Αδόμητα (ad hoc) δίκτυα ασύρματων επικοινωνιών

Abstract

Τα δίκτυα υπολογιστών που χρησιμοποιούνται στις επικοινωνίες, συνδέονται μεταξύ τους με τη βοήθεια του κατάλληλου υλικού (hardware). Ανάλογα με το μέσο σύνδεσης που επιλέγουμε χαρακτηρίζουμε τη σύνδεση ενσύρματη (σύνδεση με καλώδια) ή ασύρματη (σύνδεση χωρίς καλώδια). Η ενσύρματη σύνδεση πραγματοποιείται με τη χρήση καλωδίων και οπτικών ινών, ενώ η ασύρματη σύνδεση πραγματοποιείται μέσω του αέρα και με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η ασύρματη δικτύωση παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα συγκριτικά με την ενσύρματη και σήμερα είναι ευρέως διαδεδομένη. Τα βασικότερα πλεονεκτήματά της είναι η ευκολία εγκατάστασης και χρήσης των δικτύων, το μειωμένο κόστος τους καθώς και η δυνατότητα κλιμάκωσης που παρέχουν. Τα δίκτυα αυτής της κατηγορίας μπορούν είτε να έχουν κυψελωτή δομή και να χρησιμοποιούν σταθμούς βάσης είτε να είναι αδόμητα. Στην πρώτη κατηγορία οι σταθμοί βάσης χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση των δεδομένων μεταξύ των κόμβων, οι οποίοι βρίσκονται στην εμβέλεια αυτών των σταθμών. Οι κόμβοι αυτοί μπορούν να είναι είτε πομποί επικοινωνίας είτε δέκτες επικοινωνίας. Στη δεύτερη περίπτωση δεν υπάρχουν σταθμοί βάσης ή κάποια συγκεκριμένη δομή στο δίκτυο και η μετάδοση πραγματοποιείται μεταξύ των κόμβων. Σε αυτή την περίπτωση οι κόμβοι εκτός από πομποί και δέκτες λαμβάνουν και ρόλο δρομολογητών όπου κρίνεται απαραίτητο, προκειμένου να πραγματοποιηθεί επιτυχώς η μετάδοση και λήψη των δεδομένων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, θα μελετήσουμε την ασύρματη μέθοδο μετάδοσης δεδομένων, και συγκεκριμένα την υπoκατηγορία των ασύρματων κινητών αδόμητων δικτύων ( Mobile Ad hoc NETworks - MANETs). Στην υποκατηγορία αυτή εντάσσονται τα ασύρματα δίκτυα που αποτελούνται από κινητούς κόμβους, οι οποίοι όπως αναφέραμε επικοινωνούν απ΄ ευθείας μεταξύ τους χωρίς να προϋπάρχει κάποια υποδομή που να ρυθμίζει την μεταξύ τους επικοινωνία. Οι κόμβοι αυτοί δεν έχουν σταθερή γεωγραφική θέση και μπορούν να είναι πομποί επικοινωνίας, δέκτες επικοινωνίας ή και ταυτόχρονα πομποί και δέκτες, και επικοινωνούν μεταξύ τους είτε άμεσα, εάν βρίσκονται εντός της εμβέλειας μετάδοσης ο ενός του άλλου, είτε έμμεσα μέσω των ενδιάμεσων κόμβων που υπάρχουν στο δίκτυο τη δεδομένη στιγμή και μπορούν να εξυπηρετήσουν την αιτούμενη επικοινωνία. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να μελετηθεί η ανωτέρω υποκατηγορία δικτύων, αναφορικά με τα πρωτόκολλα επικοινωνίας AODV, DSDV και DSR, με τη χρήση του προσομοιωτή NS-2. Αυτά τα τρία πρωτόκολλα επικοινωνίας επιλέχθηκαν διότι αποτελούν σήμερα τα βασικά πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται στα ασύρματα αδόμητα δίκτυα και το καθένα από αυτά διαθέτει τα δικά του ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και τρόπους λειτουργίας. Θα πραγματοποιηθεί σύγκριση της συμπεριφοράς αυτών των πρωτοκόλλων στο είδος αυτών των δικτύων προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα σχετικά με την απόδοσή τους ως προς ορισμένες παραμέτρους και συγκεκριμένα ως προς το ποσοστό παράδοσης πακέτων, την καθυστέρηση λήψης των πακέτων, την ρυθμοαπόδοση και τη διακύμανση της καθυστέρησης. Όλες οι παραπάνω παράμετροι θα μελετηθούν με εστίαση στην χαμηλή καθυστέρηση και διακύμανση της καθυστέρησης και όχι τόσο στο υψηλό ποσοστό παράδοσης πακέτων και την ρυθμοαπόδοση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η βάση των δύο πειραμάτων που θα διεξαχθούν στηρίζεται στη χρήση πολυμεσικών εφαρμογών και συγκεκριμένα αφορά στην πραγματοποίηση ενός video conference μεταξύ των κινητών κόμβων. Επομένως υπάρχει υψηλή απαίτηση για πολύ χαμηλή καθυστέρηση και γρήγορη αποστολή των πακέτων ώστε να μην σημειωθούν παρεμβολές στην επικοινωνία μεταξύ των κόμβων. Στο πρώτο πείραμα η επικοινωνία αφορά στην ταυτόχρονη μετάδοση και λήψη δεδομένων μεταξύ δύο κινητών κόμβων με πέντε ενδιάμεσους κόμβους, ενώ στο δεύτερο πείραμα η επικοινωνία αφορά στην ταυτόχρονη μετάδοση και λήψη δεδομένων μεταξύ τριών κινητών κόμβων με τέσσερις ενδιάμεσους κόμβους. Στην πρώτη περίπτωση η κίνηση των κόμβων δημιουργεί μία μοναδική εναλλαγή μονοπατιού, ενώ στη δεύτερη πραγματοποιούνται αρκετές εναλλαγές μονοπατιών και επομένως το σύστημα θεωρείται περισσότερο περίπλοκο. Μετέπειτα πραγματοποιείται η σύγκριση των τριών αυτών πρωτοκόλλων καθώς και η εξαγωγή των συμπερασμάτων, με συγκριτική αξιολόγηση των στατιστικών πινάκων και των διαγραμμάτων που προέκυψαν από τα επιλεγμένα tcl scripts που εκτελέστηκαν. Ολοκληρώνοντας, και με βασικό γνώμονα όπως προαναφέρθηκε την ομαλή και όσο το δυνατόν καλύτερη διεξαγωγή ενός video conference μεταξύ των κινητών κόμβων σε ένα αδόμητο δίκτυο (MANET), προκύπτουν τα συνολικά συμπεράσματα σχετικά με τα παραπάνω πρωτόκολλα και την αποτελεσματικότητά τους.