Самоорганизующаяся беспроводная сеть

Самоорганизующаяся беспроводная сеть не имеет определенной структу- ры, а функции узлов не фиксированы. Каждый раз, когда к сети подключается новое устройство, происходит перераспределение функций между узлами сети и меняются характеристики каналов связи.

Цель создания первых самоорганизующихся сетей заключалась в воз- можности работать и получать доступ к сети Интернет в любом месте, даже в движении, не полагаясь на инфраструктуру фиксированной сети. В настоящее время это новый тип сетей.

Корень «сам» в названии «самоорганизующиеся» в сетях подобного типа говорит о том, что все функции по конфигурированию, предоставлению досту-

 

па к каналу, устранению сбоев в работе, по организации передачи данных сеть выполняет самостоятельно.

Узлами самоорганизующейся сети могут быть любые устройства, нахо- дящиеся в пределах действия радиосигнала и оснащенные беспроводным сете- вым адаптером или интерфейсом Bluetooth. Такой сетью можно организовать временный обмен данными между сотовыми телефонами, планшетами или но- утбуками.

Самоорганизующиеся сети классифицируются на целевые (ad hoc) и яче- истые (mesh) сети.

В сети ad hoc (от лат. «специально для этого случая») обмен данными происходит напрямую без промежуточных звеньев. Это так называемая одно- ранговая (пиринговая) коммуникация, не требующая наличия инфраструктуры локальной сети или прочих «распределителей (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Пример организации ad hoc беспроводной сети

Сети ad hoc находят применение преимущественно для мобильной пере- дачи данных.

Объединение двух сотовых телефонов через Bluetooth в сеть ad hoc осу- ществляется достаточно просто. Для этого оба участника сети активируют функцию Bluetooth, создают через нее соединение между телефонами и после этого могут обмениваться файлами.

Объединение двух компьютеров в сеть ad hoc выполняется немного сложнее. Главное условие – наличие у компьютеров соответствующего интер- фейса – сетевой карты WLAN или Wi-Fi USB-адаптера для беспроводных се- тей. Сначала производятся настройки, одинаковые для всех компьютеров: ре- жим «802.11 Ad Hoc», номер канала и идентификатор BSS. Последующий по- иск канала происходит автоматически. После создания подключения все ком- пьютеры в сети получают одинаковые права и имеют доступ к базам данных и каталогам друг друга.

В профессиональных сетях ad hoc конечные устройства объединяются в одну информационную систему на больших расстояниях с использованием технологии GPS⁵.

⁵ GPS (Global Positioning System, система глобального позиционирования) – спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат

 

Mesh-сети (от англ. «ячейка») строятся по принципу ячеистой топологии, в которой каждая ячейка – это стационарный радиоузел, выполняющий функ- ции маршрутизатора (рис. 6.3). Увеличение зоны действия mesh-сети достига- ется добавлением маршрутизаторов.

Настойка mesh-сети достаточно сложна, но это оправдывается высо- кой отказоустойчивостью, которую обеспечивает ячеистая топология. Каждый узел mesh-сети соединен с несколькими соседями, поэтому всегда есть широ- кий выбор маршрута следования трафика внутри сети. Обрыв одного соедине- ния не нарушает функционирования сети в целом.

Рис. 6.3. Пример организации беспроводной mesh-сети

Топология mesh-сети относительно постоянна, отсюда и маршрут движе- ния трафика редко меняется. Только в случаях внезапного отключения или до- бавления новых узлов могут быть инициированы процессы построения новых маршрутов.

Принцип транспортировки в mesh-сетях во многом напоминает провод- ные сети – данные передаются от одного узла к другому до тех пор, пока пакет не достигнет получателя. Промежуточные узлы не только усиливают сигнал, но и осуществляют переадресацию данных в соответствии с маршрутной табли- цей.

Беспроводные mesh-сети применяются для решения широкого спектра задач – мониторинг, телеметрия объекта и другие. Особенно mesh-сети нашли применение при работе в условиях неблагоприятной окружающей среды.

В последнее время все большее распространение приобретают сенсорные сети, которые являются частным случаем беспроводных самоорганизующихся сетей. Однако, по своему назначению, параметрам, спецификациям сенсорные сети существенно отличаются от сетей связи WiFi, WiMax и Bluetooth.

 

Сенсорные сети

Беспроводная сенсорная сеть (Wireless Sensor Networks, WSN) – это рас- пределенная сеть множества сенсорных и исполнительных устройств, объеди- ненных между собой посредством радиоканала.

Источниками данных в сенсорной сети являются датчики (сенсоры), со- бирающие информацию об окружающей среде – температуре, влажности, освещении, концентрации вредных примесей и т. д. Для обработки и передачи этой информации датчик интегрируют с микроконтроллером, вместе они обра- зуют сенсорное устройство (СУ).

Основная идея беспроводной сенсорной сети (БСС) – отказ от непосред- ственного участия человека в сборе информации. Это позволяет развернуть ра- боту БСС в конкретном месте или при реализации технологического процесса.

БСС функционируют на базе стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee). Протокол ZigBee был разработан для объединения в сеть большого количества автоном- ных устройств, например датчиков и выключателей с батарейным питанием.

Спецификация IEEE 802.15.4 описывает: гарантированную безопасность передачи данных при относительно небольших скоростях, возможности дли- тельной работы сетевых устройств от автономных источников питания (бата- рей), возможность выбора алгоритма маршрутизации, механизмы стандартиза- ции приложений пользователей.