Tradycyjna Sieć Bezprzewodowa

Wspólna topologia i metodologie komunikacji sieci bezprzewodowych są podobne do tych w sieciach przewodowych, tylko bez kabli. Punkty dostępowe Wi-Fi i komórkowe sieci danych wykorzystują topologię gwiazdy z centralną stacją bazową działającą jako przełącznik podobny do przełącznika w Przewodowej Sieci Lokalnej (LAN).

Zarówno przełącznik, jak i stacja bazowa kierują tylko te pakiety, które są przeznaczone dla danego węzła wzdłuż łącza łączącego ten węzeł z przełącznikiem lub stacją bazową. Jeśli potrzebna jest komunikacja między węzłami, odbywa się ona za pośrednictwem przełącznika lub stacji bazowej. W takiej konfiguracji bezprzewodowej pojemność, zasięg i inne atrybuty wydajności są określane głównie przez możliwości stacji bazowej.

Fizyczna Sieć Mesh

Alternatywnym podejściem sieciowym jest wykorzystanie topologii mesh w celu zapewnienia większej redundancji ścieżki, co może zapewnić lepszą niezawodność, przepustowość danych i zasięg. Ponieważ wymaga to podejmowania decyzji w każdym węźle, a nie scentralizowanego działania na stacji bazowej, węzły sieci mesh wymagają większych zasobów. Historycznie, praktycznym zastosowaniem tej technologii było zapewnienie sieci szkieletowej łączącej mniejsze sieci gwiaździste.

Początkowo węzły routingu opierały się na statycznych metodologiach routingu, w których tabele routingu składające się z tras podstawowych i alternatywnych między węzłami źródłowymi i docelowymi były ręcznie konfigurowane i ładowane do każdego węzła routingu. Tabela routingu zapewnia, że do przekazywania pakietów używana jest jedna trasa. Jest to ważne w zapobieganiu powstawaniu pętli i zapewnia, że dany pakiet nie zostanie odebrany przez żaden węzeł wiele razy, jednocześnie umożliwiając przełączenie awaryjne na trasy drugorzędne, gdyby węzeł lub połączenie przestało działać.

Topologia mesh zapewnia większą redundancję ścieżek, co przekłada się na lepszą niezawodność, przepustowość danych i zasięg.

Rysunek 2. Fizyczna topologia mesh

Rysunek 3. Łącza są logicznie przycinane, aby umożliwić użycie tylko najlepszej trasy między parami węzłów

Routing Dynamiczny

W miarę rozwoju sieci, ręczne konfigurowanie i zarządzanie złożonymi tabelami routingu stało się wyzwaniem. Routing dynamiczny został opracowany w celu rozwiązania problemu częstotliwości, z jaką zmiany w sieci mogą wymagać zmian w tabelach routingu, opracowano algorytmy routingu w celu automatycznego konstruowania tabel routingu, a protokoły zostały opracowane w celu aktualizacji tabel routingu w każdym węźle przekazującym. Pozwoliło to sieci działać niemal autonomicznie, próbując reagować na zmiany połączenia. Routing dynamiczny stał się dominującą metodologią stosowaną w Internecie.

Routing dynamiczny wymaga, aby każdy węzeł udostępniał informacje o wydajności swoich połączeń z innymi węzłami sieciowymi. Korzystając z tych informacji, obliczane są tabele routingu, co pozwala każdemu węzłowi wybrać najbardziej odpowiednią trasę dla dowolnego miejsca docelowego. Dwa powszechnie stosowane podejścia do konstrukcji trasy obejmują algorytmy Distance Vector i Link-state.

Ponieważ zmiany łączy są często częstsze w sieciach bezprzewodowych, opracowano specjalnie dla nich algorytmy dynamicznego routingu. Optimized Link State Routing (OLSR) i Ad Hoc On-Demand Distance Vector (AODV) to dwa popularne przykłady. Choć zredukowana, objętość komunikatów zarządzania może być nadal znaczna i może rosnąć wykładniczo w miarę skalowania sieci lub zwiększania częstotliwości zmian.

Wraz z udoskonaleniem zasobów przetwarzania i obniżeniem kosztów, coraz bardziej praktyczne stało się wprowadzanie technologii sieciowych mesh głębiej w sieć i bliżej urządzeń obliczeniowych użytkownika końcowego. Zapewnia to oczywiste zalety w zakresie niezawodności i pojemności, ale ma wady dla sieci bezprzewodowych pod względem skali i zużycia pasma, ponieważ tworzy ruch narzutowy.

Metoda Distance Vector Podejście Distance Vector wykorzystuje informacje udostępniane przez każdy węzeł do przypisania numeru kosztu dla każdego łącza węzeł-węzeł w sieci. Obliczenia i konstrukcja tabeli routingu są realizowane poprzez określenie ścieżki o najniższym całkowitym koszcie między każdym źródłem a miejscem docelowym, a następnie tabela jest wysyłana do każdego węzła w sieci.

Metoda Link-state W metodzie Link-state każdy węzeł zalewa sieć informacjami o swoich łączach do innych węzłów w sieci. Węzły indywidualnie określają ścieżkę o najmniejszym koszcie do każdego innego węzła sieci, tworząc graf drzewa, w którym znajdują się one same u źródła.

Kinetic Mesh

Kinetic Mesh został opracowany specjalnie w celu rozwiązania niedociągnięć dynamicznego routingu w sieciach bezprzewodowych podlegających częstym zmianom, na przykład gdy w grę wchodzi mobilność. Różnica funkcjonalna polega na tym, że Kinetic Mesh lepiej radzi sobie z szybkimi zmianami i znaczną skalowalnością, utrzymując niskie opóźnienie typu end-to-end i wysoką przepustowość danych. Pod względem operacyjnym umożliwia to używanie Kinetic Mesh poza funkcjami szkieletowymi i backhaul w sieciach bezprzewodowych.

Funkcjonalnie Kinetic Mesh nie wykorzystuje procesu obliczania ani komunikowania tras źródło-docelowych. Węzły Kinetic Mesh mogą wykorzystywać dowolne możliwe połączenie na zasadzie pakiet po pakiecie i węzeł po węźle bez obliczania tras. Korzyści z braku zależności od obliczania i rozpowszechniania tras wielolinkowych to niskie koszty administracyjne i możliwość zmiany kursu pakietu podczas przesyłania.

Używając protokołu sieciowego InstaMesh® do kalkulacji kosztów i decyzji o przekazywaniu, węzeł Kinetic Mesh autonomicznie analizuje adres źródłowy i wiek każdego odebranego pakietu. Gdy nowy pakiet dociera do danego węzła, podejmowana jest decyzja, czy ma zostać przekazany. Jeśli tak, połączenie, na którym najmłodsze pakiety zostały odebrane z miejsca docelowego nowego pakietu, jest używane do przekazania nowego pakietu. Ta sekwencja jest następnie powtarzana przez każdy węzeł, aż pakiet dotrze do węzła docelowego. Decyzja o przekazaniu w każdym węźle jest oportunistyczna i nie zależy od żadnej wcześniejszej lub znanej analizy lub decyzji źródło-docelowej.

Podczas gdy na pierwszy rzut oka wykorzystanie kalkulacji kosztów czasowych i oportunistycznego wyboru łącza wydaje się mniej trudne niż inne, bardziej skomplikowane metody kalkulacji kosztów i trasowania, udana implementacja sieci Kinetic Mesh zależy od tego, jak obsługiwane są złożone scenariusze zmian. Protokół InstaMesh® został specjalnie zaprojektowany, aby obsługiwać niezliczone wyjątki, które mogą wystąpić podczas przesyłania danych w sieci. Wyjątki te są również adresowane autonomicznie w każdym węźle, bez konieczności żądania, udostępniania lub wymiany routingu lub innych parametrów z innymi węzłami sieci

Inną ważną zaletą jest to, że metody kalkulacji kosztów czasowych i oportunistyczny wybór łącza, używane przez protokół sieciowy InstaMesh®, nie są wyłączną cechą implementacji sieci bezprzewodowych, a zatem Kinetic Mesh nie jest wyłączną cechą sieci bezprzewodowych. Połączenia węzłów mogą składać się z dowolnej kombinacji radia, przewodowego, światłowodowego, mikrofalowego, optyki wolnej przestrzeni (laserów) lub innych mediów komunikacyjnych.

Ważone parametry kosztowe używane przez algorytmy dynamicznego routingu bezprzewodowego są zazwyczaj uzyskiwane z pewnej kombinacji parametrów przetwarzania, takich jak liczba przeskoków; parametry radiowe, takie jak poziom szumu; i parametry wyrównywania obciążenia, takie jak unikanie przeciążenia. Chociaż każdy z nich może być skuteczny w zapewnianiu wyboru trasy w wielu okolicznościach, okazały się gorsze od metod stosowanych w sieciach Kinetic Mesh. Wiek odebranych pakietów, używany wyłącznie przez technologię Kinetic Mesh, jest lepszy, ponieważ koreluje bezpośrednio z czasem przesyłu potrzebnym do dotarcia do źródła pakietu.  Oportunistyczny wybór łącza w każdym węźle między źródłem a miejscem docelowym i oparcie tego wyboru na tym, które łącze otrzymało najmłodsze pakiety z miejsca docelowego, pozwala sieciom Kinetic Mesh zapewnić najszybsze dostarczanie pakietów, najszybszą reakcję na zmiany i najniższy narzut administracyjny w porównaniu z innymi technologiami sieci bezprzewodowych typu mesh.

O Rajant Corporation

Rajant Corporation to firma zajmująca się technologiami komunikacji szerokopasmowej, która wynalazła sieć Kinetic Mesh®, bezprzewodowe węzły BreadCrumb® i oprogramowanie sieciowe InstaMesh®. Dzięki Rajant i rodzinie jej produktów klienci mogą szybko wdrożyć wysoce adaptacyjną i skalowalną sieć, która wykorzystuje moc danych w czasie rzeczywistym, aby dostarczać na żądanie krytyczne dla misji informacje biznesowe. Sieci Kinetic Mesh firmy Rajant o niskim opóźnieniu, wysokiej przepustowości i bezpiecznym rozwiązaniu dla różnych danych, głosu, wideo i autonomicznych aplikacji zapewniają klientom przemysłowym pełną   bilność, umożliwiając im korzystanie z prywatnych aplikacji sieciowych i danych w dowolnym miejscu. Dzięki udanym wdrożeniom w ponad 80 krajach dla klientów z sektora wojskowego, górniczego, portowego, kolejowego, energetycznego, produkcyjnego i logistycznego, gmin, rolnictwa i innych, Rajant ma siedzibę w Malvern w Pensylwanii, z dodatkowymi obiektami i biurami w Arizonie i Kentucky. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź witrynę Rajant.com lub śledź Rajant na LinkedIn i YouTube

---