Sieci MANET to specyficzny rodzaj sieci bezprzewodowych, które działają bez potrzeby korzystania ze stałej infrastruktury, takiej jak tradycyjne routery czy punkty dostępowe.
Początki tych sieci sięgają lat 70. XX wieku, kiedy naukowcy rozpoczęli eksperymenty z pakietowymi sieciami radiowymi. Ich celem było umożliwienie bezpośredniej komunikacji między urządzeniami, bez konieczności wykorzystania infrastruktury stacjonarnej.
Wraz z rozwojem technologii mobilnej i bezprzewodowej, idea sieci ad hoc, którą znamy dzisiaj, zaczęła nabierać konkretnych kształtów, umożliwiając tworzenie bardziej zaawansowanych i elastycznych sieci.
Od tamtego czasu, badania nad MANET nieustannie postępują, co owocuje opracowywaniem nowych protokołów, algorytmów i aplikacji, które mają na celu sprostać unikalnym wyzwaniom, jakie stawiają te sieci.
Przyjrzyjmy się bliżej temu, czym jest MANET i gdzie znajduje swoje zastosowanie.
Czym właściwie jest MANET?
MANET, czyli Mobile Ad-hoc Network, to sieć bezprzewodowa, w której urządzenia takie jak smartfony, laptopy i tablety mogą łączyć się ze sobą bezpośrednio, bez potrzeby centralnej infrastruktury czy wcześniejszej konfiguracji sieci.
Źródło ilustracji: narzędzia symulacyjne do analizy sieci
W sieci MANET, urządzenia komunikują się między sobą, tworząc tymczasową sieć. Każde urządzenie pełni jednocześnie funkcję nadawcy i odbiorcy danych.
Gdy jedno urządzenie chce przesłać dane innemu, wysyła sygnał do wszystkich urządzeń znajdujących się w jego zasięgu. Urządzenie, które jest odbiorcą danych, odbiera wiadomość i odpowiednio na nią reaguje.
Jeśli docelowe urządzenie nie znajduje się w bezpośrednim zasięgu, wiadomość jest przekazywana do urządzenia znajdującego się w pobliżu, a następnie kolejnego i tak dalej, aż dotrze do celu.
Urządzenia w sieci MANET wykorzystują protokoły routingu do dynamicznego tworzenia i utrzymywania połączeń sieciowych, w zależności od ich wzajemnej bliskości. Protokół routingu pomaga urządzeniom określić optymalną ścieżkę przesyłu danych, biorąc pod uwagę aktualną strukturę sieci, jakość połączenia i inne istotne parametry.
Jednym z popularnych protokołów routingu stosowanych w MANET jest AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector). Umożliwia on urządzeniom tworzenie tras na żądanie i obsługuje zarówno komunikację jednostkową, jak i grupową.
Inny protokół routingu, DSR (Dynamic Source Routing), bazuje na routingu źródłowym i umożliwia urządzeniom przechowywanie w pamięci ostatnio używanych ścieżek.
Po co nam MANET?
Poniżej przedstawiono kilka kluczowych funkcji, które ilustrują, jak można wykorzystać sieci MANET.
Brak zależności od infrastruktury
W sytuacjach, gdzie nie ma dostępu do tradycyjnej infrastruktury sieciowej, na przykład w oddalonych lokalizacjach lub podczas operacji wojskowych, sieć MANET może być szybko utworzona bez konieczności polegania na istniejących rozwiązaniach.
Elastyczność i mobilność
MANET można łatwo konfigurować i przemieszczać w zależności od potrzeb, co czyni je idealnym rozwiązaniem w sytuacjach, gdzie sieć musi być szybko dostosowywana do zmieniających się warunków.
Przykładowo, podczas operacji wojskowych sieć MANET może być dostosowywana na bieżąco, gdy oddziały przemieszczają się pomiędzy różnymi lokacjami.
Atrakcyjność kosztowa
Wdrożenie tradycyjnej infrastruktury sieciowej może być bardzo kosztowne, szczególnie w odległych lub słabo zaludnionych miejscach. Sieć MANET, oparta na już posiadanych urządzeniach, jest znacznie bardziej ekonomiczną opcją.
Automatyczna konfiguracja
Sieci te nie wymagają ręcznej konfiguracji. Gdy urządzenia dołączają lub opuszczają sieć, protokół routingu dynamicznie dostosowuje się, aby zapewnić stałą komunikację.
Skalowalność
MANET można łatwo skalować w górę lub w dół, w zależności od wielkości sieci i liczby urządzeń. Jest to bardzo przydatne w sytuacjach, gdzie struktura sieci może się zmieniać dynamicznie, np. podczas klęsk żywiołowych lub dużych imprez plenerowych.
Cechy charakterystyczne MANET
Główne cechy sieci MANET to:
Dynamiczna topologia
Topologia sieci zmienia się na bieżąco, gdy urządzenia przemieszczają się, opuszczają lub dołączają do sieci. Utrudnia to utrzymanie stabilnego i niezawodnego połączenia.
Decentralizacja
W sieciach MANET nie ma centralnej kontroli, co oznacza, że wszystkie urządzenia muszą współpracować, aby sieć działała sprawnie.
Ograniczone zasoby
Urządzenia mobilne mają ograniczoną moc baterii, zasoby obliczeniowe i pamięć, co może wpływać na wydajność sieci.
Wyzwania związane z bezpieczeństwem
Sieci MANET są podatne na różne zagrożenia, takie jak podsłuch, przechwytywanie danych i ataki typu „odmowa usługi”. Brak centralnej infrastruktury utrudnia wdrażanie skutecznych zabezpieczeń.
Samoorganizacja
Urządzenia w sieci muszą samodzielnie organizować się, aby utworzyć i utrzymać topologię sieci, korzystając z rozproszonych protokołów i algorytmów.
Ograniczenia przepustowości
Dostępna przepustowość w sieciach MANET jest zazwyczaj ograniczona i dzielona pomiędzy wszystkie urządzenia, co może wpływać na szybkość i niezawodność transmisji danych.
Mobilność
Mobilność urządzeń może wpływać na stabilność sieci. Utrzymanie tablic routingu i zapewnienie poprawności przesyłu danych jest trudne ze względu na nieustanne zmiany.
Zastosowania sieci MANET
Sieci MANET mają szerokie zastosowanie, szczególnie w sytuacjach, gdzie tradycyjne sieci przewodowe lub bezprzewodowe są niedostępne. Typowe przykłady to:
Komunikacja wojskowa
Wykorzystanie w operacjach wojskowych, zapewniając bezpieczną komunikację między żołnierzami i pojazdami, nawet w trudnym terenie.
Portale społecznościowe
Tworzenie spontanicznych sieci komunikacyjnych podczas wydarzeń publicznych, takich jak koncerty czy festiwale, gdzie konwencjonalne sieci mogą być przeciążone.
Służby ratownicze
W przypadku klęsk żywiołowych, gdzie tradycyjna infrastruktura komunikacyjna jest uszkodzona, MANET umożliwiają szybkie wdrożenie sieci pomocnych w akcjach ratowniczych.
Sieci czujników
Łączenie bezprzewodowych czujników w obszarach takich jak rolnictwo, monitorowanie środowiska czy opieka zdrowotna. Dane z czujników mogą być zbierane i analizowane w różnych celach.
Sieci transportowe
Wspomaganie bezpieczeństwa i wydajności systemów transportowych, np. komunikacja między pojazdami w celu uniknięcia kolizji i przekazywania aktualnych informacji o ruchu drogowym.
Sieci osobiste
Komunikacja między urządzeniami osobistymi, takimi jak smartfony, tablety i urządzenia ubieralne, w sytuacjach, gdzie tradycyjna sieć jest niedostępna.
Materiały edukacyjne
Na rynku dostępne są liczne publikacje, które szczegółowo omawiają sieci MANET, prezentując ich historię, kluczowe aspekty i aktualne trendy badawcze. Poniżej przedstawiono kilka z nich.
# 1. Zastosowania mobilnych sieci ad hoc
Ta książka zapewnia szeroki wgląd w praktyczne zastosowania MANET i ich potencjalny wpływ na różne dziedziny. Opisuje również wykorzystanie pakietu symulacyjnego NS2, co jest pomocne dla badaczy, którzy chcą przetestować różne protokoły routingu w sieciach MANET.
#2. Mobilne sieci ad hoc: obecny stan i przyszłe kierunki rozwoju
Ta publikacja składa się z 18 rozdziałów, z których każdy został napisany przez wiodących ekspertów w dziedzinie sieci Ad-hoc. Rozdziały poruszają szeroki zakres tematów, takich jak protokoły routingu, mechanizmy bezpieczeństwa, jakość usług i zastosowania multimedialne.
#3. Protokół zabezpieczenia węzła dla efektywnego routingu w mobilnej sieci ad hoc
Książka ta zaczyna się od omówienia wyzwań stojących przed sieciami Ad-hoc, takich jak brak centralnej struktury, ograniczone zasoby i podatność na ataki. Następnie proponuje rozwiązanie tych problemów poprzez prezentację protokołu NSP. Zawiera również szczegółowe ilustracje i przykłady.
Słowo od autora
Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na łączność bezprzewodową, znaczenie sieci MANET będzie prawdopodobnie wzrastać.
Przyszłe badania w tej dziedzinie będą koncentrować się na innowacyjnych metodach rozwiązywania problemów MANET, takich jak alokacja zasobów, zarządzanie energią i zapewnienie jakości usług.
Ogólnie rzecz biorąc, MANET to szybko rozwijający się obszar badań z ogromnym potencjałem innowacyjnym.
Mam nadzieję, że ten artykuł okazał się pomocny w zrozumieniu mobilnych sieci ad hoc i ich zastosowań. Być może zainteresuje Cię również temat optymalizacji sieci i metod poprawiających ich wydajność.