اتوماتیکی ارتباط را در میان خودشان راه ­اندازی و حفظ می­ کنند. این ویژگی مزیت­های زیادی مثل هزینه پایین، نگه­داری آسان شبکه، نیرومندی و ارائه سرویس قابل اعتماد برای شبکه­­ های بی­سیم مش ایجاد کرده­است. گره­هایی از قبیل(desktop، laptop، PDA و …) به کارت­های شبکه بی­سیم مجهز هستند و به طور مستقیم به شبکه مش وصل می­شوند [۱]. مشتری­های بدون کارت بی­سیم از طریق وصل شدن به مسیریاب­های مش بی­سیم مثلاً با اترنت به شبکه مش دسترسی پیدا می­ کنند. بنابراین شبکه ­های مش بی­سیم­ به کاربران کمک می­ کنند تا در هر زمان و هر مکانی فعال باشند. علاوه بر این توانایی­های دروازه^[۱۲] در مسیریاب­های مش، امکان مجتمع­شدن شبکه مش بی­سیم را با شبکه ­های بی­سیم موجود از قبیل حسگر^[۱۳]، Wi-Fi، Wi-MAX، Wi-Media و … می­دهد. در نتیجه از طریق یک شبکه مش مجتمع، کاربران درون شبکه مش می­توانند از سرویس­های موجود در شبکه ­های دیگر استفاده کنند. شبکه ­های مش بی­سیم برای تعداد زیادی از کاربرد­ها مانند، شبکه­بندی خانگی ،… استفاده می­شوند [۱].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در قسمت­ های بعد به معرفی شبکه ­های مش بی­سیم از جنبه­ های مختلف پرداخته می­ شود.
معماری شبکه مش
شبکه مش بی­سیم شامل دو نوع گره است: ۱-مسیریاب و ۲-کاربر.
یک مسیریاب مش بی­سیم علاوه بر توانایی مسیریابی همانند شبکه ­های بی­سیم قبلی، شامل توانایی­های مسیر­یابی اضافی برای راه ­اندازی و تامین شبکه­بندی مش است. برای بهبود بیش­تر شبکه مش، یک مسیریاب مش معمولا به چندین واسط^[۱۴] بی­سیم مجهز می­ شود که بر اساس تکنولوژی­های دسترسی بی­سیم مختلف یا یکسانی ساخته می­شوند­. یک مسیریاب مش در مقایسه با مسیریاب­های قبلی، می ­تواند به پوشش یکسان با توانایی انتقال کمتر از طریق ارتباطات چندگامه برسد. با وجود این مسیریاب­های مش بی­سیم و مسیریاب­های قبلی براساس یک بستر سخت­افزاری یکسان ساخته می­شوند. مسیریاب­های مش می­توانند براساس سیستم­های کامپیوتری embedded یا براساس سیستم­های کامپیوتری چند منظوره^[۱۵] ساخته شوند.
کاربران مش هم­چنین قابلیت کافی برای شبکه­بندی مش را دارند و بنابراین می­توانند به صورت یک مسیریاب کار کنند. اگر چه توابع دروازه یا پل^[۱۶] در این گره­ها وجود ندارد. به علاوه کلاینت­های مش معمولاً تنها یک واسط دارند. بستر سخت­افزار و نرم­افزار برای کاربر­های مش آسان­تر از مسیریاب­ها ساخته می­ شود. کاربرد­های مش تنوع محصول بیشتری نسبت به مسیریاب­ها دارند و می­توانند desktop ، laptop،PDA و… باشند.
معماری شبکه مش بی­سیم به سه گروه اصلی دسته­بندی می­ شود­:
شبکه ستون فقرات^[۱۷] ساخت­یافته: این نوع از شبکه مش بی­سیم شامل مسیریاب­های مش است و یک زیر ساختار را برای کاربران ایجاد می­ کند که به آن­ها متصل شوند. این مدل می ­تواند از چندین نوع تکنولوژی رادیویی استفاده­ کند که در بیشتر موارد از IEEE 802.11 استفاده می­ کنند. مسیریاب­های مش لینک­های خودگردان و خودشفا^[۱۸] را بین خودشان ایجاد می­ کنند. با توانایی دروازه بودن، مسیریاب­های مش می­توانند به اینترنت متصل شوند. این کاربرد یک ستون فقرات را برای کلاینت­های سنتی ایجاد می­ کند و امکان مجتمع­شدن شبکه مش بی­سیم را با شبکه ­های بی­سیم موجود، می­دهد. از طریق قابلیت دروازه در مسیریاب­های مش، کلاینت­های سنتی با واسط­های اترنت می­توانند به مسیریاب­های مش از طریق لینک­های اترنت وصل شوند. برای کلاینت­های با تکنولوژی­های رادیویی مشابه آن­ها می­توانند به طور مستقیم با مسیریاب­های مش ارتباط برقرار کنند (شکل ۱-۴). این دسته رایج­ترین نوع استفاده از شبکه ­های مش هستند. برای مثال شبکه ­های ارتباط همسایه­ای^[۱۹] می­توانند از این مدل استفاده کنند. مسیریاب­های مش در سقف خانه­ها قرار می­گیرند و به صورت یک نقطه دسترسی برای کاربران درون خانه به کار می­روند. معمولاً دو نوع رادیو در مسیریاب­ها استفاده می­ شود: ۱-برای ارتباطات ستون فقرات و ۲- برای ارتباطات کاربر.
ارتباطات ستون فقرات مش می­توانند با بهره گرفتن از تکنیک­های ارتباطی محدوه زیاد، از قبیل آنتن­های جهت­دار برقرار شوند [۲].
شبکه کاربری: این روش ارتباط را در میان وسیله­ های کاربر ایجاد می­ کند. در این نوع معماری، گره­های کلاینت یک شبکه واقعی را برای انجام مسیر­یابی و پیکر­بندی قابلیت­هایی مانند ایجاد­کردن برنامه ­های کاربردی برای مشتری­ها تشکیل می­ دهند، در نتیجه مسیریاب مش­ برای این نوع کاربرد ندارد (شکل۱-۵). در این معماری یک بسته برای رسیدن به گره مقصد از چندین گام (چندین گره) عبور می­ کند. این روش معمولاً از یک نوع رادیو برای وسیله­ ها استفاده می­ کند. علاوه بر آن ملزومات برای کاربران انتهایی در مقایسه با مدل اول افزایش پیدا می­ کند زیرا در برخی از کابردها، کاربران انتهایی باید توابع اضافی از قبیل مسیر­یابی و تنظیم خودکار را نیز، انجام دهند.
شکل ‏۱‑۴ ستون فقرات ساخت ­یافته [۲]

شکل ‏۱‑۵ مدل کاربر [۲]
شبکه ترکیبی^[۲۰]: این معماری ترکیبی از دو روش قبلی است، همانطور که در شکل ۱-۶ دیده می­ شود کاربران مش از طریق مسیریاب­های مش ­­به شبکه ارتباط و اتصال دارند. علاوه بر آن با دیگر کاربر­های مش به طور مستقیم ارتباط دارند. در عین حال که شبکه زیر ساختار اتصال به دیگر شبکه­ ها مثل Wi-Fi، Wi-MAX، سلولی^[۲۱] و … را ایجاد می­ کند، توانایی­های مسیریابی کلاینت­ها، اتصال و میزان پوشش را نیز در شبکه بهبود می­بخشد. این مدل نسبت به دو مدل قبلی کاربردی­تر است[۲].
شکل ‏۱‑۶ نمایی از مدل ترکیبی] ۲[
ویژگی­های شبکه مش بی­سیم
ویژگی­های شبکه ­های مش بی­سیم به شرح زیر می­باشد:
چندگامه بودن: یک هدف برای گسترش شبکه ­های مش، گسترش محدوده تحت پوشش شبکه مش بدون قربانی­کردن و هدردادن ظرفیت کانال است. هدف دیگر ایجاد­ کردن اتصال خارج از محدوده دید مستقیم در میان کاربران، بدون لینک­های مستقیم است. برای برآوردن این نیازها، شبکه­بندی مش چندگامه ضروری است. در این شبکه می­توان با بهره گرفتن از فاصله لینک کمتر، تداخل^[۲۲] کمتر بین گره­ها و بهره بردن از استفاده دوباره فرکانس^[۲۳] به گذردهی بالاتر بدون هدر دادن محدوده رادیویی مفید رسید.
حمایت از شبکه­بندی سیار موردی و توانایی تنظیم خودکار، خودشفایی و خودگردانی: شبکه ­های مش بی­سیم به خاطر معماری قابل­انعطاف شبکه، توسعه­پذیری، پیکربندی آسان و تحمل خطا کارایی شبکه را بالا می­برند. به خاطر این ویژگی­ها، این شبکه­ ها هزینه پایینی دارند و شبکه می ­تواند هر وقت که نیاز باشد، به­تدریج رشد کند.
تحرک­پذیری وابسته ­به نوع گره: مسیریاب­های مش معمولاً کمترین تحرک را دارند در حالی که کاربران مش می­توانند ساکن یا متحرک باشند.
چندین روش دسترسی به شبکه: در شبکه ­های مش بی­سیم هم دسترسی چندگامه به اینترنت و هم ارتباطات همتا ­به­ همتا^[۲۴] میان کاربر­ان وجود دارد. علاوه بر آن شبکه ­های مش بی­سیم می­توانند با دیگر شبکه ­های بی­سیم مجتمع شوند و سرویس­هایی به کاربران انتهایی این شبکه­ ها ارائه دهند.
محدودیت انرژی وابسته به نوع گره: مسیریاب­های مش معمولاً محدودیت خاصی روی مصرف توان ندارند، اما کلاینت­های مش ممکن ­است نیاز به پروتکل­های کارائی توانی^[۲۵] داشته باشند. به عنوان یک مثال، یک حسگر با قابلیت مش برای اینکه کارائی توانی داشته باشد نیاز به پروتکل­های ارتباطی خاص خودش دارد. بنابراین پروتکل­های لایه شبکه و لایه انتقال که برای مسیریاب­های مش بهینه می­شوند، ممکن­ است برای کاربران مش مثل حسگرها مناسب نباشند، چون کارائی توانی یک نگرانی اصلی برای شبکه ­های حسگر بی­سیم است.
تطبیق­پذیری با شبکه ­های بی­سیم موجود: شبکه ­های مش ساخته­شده بر اساس استاندارد IEEE 802.11 باید با این استاندارد سازگار باشند که هم قابلیت مش داشته باشند و هم کلاینت­های Wi-Fiمرسوم را حمایت کنند. شبکه ­های مش بی­سیم هم چنین باید بتوانند با دیگر شبکه ­های بی­سیم از قبیل Wi-MAXو سلولی همکاری کنند [۲].
گسترش انعطاف پذیری شبکه: شبکه مش بی­سیم از مسیریاب­های متصل به­هم، با توانایی­ عمل­کردن در چند حالت، تشکیل شده است. مسیریاب­ها می­توانند یک میزبان، برای تجمیع داده از کلاینت­های مرتبط، و رله^[۲۶] و مسیریابی بسته­ها از دیگر مسیریاب­ها باشند. ناحیه تحت پوشش شبکه، می ­تواند از طریق واسط­های بیشتر، مسیریاب­ها یا دروازه­های اضافی^[۲۷]، گسترش یابد. از آن­جایی که مسریاب­ها حداقل وابستگی به ساختار زیربنا، یعنی اتصال اینترنت سیمی را دارند، WMNها به راحتی می­توانند پوشش خود را به ناحیه وسیع­تری گسترش دهند.
هزینه توسعه مقرون به­صرفه: قطعات مبتنی بر ۸۰۲.۱۱ بسیار ارزان هستند، اما اجتماع بی­سیم WMNها با اینترنت، در مقایسه با دیگر قطعات بی­سیم مانند ایستگاه پایه^[۲۸] در شبکه ­های سلولی، وابستگی به لینک­های سیمی که در سخت­افزار و در اتصال گران هستند، را به میزان قابل­توجهی کاهش می­دهد. بنابراین هزینه توسعه شبکه نیز به همین میزان کاهش می­یابد.
علاوه بر این، از جمله کاربردهای شبکه ­های مش بی­سیم، که در سال­های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است، می­توان به زمینه ­های زیر اشاره کرد [۲]:
کاربردهای خانگی با پهنای باند بالا
شبکه­بندی شهری^[۲۹]
شبکه­بندی سازمانی^[۳۰]
سیستم­های پزشکی و تشخیص سلامتی
سیستم­های ساختمان خودکار
سیستم­های نقل و انتقال
سیستم­های امنیتی
تفاوت­ با سایر شبکه ­های چندگامه
بر اساس ویژگی­های گفته­شده در بالا، شبکه ­های مش بی­سیم معمولاً به خاطر نداشتن زیر ساختارهایی که در شبکه ­های سلولی یا Wi-Fi وجود دارد به صورت یک نوع از شبکه ­های سیار موردی در نظر گرفته می­شوند. در حالی که تکنیک­های شبکه­بندی سیار موردی در شبکه ­های مش بی­سیم مورد نیاز است، یک­سری الگوریتم­های پیچیده­تر و طراحی­های دیگر نیز درشبکه مش بی­سیم مورد نیاز است. یعنی به جای این­که نوعی از شبکه ­های سیار موردی باشند، قصد دارند که توانایی­های شبکه سیار موردی را تنوع بخشند و شبکه ­های سیار موردی در واقع می­توانند یک زیر مجموعه از شبکه ­های مش بی­سیم در نظر گرفته شوند­. برای این هدف تفاوت­های بین این دو شبکه در زیر شرح داده می­شوند (معماری ترکیبی در نظر گرفته می­ شود بنابراین همه مزیت­های شبکه مش بی­سیم را دارد).
ستون فقرات بی­سیم ساخت­یافته: همانطور که قبلاً توضیح داده شد، شبکه ­های مش بی­سیم شامل یک ستون فقرات بی­سیم با مسیریاب­های مش هستند. ستون فقرات بی­سیم پوشش وسیع همراه با اتصال و استحکام را در شبکه ­های بی­سیم ایجاد می­ کنند. اما اتصال در شبکه سیار موردی بستگی به همکاری فردی کاربران انتهایی دارد که ممکن است قابل اعتماد نباشد.
مجتمع­شدن^[۳۱]: شبکه مش از کلاینت­های قبلی که از تکنولوژی­های رادیویی یکسانی به عنوان مسیریاب مش استفاده می­ کنند حمایت می­ کند. شبکه ­های مش بی­سیم همچنین توانایی مجتمع­شدن با شبکه ­های موجود و مختلف از قبیل Wi-Fi، اینترنت، سلولی و شبکه ­های حسگر را دارند و این به خاطر قابلیت دروازه موجود در مسیریاب­های مش­ است. در نتیجه، کاربران در یک شبکه، به استفاده از سرویس­های دیگر شبکه­ ها از طریق استفاده از ساختار بی­سیم مجهز می­شوند. شبکه ­های بی­سیم مجتمع­شده از طریق شبکه مش بی­سیم، مانند ستون فقرات اینترنت هستند.
مسیریابی و پیکر­بندی تعیین­شده: در شبکه ­های­ سیار موردی کاربران انتهایی کارهای مسیر­یابی و پیکر­بندی را برای دیگر گره­ها انجام می­ دهند. اما در شبکه ­های مش بی­سیم مسیریاب­های مش این کار را انجام می­ دهند. از این رو بار عملیاتی بر روی کاربران انتهایی کاهش پیدا می­ کند و این باعث مصرف کمتر انرژی می­ شود و توانایی­های کاربران انتهایی که انرژی محدودی دارند و متحرک می­باشند را بالا می­برد. علاوه بر آن ملزومات کاربران انتهایی کمتر می­ شود و در نتیجه هزینه ساخت وسایل استفاده شده در شبکه مش بی­سیم کاهش می­یابد.
چند­رادیویی^[۳۲]: همان­طور که قبلاً بحث شد مسیریاب­های مش می­توانند به چندین رادیو برای انجام مسیر­یابی مجهز شوند، این ویژگی، شبکه را برای جداکردن دو نوع اصلی ترافیک در دامنه بی­سیم توانا می­ کند. در حالی که مسیر­یابی و پیکربندی بین مسیریاب­های مش انجام می­گیرد، کاربران انتهایی می­توانند با بهره گرفتن از رادیوی متفاوت به شبکه دسترسی داشته­ باشند و این ویژگی به طور قابل­توجهی ظرفیت شبکه را افزایش می­دهد. به عبارت دیگر در شبکه ­های سیار موردی این عملیات در یک رادیو انجام می­گیرند و در نتیجه کارایی کاهش می­یابد[۳].
تحرک­پذیری: از آنجا که شبکه ­های سیار موردی مسیر­یابی را با بهره گرفتن از کاربران انتهایی انجام می­ دهند، توپولوژی شبکه و اتصال بستگی به حرکت کاربران دارد. این مسأله چالش­های اضافی و مساله پیکر­بندی شبکه و گسترش آن را به پروتکل­های مسیر­یابی تحمیل می­ کند [۳].
برای مقایسه شبکه مش با شبکه حسگر می­توان به موارد زیر اشاره کرد:
پهنای باند شبکه ­های حسگر کم است اما در مقابل پهنای­ باند شبکه ­های مش زیاد است.
در اغلب کاربردها گره­های حسگر ثابت هستند اما در شبکه مش بعضی از گره­ها ثابت و بعضی دیگر متحرک هستند.
چون در شبکه ­های حسگر مسأله محدودیت انرژی داریم مصرف بهینه انرژی یک اصل است اما معمولاً در شبکه ­های مش محدودیت انرژی نداریم چون گره­های مسیریاب که کار مسیر­یابی را انجام می­ دهند ثابت هستند­.
درشبکه­های حسگر منابع محدود هستند، در صورتی که در شبکه ­های مش منابع به صورت یک مسأله نگران کننده نیستند­.
در شبکه ­های حسگر و مش ترافیک­ها اغلب از سمت کاربر به دروازه هستند [۳].
چالش­های موجود در شبکه ­های مش بی­سیم
ظرفیت: یکی از مشکلات موجود در شبکه ­های بی­سیم مش ظرفیت پایین این شبکه­ ها است. ظرفیت پایین شبکه ناشی از چندین عامل است که مهم­ترین آن، تداخل میان لینک­های بی­سیم است. تداخل باعث می­ شود که مقدار پهنای باند مفید هر لینک بی­سیم از مقدار واقعی پهنای­باند آن لینک خیلی کمتر باشد. ظرفیت پایین لینک­های بی­سیم باعث کاهش گذر­دهی^[۳۳] در شبکه می­ شود. این مقدار با افزایش تعداد گره­ها در شبکه به میزان زیادی کاهش می­یابد­. طراحی پروتکل­های شبکه مش باید به گونه ­ای باشد که تداخل در شبکه را کمتر و در نتیجه گذردهی را بیشتر کنند [۴].