο ζηαζκφο πιέγκαηνο απαηηείηαη γηα λα ελεκεξψζεη ην broadcast θιεηδί θπθινθνξίαο θάζε θνξά πνπ θαζνξίδεη έλα λέν νκφηηκν. 58

3.13 Multihop-MAC Mesh Network Architecture ε απηήλ ηελ αξρηηεθηνληθή ππάξρεη κφλν κία MPP (PORTAL/MP), αιιά ηίπνηα δελ εκπνδίδεη έλα πιέγκα δηθηχνπ απφ ην λα έρεη πνιιέο [11]. ηελ πεξίπησζε απηή θάζε θφκβνο πξέπεη λα επηιέμεη δπλακηθά έλα απφ απηά γηα ηελ απνζηνιή ηεο θπθινθνξίαο έμσ απφ ηα φξηα ηνπ δηθηχνπ ησλ πιεγκάησλ. Πξέπεη λα γίλεη θαηαλνεηφ ζαλ έλα ζηηγκηφηππν γηα κηα δπλακηθή ηνπνινγία, φπνπ νη θφκβνη κπνξνχλ λα θηλνχληαη ζε απξφβιεπηνπο θαη δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο, θαη νη ζπλδέζεηο ζρεκαηίδνληαη ε δηαθφπηνληαη φρη κφλν ιφγσ ηεο θηλεηηθφηεηαο, αιιά θαη ιφγσ ησλ κεηαβαιιφκελσλ ζπλζεθψλ ηνπ αζχξκαηνπ κέζνπ. Τπφ απηή ηελ έλλνηα, ν ξφινο ηνπ MPP είλαη πξνζσξηλφο θαη ην δίθηπν ζα πξέπεη λα παξέρεη ηα κέζα (πξσηφθνιια θαη κεραληζκνχο) γηα ηελ αλαθνίλσζε ζε φιν ην ζχλλεθν πιέγκαηνο ηνπ ζπλφινπ θφκβσλ πνπ είλαη ζε ζέζε λα ιεηηνπξγήζνπλ σο MPPs. 3.14 εκεξηλέο Τινπνηήζεηο Δθαξκνγώλ Σν πξφγξακκα OLPC θαη ην open802.11s είλαη νη πξψηεο παγθφζκηεο εθαξκνγέο ηνπ 802.11s [12]. ηα επφκελα δχν ηκήκαηα εηζάγνπκε ελ ζπληνκία ηνπο ζηφρνπο πνπ απνθηνχληαη απφ νξγαλψζεηο. 3.14.1OLPC project Αλαπηχρζεθε απφ ην Ίδξπκα OLPC, φπνπ ην XO laptop ζηνρεχεη λα ρξεζηκεχζεη σο έλα εξγαιείν εθκάζεζεο γηα ηα παηδηά πνπ δνπλ ζηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο φπνπ κηα ππνδνκή επηθνηλσλίαο είλαη απίζαλν λα ππάξμεη. Με ην WLAN ελζσκαησκέλν ζην XO, ε απφθαζε γηα ηελ εθαξκνγή ηνπ 802.11s ήηαλ απηνλφεηε. Με βάζε έλα αξρηθφ 802.11s draft, ην XO παξαιείπεη νξηζκέλεο ιεηηνπξγίεο ηνπ 802.11s φπσο ε θξππηνγξάθεζε ή ε δπλακηθή δξνκνιφγεζε. Μηα απφ ηηο πξνθιήζεηο πνπ αληηκεησπίζηεθαλ απφ ην OLPC ήηαλ λα εμαζθαιίδεη πάληα κηα ειάρηζηε ππθλφηεηα θφκβσλ, ε νπνία είλαη θξίζηκε γηα ηελ ζσζηή ιεηηνπξγία ελφο δηθηχνπ πιέγκαηνο. Tν πιέγκα OLPC δελ εθαξκφδεη νπνηνδήπνηε κεραληζκφ ειέγρνπ πξφζβαζεο. Κάζε θφκβνο κπνξεί λα ιάβεη θαη λα δηαβηβάζεη ηελ θίλεζε απφ νπνηνδήπνηε άιιν 59

πιεγκαηηθφ θφκβν, απνθεχγνληαο θαηά ζπλέπεηα έλαλ πηζαλφ θαηαθεξκαηηζκφ ηνπ δηθηχνπ πνπ πξνθαιείηαη απφ ηα αζπκβίβαζηα πηζηνπνηεηηθά πξφζβαζεο. Γεδνκέλνπ φηη δελ ππάξρεη θακία επηθχξσζε ζην ζηξψκα πιέγκαηνο, ην XOs πξέπεη λα ζηεξηρζεί ζηα αλψηεξα ζηξψκαηα γηα ηελ εκπηζηεπηηθφηεηα. Δπίζεο ε ιίζηα πξσηνθφιινπ πιέγκαηνο ελζσκαηψλεηαη ζηελ αζχξκαηε θάξηα δηθηχνπ. Με απηήλ ηελ αξρηηεθηνληθή, ν νιφθιεξνο θψδηθαο 802.11s κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη αλεμάξηεηα απφ ηελ host CPU. Καηά ζπλέπεηα, ην XO ιεηηνπξγεί σο ζηαζκφο πιέγκαηνο αθφκα θαη φηαλ είλαη ζε εμνηθνλφκεζε ιεηηνπξγίαο, δειαδή φηαλ έλαο θνξεηφο ππνινγηζηήο κεηαβεί ζε ιεηηνπξγία εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο δελ ζα επεξεάζεη αξλεηηθά άιινπο καζεηέο πνπ κπνξεί λα ζηεξηρζεί ζηελ παξνρή ελφο κφλνπ ζπνπδαζηή ηεο ζχλδεζεο ζην Γηαδίθηπν. Λφγσ ηεο θαηαλεκεκέλεο θχζεο ηνπ, ην OLPC ππνζέηεη φηη έλαο βαζηθφο ζηαζκφο πιέγκαηνο δελ είλαη πνηέ δηαζέζηκνο. Καηά ζπλέπεηα, ην XO δελ ζα σθεινχηαλ απφ ηελ εθαξκνγή κηαο δνκήο δέληξσλ. πλεπψο, ην ΥΟ εθαξκφδεη απνθιεηζηηθά ην κέξνο ηνπ HWMP AODV. 3.14.2Eθαξκνγή OPEN 802.11s Σν Open802.11s είλαη κηα νπδέηεξε εθαξκνγή ηνπ 802.11s γηα ην ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα Linux [12]. Γεδνκέλνπ φηη ην 802.11s εηζάγεη κφλν ηηο ειάρηζηεο αιιαγέο ζην ζηξψκα ηεο MAC, ε ζηνίβα ηνπ 802.11s κπνξεί ζρεδφλ λα εθαξκνζηεί πιήξσο ζε ινγηζκηθφ θαη λα ηξέμεη ζηηο λφκηκεο θάξηεο 802.11. Ο ζηφρνο ηνπ πξνγξάκκαηνο είλαη λα αθνινπζεζεί ζηελά ην ζρέδην 802.11s θαη λα ππνζηεξηρζεί ε δηαιεηηνπξγηθφηεηα ησλ δηαθνξεηηθψλ εθαξκνγψλ ηνπ 802.11s. Ζ δηαζεζηκφηεηα ηνπ θψδηθα πεγήο βνεζά λα πξνζδηνξηζηνχλ θαη λα επηιπζνχλ ηα πξνβιήκαηα ζρεδίνπ, θαη λα επηιπζνχλ νη αζάθεηεο ζην ζπγθεθξηκέλν πξσηφθνιιν. Οη κεηξήζεηο επίδνζεο ιακβάλνληαη ζπλήζσο πξηλ απφ θάζε απειεπζέξσζε. Σν παξαθάησ ζρήκα δείρλεη ην ρξφλν δηαδξνκήο αλαθάιπςεο γηα δηαθνξεηηθά κήθε δηαδξνκήο, φπνπ κεηξάκε έλα 12-θφκβν ηνπ open802.11s φπνπ φινη νη θφκβνη βξίζθνληαη κέζα ζηελ αθηίλα ηνπ άιινπ θαη νη ρεηξνθίλεηεο ηνπνζεηήζεηο θίιηξσλ δηεπζχλζεσλ επηβάιινπλ multihop ηνπνινγίεο. 60

Δηθόλα 18: Δπίδνζε ησλ 802.11s Γηθηύσλ Όπσο αλακέλεηαη, νη δηαδξνκέο επηιχνληαη ζε γξακκηθφ ρξφλν θαη ε δηαθχκαλζε απμάλεηαη κε ην κήθνο ηεο δηαδξνκήο. Σν παξαπάλσ ζρήκα δείρλεη ηo κέζν φξν κηαο end-to-end κέηξεζεο ξπζκνχ δεδνκέλσλ φπνπ νη πξνεπηιεγκέλεο 802.11 παξάκεηξνη ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηηο κεηξήζεηο θαη φπνπ θάζε πείξακα νξγαλψλεηαη έμη θνξέο γηα 10s αλά κέηξεζε ζε έλα αζχξκαην πεξηβάιινλ. Σα πξντφληα πνπ δελ εληάζζνληαη ζην 802.11s ζηεξίδνληαη ζην απξνζδηφξηζην WDS γηα λα επηηξέςνπλ ηε multihop δηθηχσζε. Ωζηφζν, ρσξίο κεραληζκνχο επηινγήο κνλνπαηηνχ (suboptimal path length) εκθαλίδεηαη αλεπηζχκεηε αχμεζε ζην κήθνο ηνπ κνλνπαηηνχ. Σν πξνεγνχκελε εηθφλα επεμεγεί ηα ζελάξηα κε πεξηζζφηεξα απφ ηέζζεξα-πέληε hops πνπ είλαη ζπλήζσο πέξα απφ ην ζελάξην εθαξκνγήο ελφο απινχ θαλαιηνχ WMN. εκεηψζηε φηη ε απφδνζε κεηψλεηαη γξήγνξα κε ηνλ αξηζκφ hops ζηελ πιήξσο ζπλδεδεκέλε ηνπνινγία ηνπ πεηξάκαηνο. Τπφ θαλνληθέο ζπλζήθεο, ην πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηα 802.11s ζα επηιχζεη ηηο πνξείεο πνπ πεξηνξίδνληαη ζε έλα ή δχν hops κφλν. 3.15 Αλνηρηά ζέκαηα ζηα WΜΝs Παξφιν πνπ πνιιά 802.11s πξφηππα έρνπλ θπθινθνξήζεη πνιιά ζέκαηα αθφκα κέλνπλ άιπηα. ε απηφ ην ηκήκα ζα ζπδεηήζνπκε θαη ζα επηζεκάλνπκε ηα ζέκαηα ζην επίπεδν MAC θαη ην επίπεδν δξνκνιφγεζεο. 61

Medium Access Control Σα πξσηφθνιια MAC, πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα πιεγκαηηθά δίθηπα, αξρηθά ζρεδηάζηεθαλ γηα single-hop δίθηπα. Γηα απηφ ην ιφγν, απηά ηα πξσηφθνιια δελ ιεηηνπξγνχλ ζσζηά ζηα 802.11s πιεγκαηηθά δίθηπα, επεηδή ε κεηάδνζε θαη ε παξαιαβή ησλ δεδνκέλσλ ζε έλα θφκβν δελ επεξεάδεηαη κφλν απφ θφκβνπο κέζα ζην hop, αιιά θαη απφ άιινπο πνπ βξίζθνληαη δπν θαη πεξηζζφηεξα hop καθξηά θαη επίζεο απφ ην γεγνλφο φηη έλαο πιεγκαηηθφο ζηαζκφο MAC ζπρλά είλαη εμνπιηζκέλνο κε πνιιαπιέο αζχξκαηεο δηεπαθέο πνπ είλαη ελζσκαησκέλεο ζηελ ίδηα ή ζε άιιεο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο πξφζβαζεο. Γηα απηφ ππάξρνπλ αξθεηά ζέκαηα πξνο ζπδήηεζε απφ ηα νπνία είλαη: a. Multi-channel operation: Παξφιν πνπ έλαο πιεγκαηηθφο ζηαζκφο κπνξεί λα έρεη πνιιαπιέο δηεπαθέο, δελ έρεη πξνζδηνξηζηεί θαλέλαο κεραληζκφο πνιιαπιψλ δηεπαθψλ ζηα 802.11s. ην πξφηππν 802.11 (έθδνζε 0.04) ε ηδέα ηνπ Common Channel Framework (CCF) παξνπζηάζηεθε κε ζθνπφ λα βξνχλ κηα ιχζε γηα ην Multi-channel operation. Παξφια απηά, εμαηηίαο ησλ πνιιψλ πξνβιεκάησλ πνπ δελ είραλ ιπζεί ε πξφηαζε αλαθιήζεθε απφ ην πξφηππν. Έηζη ην Multi-channel operation είλαη αθφκα έλα αλνηρηφ ζέκα. b. Scalable MAC: Ζ επεθηαζηκφηεηα είλαη έλαο ζεκαληηθφο παξάγνληαο γηα ηελ απφδνζε ελφο πιεγκαηηθνχ δηθηχνπ. Όκσο απηφ ην ζέκα δελ έρεη κειεηεζεί εηο βάζνο ζην 802.11 πξφηππν κε ζθνπφ λα πεηχρνπκε απνηειεζκαηηθή ρξήζε ηνπ ξαδηνθάζκαηνο θαη λα βειηηψζνπκε ηελ απφδνζε ηνπ θαλαιηνχ, ην Scalable MAC πξσηφθνιιν πξέπεη λα ζθεθηεί ηε ζπλνιηθή βειηίσζε ηεο απφδνζεο ζε πνιιαπιά θαλάιηα. Γη απηφ λέα θαηαλεκεκέλα θαη ζπλεξγαηηθά MAC ζρέδηα πξέπεη λα πξνηαζνχλ γηα λα δηαζθαιίζνπκε πσο ε απφδνζε ηνπ δηθηχνπ δελ ζα κεησζεί θαζψο ζα κεγαιψλεη ην δίθηπν [13]. c. Network integration: ηα WMNs, νη δξνκνινγεηέο πιέγκαηνο κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ ζε δηάθνξεο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο, φπσο ην IEEE 802.11, ην IEEE 802.11s θαη ην IEEE 802.16. πλεπψο, ζην επίπεδν MAC, πξνρσξεκέλεο ιεηηνπξγίεο γεθχξσζεο πξέπεη λα ζρεδηαζηνχλ. Με απηφλ ηνλ 62

ηξφπν δηαθνξεηηθέο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ καδί [11]. d. Adaptivity to network configuration change: ηα WMNs, λένη θφκβνη κπνξνχλ λα ελσζνχλ θαη κεξηθνί κπνξνχλ λα θχγνπλ απφ ην δίθηπν δπλακηθά. Άξα, ην επίπεδν MAC θαη ηα ζπζρεηηδφκελα ζρέδηα ησλ θαλαιηψλ πξέπεη λα πξνζαξκνζηνχλ ζηηο αιιαγέο δηακφξθσζεο απηνχ ηνπ δηθηχνπ. e. QoS: Τπνζηήξημε απφ δηαθνξεηηθά επίπεδα QoS ζε κηα multiradio multichannel αξρηηεθηνληθή πνπ ρξεζηκνπνηεί ην IEEE 802.11e πξέπεη λα δηεξεπλεζνχλ [14]. Γξνκνιόγεζε Παξφιν πνπ ην πξφηππν νξίδεη ην HWMP ζαλ πξνεπηιεγκέλν πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο, έρεη αξθεηά κεηνλεθηήκαηα. Ζ επεθηαζηκφηεηα ζε απηφ ην πξσηφθνιιν είλαη πεξηνξηζκέλε θαη δελ κπνξεί λα ππνζηεξίμεη ηελ βειηηζηνπνίεζε ηεο δηαδξνκήο κεηαμχ δπν πιεγκαηηθψλ ζηαζκψλ. Δπίζεο, πεξηζζφηεξεο κεηξηθέο δξνκνιφγεζεο ρξεηάδνληαη γηα ην multi-channel operation, φπσο επίζεο ε αιιειεπίδξαζε κε ην επηπέδνπ MAC κηαο θαη ην HWMP ζεσξείηαη σο έλα ζηνηρείν ηνπ επηπέδνπ MAC. Γη απηφ ππάξρνπλ αθφκα αλνηρηά ζέκαηα πνπ πξέπεη λα ζπδεηεζνχλ φπσο είλαη: a. Load balancing and QoS: Οη πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο ησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ είλαη νη broadband ππεξεζίεο κε εηεξνγελείο απαηηήζεηο ζην QoS. πλεπψο, νη αιγφξηζκνη δξνκνιφγεζεο ρξεηάδνληαη ψζηε λα παξέρνπλ εγγπεκέλα QoS κνλνπάηηα ή ην ιηγφηεξν κεξηθή ππνζηήξημε γηα ηελ πξνζθνξά QoS. Δπίζεο, νη πξνηηκψκελνη αιγφξηζκνη δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα εθηειέζνπλ ηελ εμηζνξξφπεζε ηνπ θνξηίνπ θαη λα εμαζθαιίζνπλ φηη ν δξνκνινγεηήο δελ ζα γίλεη ν θφκβνο ζπκθφξεζεο. b. Integrated routing/mac design: ηα WMNs, ην επίπεδν δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα ιεηηνπξγεί δηαδξαζηηθά κε ην επίπεδν MAC κε ζηφρν λα απμήζεη 63

ηελ απφδνζή ηνπ. Οη ελζσκαησκέλεο κεηξηθέο απφδνζεο απφ ην επίπεδν 2 ζην πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο ή ε ζπγρψλεπζε νξηζκέλσλ ιεηηνπξγηψλ ηνπ MAC θαη ηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο κπνξνχλ λα είλαη ππνζρφκελεο πξνζεγγίζεηο. c. Routing metrics: Παξφιν πνπ ην θφζηνο κεηάδνζεο ησλ κεηξηθψλ ζεσξεί ην PHY θαη ην MAC πξσηφθνιιν ιεηηνπξγηθφ, ην θνξηίν ηνπ πιαηζίνπ θαη ην παθέην πνζνζηνχ ζθάικαηνο αληαλαθινχλ radio link condition θαη άιινη παξάγνληεο, φπσο ε ιεηηνπξγία εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο, ε θηλεηηθφηεηα, ε multi-channel operation κπνξεί λα ρξεηαζηεί λα μαλαεηπσζνχλ ψζηε λα ιεθζνχλ ππφςε νη ηδηαηηεξφηεηεο ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ multi-channel multi-radio. Δπίπεδν MAC Γξνκνιφγεζε Θέκαηα Multi-channel ιεηηνπξγία Scalable MAC Δλνπνίεζε Γηθηχνπ Δπεθηαζηκφηεηα Πξνζαξκνζηηθφηεηα QoS Δμηζνξξφπεζε Φνξηίνπ θαη QoS Cross layer Γξνκνιφγεζε κεηξηθέο Γξνκνιφγεζεο Πίλαθαο 3: Αλνηρηά ζέκαηα ζηα WMNs. 64

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4 4 ΤΠΑΡΥΟΤΔ ΔΡΔΤΝΖΣΗΚΔ ΔΡΓΑΗΔ Δ 802.11s 4.1 Αλνηρηά Δξεπλεηηθά Εεηήκαηα θαη Πξνβιήκαηα Σν αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν (WMN) είλαη κηα ξηδηθή κνξθή δηθηχσλ ησλ ππφ ζπλερή δηακφξθσζεο αζχξκαησλ δηθηχσλ, φπσο ηα θπςεινεηδή θαη ηα αζχξκαηα ηνπηθά δίθηπα (LANs). Αληίζεηα απφ ηα θπςεινεηδή δίθηπα θαη ηελ αζχξκαηε δηθηχσζε πιέγκαηνο φπνπ ε απνηπρία ελφο εληαίνπ ζηαζκνχ βάζεσλ (BS) νδεγνχλ ζε κε δηαζεζηκφηεηα ησλ ππεξεζηψλ επηθνηλσλίαο ζε κηα κεγάιε γεσγξαθηθή πεξηνρή, ηα WMNs παξέρνπλ πςειή αλνρή ζε ζθάικαηα αθφκα θαη φηαλ έλαο αξηζκφο ησλ θφκβσλ απνηχρεη. Αλ θαη εμ νξηζκνχ έλα WMN είλαη νπνηνδήπνηε αζχξκαην δίθηπν πνπ έρεη κηα ηνπνινγία δηθηχσλ είηε κεξηθήο είηε πιήξνπο ηνπνινγίαο πιέγκαηνο, ηα πξαθηηθά WMNs ραξαθηεξίδνληαη απφ ηνπο ζηαηηθνχο αζχξκαηνπο θφκβνπο ειεθηξνλφκσλ πνπ παξέρνπλ κηα δηαλεκεκέλε ππνδνκή γηα ηνπο θηλεηνχο θφκβνπο πειαηψλ πέξα απφ κηα κεξηθή ηνπνινγία πιέγκαηνο. Λφγσ ηεο παξνπζίαο κεξηθήο ηνπνινγίαο πιέγκαηνο, έλα WMN ρξεζηκνπνηεί multihop αλακεηάδνζε παξφκνηα κε έλα αζχξκαην δίθηπν ad hoc [15]. Αλ θαη ηα ad hoc αζχξκαηα δίθηπα είλαη παξφκνηα κε ηα WMNs, ηα πξσηφθνιια θαη νη αξρηηεθηνληθέο πνπ ζρεδηάδνληαη γηα ηα εηδηθά αζχξκαηα δίθηπα απνδίδνπλ πνιχ θαθψο φηαλ εθαξκφδνληαη ζηα WMNs. Δηθόλα 19: Σαμηλόκεζε ησλ αζύξκαησλ δηθηύσλ multihop Με ιίγα ιφγηα ην θεθάιαην απηφ παξνπζηάδεη ηα ζέκαηα θαη ηηο πξνθιήζεηο ζηα αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο ζε γεληθέο γξακκέο θαη εηδηθφηεξα ζηα MR-WMNs. 65

Σα WMNs αληηκεησπίδνπλ δηάθνξεο πξνθιήζεηο φπσο ηα αξρηηεθηνληθά δεηήκαηα ζρεδίνπ θαη ηα δεηήκαηα ζρεδίνπ πξσηνθφιινπ δηθηχσλ. Ζ ηθαλφηεηα ησλ WMNs είλαη πνιχ πεξηνξηζκέλε σο απνηέιεζκα ηνπ πεξηνξηζκέλνπ δηαζέζηκνπ εχξνπο δψλεο θαη ηε ρξήζε ηεο αζχξκαηεο αλακεηάδνζεο multihop. Μηα ζεκαληηθή θαηεχζπλζε γηα ηε βειηίσζε ηεο ηθαλφηεηαο ησλ αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ είλαη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ νη πνιιαπιάζηεο ξαδηνεπαθέο θαη ηα πνιιαπιάζηα θαλάιηα ηαπηφρξνλα. Δπνκέλσο, ηα MR-WMNs απνθηνχλ ζεκαζία. Δπηπιένλ ζε φια ηα δεηήκαηα πνπ πξνθχπηνπλ σο κέξνο ηνπ αζχξκαηνπ θάζκαηνο, ηα MR-WMNs αληηκεησπίδνπλ πνιιέο πεξηζζφηεξεο πξνθιήζεηο. Οη πξνθιήζεηο απηέο κπνξνχλ λα ηαμηλνκεζνχλ σο αξρηηεθηνληθέο, MAC, δηθηχσζεο, δξνκνιφγεζεο θαη έιεγρνπ ηνπνινγίαο. 4.2 Multiradio Multichannel Mesh Networks Λακβάλνληαο ππφςε νπνηνδήπνηε αξηζκφ νξζνγψλησλ θαλαιηψλ, ζηα γεηηνληθά APs νξίδεηαη ην δηαζέζηκν νξζνγψλην ζχλνιν θαηά ηξφπν ζπζηεκαηηθφ (π.ρ. ηα γλσζηά ζρέδηα επαλαρξεζηκνπνίεζεο ζπρλφηεηαο ζηα θπςεινεηδή δίθηπα) [15]. Ωο εθ ηνχηνπ, γηα νπνηνδήπνηε δεδνκέλν εχξνο δψλεο ηνπ ζπζηήκαηνο πνπ βειηηζηνπνηεί ε απφδνζε δηθηχσλ απαηηεί απαξαηηήησο ηελ νιφθιεξε ιίζηα πξσηνθφιινπ. Μηα πνιιά ππνζρφκελε επηινγή γηα ηελ θιηκάθσζε ηεο ρσξεηηθφηεηαο ελφο αζχξκαηνπ δηθηχνπ πξφζβαζεο είλαη λα δηακνξθψζεη έλα πιέγκα 2 ζηξσκάησλ πνπ ζρεδηάδεηαη επί ηνπ παξφληνο ζην πιαίζην ηεο νκάδαο εξγαζίαο ΗΔΔΔ 802.11s. Απηφ ππνλνεί έλα άκεζν αζχξκαην δηαζπλδεκέλν ζχλνιν θφκβσλ πιέγκαηνο γηα λα δηακνξθψζεη έλα δίθηπν multihop. Ζ εηδηθή (αιιά ζηαηηθή) θχζε ησλ απνηειεζκάησλ επεθηάζεσλ θφκβσλ πιέγκαηνο ζε κηα ζεκαληηθή ρσξηθή κεηαβιεηφηεηα ησλ πνιιαπιψλ παξεκβνιψλ πξφζβαζεο(mai- Μultiple Αccess Ηnterference) βιέπνληαο ζε νπνηαδήπνηε ζέζε θφκβσλ, νδεγεί ζε κηα κεηαβιεηή ζέζε πνπ εμαξηάηαη απφ ηνλ θφκβν δηαθίλεζεο. 66

Δηθόλα 20: ρεκαηηθή αληηπξνζώπεπζε ησλ δύν ηύπσλ θόκβσλ πιέγκαηνο: APs θαη ΜΡs Ωο εθ ηνχηνπ, απνηειεζκαηηθνί κεραληζκνί ηξνπνπνίεζεο ηνπνινγίαο ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ ειέγρνπ δχλακεο, ζπγθέληξσζε θφκβσλ θαη αλαζέζεηο θαλαιηψλ αλακέλνληαη λα είλαη ζεκαληηθνί βαζκνί ζρεδίνπ ειεπζεξίαο. Σα παξαδνζηαθά αζχξκαηα δίθηπα multihop (ηζηνξηθά νλνκάδεηαη ξαδηνθσληθά δίθηπα παθέησλ) απνηεινχληαη ζρεδφλ απνθιεηζηηθά απφ έλα ζηνηρείν ξαδηνθψλνπ. ε κηα επηζθφπεζε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ αξρηηεθηνληθψλ πιέγκαηνο αξρίδνπκε απφ ηα πιέγκαηα ελφο ξαδίνπ γηα λα θαζηεξψζνπκε κηα βαζηθή γξακκή γηα ηε ζχγθξηζε ησλ πιενλεθηεκάησλ ησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο multiradio. Δλαιιαθηηθά, νη θφκβνη κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ κηα δπλακηθή πνιηηηθή φπνπ ηα θαλάιηα ηνπ ξάδηνπ αιιάδνπλ κε ην ρξφλν, ζε γεληθέο γξακκέο ηφζν ζπρλά φζν κε θάζε κεηάδνζε παθέησλ. Ζ επηινγή ηεο πνιηηηθήο γηα ηε ρξήζε ξαδηνθσληθψλ επεξεάδεη ηηο δηαζέζηκεο επηινγέο γηα ηε CA πνπ θαζνξίδεη πνηφ απφ ηα δηαζέζηκα θαλάιηα ζα πξέπεη λα αλαηεζεί ζε έλα ζπγθεθξηκέλν ξαδηφθσλν. Δθηφο απφ ηε CA έλαο άιινο βαζηθφο παξάγνληαο πνπ θαζνξίδεη ηηο επηδφζεηο ηνπ δηθηχνπ πιέγκαηνο είλαη ε επηινγή ηνπ πξσηνθφιινπ δξνκνιφγεζεο. Τπάξρνπλ πνιιέο ειπηδνθφξεο αλνηθηέο εξεπλεηηθέο εξσηήζεηο ζρεηηθά κε ην ζέκα ησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο MRMC (multiple reader-multiple case). Αο ζπλνςίδνπκε θάπνηεο απφ απηέο. Αξρηθά είλαη θάπνηεο πνιηηηθέο γηα ηε ρξήζε ξαδηνθψλνπ. Οη ζρεηηθέο αμίεο απηψλ ησλ πξνζεγγίζεσλ, ζην θαιχηεξν ηεο γλψζεο καο, δελ έρνπλ κειεηεζεί πνιχ. Δηδηθφηεξα, ηα δηάθνξα ζρέδηα πνπ πηνζεηνχλ ηε δπλακηθή κεηαηξνπή θαλαιηψλ έρνπλ ηηο δηαθνξεηηθέο ζρεηηθέο δαπάλεο (ρξφλνο δηαθνπήο θαλαιηψλ θαη δπζρέξεηα ελφο θνηλνχ θαλαιηνχ ειέγρνπ) θαη κηα πεξηεθηηθή 67

κειέηε ηεο θαιχηεξεο πξνζέγγηζεο ζηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ πνιιαπιάζησλ δηεπαθψλ παξακέλεη έλα αλνηθηφ ζέκα. Οη πεξηζζφηεξνη απφ ηνπο αιγνξίζκνπο CA ζηε ινγνηερλία κέρξη ζήκεξα είλαη ζπγθεληξσκέλνη ζε κε απεπζείαο ζχλδεζε αιγφξηζκσλ. ηελ πξάμε, κηα δηαδηθαζία CA πνπ δηαλεκήζεθε θαη πξνζαξκφζηεθε δπλακηθά ζηνπο φξνπο θαλαιηψλ ζα ήηαλ πξνηηκφηεξε. Απηήλ ηελ πεξίνδν ηα πξφηππα 802.11 δελ παξέρνπλ πνιιέο πιεξνθνξίεο ζηα πςειφηεξα ζηξψκαηα κε ηα νπνία λα ιακβάλεη ηηο απνθάζεηο CA. Σν αξρηθφ πνηνηηθφ κέηξν θαλαιηψλ πνπ είλαη δηαζέζηκν είλαη ν ιακβαλφκελνο δείθηεο δχλακεο ζεκάησλ (RSSI- Received Signal Strength Indicator), νη ηηκέο ησλ νπνίσλ επηηξέπεηαη λα εμαξηψληαη απφ ηνλ πξνκεζεπηή. Ωζηφζν ε Οκάδα Δπηρεηξήζεσλ Κ ηνπ IEEE 802.11 εηνηκάδεη έλα πξφηππν ην νπνίν ζα επηηξέπεη λα ιακβάλνληαη πνιχ πεξηζζφηεξεο αλαιπηηθέο πιεξνθνξίεο γηα ηνπο φξνπο θαλαιηψλ απφ ηα ζηξψκαηα MAC θαη PHY. Οη δηαζέζηκεο κεηξήζεηο ζα έρνπλ κηα ηππνπνηεκέλε κέηξεζε δχλακεο ζεκάησλ θαζψο επίζεο θαη κηα έθζεζε γεηηφλσλ πνπ πεξηιακβάλεη πιεξνθνξίεο ζρεηηθά κε γεηηνληθνχο θφκβνπο πνπ έρνπλ αληρλεπζεί. Ζ ρξεζηκνπνίεζε απηψλ ησλ κέηξσλ γηα λα αλαπηπρζνχλ ηα πεξηπινθφηεξα ζρέδηα πξφζβαζεο ειέγρνπ είλαη κηα αλνηθηή πεξηνρή απηή ηε ζηηγκή. Δπίζεο ζηηο αληαιιαγέο πνπ πεξηιακβάλνληαη ζηε ιήςε ησλ απνθάζεσλ δξνκνιφγεζεο ζηα δίθηπα πιέγκαηνο. Έλαο πηζαλφο ηνκέαο ελδηαθέξνληνο πξφθεηηαη επίζεο λα ελζσκαηψζεη ηηο κειινληηθέο κεηξήζεηο 802.11k ζηνλ θαζνξηζκφ ησλ φξσλ ζπλδέζεσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ σο κεηξηθή ζχλδεζε. Ο ππνινγηζκφο ησλ ρξφλσλ κεηάδνζεο ζε κηα ζχλδεζε απφ ηνπο ειέγρνπο είλαη απηήλ ηελ πεξίνδν αλαμηφπηζηνο θαη νη βειηηψζεηο ζε απηήλ ηελ πεξηνρή ζα κπνξνχζαλ λα νδεγήζνπλ ζε βειηηψζεηο ζην κεηξηθφ ππνινγηζκφ πνξείαο θαη σο εθ ηνχηνπ ζηελ επηινγή δηαδξνκψλ. Τπάξρνπλ επίζεο δηάθνξνη άιινη βαζκνί ειεπζεξίαο δηαζέζηκνη ζην ζρέδην ησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο πνπ δελ έρνπκε εμεηάζεη. Απηνί πεξηιακβάλνπλ ηνλ έιεγρν δχλακεο κεηάδνζεο, ηελ επηινγή θαηψηαησλ νξίσλ αίζζεζεο κεηαθνξέσλ πνπ ιακβάλνπλ ηελ επαηζζεζία πνπ ζέηνπλ θαη ηελ επηινγή ηνπ πνζνζηνχ ζηνηρείσλ κεηάδνζεο. Ζ θνηλή βειηηζηνπνίεζε πέξα απφ απηά ηα δηάθνξα θξηηήξηα παξέρεη κηα πινχζηα πεξηνρή γηα ηηο κειινληηθέο έξεπλεο. 68

4.3 IEEE 802.11-Based Wireless Mesh Networks To IEEE 802.11 έρεη γίλεη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα ην πξφηππν γηα ηελ επέθηαζε ζπηηηψλ θαη επηρεηξήζεσλ ησλ αζχξκαησλ ηνπηθψλ δηθηχσλ (LANs). Οη πεξηζζφηεξεο απφ απηέο ηηο επεθηάζεηο ιεηηνπξγνχλ ζηνλ ηξφπν ππνδνκήο, φπνπ έλα ζχλνιν ζεκείσλ πξφζβαζεο (APs) ρξεζηκεχνπλ σο θφκβνη επηθνηλσλίαο γηα ηνπο θηλεηνχο ζηαζκνχο θαη παξέρεη ηα ζεκεία εηζφδσλ ζην Γηαδίθηπν. Ο ηξέρσλ ξφινο ηνπ IEEE 802.11 πεξηνξίδεηαη ζηνλ θηλεηφ πειάηε θαη ζηελ επηθνηλσλία AP [15]. Οη νηθνλνκίεο θιίκαθαο θαζηζηνχλ ην ΗΔΔΔ 802.11 κηα επηζπκεηή ελαιιαθηηθή ιχζε αθφκα θαη γηα ηε δηαζχλδεζε απηψλ ησλ ζεκείσλ πξφζβαζεο κε ηε δηακφξθσζε ελφο αζχξκαηνπ δηθηχνπ πιέγκαηνο (WMN). Γηα λα επηηξαπνχλ ηέηνηεο εθαξκνγέο, ην IEEE 802.11 ππνζηεξίδεη δχν ζπκπιεξσκαηηθνχο ηξφπνπο ιεηηνπξγίαο: ηε ιεηηνπξγία ad hoc γηα ηε δηακφξθσζε ζρεκαηίδνληαο έλα single-hop δίθηπν ad hoc φπνπ νη θφκβνη επηθνηλσλνχλ ν έλαο κε ηνλ άιινλ άκεζα ρσξίο ηε ρξήζε ελφο AP θαη ν αζχξκαηνο ηξφπνο ζπζηεκάησλ δηαλνκήο (WDS-Wireless Distributed System) γηα ηε δηακφξθσζε ηεο απφ ζεκείν ζε ζεκείν ζχλδεζεο αλακεηάδνζεο AP φπνπ θάζε AP δελ ιεηηνπξγεί κφλν σο ζηαζκφο βάζεο αιιά θαη σο αζχξκαηνο θφκβνο αλακεηάδνζεο. Δηθόλα 21: Έλα αζύξκαην δίθηπν πιέγκαηνο (WMN) ππξήλα. Ωζηφζν, ην IEEE 802.11 κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα δηακνξθψζεη έλα απνηειεζκαηηθφ WMN φπνπ ε απφδνζε, ε αζθάιεηα θαη ηα δηνηθεηηθά δεηήκαηα 69

πξέπεη λα αληηκεησπηζηνχλ. Απφ άπνςε απφδνζεο, ε ρακειή end-to-end ρσξεηηθφηεηα ηνπ δηθηχνπ θαη ε άδηθε θαηαλνκή κεηαμχ ησλ ξνψλ είλαη δχν ζπρλά αλαθεξζέληα πξνβιήκαηα ζην πξφηππν IEEE 802.11-based WMNs. Δδψ επηθεληξψλνπκε ηελ πξνζνρή καο ζηα δεηήκαηα επηδφζεσλ θαη ζηηο παξνχζεο ηερληθέο θαηάζηαζεο πξνφδνπ ζηα δεηήκαηα ρσξεηηθφηεηαο θαη δηθαηνζχλεο πνπ πξνθχπηνπλ ζην IEEE 802.11-based WMNs. Δπίζεο αλαθεξφκαζηε ζηηο δηάθνξεο ηερληθέο πνπ αλαπηχζζνληαη γηα λα αλαθαιχςνπλ θαη λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηηο πςειήο πνηφηεηαο δηαδξνκέο, ζηηο αξρηηεθηνληθέο θαη ηνπο αιγνξίζκνπο θαηάζηαζεο πξνφδνπ. Σέινο ζηηο ιχζεηο πνπ αλαπηχζζνληαη γηα λα επηηχρνπλ ηε δηθαηνζχλε πάλσ απφ ην εγγελψο άδηθν IEEE 802.11 ζηξψκα ηεο MAC, ζηα δεηήκαηα απφδνζεο θαη ζηα αλνηθηά εξεπλεηηθά δεηήκαηα ζε ιεηηνπξγία IEEE 802.11 σο πιαηθφξκα γηα ηελ αζχξκαηε δηθηχσζε πιέγκαηνο θαη ηηο δξαζηεξηφηεηεο ηππνπνίεζεο ηνπ IEEE 802.11s. Οη νηθνλνκίεο θιίκαθαο θάλνπλ ην IEEE 802.11 κηα πνιιά ππνζρφκελε ηερλνινγία γηα ηελ θαηαζθεπή WMNs. Ζ νπζηαζηηθή έξεπλα θαη νη εκπνξηθέο δξαζηεξηφηεηεο έρνπλ πξνηξέςεη ην ζρεκαηηζκφ κηαο λέαο IEEE 802.11s επηηξνπήο. Ο ζηφρνο ηεο επηηξνπήο είλαη λα αλαπηχμεη έλα πξφηππν IEEE 802.11 εθηεηακέλν πιέγκα ζπλφινπ ππεξεζηψλ πνπ ζα θαηαζθεπαζηεί πάλσ απφ ηα ζεκεξηλά πξφηππα 802.11a/b/g κε ην IEEE 802.11 WDS. Οη θφκβνη ζα είλαη ζε ζέζε λα αλαθαιχςνπλ απηφκαηα ν έλαο ηνλ άιινλ θαη ηε κνξθή ησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ πνπ ππνζηεξίδεη ηφζν ηε πνιιαπιή κεηάδνζε φζν θαη ηε unicast παξάδνζε ρξεζηκνπνηψληαο radioaware κεηξηθέο. Γηα ιφγνπο αζθαιείαο, φια ηα APs ζα ειέγρνληαη απφ κηα εληαία ινγηθή δηνηθεηηθή νληφηεηα πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζεί έλα IEEE 802.11i-based κεραληζκφ. Ζ δχλακε πξνηχπσλ QoS επίζεο ρηίδεηαη ζηα πξφηππα γηα λα επηηξέςεη ζην δίθηπν λα δψζεη πξνηεξαηφηεηα κεηαμχ ησλ δηαθνξεηηθψλ θαηεγνξηψλ θπθινθνξίαο. 4.4 Γξνκνιόγεζε ζε Wireless Mesh Networks Σα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα ιάβνπλ ππφςε ην δχζθνιν πεξηβάιινλ κε ηνπο ζπρλά κεηαβαιιφκελνπο φξνπο ηνπ θαη πξέπεη λα ππνζηεξίμνπλ κηα αμηφπηζηε θαη απνδνηηθή επηθνηλσλία πέξα απφ ην δίθηπν πιέγκαηνο. Παξά ηε δηαζεζηκφηεηα ησλ δηαθφξσλ πξσηνθφιισλ δξνκνιφγεζεο γηα ad hoc δίθηπα, ν 70

ζρεδηαζκφο ησλ πξσηνθφιισλ δξνκνιφγεζεο γηα WMNs εμαθνινπζεί λα είλαη έλαο ελεξγφο ηνκέαο ηεο έξεπλαο γηα δηάθνξνπο ιφγνπο [15]. ηα πεξηζζφηεξα WMNs, πνιινί απφ ηνπο θφκβνπο είλαη είηε ζηάζηκνη είηε έρνπλ ηελ ειάρηζηε θηλεηηθφηεηα θαη δελ βαζίδνληαη ζε κπαηαξίεο. Ωο εθ ηνχηνπ, ην επίθεληξν ησλ αιγνξίζκσλ δξνκνιφγεζεο είλαη ε βειηίσζε ηεο απφδνζεο ηνπ δηθηχνπ ή ε απφδνζε ησλ κεκνλσκέλσλ κεηαθνξψλ, αληί λα αληηκεησπίζνπλ ηελ θηλεηηθφηεηα ή ηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο ρξήζεο ελέξγεηαο. Δάλ κεηψζνπκε ηελ απφζηαζε κεηαμχ ηεο δχλακεο θφκβσλ ζε έλα WMN, ε νπνία απμάλεη ηελ πνηφηεηα ζπλδέζεσλ θαη ην πνζνζηφ κεηάδνζεο, ε απφζηαζε κεηαμχ ησλ θφκβσλ ζα κπνξνχζε λα κεησζεί ψζηε λα απμεζεί ε πνηφηεηα ηεο ζχλδεζεο θαη ν ξπζκφο κεηάδνζεο. Ωζηφζν, νη ζχληνκεο απνζηάζεηο απμάλνπλ επίζεο ηελ παξέκβαζε κεηαμχ ησλ hops, ε νπνία κεηψλεη ην δηαζέζηκν εχξνο δψλεο ζε θάζε ζχλδεζκν. Ωο εθ ηνχηνπ, λέεο κεηξηθέο δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα αλαθαιπθζνχλ θαη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα λα βειηηψζνπλ ηελ απφδνζε ηεο δξνκνιφγεζεο ησλ πξσηνθφιισλ ζε έλα multiradio multihop WMN θαη ζε έλα multiradio/multichannel WMN. Σν πξσηφθνιιν δξνκνιφγεζεο φρη κφλν πξέπεη λα επηιέμεη κηα πνξεία κεηαμχ ησλ δηαθνξεηηθψλ θφκβσλ, αιιά πξέπεη επίζεο λα επηιέμεη ην θαηαιιειφηεξν δπλαηφ θαλάιη ή ξαδηφθσλν ζην δξφκν γηα θάζε θφκβν πιέγκαηνο. Γη απηφ κεηξήζεηο δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα αλαθαιπθζνχλ θαη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα λα εθκεηαιιεπηνχλ ηηο πνιιαπιάζηεο ξαδηνεπαθέο ζε έλα αζχξκαην πιεγκαηηθφ δίθηπν. Δηθόλα 22: Σαμηλόκεζε ησλ πξσηνθόιισλ δξνκνιόγεζεο. Ο ζρεδηαζκφο cross-layer γίλεηαη κηα αλάγθε επεηδή ε αιιαγή κηαο πνξείαο δξνκνιφγεζεο πεξηιακβάλεη ην θαλάιη ή ηε ξάδην κεηαηξνπή ζε έλαλ πνιπδηαπιηθφ 71

θφκβν πιέγκαηνο multiradio. Οη πνιιαπιέο δηεπαθέο κεηψλνπλ ηελ απφδνζε ηεο ππνβάζκηζεο ιφγσ ηεο δηαδνρηθήο ιήςεο θαη ηεο απνζηνιήο ησλ παθέησλ ζηνπο θφκβνπο πιέγκαηνο κε κφλν κηα εληαία αζχξκαηε δηεπαθή. Θα κπνξνχζε επίζεο λα είλαη δπλαηή ε ρξήζε πνιιαπιψλ θαλαιηψλ. Απηφ κεηψλεη ηελ επηβάξπλζε ηνπ ειέγρνπ αιιά εηζάγεη κηα ιαλζάλνπζα θαηάζηαζε γηα ην πξψην παθέην πνπ ζα απνζηαιεί ιφγσ ηνπ ρξφλνπ πνπ απαηηείηαη γηα ηελ on-demand ξχζκηζε δηαδξνκψλ. ηα δπλακηθά πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο, θάζε θφκβνο μέξεη ηε δηαδξνκή. Γελ ππάξρεη θακία ιαλζάλνπζα θαηάζηαζε, αιιά ε κφληκε ζπληήξεζε ησλ αρξεζηκνπνίεησλ δηαδξνκψλ απμάλεη ηνλ έιεγρν. Σα πβξηδηθά πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο πξνζπαζνχλ λα ζπλδπάζνπλ ηα πιενλεθηήκαηα θαη ησλ δχν θηινζνθηψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηνπο θνληηλνχο θφκβνπο ή ηηο ζπρλά ρξεζηκνπνηεκέλεο πνξείεο, ελψ ε αληηδξαζηηθή δξνκνιφγεζε ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνπο πην απφκαθξνπο θφκβνπο ή ηηο ιηγφηεξν ζπρλά ρξεζηκνπνηεκέλεο πνξείεο. Σα νθέιε είλαη ε γξεγνξόηεξε πξόζβαζε ζε πεξηζζόηεξεο πιεξνθνξίεο ζέζεο ηνπ ζηξώκαηνο 2 θαη ηνπ θπζηθνύ επηπέδνπ, ηαρύηεξε δηαβίβαζε, βειηίσζε ηεο πξόζβαζεο ζηα κέζα ελεκέξσζεο όζνλ αθνξά ηελ αζύξκαηε επηθνηλσλία multihop θαη ζπκπξάμεηο κεηαμύ ησλ κεραληζκώλ (π.ρ., νη πεξηνδηθέο ξαδηνθσληθέο κεηαδφζεηο δελ είλαη απαξαίηεην λα γίλνπλ θαη ζηα δχν ζηξψκαηα). Φπζηθά, ηα νθέιε δελ έξρνληαη ρσξίο κηα ηηκή. Ζ δξνκνιφγεζε ζην ζηξψκα 2 είλαη δπζθνιφηεξν λα εθαξκνζηεί. Οη πξφζζεηεο πιεξνθνξίεο γηα ηε δνκή δηθηχσλ φπσο είλαη γλσζηή απφ ηηο δηεπζχλζεηο IP δελ είλαη δηαζέζηκεο ζηηο δηεπζχλζεηο ηεο MAC, θαη είλαη πην δχζθνιν λα θάλνπκε ''Γηαδίθηπν '' εξγαζίαο κεηαμχ εηεξνγελψλ δηθηχσλ. Απαηηήζεηο γηα ηελ δξνκνιφγεζε ζε αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα: Αλνρή ζε θάικαηα: Έλα ζεκαληηθφ ζέκα είλαη ε επηβίσζε ησλ δηθηχσλ. Ζ ηθαλφηεηα επηβίσζεο είλαη ε ηθαλφηεηα ηνπ δηθηχνπ λα ιεηηνπξγήζεη ζε πεξίπησζε απνηπρηψλ θφκβσλ ή ζπλδέζεσλ. Σα WMNs κπνξνχλ λα εμαζθαιίζνπλ επξσζηία ελάληηα ζηηο απνηπρίεο ζπλδέζεσλ απφ ηε θχζε ηνπο. Αληίζηνηρα, ηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο πξέπεη επίζεο λα ππνζηεξίμνπλ ην ζέκα επαλεπηινγήο δηαδξνκήο ζηηο απνηπρίεο ζπλδέζεσλ. Δμηζνξξόπεζε Φνξηίνπ: Οη αζχξκαηνη δξνκνινγεηέο κε δπλαηφηεηα πιέγκαηνο είλαη θαινί ζηελ εμηζνξξφπεζε ηνπ θνξηίνπ, επεηδή κπνξνχλ λα επηιέμνπλ ηελ πην απνηειεζκαηηθή δηαδξνκή γηα ηα δεδνκέλα. 72

Μείσζε ηεο δξνκνιόγεζεο ησλ γεληθώλ εμόδσλ: Ζ ζπληήξεζε ηνπ εχξνπο δψλεο είλαη επηηαθηηθή ζηελ επηηπρία νπνηνπδήπνηε αζχξκαηνπ δηθηχνπ. Δίλαη ζεκαληηθφ λα κεησζεί ε επηβάξπλζε δξνκνιφγεζεο, εηδηθά απηφ πνπ πξνθαιείηαη απφ αλακεηαδφζεηο. Δπεθηαζηκόηεηα: Έλα πιεγκαηηθφ δίθηπν είλαη επεθηάζηκν θαη κπνξεί λα ρεηξηζηεί εθαηνληάδεο ή ρηιηάδεο θφκβνπο. Δπεηδή ε ιεηηνπξγία ηνπ δηθηχνπ δελ εμαξηάηαη απφ έλα θεληξηθφ ζεκείν ειέγρνπ, ε πξνζζήθε ησλ πνιιαπιάζησλ ζεκείσλ ή ησλ ππιψλ ζπιινγήο δεδνκέλσλ είλαη ζεκαληηθή. Λακβάλνληαο ππφςε ρηιηάδεο θφκβνπο ζε έλα WMN, ε ππνζηήξημε θιηκάθσζεο ζηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο είλαη ζεκαληηθή. Δηθόλα 23: Δπεθηαζηκόηεηα ησλ πξσηνθόιισλ IEEE 802.11s δξνκνιόγεζεο. Τπνζηήξημε QoS: Λφγσ ηεο πεξηνξηζκέλεο ρσξεηηθφηεηαο θαλαιηνχ, ε επίδξαζε ησλ παξεκβνιψλ, ν κεγάινο αξηζκφο ρξεζηψλ, ε εκθάληζε ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν εθαξκνγψλ πνιπκέζσλ θαη ηέινο ε ππνζηήξημε ηεο πνηφηεηαο ησλ ππεξεζηψλ(qos) έρνπλ γίλεη θξίζηκεο απαίηεζεηο ζε ηέηνηα δίθηπα. Ζ αζύξκαηε δηθηύσζε πιέγκαηνο είλαη έλα ζέκα πνπ πξνζειθύεη ηελ πξνζνρή από ηηο κεγάιεο βηνκεραληθέο επηρεηξήζεηο θαη ηα παλεπηζηήκηα. Μεγάιεο πξνζπάζεηεο βξίζθνληαη ζε εμέιημε γηα λα αλαπηχμνπλ ηα πξφηππα πιέγκαηνο εξγαζίαο. Τπάξρνπλ πνιιέο επηρεηξήζεηο πνπ πσινχλ ηηο αζχξκαηεο ζπζθεπέο πιέγκαηνο θαη ππάξρνπλ ήδε πνιιέο εγθαηαζηάζεηο εξγαζίαο αζχξκαησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ ζε φιν ηνλ θφζκν. Ζ βαζηθή ηδέα πξνψζεζεο ησλ παθέησλ ζε αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα πέξα απφ ηα 73

πνιιαπιάζηα αζχξκαηα hops είλαη κηα λέα πνηφηεηα ζηηο αζχξκαηεο επηθνηλσλίεο. Μπνξεί λα θαηαζηήζεη ηηο ζπζθεπέο αιεζηλά αζχξκαηεο. Σα απαξαίηεηα πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο έρνπλ κηα πγηή βάζε, ε νπνία είλαη έλα θαιφ ζεκέιην γηα ηε ζπλερή αχμεζε ηνπ αξηζκνχ αλαπηχμεσλ ησλ WMNs. Λφγσ ηεο κεγάιεο επειημίαο θαη ηεο επξσζηία ηνπο, ηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα ζα είλαη έλα ζεκαληηθφ κέξνο ησλ κειινληηθψλ (αζχξκαησλ) δηθηπαθψλ αξρηηεθηνληθψλ. Αλ θαη ν ηνκέαο ηεο αζχξκαηεο δηθηχσζεο πιέγκαηνο κπνξεί λα ζηεξηρηεί ζην ηεξάζηην πνζφ απνηειεζκάησλ απφ κηα δεθαεηία έξεπλαο ζηελ θηλεηή ad hoc δηθηχσζε, ππάξρνπλ αθφκα πνιιά αλνηθηά εξεπλεηηθά δεηήκαηα. Οη πξφζζεηεο ηδηφηεηεο ησλ WMNs απαηηνχλ θαη επηηξέπνπλ ζηηο βειηηζηνπνηήζεηο πξνθεηκέλνπ λα επηηεπρζνχλ νη ζηφρνη απφδνζεο γηα ηε ρξήζε ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο. Κάζε ζελάξην εθαξκνγήο κπνξεί λα απαηηήζεη ηηο δηαθνξεηηθέο βειηηζηνπνηήζεηο. Ζ πςειή απφδνζε ηνπ δηθηχνπ θαη ε ρσξεηηθφηεηα ησλ δηθηχσλ είλαη νη ζεκαληηθέο απαηηήζεηο ζηηο πξαθηηθέο αλαπηχμεηο. Νέεο κεηξηθέο δξνκνιφγεζεο πξέπεη λα αλαπηπρζνχλ θαη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ πξνθεηκέλνπ λα ππνζηεξηρζνχλ νη απαξαίηεηεο βειηηψζεηο. Ζ θηλεηηθφηεηα ειέγρεη πφηε νη ζπζθεπέο πειαηψλ είλαη ελζσκαησκέλεο ζηα αζχξκαηα δίθηπα πιέγκαηνο. Οη θαιχηεξεο θαη ηζρπξφηεξεο ζπζθεπέο κπνξνχλ λα έρνπλ ηηο πνιιαπιάζηεο ξάδην-δηαζπλδέζεηο θαη κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηελ πνηθηινκνξθία θαλαιηψλ. Απηφ πξέπεη λα ππνζηεξηρζεί κε ηε δξνκνιφγεζε ησλ πξσηνθφιισλ θαη ηε δξνκνιφγεζε ησλ κεηξήζεσλ. Σειεπηαίν είλαη ν ζρεδηαζκφο cross-layer ν νπνίνο είλαη ζεκαληηθφο πξνθεηκέλνπ λα απνθηεζεί ε θαιχηεξε πξφζβαζε ζηα ζηξψκαηα πνπ έρνπλ κηα πςειή επηξξνή ζηε MAC δξνκνιφγεζε θαη ην θπζηθφ ζηξψκα. 4.5 Έιεγρνο Πξόζβαζεο ζην Μέζν ζηα Αζύξκαηα Πιεγκαηηθά Γίθηπα Σα πξσηφθνιια MAC πνπ νξίδνληαη ζην πξφηππν ΗΔΔΔ 802.11 δει. είλαη πξσηφθνιια θαλαιηψλ ηεο MAC πνπ ζρεδηάδνληαη γηα ηνπο θφκβνπο κε ηηο θεξαίεο θαηεχζπλζεο. Σέηνηα νξζνγψληα θαλάιηα ζα κπνξνχζαλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ηαπηφρξνλα ζε κηα γεηηνληά ρσξίο παξεκπφδηζε ε κηα απφ ηελ άιιε. πλεπψο, ππήξμε ζεκαληηθή πξνζπάζεηα ζηελ αλάπηπμε ηέηνησλ πνιπθαλαιηθψλ MAC πξσηνθφιισλ 74

πνπ κπνξνχλ απνηειεζκαηηθά λα νξίζνπλ ηα θαλάιηα ζηνπο θφκβνπο πιέγκαηνο θαη λα ζπληνλίζνπλ ηε δηαλνκή απηψλ ησλ θαλαιηψλ. Δηθόλα 24: Ζ IEEE 802.11e αξρηηεθηνληθή ηεο MAC Λφγσ ηνπ multihop θαη ηεο ad hoc θχζεο ησλ WMNs, ε ππνζηήξημε ησλ θεξαηψλ θαηεχζπλζεο δελ είλαη έλαο εχθνινο ζηφρνο γηαηί ηα πεξηζζφηεξα ππάξρνληα ζρέδηα ηείλνπλ λα είλαη ζχλζεηα. ην κέιινλ, ηα απιά θαη απνδνηηθφηεξα πξσηφθνιια ηεο MAC κπνξνχλ λα θαηαζθεπαζηνχλ πηνζεηψληαο κηα απινπζηεπκέλε ππνζηήξημε αξρηηεθηνληθήο ή multiradio πιέγκαηνο ζε θάζε θφκβν. Μηα άιιε ζεκαληηθή κειινληηθή θαηεχζπλζε είλαη ε ρσξεηηθφηεηα ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηηο θεξαίεο θαηεχζπλζεο ή ηα πνιιαπιάζηα θαλάιηα. Ζ απφδνζε ηνπ ΗΔΔΔ 802.11 MAC έρεη απνηειέζεη αληηθείκελν έξεπλαο εδψ θαη ρξφληα. Ωζηφζν, ιίγα πξάγκαηα έρνπλ γίλεη φζνλ αθνξά ηελ ζεσξεηηθή κνληεινπνίεζε θαη αλάιπζε ησλ πξσηνθφιισλ MAC πνπ ρξεζηκνπνηνχλ θεξαίεο θαηεχζπλζεο ή MAC πξσηφθνιια. Απηή ε αλάιπζε είλαη ζεκαληηθή γηα ηε κειέηε ησλ νξίσλ απφδνζεο θαη γηα ηελ παξνρή ησλ ρξήζηκσλ ηδεψλ πνπ κπνξνχλ λα θαζνδεγήζνπλ ην ζρέδην ησλ πξαθηηθψλ θαη απνηειεζκαηηθψλ πξσηνθφιισλ ηεο MAC. Σν IEEE 802.16 MAC πξσηφθνιιν ρξεζηκνπνηεί TDMA θαη ζρεδηάδεηαη γηα λα επηηχρεη ηελ απνδνηηθφηεξε ρξεζηκνπνίεζε εχξνπο δψλεο απφ φηη ηα πξσηφθνιια κε βάζε ηνπο ηζρπξηζκνχο. Ωζηφζν, ην TDMA (Time Division Multiple Access- Σν TDMA ή ζχζηεκα ρξνληθήο πνιππιεμίαο είλαη ε ηερληθή πνιιαπιήο πξφζβαζεο κε ην δηαρσξηζκφ ηνπ δηαζέζηκνπ θάζκαηνο ζπρλνηήησλ ζε έλαλ ζπγθεθξηκέλν αξηζκφ «θαλαιηψλ» / πιαηζίσλ θαη ζηε ζπλέρεηα ηελ δηαίξεζε απηψλ ζε ίζεο θαη ζχληνκεο ρξνληθέο ζρηζκέο ή ρξνλνζπξίδεο, ψζηε λα επηηξέπεηαη ε κεηάδνζε ηνπ ζήκαηνο απφ ην θηλεηφ ζην δίθηπν θαη αληίζηξνθα. Σν TDMA ρξεζηκνπνηείηαη απφ ην GSM, ζην νπνίν θάζε «θαλάιη» έρεη «εχξνο» 200KHz θαη ρσξίδεηαη ζε 8 ίζεο ρξνλνζπξίδεο ή timeslots. Καηά ηε δηάξθεηα κηαο ηειεθσληθήο θιήζεο ν ρξήζηεο δεζκεχεη κηα 75

ρξνλνζπξίδα.) έρεη επίζεο ηηο έκθπηεο αδπλακίεο ηνπ. Δπεηδή ηα δεδνκέλα θίλεζεο είλαη ηδηαίηεξα εθξεθηηθά, ηα MPs κπνξεί λα πξέπεη λα επηθαιεζζνχλ ηνλ αιγφξηζκν ζρεδηαζκνχ ζπρλά, ν νπνίνο έρεη πςειή ππνινγηζηηθή επηβάξπλζε. Δπηπιένλ, φηαλ ιεηηνπξγεί ε MAC 802.16 ζηνλ πξνζαλαηνιηζκέλν πξνο ηε ζχλδεζε ηξφπν, ε θαζηέξσζε θαη νη tearing down ζπλδέζεηο ζπλεπάγνληαη επηβάξπλζε. Δπηπιένλ, ε πεξαηηέξσ έξεπλα εμαθνινπζεί λα είλαη απαξαίηεηε γηα λα θαηαλνήζεη θαιχηεξα ηελ απφδνζε ηνπ WiMΑΥ ζε πιεγκαηηθά δίθηπα multihop. Απηφ ην θεθάιαην θαιχπηεη επίζεο ηα ηξία ζεκαληηθφηεξα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ηεο MAC πνπ πεξηιακβάλνληαη ζην πξψην ηππνπνηεκέλν ζρέδην 802.11s. Μέζα ζηελ νκάδα 802.11 πξνηχπσλ TG, ηα πξνεγκέλα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ηεο MAC πνπ βειηηψλνπλ ηηο επηδφζεηο ηνπ δηθηχνπ αιιά είλαη θαη ζπκβαηά κε ζπζθεπέο 802.11 βξίζθνληαη αθφκε ππφ ζπδήηεζε. Αλακέλεηαη φηη, ζην κέιινλ, απηά ηα ραξαθηεξηζηηθά MAC ζα εμειηρζνχλ πεξαηηέξσ, θαη ηα πην πξνεγκέλα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ηεο MAC ζα πεξηιεθζνχλ ζηα πξφηππα γηα λα βειηηψζνπλ ηελ απφδνζε θαη λα εληζρχζνπλ ηε ιεηηνπξγία ησλ WMNs. 4.6 Αζθάιεηα ζε Wireless Mesh Networks Παξά ηελ έληνλε εξεπλεηηθή δξαζηεξηφηεηα γηα ην αζχξκαην πιέγκα θαη ηα δίθηπα εηδηθνχ ζθνπνχ, αθφκα εμαθνινπζνχλ λα ππάξρνπλ αλνηθηά εξεπλεηηθά δεηήκαηα ζηελ αζθάιεη [15]. Έλαο κεγάινο αξηζκφο πξνηάζεσλ αζθαιείαο ππάξρεη γηα ηα ζπγθεθξηκέλα δεηήκαηα, αιιά είλαη γεληθά αζαθήο, πνηεο απφ απηέο είλαη ρξήζηκεο γηα έλα νξηζκέλν ζελάξην ρξήζεο θαη πψο εθείλεο πνπ πξνηείλνληαη αλεμάξηεηα κπνξνχλ λα ζπλδπαζηνχλ γηα λα θζάζνπλ ζε κηα πιήξε ιχζε αζθάιεηαο. Δηθόλα 25: Γίθηπν πιέγκαηνο πνιιαπιώλ αζθαιείαο 76

Σα κεκνλσκέλα αληηζηαζκηζηηθά κέζα θαιχπηνπλ κφλν έλα ζπγθεθξηκέλν ππνζχλνιν ησλ ζρεηηθψλ απεηιψλ θαη είλαη δχζθνιν λα ελζσκαησζνχλ. Οη πιήξεηο ιχζεηο αζθάιεηαο πνπ πξνζαξκφδνληαη γηα ηηο δηαθνξεηηθέο απαηηήζεηο αζθάιεηαο ησλ πην πξνθιεηηθψλ ζελαξίσλ ρξήζεο, ιείπνπλ. Άιια αλνηθηά δεηήκαηα είλαη ζρεδφλ ρξεζηκνπνηεκέλα, εκπνξηθά θαηάιιεια γηα ιχζεηο αζθαιείαο γηα ηα ζπλεηαηξηζηηθά πιεγκαηηθά δίθηπα κεηαμχ ηνπ άγλσζηνπ θαη αλαμηφπηζηνπ ηέινπο πνπ κπνξεί ή θαη φρη λα είλαη ζπλεηαηξηζηηθφ, κε ζπλεξγάζηκν, ή αθφκα θαη ζθνπίκσο λα παξνπζηάδεη εζθαικέλε ζπκπεξηθνξά. Δλψ νη πξνηάζεηο φπσο ε ρνξήγεζε ησλ θηλήηξσλ γηα ηελ επηβνιή ηεο ζπλεξγαζίαο, ηεο αλίρλεπζεο αλάξκνζηεο ζπκπεξηθνξάο θαη ηεο επξσζηίαο πξνο ηνπο θαθφβνπινπο θφκβνπο έρνπλ πεξηγξαθεί, δελ είλαη μεθάζαξν εάλ απηέο νη ιχζεηο είλαη επαξθείο θαη ηθαλνπνηεηηθέο γηα ηελ πξαγκαηηθή δπλαηφηεηα εθαξκνγήο. Έλα πεξαηηέξσ αλνηθηφ δήηεκα είλαη ε απνδεκίσζε ησλ θφκβσλ πιέγκαηνο ησλ ηειηθψλ ρξεζηψλ πνπ παξέρνπλ ηελ πξφζβαζε ζε έλα δίθηπν ππνδνκήο. 4.7 Δπεθηαζηκόηεηα ζε Wireless Mesh Networks Σν WMN κπνξεί λα επεθηαζεί γξήγνξα ζε κηα κεγάιεο θιίκαθαο πεξηνρή κε ειάρηζηε θαισδίσζε ψζηε λα ρακεισζνχλ νη δαπάλεο ππνδνκήο θαη επέθηαζεο. Σν WMN κπνξεί ηαπηφρξνλα λα ππνζηεξίμεη πνηθίιεο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο ξαδηνεπαθψλ θαη πξφζβαζεο φπσο ην 802.16 (WiMAX), ην 802.11 (WiFi) θαη ην 802.15 (Bluetooth θαη Zigbee) παξέρνληαο έηζη ηελ επειημία λα ελζσκαηψζεη δηαθνξεηηθά δίθηπα αζχξκαηεο πξφζβαζεο [15]. Δπνκέλσο, ε δηαηήξεζε ηεο απφδνζεο επεθηείλνληαο ηελ πεξηνρή θάιπςεο γίλεηαη κηα δχζθνιε θαη ζεκαληηθή πξφθιεζε γηα ην ζρεδηαζκφ ελφο εμειηθηηθνχ WMN. Δδψ πξαγκαηεχεηαη ην δήηεκα ηεο θιηκάθσζεο απφ WM ζε κηα πξννπηηθή δηθηπαθήο αξρηηεθηνληθήο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, ε επέθηαζε δηθηχσλ ζηελ αζηηθή πεξηνρή γίλεηαη επθνιφηεξε επεηδή ε θαισδίσζε ειαρηζηνπνηείηαη. Πξνηείλνπκε επίζεο έλα εμειηθηηθφ πνιπδηαπιηθφ δαρηπιίδη βαζηζκέλν ζε WMN γηα ηελ θάιπςε εθηελψλ δσλψλ. Με απηήλ ηελ αξρηηεθηνληθή θπςεινεηδνχο πιέγκαηνο, ε θάιπςε ππεξεζηψλ ηεο θεληξηθήο πχιεο/ap κπνξεί λα επεθηαζεί ζεκαληηθά κε ιηγφηεξν θφζηνο. Δξεπλάκε επίζεο ηε βέιηηζηε αληαιιαγή κεηαμχ ηεο ρσξεηηθφηεηαο θαη ηεο θάιπςεο γηα ην εμειηθηηθφ 77

WMN. Οη παξάκεηξνη επέθηαζεο πεξηιακβάλνπλ ηνλ αξηζκφ APs ζε έλα ζχκπιεγκα θαη ηελ απφζηαζε ρσξηζκνχ κεηαμχ APs γηα ην εμεηαδφκελν WMN ζηελ αζηηθή πεξηνρή. Αλαπηχζζνπκε έλα πξφηππν απφδνζεο δηαγψληνπ-ζηξψκαηνο γηα ην δαρηπιίδη βαζηζκέλν ζε WMN θαη δηαηππψλνπκε έλα πξφβιεκα βειηηζηνπνίεζεο γηα λα κεγηζηνπνηήζνπκε ηελ θάιπςε θαη ηελ ρσξεηηθφηεηα. Σν WMN είλαη ε ειπηδνθφξνο ιχζε ζηελ επφκελε γεληά ηνπ ζπζηήκαηνο επηθνηλσλίαο γηα λα ππνζηεξίμεη ηηο παληαρνχ παξνχζεο επξπδσληθέο ππεξεζίεο απφ ηε ρακειή δχλακε κεηάδνζεο. Δληνχηνηο, ε multihop δηθηχσζε πάζρεη απφ ην δήηεκα εμέιημεο. Απηφ ην θεθάιαην εμεηάδεη απηήλ ηελ βαζηθή πξφθιεζε ηνπ WMN απφ κηα πξννπηηθή δηθηπαθήο αξρηηεθηνληθήο. Δπίζεο εμεηάδνπκε ηα δχν θχξηα ζελάξηα εθαξκνγήο ησλ WMNs ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ ησλ ζελαξίσλ ππθλψλ αζηηθψλ θαη εθηελψλ δσλψλ. Σν πξνηεηλφκελν WMN είλαη επεθηάζηκν φζνλ αθνξά ηελ θάιπςε δεδνκέλνπ φηη ν πξνγξακκαηηζκφο ζπρλφηεηαο κε ηα πνιιαπιάζηα δηαζέζηκα θαλάιηα κπνξεί απνηειεζκαηηθά λα επηιχζνπλ ην δήηεκα ηζρπξηζκνχ θαη έηζη ε απφδνζε κπνξεί λα εμαζθαιηζηεί. Αθφκε εξεπλάκε ηε βέιηηζηε αληαιιαγή κεηαμχ ηεο ρσξεηηθφηεηαο θαη ηεο θάιπςεο γηα ην εμειηθηηθφ WMN. Δπηπιένλ, εθαξκφδνπκε ηελ πξνζέγγηζε βειηηζηνπνίεζεο MINLP (Mixed-integer nonlinear programming) γηα λα θαζνξίζνπκε ηηο βέιηηζηεο παξακέηξνπο επέθηαζεο, ππφ ηνλ φξν αληαιιαγήο κεηαμχ ηεο απφδνζεο θαη ηεο θάιπςεο. Δηθόλα 26: Γαρηπιίδη κε βάζε αξρηηεθηνληθή ησλ θπςειώλ ηνπ αζύξκαηνπ δηθηύνπ πιέγκαηνο γηα επξεία θάιπςε. 78

4.8 Δμηζνξξόπεζε Φνξηίνπ ζe 802.11s Γίθηπα Σν WMN πεξηνξίδεηαη απφ δχν θχξηνπο πφξνπο, ην εχξνο δψλεο θαη ηε ρσξεηηθφηεηα ησλ δηθηχσλ. Δλψ ην εχξνο δψλεο αλαθέξεηαη ζην επηηεχμηκν πνζνζηφ ζηνηρείσλ κέζσ ηεο ξαδηνεπαθήο, ε ρσξεηηθφηεηα αλαθέξεηαη ζηελ ηθαλφηεηα ηεο κεηαθνξάο ησλ ζηνηρείσλ ε νπνία πξέπεη λα είλαη δηαζέζηκε γηα θάζε θφκβν ζην δίθηπν. ηα WMNs, ε θίλεζε θαζνδεγείηαη ρξεζηκνπνηψληαο ηα πνιιαπιάζηα hops ζε κηα πχιε πνπ ζπλδέεηαη κε ην Γηαδίθηπν [15]. ε έλα δεδνκέλν δίθηπν, κπνξνχλ λα ππάξμνπλ πνιιαπιάζηεο πχιεο θαη νη πεξηνρέο θνληά ζηηο πχιεο θαη νη ίδηεο νη πχιεο κπνξνχλ λα γίλνπλ εκπφδην ζην δίθηπν κε ζπλέπεηα ηε κεγαιχηεξε απψιεηα παθέησλ ιφγσ ηεο ζπκθφξεζεο. Δπνκέλσο, ε εμηζνξξφπεζε θνξηίσλ ζηηο πχιεο είλαη πνιχ ζεκαληηθή ζηελ παξνρή κηαο θαιχηεξεο ππεξεζίαο ζηα WMNs. Ζ ρξήζε ηεο αλακεηάδνζεο multihop ζε WMNs επηβάιιεη νξηζκέλα δεηήκαηα ζπγθεθξηκέλα γηα απηά ηα δίθηπα. Δθηφο απφ ηα αλσηέξσ, νη ζεσξεηηθέο δηαηππψζεηο γηα ηελ αλάιπζε ηεο δηαλνκήο θνξηίσλ θαη ηνπ κήθνπο πνξεηψλ παξέρνληαη. Σα θχξηα δεηήκαηα ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε είλαη: (α) ε θφξησζε ππιψλ, (β) ε θεληξηθή θφξησζε θαη (γ) ηα δεηήκαηα πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηελ ηνπηθή δπζαλαινγία θνξηίσλ. Ζ δπζαλαινγία θνξηίσλ ζε έλα WMN εκθαλίδεηαη αθφκε θαη ζηελ πεξίπησζε ηνπ νκνηφκνξθνπ πνζνζηνχ παξαγσγήο ζηνηρείσλ θαη ηεο νκνηφκνξθεο δηαλνκήο θφκβσλ. Σν πξψην ζεκαληηθφ δήηεκα πνπ πξνθχπηεη απφ ηε δπζαλαινγία θνξηίσλ είλαη ε θφξησζε ππιψλ, δει. νη πχιεο ππεξθνξηψλνληαη ιφγσ ηεο ζπλάζξνηζεο θπθινθνξίαο απφ ηνλ αλνκνηφκνξθν αξηζκφ θφκβσλ ζην δίθηπν. Υσξίο θαηάιιειε εμηζνξξφπεζε θνξηίσλ, νη backhaul ζπλδέζεηο κπνξνχλ λα είλαη θνξεζκέλεο ή ππναπαζρνινχκελεο κε ζπλέπεηα ηε ρακειή εμειημηκφηεηα θαη ηελ ηθαλφηεηα δηθηχσλ. Σν δεχηεξν ζεκαληηθφ δήηεκα πνπ πξνθχπηεη απφ ηε δπζαλαινγία θνξηίσλ ζε WMNs είλαη ε θεληξηθή θφξησζε θαη απηφ νθείιεηαη πξψηηζηα ζην φηη νη θφκβνη ζηελ θεληξηθή πεξηνρή βξίζθνληαη ζε πεξηζζφηεξεο θνληηλφηεξεο πνξείεο απ' φηη, ζε άιιεο πεξηνρέο. Απηά ηα ζρέδηα δξνκνιφγεζεο έρνπλ σο ζθνπφ λα δηαλείκνπλ ην θνξηίν πέξα απφ ην νιφθιεξν δίθηπν απφ ηηο θαπηέο θεληξηθέο πεξηνρέο ζηα δίθηπα έλα WMN. 79

4.9 Cross-Layer Βειηηζηνπνίεζε γηα Υξνλνπξνγξακκαηηζκό ζε 802.11s Γίθηπα Σα WMNs, κπνξνχλ λα θαζνξηζηνχλ αφξηζηα ζαλ αζχξκαηα δίθηπα φπνπ νη θφκβνη κπνξνχλ λα ελεξγήζνπλ θαη νη δχν σο πειάηεο θαη δξνκνινγεηέο. Απφ ηελ άπνςε απηή, απηά ηα πιεγκαηηθά δίθηπα κνηάδνπλ κε ηα ad hoc δίθηπα, πνπ ραξαθηεξίδνληαη θπξίσο απφ ηνπο θφκβνπο ελεξγεηαθνχ πεξηνξηζκνχ, δει. πεξηνξηζκέλε δηάξθεηα δσήο κπαηαξηψλ θαη πηζαλνινγηθή θηλεηηθφηεηα [15]. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, ηα βαζηζκέλα ζε ππνδνκή πιεγκαηηθά δίθηπα ραξαθηεξίδνληαη απφ ηνπο θφκβνπο πνπ αληηκεησπίδνληαη, ειέγρνληαη απφ κηα εληαία νληφηεηα θαη δελ αληηκεησπίδνπλ πεξηνξηζκνχο ελέξγεηαο. Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη απηφο ν ηχπνο ησλ πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ επηζεκάλεη έλα δηαθνξεηηθφ ζχλνιν εξεπλεηηθψλ πξνθιήζεσλ ζε ζρέζε κε ηα client-based πιεγκαηηθά δίθηπα. Σα βαζηζκέλα ζηελ ππνδνκή πιεγκαηηθά δίθηπα ραξαθηεξίδνληαη απφ ηε ρακειή θηλεηηθφηεηα (ή θακία θηλεηηθφηεηα θαζφινπ) θαη απφ ηνπο θφκβνπο πνπ δελ αληηκεησπίδνπλ ηνπο ελεξγεηαθνχο πεξηνξηζκνχο. Απφ εθείλε ηελ άπνςε, απηνί νη δχν ηχπνη πιεγκαηηθψλ δηθηχσλ έρνπλ δηαθνξεηηθνχο επηρεηξεζηαθνχο ηνκείο θαη ιακβάλνληαο ππφςε απηέο ηηο δηαθνξέο ε ηθαλφηεηα ησλ ηξερνπζψλ πξνηεηλφκελσλ ιχζεσλ γηα ηε δξνκνιφγεζε, ηνλ πξνγξακκαηηζκφ θαη ηνλ έιεγρν ηνπ ξπζκνχ πνπ πξνέθπςαλ γηα ηα ad hoc δίθηπα έξρνληαη ζε ακθηζβήηεζε φηαλ εθαξκφδνληαη ζε ππνδνκέο δηθηχσλ πνπ βαζίδνληαη ζην πιέγκα. Σα νθέιε ησλ ηπραίσλ ζπζηεκάησλ πξφζβαζεο, φπσο ηνπ κεηαθνξέα αίζζεζεο πνιιαπιήο πξφζβαζεο - απνθπγήο ζπγθξνχζεσλ (CSMA / CA), είλαη φηη κε ηε ρξήζε ελφο ζπλδπαζκνχ ηεο αίζζεζεο ηνπ κεηαθνξέα θαη πίζσ απφ αιγφξηζκνπο γηα ηελ πξφιεςε πεξαηηέξσ ζπγθξνχζεσλ, νη θφκβνη κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ ζε έλαλ κάιινλ απηφλνκν ηξφπν. 80

Δηθόλα 27: Λεηηνπξγηθό δηάγξακκα ηνπ επηπέδνπ πιεξνθόξεζεο cross-layer. Απηφ είλαη έλα επηζπκεηφ ραξαθηεξηζηηθφ γηα ηνλ πειάηε κε βάζε ηα πιεγκαηηθά δίθηπα φπνπ νη δηαδηθαζίεο δηαρείξηζεο ησλ πφξσλ ζα πξέπεη λα δηαλέκνληαη ζηε θχζε θαη ηελ πνηφηεηα ηεο ππεξεζίαο (QoS) θαη είλαη έλα πξφζζεην παξά έλα πξναπαηηνχκελν ραξαθηεξηζηηθφ γλψξηζκα. Δδψ έρνπκε ζπδεηήζεη ηηο αξρηηεθηνληθέο πηπρέο φισλ ησλ IP-based WMNs θαη έρνπκε εζηηάζεη θπξίσο ζηε δηαηχπσζε ησλ κηθηψλ γξακκηθψλ πξνγξακκάησλ αθέξαησλ αξηζκψλ γηα ηε ζχλδεζε πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηηο πιεξνθνξίεο cross-layer. Γεδνκέλνπ φηη απηά ηα πξνγξάκκαηα είλαη δχζρξεζηα κε κεραλέο πξνζέγγηζεο βαζηζκέλεο ζηε γξακκηθή ραιάξσζε πξνγξακκαηηζκνχ θαη ηπραία ζηξνγγπινπνίεζε πνπ κπνξεί λα πξνζθέξεη ζρεδφλ βέιηηζηε ιήςε απνθάζεσλ, έρνπλ κειεηεζεί. Ζ αμηνιφγεζε απφδνζεο απηψλ ησλ ζρεδίσλ ζε κηα νξζνγψληα ηνπνινγία δηθηχσλ κε ην δηαθνξεηηθφ αξηζκφ ελεξγψλ ζπλδέζεσλ έρεη επίζεο πεξηιεθζεί. Πξνθεηκέλνπ λα κεηξεζεί ν πηζαλφο αληίθηππνο ησλ WMNs ζην κέιινλ, έλαο ζεκαληηθφο αξηζκφο εξεπλεηηθψλ πξνθιήζεσλ πξέπεη λα αληηκεησπηζηεί. Σν ζεκαληηθφηεξν απφ απηνχο είλαη ζηνλ ηνκέα ησλ δηαλεκεκέλσλ αιγνξίζκσλ γηα ηνλ θνηλφ ζρεδηαζκφ, ηε δξνκνιφγεζε, θαη ηνλ έιεγρν ζπκθφξεζεο. 81

4.10 Πνιπκεζηθέο Δπηθνηλσλίεο ζε 802.11s Γίθηπα Γηάθνξεο ππεξεζίεο πνιπκέζσλ είλαη ήδε δηαζέζηκεο πέξα απφ ηα δίθηπα παθέησλ θαισδηψζεσλ φπσο ην Γηαδίθηπν. πγρξφλσο, ε γξήγνξε δηάρπζε ησλ αζχξκαησλ ζπζθεπψλ κεηαηνπίδεη φιν θαη πεξηζζφηεξν ηνπο ρξήζηεο πξνο ηηο αζχξκαηεο ηερλνινγίεο. Οη ζεκαληηθέο πξνθιήζεηο πξέπεη λα εμεηαζηνχλ γηα λα παξέρνπλ ηηο επηηπρείο ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν επηθνηλσλίεο πνιπκέζσλ ζηα αζχξκαηα ζελάξηα ιφγσ ηεο εγγελνχο αλαμηνπηζηίαο ησλ αζχξκαησλ θαλαιηψλ. Οη ρξήζηεο πνπ θηλνχληαη πξνο ηα αζχξκαηα δίθηπα επηθνηλσλίαο, σζηφζν αλακέλνπλ ην ίδην επίπεδν απφδνζεο κε ηα αληίζηνηρα ησλ θαισδηψζεψλ ηνπο [15]. Δπνκέλσο, πνιιή εξεπλεηηθή πξνζπάζεηα έρεη αθηεξσζεί ζηελ έξεπλα πψο λα εμεηάζεη βέιηηζηα ηηο πξνθιήζεηο πνπ ηίζεληαη απφ ηηο αζχξκαηεο επηθνηλσλίεο πνιπκέζσλ. Ηδηαίηεξα ηα WMNs, απαηηνχλ λα αληηκεησπίζνπλ δηάθνξα πξφζζεηα δεηήκαηα έλαληη ησλ παξαδνζηαθψλ αζχξκαησλ δηθηχσλ φπσο ν ελδερνκέλσο πςειφο αξηζκφο κεηαηνπηδφκελσλ hops, φπνπ κπνξεί λα έρεη δπζκελείο επηπηψζεηο ζηελ απφδνζε ησλ εθαξκνγψλ πνιπκέζσλ ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. Ωζηφζν, ηα ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά ησλ δηθηχσλ πιέγκαηνο φπσο ε παξνπζία ελφο ελδερνκέλσο κεγάινπ αξηζκνχ ππθλά δηαζπλδεκέλεο δχλακεο θφκβσλ, ρξεζηκνπνηνχληαη απφ ηα λέα ζρέδηα κεηάδνζεο ψζηε λα ππεξληθεζνχλ νη πεξηνξηζκνί πνπ πξνθαινχληαη απφ ηελ αλαμηνπηζηία ησλ αζχξκαησλ θαλαιηψλ θαη ηελ ηδηαίηεξα δπλακηθή ζπκπεξηθνξά ησλ θφκβσλ δηθηχσλ. Δηθόλα 28: Υαξαθηεξηζηηθή αιπζίδα κεηάδνζεο πνιπκέζσλ. Δλψ νη πεξηζζφηεξεο απφ ηηο κειέηεο έρνπλ επηθεληξσζεί ζηελ απφδνζε (πξσηφθνιια δξνκνιφγεζεο, κεραληζκνί πξνηεξαηφηεηαο θαη ηερληθέο ειέγρνπ πνζνζηνχ) θαη ηελ επίδνζε απψιεηαο παθέησλ WMNs, γεληθά, ε πεξαηηέξσ έξεπλα απαηηείηαη γηα ηελ παξνρή QoS ζε εθαξκνγέο πνιπκέζσλ πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ. ηα επίπεδα δηθηχσλ θαη κεηαθνξψλ νη λέεο ηερληθέο θαη ηα πξσηφθνιια πξέπεη λα εθαξκνζηνχλ γηα λα ειέγρνπλ θπξίσο ηελ θαζπζηέξεζε. Ζ επέθηαζε θαη ε επηηπρία 82

ησλ ππεξεζηψλ πνιπκέζσλ ζην κέιινλ ησλ WMNs ζα εμαξηεζνχλ φρη κφλν απφ ηελ απμαλφκελε ηαρχηεηα ηνπ θπζηθνχ πνζνζηνχ κεηάδνζεο, αιιά ζίγνπξα απφ ηε δηαζεζηκφηεηα ησλ ηερληθψλ πνπ κπνξνχλ λα παξέρνπλ ην επηζπκεηφ επίπεδν ηνπ QoS απφ ηελ άπνςε ηεο θαζπζηέξεζεο, απψιεηαο jitter, πνζνζηνχ θαη παθέησλ. 4.11 Σερληθέο Πνιιαπιώλ Κεξαηώλ ζε 802.11s Γίθηπα Σα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα έρνπλ πξνθχςεη σο ζεκαληηθέο αξρηηεθηνληθέο γηα ηηο κειινληηθέο αζχξκαηεο επηθνηλσλίεο. Απνηεινχληαη απφ ηνπο δξνκνινγεηέο θαη ηνπο πειάηεο πιέγκαηνο θαη ζα κπνξνχζαλ λα εθαξκνζηνχλ αλεμάξηεηα ή λα ελζσκαησζνχλ ζε άιια ζπζηήκαηα επηθνηλσληψλ φπσο ηα ζπκβαηηθά θπςεινεηδή ζπζηήκαηα. Αλ θαη ε ηξέρνπζα έξεπλα γηα ηα WMNs εζηηάδεη θπξίσο ζην ζηξψκα πξσηνθφιινπ θαη δηθηχσλ ειέγρνπ πξφζβαζεο κέζσλ (MAC), ην θπζηθφ ζηξψκα δηαδξακαηίδεη έλαλ πην ζεκειηψδε ξφιν θαηά ηελ εθηέιεζε ησλ WMNs. Ωζηφζν, νη ηερληθέο ηνπ θπζηθνχ ζηξψκαηνο ησλ ζπκβαηηθψλ θπςεινεηδψλ ζπζηεκάησλ δελ ζα κπνξνχζαλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ άκεζα ζηα WMNs ιφγσ ησλ δηαθνξψλ αξρηηεθηνληθήο. Δπηπιένλ, νη απνδφζεηο ησλ θπζηθψλ ηερληθψλ ζηξσκάησλ ζηα εηδηθά δίθηπα είλαη δηαθνξεηηθέο απφ εθείλεο ζηα WMNs. Έηζη, ε έξεπλα γηα ηηο θπζηθέο ηερληθέο ζηξψκαηνο γηα ηα WMNs είλαη ηδηαίηεξα απαηηεηηθή. Μεηαμχ ησλ δηάθνξσλ θπζηθψλ ηερληθψλ ζηξψκαηνο, νη πνιιαπιάζηεο ηερληθέο θεξαηψλ είλαη νη ζεκαληηθφηεξεο. Με ηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ πνιιαπιάζησλ ηερληθψλ θεξαηψλ, ε ηθαλφηεηα θαη ε απφδνζε ησλ WMNs ζα κπνξνχζαλ λα δηεπξπλζνχλ θαη ε απφδνζε δξνκνιφγεζεο λα βειηησζεί [15]. Δπηπιένλ, ηα αζχξκαηα πιεγκαηηθά δίθηπα σθεινχληαη απφ ηηο πνιιαπιάζηεο ηερληθέο θεξαηψλ φπσο ε απμαλφκελε ηθαλφηεηα θαη ε απφδνζε, ε βειηησκέλε απφδνζε δξνκνιφγεζεο, ε απμαλφκελε ελεξγεηαθή απνδνηηθφηεηα, ε θαιχηεξε πνηφηεηα ηεο ππεξεζίαο (QoS) θαη ε βειηησκέλε δηαρείξηζεο ζέζεο ή θαιχηεξεο πνηφηεηαο ηεο ππεξεζίαο (QoS). Δπίζεο δίλνπκε ηηο ζπλνπηηθέο έξεπλεο ησλ πνιιαπιάζησλ ηερληθψλ θεξαηψλ θαη ηνπ WMNs. Με ηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ ηερληθψλ multiple-antenna, ε ηθαλφηεηα θαη ε απφδνζε ησλ WMNs ζα κπνξνχζαλ λα δηεπξπλζνχλ εληππσζηαθά θαη ε απφδνζε ελεξγεηαθψλ απνδνηηθφηεηαο θαη δξνκνιφγεζεο ησλ WMNs ζα κπνξνχζαλ λα βειηησζνχλ πνιχ. Δπηπιένλ, ε εθαξκνγή ησλ πνιιαπιάζησλ ηερληθψλ θεξαηψλ ζα 83

κπνξνχζε λα παξέρεη ηελ θαιχηεξε ζπλδεζηκφηεηα θαη ηελ αθξηβέζηεξε εθηίκεζε ζέζεο γηα ηα WMNs. Δηθόλα 29: Βειηίσζε δξνκνιόγεζεο κε ηηο πνιιαπιάζηεο ηερληθέο θεξαηώλ. Ζ κνξθνπνίεζε δέζκεο θαη νη θαηεπζπλφκελεο θεξαίεο έρνπλ έληνλα κειεηεζεί, ιφγσ ηεο ρακειήο πνιππινθφηεηαο ηεο επεμεξγαζίαο ζήκαηνο θαη ηεο πηπρήο multihop ησλ WMNs. Δπηπιένλ, νη άιιεο ζπκβαηηθέο ηερληθέο πνιιαπιψλ θεξαηψλ φπσο ε θσδηθνπνίεζε ρσξνρξφλνπ θαη ε ρσξηθή πνιππιεμία έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηα WMNs πνπ ζπλδπάδνληαη κε ηα λέα πξσηφθνιια ηεο MAC απφ ηηο πξνζεγγίζεηο cross-layer. Ωζηφζν, νη αλαδπφκελεο ηερληθέο πνιιαπιψλθεξαηψλ, φπσο ην εηθνληθφ MIMO θαη ηα ζπλεηαηξηζηηθά ζρέδηα πνηθηινκνξθίαο, πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ην δηαλεκεκέλν ραξαθηήξα ησλ θφκβσλ, είλαη επίζεο ειπηδνθφξεο γηα ηελ έξεπλα ησλ WMNs θαη ρξεηάδνληαη επηπιένλ έξεπλα. Δηθόλα 30: ρεκαηηθό δηάγξακκα ελόο ζπζηήκαηνο αζύξκαηεο MIMO. 84

5 ΜΔΛΔΣΖ ΔΠΗΓΟΖ Δ 802.11s ΓΗΚΣΤΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 5.1 Πεξηγξαθή Πεξηβάιινληνο Πξνζνκνίσζεο 5.1.1 Network Simulator Version 3 (NS-3) Ο ns-3 είλαη έλαο πξνζνκνησηήο δηθηχνπ δηαθξηηψλ ηηκψλ ηνπ νπνίνπ ν ππξήλαο ησλ κνληέισλ πξνζνκνίσζεο πινπνηείηαη ζε C++. Ο ns-3 είλαη ρηηζκέλνο σο κηα βηβιηνζήθε ε νπνία κπνξεί λα είλαη ζηαηηθά ή δπλακηθά ζπλδεδεκέλε ζε έλα C++ θχξην πξφγξακκα πνπ θαζνξίδεη ηελ ηνπνινγία πξνζνκνίσζεο θαη μεθηλά ηνλ πξνζνκνησηή. Δπίζεο, εμάγεη ζρεδφλ φιν ην ζχλνιν ησλ ΑΡΗ ζε Python, επηηξέπνληαο ζηα ππνπξνγξάκκαηα Python ηελ εηζαγσγή κηαο "ns-3" κνλάδαο κε ηνλ ίδην ηξφπν φπσο ζηε C++. Ο ζηφρνο ηνπ ns-3 είλαη λα δεκηνπξγήζεη έλα αλνηθηφ πεξηβάιινλ πξνζνκνίσζεο γηα ηελ έξεπλα δηθηχσζεο [16] πνπ ζα πξνηηκεζεί απφ ηελ εξεπλεηηθή θνηλφηεηα. Απηφ ζεκαίλεη θπξίσο δπν πξάγκαηα. Θα πξέπεη λα επζπγξακκηζηνχλ κε ηηο αλάγθεο πξνζνκνίσζεο ηεο ζχγρξνλεο έξεπλαο θαη δηθηχσζεο. Θα πξέπεη λα ελζαξξχλνπλ ηε ζπκβνιή ηεο θνηλφηεηαο, ηελ αμηνιφγεζε απφ νκφηηκνπο θαη ηελ επηθχξσζε ηνπ ινγηζκηθνχ. Γεδνκέλνπ φηη ε δηαδηθαζία ηεο δεκηνπξγίαο ελφο πξνζνκνησηή δηθηχνπ πνπ πεξηέρεη επαξθή αξηζκφ πςειήο πνηφηεηαο επηθπξσζεί, δνθηκάδεηαη θαη επεηδή ηα ελεξγά κνληέια απαηηνχλ πνιιή δνπιεηά, ην έξγν ηνπ ns-3 δίλεη ην θφξην εξγαζίαο ζε κηα κεγάιε θνηλφηεηα ρξεζηψλ θαη πξνγξακκαηηζηψλ. 85

Δηθόλα 31: Σν βαζηθό κνληέιν 5.1.2 Υαξαθηεξηζηηθά ηνπ ns-3 Σν ns-3 είλαη ρηηζκέλν κε ηε ρξήζε ηνπ C + + θαη ηνπ Python scripting θαη είλαη δηαζέζηκν ζε δπν γιψζζεο. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ είλαη: 1) Έκθαζε ζηε C++ θαη Python: Οη πεξηζζφηεξνη πξνζνκνησηέο ρξεζηκνπνηνχλ κία εηδηθή γιψζζα κνληεινπνίεζεο γηα ηελ πεξηγξαθή ησλ κνληέισλ θαη ησλ ξνψλ ηνπ πξνγξάκκαηνο. Με ηε ρξήζε ησλ C++ θαη Python, νη ρξήζηεο επσθεινχληαη απφ φια φζα ππνζηεξίδεη ε θάζε γιψζζα. 2) Γεγνλόηα θαη ζπλδέζεηο κε γλώκνλα ηελ επαλάθιεζε: Σα γεγνλφηα πξνζνκνίσζεο είλαη απιά θιήζεηο ζπλαξηήζεσλ-ιεηηνπξγηψλ πνπ είλαη πξνγξακκαηηζκέλεο λα εθηεινχληαη ζε έλα πξνθαζνξηζκέλν ρξνληθφ δηάζηεκα ηεο πξνζνκνίσζεο. Κάζε ζπλάξηεζε κπνξεί λα θηηαρηεί ζε έλα γεγνλφο θαη λα πξνγξακκαηηζηεί κε ηε ρξήζε ηεο ζπλάξηεζεο επαλάθιεζεο. Απηφ έξρεηαη ζε αληίζεζε κε ζπλαξηήζεηο πνπ ζπγθεληξψλνπλ ηελ επεμεξγαζία γεγνλφησλ ζε θάζε αληηθείκελν πξνζνκνίσζεο. Οη επαλαθιήζεηο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε κεγάιν βαζκφ γηα λα κεηψζνπλ ηηο εμαξηήζεηο ηνπ ρξφλνπ κεηαγιψηηηζεο κεηαμχ ησλ αληηθεηκέλσλ ηεο πξνζνκνίσζεο. 3) Δπέιηθηνο ππξήλαο κε βνεζεηηθά επίπεδα: Ο ns-3 δηαζέηεη έλα ηζρπξφ, ρακεινχ επηπέδνπ API πνπ επηηξέπεη ζηνπο ρξήζηεο λα ξπζκίζνπλ ηα πξάγκαηα κε 86

δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο. ηελ θνξπθή ησλ επηπέδσλ είλαη έλα ζχλνιν "βνεζφο" APIs πνπ παξέρεη επθνιφηεξεο ζηε ρξήζε ζπλαξηήζεηο. 4) Έκθαζε ζηελ εμνκνίσζε: Ο ζρεδηαζκφο πξνζνκνίσζεο είλαη πξνζαλαηνιηζκέλνο ζε πεξηπηψζεηο ρξήζεο πνπ επηηξέπνπλ ζηνλ πξνζνκνησηή λα αιιειεπηδξάζεη κε ηνλ πξαγκαηηθφ θφζκν. Σα ns-3 αληηθείκελα απνζεθεχνληαη εζσηεξηθά σο packet byte buffers, έηνηκα λα απνζηαινχλ ζε έλα πξαγκαηηθφ πεξηβάιινλ δηθηχνπ. 5) Δλαξκόληζε κε ην πξαγκαηηθό πεξηβάιινλ: Οη ns-3 θφκβνη είλαη ζρεδηαζκέλνη κε ηελ αξρηηεθηνληθή δηθηχσζεο ησλ Linux θαη νη βαζηθέο δηεπαθέο θαη ηα αληηθείκελα ελαξκνλίδνληαη κε απηά ζε έλα ππνινγηζηή κε Linux. Απηφ δηεπθνιχλεη ηελ επαλαρξεζηκνπνίεζε ηνπ θψδηθα, θάλεη πην ξεαιηζηηθά ηα κνληέια θαη θάλεη ηε ξνή ειέγρνπ ηνπ πξνζνκνησηή επθνιφηεξε ζηε ζχγθξηζε κε πξαγκαηηθά ζπζηήκαηα. 6) Γηαρείξηζε Παξακεηξνπνηήζεσλ: Ο ns-3 δηαζέηεη έλα ελζσκαησκέλν ζχζηεκα γηα ηε δηαρείξηζε πξνεπηιεγκέλσλ θη αλά πεξηπηψζεηο ηηκέο γηα ηηο παξακέηξνπο ηεο πξνζνκνίσζεο. Όιεο νη παξακεηξνπνηήζηκεο πξνεπηιεγκέλεο ηηκέο γηα ηηο παξακέηξνπο δηαρεηξίδνληαη απφ απηφ ην ζχζηεκα, ην νπνίν έρεη εληζρπζεί κε ηελ επεμεξγαζία νξηζκάησλ απφ ηε γξακκή εληνιψλ, ηελ ηεθκεξίσζε Doxygen, έλα XML-based θαη πξναηξεηηθά έλα GTK-based ππνζχζηεκα παξακεηξνπνίεζεο. 7) Έιιεηςε ελόο Δλζσκαησκέλνπ Πεξηβάιινληνο Αλάπηπμεο (Integrated Development Environment - IDE): Ο ns-3 δε δηαζέηεη έλα IDE γηα ηε ξχζκηζε, ηε δηφξζσζε, ηελ εθηέιεζε θαη ηελ απεηθφληζε ησλ πξνζνκνηψζεσλ ζε έλα εληαίν παξάζπξν εθαξκνγήο φπσο ζε άιινπο πξνζνκνησηέο. 5.1.3 Ns-3 Βαζηθέο Έλλνηεο 1) Κόκβνο (Node): Δίλαη ε βαζηθή ππνινγηζηηθή ζπζθεπή ηνπ ns-3 θαη παξνπζηάδεηαη ζηε C++ απφ ηελ θιάζε Node, ε νπνία παξέρεη δηαρείξηζε ησλ ππνινγηζηηθψλ ζπζθεπψλ ζηηο πξνζνκνηψζεηο. Ο ρξήζηεο κπνξεί λα πξνζζέζεη εθαξκνγέο, πεξηθεξηαθέο θάξηεο θαη πξσηφθνιια γηα λα εληζρχζεη ηε ιεηηνπξγηθφηεηά ηνπο. 2) Δθαξκνγή (Application): Γεκηνπξγεί ηε δξαζηεξηφηεηα πνπ πξφθεηηαη λα πξνζνκνησζεί θαη παξνπζηάδεηαη ζηε C++ απφ ηελ θιάζε Application. 3) Καλάιη (Channel): Δίλαη ην θαλάιη επηθνηλσλίαο ζην νπνίν κπνξεί λα ζπλδεζεί έλαο θφκβνο θαη παξνπζηάδεηαη ζηε C++ απφ ηελ θιάζε Channel, πνπ παξέρεη 87

κεζφδνπο γηα ηε δηαρείξηζε αληηθεηκέλσλ ηνπ δηθηχνπ επηθνηλσλίαο θαη ηε ζχλδεζε ησλ θφκβσλ κε απηά. 4) πζθεπή Γηθηύνπ (NetDevice): Δγθαζίζηαληαη ζε έλα θφκβν πξνθεηκέλνπ λα κπνξέζεη λα επηθνηλσλήζεη κε άιινπο θφκβνπο κέζσ ηνπ θαλαιηνχ. Παξνπζηάδεηαη ζηε C++ απφ ηελ θιάζε NetDevice πνπ παξέρεη κεζφδνπο γηα ηε δηαρείξηζε ησλ ζπλδέζεσλ κεηαμχ θφκβσλ θαη θαλαιηψλ. Έλαο θφκβνο κπνξεί λα ζπλδεζεί κε πεξηζζφηεξα ηνπ ελφο θαλαιηνχ κέζσ πνιιαπιψλ πζθεπψλ Γηθηχνπ. 5) Βνεζνί Σνπνινγίαο (Topology Helpers): πλδπάδνπλ πνιιέο δηαθνξεηηθέο εξγαζίεο γηα ηε δηεπθφιπλζε ηνπ ρξήζηε. Καλνλίδνπλ ηηο ζπλδέζεηο κεηαμχ θφκβσλ, θαλαιηψλ θαη πζθεπψλ Γηθηχνπ αλαιακβάλνληαο ζπγθεθξηκέλεο εξγαζίεο φπσο ε δηεπζπλζηνδφηεζε. 5.1.4 Ns-3 Ρνή εξγαζίαο πξνζνκνίσζεο Οη πξνζνκνηψζεηο πνπ είλαη γξακκέλεο ζε έλα πξνζνκνησηή ns-3 είλαη C + + πξνγξάκκαηα [16]. Ζ γεληθή δηαδηθαζία ηεο δεκηνπξγίαο κηαο πξνζνκνίσζεο κπνξεί λα δηαηξεζεί ζε δηάθνξα ζηάδηα. Οξηζκφο ηνπνινγίαο: Γηεπθνιχλεη ηε δεκηνπξγία ησλ βαζηθψλ εγθαηαζηάζεσλ θαη θαζνξίδεη ηηο κεηαμχ ηνπο ζρέζεηο. Ο ns-3 έρεη ηνπο βνεζνχο πνπ δηεπθνιχλνπλ ηε δηαδηθαζία απηή. Υξήζε κνληέινπ: Μνληέια πνπ πξνζηίζεληαη ζηελ πξνζνκνίσζε π.ρ. UDP, IPv4, point-to-point ζπλδέζεηο θαη ζπζθεπέο θαη εθαξκνγέο. Σηο πεξηζζφηεξεο θνξέο απηφ γίλεηαη κε ηε ρξήζε ησλ βνεζψλ. Κφκβνη θαη δηακφξθσζε δηθηχνπ: Σα κνληέια θαζνξίδνπλ ηηο πξνεπηιεγκέλεο ηηκέο ηνπο π.ρ. ην κέγεζνο ησλ παθέησλ πνπ απνζηέιινληαη απφ κηα εθαξκνγή. Σηο πεξηζζφηεξεο θνξέο απηφ γίλεηαη κε ηε ρξήζε ησλ ζπκπεξηθνξψλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Δθηέιεζε: Οη εγθαηαζηάζεηο πξνζνκνίσζεο παξάγνπλ γεγνλφηα, δειαδή ζηνηρεία πνπ δήηεζε ν ζπλδεδεκέλνο ρξήζηεο. Ο ns-3 έρεη έλα ππνζχζηεκα πνπ εθηειεί ηελ θαηαγξαθή θαη επηηξέπεη ηνλ ιεπηνκεξή έιεγρν. Αλάιπζε απνηειέζκαηνο: Μεηά ην ηέινο ηεο πξνζνκνίσζεο θαη αθνχ ηα δεδνκέλα έρνπλ ζπιιερηεί θαη αλαιπζεί, εμάγνληαη νξηζκέλα απνηειέζκαηα. 88

Οπηηθνπνίεζε: Σα σκά ή επεμεξγαζκέλα δεδνκέλα πνπ ζπιιέγνληαη ζε κηα πξνζνκνίσζε κπνξνχλ λα γίλνπλ νξαηά κέζσ θηλνπκέλσλ ζρεδίσλ (PyViz ή NetAnim) ή εκθαλίδνληαη ζε γξαθήκαηα (gnuplot ή matplotlib). Δηθόλα 32: Σππηθή δνκή πξνζνκνίσζεο 5.2 ελάξηα Πξνζνκνίσζεο θαη Μεηξηθέο Δπίδνζεο θνπφο ηεο πξνζνκνίσζεο απηήο είλαη ηα δνχκε πσο επεξεάδνληαη θάπνηεο παξάκεηξνη φπσο είλαη ν ν ξπζκφο απφδνζεο (throughput) θαη ε θαζπζηέξεζε (delay) θαηά ηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ ζην δίθηπν θαη ηελ επίδνζε ηνπ 802.11s δηθηχνπ. Γηα ηε κειέηε ζεσξνχκε φηη ππάξρνπλ 9 θφκβνη ηνπνζεηεκέλνη ζε κία square grid ηνπνινγία, κε απφζηαζε 100m κεηαμχ ηνπο. Οη θφκβνη είλαη ζηαηηθνί. Ο ρξφλνο ηεο πξνζνκνίσζεο είλαη 100s θαη ε θίλεζε πνπ ζηέιλεηαη είλαη UDP. Δηδηθφηεξα νη κεηξηθέο ηνπ δηθηχνπ πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ είλαη: Σhroughput ή αιιηώο ξπζκόο απόδνζεο είλαη ν κέζνο φξνο ηεο επηηπρνχο παξάδνζεο ησλ κελπκάησλ ζε έλα θαλάιη επηθνηλσλίαο [17]. Απηά ηα δεδνκέλα κπνξεί λα παξαδνζνχλ ζε κηα θπζηθή ή ινγηθή ζχλδεζε, ή λα πεξάζνπλ κέζα απφ έλα ζπγθεθξηκέλν θφκβν ηνπ δηθηχνπ. Ζ απφδνζε ζπλήζσο κεηξηέηαη ζε bits αλά δεπηεξφιεπην (bit / s ή bps). Delay ή αιιηώο θαζπζηέξεζε ηνπ δηθηύνπ είλαη έλα ζεκαληηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ ζρεδηαζκνχ θαη ηεο απφδνζεο ελφο δηθηχνπ ππνινγηζηψλ 89

ή ηειεπηθνηλσληαθνχ δηθηχνπ [19]. Ζ θαζπζηέξεζε ηνπ δηθηχνπ θαζνξίδεη πφζν ψξα παίξλεη ζε 1bit απφ δεδνκέλα λα ηαμηδέςεη ζε φιν ην δίθηπν απφ ηνλ έλαλ θφκβν ή έλα ηειηθφ ζεκείν ζε έλα άιιν. πλήζσο κεηξηέηαη ζε πνιιαπιάζηα ή θιάζκαηα δεπηεξνιέπηνπ. Οδεγίεο εθηέιεζεο ηνπ θψδηθα Γηα ηα ζελάξηα πξνζνκνίσζεο ρξεζηκνπνηήζεθε ν αθφινπζνο θψδηθαο (κε κηθξέο ηξνπνπνηήζεηο θάζε θνξά): Κώδηθαο #include "ns3/core-module.h" #include "ns3/internet-module.h" #include "ns3/network-module.h" #include "ns3/applications-module.h" #include "ns3/wifi-module.h" #include "ns3/mesh-module.h" #include "ns3/mobility-module.h" #include "ns3/mesh-helper.h" #include <iostream> #include <sstream> #include <fstream> using namespace ns3; NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("TestMeshScript"); class MeshTest { public: /// Init test MeshTest (); /// Configure test from command line arguments 90

void Configure (int argc, char ** argv); /// Run test int Run (); private: int m_xsize; int m_ysize; double m_step; double m_randomstart; double m_totaltime; double m_packetinterval; uint16_t m_packetsize; uint32_t m_nifaces; bool m_chan; bool m_pcap; std::string m_stack; std::string m_root; /// List of network nodes NodeContainer nodes; /// List of all mesh point devices NetDeviceContainer meshdevices; //Addresses of interfaces: Ipv4InterfaceContainer interfaces; // MeshHelper. Report is not static methods MeshHelper mesh; private: /// Create nodes and setup their mobility void CreateNodes (); /// Install internet m_stack on nodes void InstallInternetStack (); /// Install applications void InstallApplication (); /// Print mesh devices diagnostics void Report (); }; 91

MeshTest::MeshTest () : m_xsize (3), m_ysize (3), m_step (100.0), m_randomstart (0.1), m_totaltime (100.0), m_packetinterval (0.1), m_packetsize (1024), m_nifaces (1), m_chan (true), m_pcap (false), m_stack ("ns3::dot11sstack"), m_root ("ff:ff:ff:ff:ff:ff") { } void MeshTest::Configure (int argc, char *argv[]) { CommandLine cmd; cmd.addvalue ("x-size", "Number of nodes in a row grid", m_xsize); cmd.addvalue ("y-size", "Number of rows in a grid", m_ysize); cmd.addvalue ("step", "Size of edge in our grid, meters.", m_step); /* * As soon as starting node means that it sends a beacon, * simultaneous start is not good. */ cmd.addvalue ("start", "Maximum random start delay, seconds. [0.1 s]", m_randomstart); cmd.addvalue ("time", "Simulation time, seconds [100 s]", m_totaltime); cmd.addvalue ("packet-interval", "Interval between packets in UDP ping, seconds [0.001 s]", m_packetinterval); cmd.addvalue ("packet-size", "Size of packets in UDP ping", m_packetsize); cmd.addvalue ("interfaces", "Number of radio interfaces used by each mesh point. [1]", m_nifaces); 92

cmd.addvalue ("channels", "Use different frequency channels for different interfaces. [0]", m_chan); cmd.addvalue ("pcap", "Enable PCAP traces on interfaces. [0]", m_pcap); cmd.addvalue ("stack", "Type of protocol stack. ns3::dot11sstack by default", m_stack); cmd.addvalue ("root", "Mac address of root mesh point in HWMP", m_root); cmd.parse (argc, argv); NS_LOG_DEBUG ("Grid:" << m_xsize << "*" << m_ysize); NS_LOG_DEBUG ("Simulation time: " << m_totaltime << " s"); } void MeshTest::CreateNodes () { /* * Create m_ysize*m_xsize stations to form a grid topology */ nodes.create (m_ysize*m_xsize); // Configure YansWifiChannel YansWifiPhyHelper wifiphy = YansWifiPhyHelper::Default (); YansWifiChannelHelper wifichannel = YansWifiChannelHelper::Default (); wifiphy.setchannel (wifichannel.create ()); /* * Create mesh helper and set stack installer to it * Stack installer creates all needed protocols and install them to * mesh point device */ mesh = MeshHelper::Default (); if (!Mac48Address (m_root.c_str ()).IsBroadcast ()) { mesh.setstackinstaller (m_stack, "Root", Mac48AddressValue (Mac48Address (m_root.c_str ()))); } else 93

{ //If root is not set, we do not use "Root" attribute, because it //is specified only for 11s mesh.setstackinstaller (m_stack); } if (m_chan) { mesh.setspreadinterfacechannels (MeshHelper::SPREAD_CHANNELS); } else { mesh.setspreadinterfacechannels (MeshHelper::ZERO_CHANNEL); } mesh.setmactype ("RandomStart", TimeValue (Seconds (m_randomstart))); // Set number of interfaces - default is single-interface mesh point mesh.setnumberofinterfaces (m_nifaces); // Install protocols and return container if MeshPointDevices meshdevices = mesh.install (wifiphy, nodes); // Setup mobility - static grid topology MobilityHelper mobility; mobility.setpositionallocator ("ns3::gridpositionallocator", "MinX", DoubleValue (0.0), "MinY", DoubleValue (0.0), "DeltaX", DoubleValue (m_step), "DeltaY", DoubleValue (m_step), "GridWidth", UintegerValue (m_xsize), "LayoutType", StringValue ("RowFirst")); mobility.setmobilitymodel ("ns3::constantpositionmobilitymodel"); mobility.install (nodes); if (m_pcap) wifiphy.enablepcapall (std::string ("mp-")); } void MeshTest::InstallInternetStack () 94

{ InternetStackHelper internetstack; internetstack.install (nodes); Ipv4AddressHelper address; address.setbase ("10.1.1.0", "255.255.255.0"); interfaces = address.assign (meshdevices); } void MeshTest::InstallApplication () { UdpServerHelper UdpServer (9); ApplicationContainer serverapps = UdpServer.Install (nodes.get (0)); serverapps.start (Seconds (0.0)); serverapps.stop (Seconds (m_totaltime)); UdpClientHelper UdpClient (interfaces.getaddress (0), 9); UdpClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue ((uint32_t)(m_totaltime*(1/m_packetinterval)))); UdpClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (m_packetinterval))); UdpClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (m_packetsize)); ApplicationContainer clientapps = UdpClient.Install (nodes.get (4)); clientapps.start (Seconds (0.0)); clientapps.stop (Seconds (m_totaltime)); } int MeshTest::Run () { CreateNodes (); InstallInternetStack (); InstallApplication (); Simulator::Schedule (Seconds (m_totaltime), &MeshTest::Report, this); Simulator::Stop (Seconds (m_totaltime)); Simulator::Run (); Simulator::Destroy (); return 0; 95

} void MeshTest::Report () { unsigned n (0); for (NetDeviceContainer::Iterator i = meshdevices.begin (); i!= meshdevices.end (); ++i, ++n) { std::ostringstream os; os << "mp-report-" << n << ".xml"; std::cerr << "Printing mesh point device #" << n << " diagnostics to " << os.str () << "\n"; std::ofstream of; of.open (os.str ().c_str ()); if (!of.is_open ()) { std::cerr << "Error: Can't open file " << os.str () << "\n"; return; } mesh.report (*i, of); of.close (); } } int main (int argc, char *argv[]) { LogComponentEnable ("UdpClient", LOG_LEVEL_INFO); LogComponentEnable ("UdpServer", LOG_LEVEL_INFO); MeshTest t; t.configure (argc, argv); return t.run (); } 96

Γηα ηελ εθηέιεζε ηνπ θψδηθα αθνπινπζείηαη ε αθφινπζε δηαδηθαζία: Αλνίγνπκε ην cmd παξάζπξν θαη πάκε ζηνλ θάθειν ζηνλ νπνίν έρνπκε εγθαηαζηήζεη ην ns-3. Πξέπεη λα έρνκε ππφςε καο φηη γηα λα ηξέμνπκε έλα νπνηνδήπνηε αξρείν πξέπεη απηφ λα είλαη απνζεθεπκέλν ζηνλ θάθειν scratch. Ζ εληνιή γηα λα ηξέμνπκε ην αξρείν καο είλαη./waf - -run scratch/όλνκα_αξρείνπ (ζηελ πεξίπησζε καο mesh2). Πξέπεη λα πξνζέμνπκε ψζηε ζηελ εληνιή καο ην αξρείν λα κελ έρεη θακία θαηάιεμε ζην ηέινο. Σα αξρηθά απνηειέζκαηα ηεο εληνιήο καο θαίλεηαη ζηελ εηθφλα 40. Όπσο επίζεο ζα πξνζέμεηε πσο θαηά ηελ νινθιήξσζε δεκηνπξγνχληαη 8 αξρεία κε θαηάιεμε.xml, ζηελ εηθφλα 41, ηα νπνία πεξηέρνπλ δηάθνξεο πιεξνθνξίεο γηα ην πξφγξακκα καο. Δηθόλα 33: Δθηέιεζε ηνπ πξνγξάκκαηνο Δηθόλα 34: Γεκηνπξγία 8 αξρείσλ.xml Δάλ ζέινπκε λα απνζεθεχζνπκε ηα ζηνηρεία πνπ απεηθνλίδνληαη ζην cmd παξάζπξν ην κφλν πνπ έρνπκε λα θάλνπκε είλαη λα ζηείινπκε ηα απνηειέζκαηα ζε έλα αξρείν. Απηφ γίλεηαη κε κηα κηθξή αιιαγή ζηελ εληνιή εθηέιεζεο. Ζ εληνιή πνπ ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε απηή ηε θνξά είλαη./waf - -run scratch/mesh2 &> output. Με ην &>νutput δειψλνπκε φηη ζηέιλνπκε ηα απνηειέζκαηα καο ζε έλα αξρείν ην νπνίν ην νλνκάδνπκε νutput. Γηα λα δνχκε εάλ ην αξρείν καο έρεη απνζεθεπηεί εθηεινχκε ηελ εληνιή ls ε νπνία καο δείρλεη ηη ππάξρεη κέζα ζην θάθειν καο. 97

Δηθόλα 35: Απνζήθεπζε απνηειεζκάησλ ζην αξρείν output 5.3 Απνηειέζκαηα Πξνζνκνίσζεο Γηα ηελ αλάιπζε ησλ απνηειεζκάησλ δεκηνπξγήζεθε έλα awk αξρείν (delay.awk), ην πεξηερφκελν ηνπ νπνίνπ είλαη ην αθφινπζν: BEGIN { sum = 0; count = 0; sent = 0; starttime = -1; stoptime = -1; bytes = 0; started= 0; } /TraceDelay TX/ { if ($10 > 5.0) { started = 1; } if (started == 1) { sent++; } } /RXtime/ { split($13, tmp, "."); timesent = tmp[1]; if (timesent > 5e9) { count++; split($17,tmp,".") sum += tmp[1]; 98