Вище ми розглянули основні архітектури нейронних мереж та принципи їх створення, навчання та функціонування. Основна частина теоретичних досягнень у цій галузі пов'язана саме з такими архітектурами. Однак існує ще два малодосліджені, але перспективні напрямки – це алгоритми навчання, що не вимагають надання навчальних зразків (самонавчання) та мережі зі зворотними зв'язками, що дозволяють виділяти не тільки просторові, але й тимчасові характеристики вхідних сигналів.
Самоорганізовані мережі є одним із найцікавіших напрямків в області. Такі мережі здатні виділяти кореляції у вхідних даних і приводити свій стан у відповідність до них. мережі, що самоорганізуються, здатні виділяти близькі вхідні образи так, що вони викликають збудження близьких нейронів вихідного шару.
Демонстраційний приклад «Competitive learning» показує реалізацію класифікатора з використанням мереж, що самоорганізуються.
Малюнок 31. Використання самоорганізованих мереж для класифікації
(Competitive learning)
Малюнок 32. Самоорганізований шар
Навчання мережі відбувається так, що при подачі на вхід мережі нового вектора, що відрізняється від існуючих класів, в мережі створюється новий клас. Якщо ж вектор близький до одного з існуючих класів, то ваги змінюються для приведення його у відповідність до нових даних. Зрозуміло, що для такого роду мережі число класів, які вона здатна виділяти дорівнює числу нейронів шару, що змагається. Створення мережі здійснюється за допомогою функції newc:
net = newc(2);
де перший аргумент – діапазони значень вхідних сигналів, а другий – число нейронів у шарі.
Навчається мережа за допомогою правила навчання Кохонена (learnk):
де i-індекс виграв нейрона (навчання піддається i-й ряд вагової матриці)
Одне з обмежень мереж, що самонавчаються - це те, що не всі нейрони можуть бути задіяні в розпізнаванні. Якщо спочатку ваги нейрона далекі від вхідних векторів, то такий нейрон ніколи не виграє у змаганні, і, відповідно, не піддаватиметься навчанню. Щоб обійти це обмеження, використовуються усунення. Позитивне усунення, додане до негативного відстані, робить ймовірність виграшу для нейрона вище. Таким чином, при навчанні, зміщення найбільш успішних нейронів зменшуються, а менш успішних - збільшуються, що призводить до рівномірного розподілу сигналів, що розпізнаються по нейронах. Такого роду навчання здійснюється за допомогою функції learncon.
Інший тип самонавчальних мереж, що мають деякі переваги перед розглянутими - це так звані картки, що самонавчаються. Архітектура цих мереж наведена на наступному малюнку:
Малюнок 33. Карта, що самоорганізується
Вони навчання виробляється як над самим нейроном, який виграв змагання, а й його найближчими сусідами, що призводить до того, що близько розташовані у мережі нейрони вчаться розпізнавати близькі образи, тобто. мережа запам'ятовує топологію сигналів. Правило навчання для таких мереж наведено нижче:
Карти, що самоорганізуються, можуть мати різну топологію (прямокутні осередки, шестикутні осередки, випадкове розташування ваг) і по-різному визначати відстань між нейронами.
РОЗДІЛ 26. Самоорганізовані мережі SON
Одним із підходів класифікації бездротових мереж зв'язку є розподіл на централізовані інфраструктури та самоорганізуються. Відмінною особливістю самоорганізованих мереж SON (self-organization) - це можливість без централізованої інфраструктури обмінюватися даними будь-якій парі вузлів мережі, що знаходяться в зоні радіопокриття. Вузли в SON можуть бути одночасно кінцевими хостами та маршрутизаторами. З'єднання організується на довгі відстані за допомогою спеціалізованих протоколів маршрутизації у проміжних вузлах-маршрутизаторах. Така сполука називається «багатоетапною або багатокроковою» (multihop). Етапом є участь у цьому з'єднанні одного вузла – маршрутизатора. У класі SON цієї глави розглядаються такі сети:
· Мобільні цільові Ad Hoc мережі - Wireless Mobile Ad Hoc Network (MANET);
· Бездротові сенсорні мережі - Wireless Sensor Network (WSN);
· Бездротові mesh-мереж Wireless Mesh Network (WMN). Ці мережі називають також пористими мережами.
· Автомобільні бездротові мережі Vehicular Ad Hoc Network (VANET).
Вузли цих мереж мають здатність самі знаходити один одного і формувати мережу, а у разі виходу з ладу будь-якого вузла можуть встановлювати нові маршрути для передачі повідомлень. У розділі 24 наводиться короткий опис побудови мереж, що самоорганізуються: MANET, пористої мережі стандарту 802.11s, пористої мережі WiMAX (глава 25). У цьому розділі велика увага приділяється інформаційній безпеці мереж, що самоорганізуються, в частині аналізу загроз (атак) DoS в результаті навмисних дій зловмисника щодо порушення роботи протоколів маршрутизації.
Функції самоорганізованих мереж та область їх використання
Структура мобільної мережі Ad Hoc (MANET) наведена у розділі 24. Мережі MANET є розподіленою системою, що з мобільних терміналів, забезпечених приемо-передателями. Вони можуть організовувати тимчасові мережеві технології передачі інформації. У мережі MANET мобільні пристрої виконують як функції кінцевих станцій, а й функції мережевих вузлів (роутерів). При цьому часто використовується не ліцензійна смуга частот. Наведемо деякі сфери застосування мереж MANET.
Згідно із зарубіжними роботами найбільш широко застосування мобільних мереж Ad Hoc розглядається для встановлення зв'язку під час бойових дій. При цьому розглядається встановлення зв'язку між солдатами, розташованими на землі, у наземному та повітряному транспорті. Більшість вузлів зв'язку рухаються з різними швидкостями. Мережі зв'язку з фіксованою інфраструктурою не можуть забезпечити надійний зв'язок за таких обставин високого темпу та високого ступеня непередбачуваності. У системного адміністратора мало часу для того, щоб реагувати та реконфігурувати мережі. Як правило, мережі MANET не потребують адміністрування. Тимчасова мережа Ad Hoc може бути розгорнута, коли створення інфраструктури неможливе або неефективне. Наприклад, така мережа може використовуватися як тимчасове рішення на конференціях, а також у незаселених місцях, на яких дуже складно створити інфраструктуру. Невеликий час на розгортку мережі Ad Hoc робить їх незамінними під час рятувальних операцій після катастроф чи стихійних лих.
Сенсорні мережі (WSN)
Сенсорна мережа WSN - це розподілена мережа мініатюрних вузлів, що не обслуговуються, які здійснюють збір даних про параметри зовнішнього середовища і передачу їх на базову станцію за допомогою ретрансляції від вузла до вузла за допомогою бездротового зв'язку. Вузол мережі, званий сенсором, містить датчик, що сприймає дані від зовнішнього середовища (власне сенсор), мікроконтролер, пам'ять, радіопередавач, автономне джерело живлення та інколи виконавчі механізми. Можлива також передача керуючих впливів від вузлів мережі до зовнішнього середовища. Сенсорні мережі будуються на основі протоколів IEEE 802.15.4, ZigBee та DigiMesh. За допомогою радіозв'язку, що здійснюється між вузлами мережі на основі стандарту ZigBee, створюються мережі, що самоорганізуються і самовідновлюються. Для багатьох сенсорних мереж характерна мобільність не окремо кожного вузла (як це має місце у MANET), а окремої групи вузлів. Основна вимога до протоколів сенсорних мереж – мале споживання енергоресурсів. У сенсорних мережах час їхньої життєдіяльності прямо залежить від вирішення питань енергоспоживання вузлів мережі.
Сенсорні мережі застосовують у різних галузях - від боротьби з тероризмом до охорони навколишнього середовища. Існує безліч програм, для яких різні виробники випускають різні вузли для створення сенсорних мереж. За допомогою застосування сенсорних мереж можна розділити на категорії :
· Погода, навколишнє середовище;
· Телемедицина;
· Надзвичайні ситуації (пожежі, катастрофи та ін);
· Військові операції та ін.
Комірчасті мережі (WMN)
У розділі 24 наводиться архітектура пористої мережі (mesh-мережі), побудованої на протоколі 802.11s, що належить до групи протоколів стандарту 802.11. Як зазначалося вище, mesh-мережі можуть бути побудовані на базі протоколів інших стандартів-802.16 та LTE. На рис. 26.1 наведено загальну архітектуру mesh-мережі. Як видно з малюнка mesh-мережа складається з бездротової опорної мережі (Wireless Mesh Backbone) і підключених до неї мережі Інтернет, мережі Wi-Fi, стільникових мереж зв'язку, кінцевих користувачів. Безперервною лінією позначено провідний канал, а пунктирною - бездротовий канал.
Бездротова опорна мережа (Wireless Mesh Backbone) включає наступні маршрутизатори:
1. mesh-роутер без шлюзу (Mesh Router).
2. mesh-роутер зі шлюзом (Mesh Router with Gateway), що взаємодіє з Інтернетом та іншими типами mesh-роутерів.
3. Mesh-роутер зі шлюзом та мостом (Mesh Router with Gateway/Bridge), що взаємодіє з усіма Mesh-роутерами опорної мережі, а також точкою доступу мережі WiMAX, базовими станціями стільникової мережі зв'язку та мережі WiMAX. вузлом сенсорної мережі зв'язку (Sink Node), безпосередньо з абонентами провідним або бездротовим каналом.
Мал. 26.1. Архітектура mesh-мережі
У роботі наводиться ще одна архітектура mesh-мережі, що дозволяє абонентам додатково забезпечувати не лише доступ до Інтернету, а й зв'язок між собою усередині опорної мережі. Порівнюючи з MANET і сенсорними мережами, ніздрюваті бездротові мережі виконують функцію транзитної мережі та відрізняються за такими чотирма ознаками:
· Роутери в мережах здатні пропускати більше трафік і мають менше обмежень у плані енерговитрат.
· Мережі маршутизаторів можуть забезпечити передачу даних більш далекі відстані.
· Мережі маршрутизаторів можуть бути використані як інтегратор таких мереж, як Інтернет, стільникові мережі, бездротові локальні мережі.
· У мережах будь-який роутер має, принаймні, два радіоканали: один для підключення клієнтів, інший для зв'язку з іншими роутерами.
Майже будь-яке застосування мобільних Ad Hoc мереж, розглянуте вище, може бути реалізовано у бездротових мережах. Основною перевагою пористих мереж є здатність передавати великі обсяги даних на далекі відстані та забезпечення широкосмугового доступу.
Автомобільні бездротові мережі (VANET)
Створення автомобільних бездротових мереж VANET, що самоорганізуються, призначене для підвищення ефективності та безпеки дорожнього руху. В даний час за підтримки індустрії, державних та академічних інститутів у світі виконуються кілька науково-дослідних проектів, спрямованих на розробку та ухвалення стандартів таких автомобільних мереж. Основні цілі використання VANET можна розділити на три групи:
· Допомога водієві (навігація, запобігання зіткнень і зміна смуг);
· інформування (про обмеження швидкості або зону ремонтних робіт);
· Попередження (післяаварійні, про перешкоди або стан доріг).
Подібна інформація.
У вік комунікаційних пристроїв, соціальних мереж та інших сервісів повідомлення на відстані та миттєвий обмін інформацією здаються чимось само собою зрозумілими. Однак можливість залишатися на зв'язку саме в ті моменти, коли комунікаційна інфраструктура виявляється порушеною, набуває особливого значення. Наприклад, на Гаїті після нещодавнього катастрофічного землетрусу головним засобом зв'язку виявилися супутникові телефони, надані службами допомоги. Але паралізувати інфраструктуру стільникового зв'язку можуть не лише масштабні природні катаклізми — навіть банальне відключення електроживлення здатне перетворити наші мобільні пристрої на марні іграшки.
У подібних випадках все більш привабливим варіантом стає створення бездротової мережі, що самоорганізується (або динамічної, або ad hoc). Така структура формує сама себе щоразу, коли спеціально запрограмовані мобільні телефони чи інші пристрої зв'язку перебувають у межах прямого доступу. Кожне з них виконує в динамічній мережі функції передавача і приймача, а також, що дуже важливо, служить ретрансляційним пунктом для всіх найближчих пристроїв. Пристрої, відстань між якими перевищує дальність прямого зв'язку, можуть підтримувати зв'язок між собою, якщо їм готові допомогти інші пристрої, що знаходяться між ними, передаючи повідомлення по ланцюжку, як відра під час пожежі. Іншими словами, кожен вузол у мережі є і комунікатором для власних повідомлень, і елементом інфраструктури для повідомлень інших вузлів.
Допомога при лихах - лише одна з можливих функцій мереж, що самоорганізуються. Вони будуть корисні скрізь, де створення стаціонарної бази буде надто довгим, важким чи дорогим. Військові вклали великі гроші в розробку систем, що самоорганізуються, для застосування на полі бою. Динамічні мережі у вашому будинку дозволять побутовим приладам знаходити один одного і встановлювати зв'язки між собою, позбавивши необхідності простягати дроти в спальню або кабінет. Віддалені поселення та малозабезпечені сусіди могли б через бездротові ad hoc мережі отримати широкосмуговий доступ до Інтернету. Вчені, які досліджують екологічні мікросередовища на верхівках дерев або гідротермальні джерела на дні океану, змогли б розміщувати датчики в досліджуваних точках, не дбаючи про те, чи будуть вони «чути» один одного, чи про те, як інформація потрапить до їхнього комп'ютера.
Розробка таких мереж ведеться вже понад три десятиліття, але лише останніми роками успіхи теорії мереж призвели до створення перших робочих великомасштабних систем. У Сан-Франциско нова компанія Meraki Network підключила 400 тис. жителів міста до Інтернету через свою систему Free the Net, створену на основі технології бездротових мереж, що самоорганізуються. Компоненти Bluetooth у стільникових телефонах, комп'ютерні ігрові системи та ноутбуки забезпечують зв'язок між собою без дротових з'єднань або спеціального конфігурування за допомогою технологій динамічних мереж. мережі, що самоорганізуються, розгорнуті в ряді віддалених або несприятливих місць для збору інформації від малопотужних бездротових датчиків. Для того щоб подібні мережі набули широкого поширення, потрібно ще ряд технічних проривів, але на кількох напрямках успіхів вже досягнуто.
Стільникова мережа
Бездротові мережі, що самоорганізуються, поки що рідко зустрічаються. Щоб зрозуміти причину їхнього повільного впровадження, корисно розглянути різницю між такими новими технологіями, як стільникові телефони та Wi-Fi. Коли ви дзвоните другу по мобільнику, в бездротовому зв'язку задіяний тільки кожний із телефонів, що з'єднуються, і найближча до нього вежа стільникового зв'язку (базова станція). Вишки нерухомі та пов'язані між собою великою мережею проводів та кабелів. У бездротових локальних мережах, зокрема Wi-Fi, також використовуються нерухомі антени та провідні з'єднання.
Такий підхід має як переваги, так і недоліки. Для передачі інформації необхідна енергія і в класичних бездротових мережах вона запасається в акумуляторах мобільних пристроїв (наприклад, телефонів і ноутбуків), а максимально можлива частина комунікаційного навантаження покладається на стаціонарну інфраструктуру, що живиться від електромережі. Ширина бездротової смуги – також фіксований та обмежений ресурс. У традиційних бездротових мережах ширина смуги економиться за рахунок передачі більшої частини інформації провідними каналами. Використання стаціонарної інфраструктури дозволяє створювати великі та найбільш надійні телефонні та WiFi-комунікаційні ресурси в областях, де потреба у них найбільша.
Однак використання фіксованої інфраструктури робить ці мережі вразливими: їхня робота порушується у разі відключення електроживлення та інших збоїв навіть при справності окремих телефонів та інших мобільних пристроїв у зоні дії мережі. Надійність динамічних мереж набагато вища. Якщо один мобільний прилад вимикається, інші видозмінюють мережу таким чином, щоб якомога більше компенсувати елемент, що вибув. З підключенням та відключенням пристроїв мережа підлаштовується та «виліковується» сама.
Але така переналаштування не дається задарма. Мережа повинна передавати інформацію таким чином, щоб повідомлення могло бути реконструйовано навіть у тому випадку, якщо під час передачі послання якісь ланки ланцюга зв'язку між відправником та адресатом припинять роботу. Система повинна визначати оптимальний шлях доставки повідомлення адресату навіть за умови, що пристрій, що відправляє, не має можливості визначити місцезнаходження адресата. Крім того, мережа повинна справлятися з неминучими шумами від безлічі пристроїв, які одночасно надсилають повідомлення.
Бездротові мережі, що самоорганізуються (MANET-Mobile Ad-Hoc Networks) представляють архітектуру побудови мобільних радіомереж, яка передбачає відсутність фіксованої мережевої інфраструктури (базових станцій) і централізованого управління. Особливу привабливість ці мережі набули з появою бездротових стандартів та мережевих технологій (Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX). На основі вже існуючих стандартів 802.11 і 802.16 можна будувати бездротові мережі, що самоорганізуються, міського масштабу, відмінною рисою яких можна назвати велику зону покриття (кілька квадратних кілометрів).
Бездротова мережа, що самоорганізується (БСС) характеризується динамічними змінами топології, обмеженою пропускною здатністю, обмеженою потужністю батарей (акумуляторів) у вузлах, неоднорідністю ресурсів вузлів, обмеженою безпекою та ін. Проте останнім часом БСС-мережі стали використовувати в інтелектуальних транспортних системах і для дому (HANET - Home AdHoc Network), для невеликих офісів, для спільних обчислень комп'ютерів, розташованих на невеликій території. Самоорганізовані мережі (Ad-Hoc мережі) можуть бути класифіковані відповідно до їх застосування: - мобільні бездротові мережі, що самоорганізуються (Mobile Ad-hoc Networks, MANET); - бездротові mesh-мережі (Wireless Mesh Networks, WMN);
Мобільна бездротова мережа, що самоорганізується (MANET), яку іноді називають мобільною mesh-мережею, є самоналаштовується мережею, яка складається з мобільних пристроїв. Усі вузли використовують зв'язку бездротові з'єднання (рис. 1.8).
Мал. 1.8. Приклад архітектури БСС-мережі
Усі пристрої в БСС-мережі постійно переміщаються, отже, у мережі постійно змінюються зв'язку. Кожен вузол повинен виконувати функції маршрутизатора та брати участь у ретрансляції пакетів даних. Головне завдання у створенні такої мережі – зробити так, щоб усі пристрої могли постійно підтримувати актуальну інформацію для правильної маршрутизації трафіку. БСС-мережу також можна розділити на кілька класів:
Vehicular Ad Hoc Network (VANET) - Ad-Hoc-мережа, яка використовується для зв'язку транспортних засобів один з одним, а також для їхнього з'єднання з придорожнім обладнанням;
Intelligent vehicular Ad-Hoc network (InVANET) – свого роду штучний інтелект, який допомагає керувати автомобілем у різних непередбачених ситуаціях;
Internet Based Mobile Ad hoc Network (iMANET) – БСС-мережа, яка з'єднує мобільні вузли з фіксованими Internet-шлюзами.
Бездротові mesh-мережі- це особливий вид Ad-Hoc-мереж, який має більш сплановану конфігурацію. Mesh-мережі складаються з клієнтів, маршрутизаторів та шлюзів (рис. 1.9). Основна відмінність у тому, що бездротові вузли не переміщаються у просторі під час роботи. Основна відмінність між MANET і Mesh-мережами у тому, що, зазвичай, MANET - належить до термінальної мережі, тобто. до мережі без транзитних функцій, а Mesh-мережі - до транзитної мережі, хоча розподіл це дуже умовно, але прийнято нині. Відповідно до більш складних функцій Mesh-мережі при її побудові теж розрізняють батьківські та дочірні мережі Internet.
Мал. 1.9. Приклад бездротової mesh-мережі
На даний момент спостерігається величезний науковий і прикладний інтерес до створення самовідновлюваних мереж, що самоорганізуються.
Як було згадано вище, одним із найбільш актуальних кандидатів для реалізації когнітивних бездротових мереж вважають: бездротові мережі, що самоорганізуються.
Раммінг (Ramming) стверджує, що для БСС-мережі потрібен новий тип технології організації мережі, званий когнітивною технологією. Він у підбір стверджує, що така мережа повинна розуміти завдання програми, а програма здатна зрозуміти можливості мережі в будь-який момент часу. Це дозволило б мережі, за допомогою вивчення основних вимог програми, використовувати нові можливості і динамічно вибирати протоколи мережі, що задовольняють цим вимогам.
Як основне положення когнітивної теорії когнітивний цикл застосовується в мережах для розпізнавання образів. Ступінь можливості розпізнавання образів вузлом залежить від його логічного становища та рівня розташування мережі. Виходячи з цього, подібно до БСС-мережі, когнітивна мережа може розглядатися як динамічна мережа, що інтегрується. Тому можна використовувати когнітивну технологію в БСС-мережах, що, отже, призводить до розвитку БСС-мереж.
Когнітивна бездротова мережа, що самоорганізується - природна кінцева точка розвитку сучасної БСС-мережі. Однак когнітивні мережі реагують набагато швидше, ніж мережі, що самоорганізуються, оскільки вони повинні бути здатні вивчати і планувати і, отже, існує велика потреба в самоаналізі. Можна було б стверджувати, що когнітивна мережа, що повністю функціонує, є природним розвитком БСС-мережі.
Розглянемо найпростіший приклад управління маршрутизацією в когнітивній бездротовій мережі, що самоорганізується. Як приклад необхідності адаптації всієї системи розглядається сеанс передачі даних в мережі, що самоорганізується, між вихідним вузлом S1 і вузлом призначення D1, як показано на рис. 1.10. Вихідний вузол S1 не має достатньої потужності для прямої передачі даних D1. Тому він повинен передати дані у вузол призначення лише через проміжні вузли, такі як R1 та R2.
Мал. 1.10. Управління маршрутизацією в когнітивній Ad-Нос мережі
Передбачається, що ланцюг із джерела до призначення має високу ймовірність успішної передачі. Рівень маршрутизації визначатиме маршрути на основі мінімальної кількості проміжних вузлів, які в даному випадку включають або R1, або R2. Вузол S1 виконує адаптацію канального рівня для вибору R1 або R2 на основі відношення сигналу до шуму та найменшої ймовірності порушення зв'язку. З точки зору канального рівня у вузлі S1, це забезпечує найвищу ймовірність того, що передані пакети прибудуть до ретрансляційних вузлів коректно. Однак без додаткової інформації цей вибір не гарантує ймовірність доставки даних від S1 до D1 .
На відміну від адаптації окремих елементів мережі для розрахунку повної ймовірності порушення зв'язку на шляху від вузла S1 до D1 через вузли R1 і R2 когнітивна мережа використовує інформацію від усіх вузлів. Це показує перевагу більш глобального підходу, але когнітивна мережа має й іншу перевагу: її здатність до навчання. Припустимо, що механізм пізнання вимірює пропускну здатність від джерела до пункту призначення, щоб оцінити ефективність попередніх рішень, а вузли S1 та S2 спрямовують свій трафік в обох напрямках через вузол R2, оскільки це задовольняє вимогу мінімальної ймовірності порушення зв'язку. Тепер передбачається, що R2 переповнюється через великий обсяг трафіку, що надходить із S2. Це стає очевидним у процесі вивчення пропускної спроможності на підставі повідомлень вузлів S1 та S2. Механізм вивчення визнає, що попереднє рішення більше не оптимально, і пізнавальний процес прямує на вироблення іншого рішення. Когнітивна мережа явно не знає, що є переповнення у вузлі R2, тому що ми не включали цю інформацію як спостереження. Тим не менш, мережа може зробити висновок, що можуть виникнути проблеми через зниження пропускної здатності, а потім реагувати на переповнення, можливо, перенаправленням трафіку через вузли R1 та (або) R3. Цей приклад ілюструє потенціал когнітивних мереж у оптимізації безперервної роботи та здатність реагувати на непередбачені обставини. Протокол маршрутизації когнітивної мережі заснований не так на суто алгоритмічному підході і здатний вибрати ефективний операційний режим навіть у непередбачених ситуаціях.
бібліографічний список
1- Wyglinski A.M., Nekovee M., Hou Y.T. (Editors). Cognitive radio communications and networks: Principles and practice, Academic Press | 2009, 736 сторінок.
2- Комашинський В. І. Системи рухомого радіозв'язку з пакетною передачею інформації. / В.І. Комашинський, А.В. Максимов // СПБ.: Изд-во Лема, 2006. – 238с.
3- Cordeiro C. IEEE 802.22: перший світ бездротовий стандарт базується на cognitive radio / С Cordeiro, K. Challapali, D. Birru, Sai Shankar // Перший IEEE Міжнародний симпозіум на нових frontiers в Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN Nov. 2005. P.328-337.
4- Баранов В.П. Синтез мікропрограмних автоматів. М: Нолідж, 1997.-376 с.
5- Кучерявий А. Е. Самоорганізовані мережі та нові послуги / А.Є. Кучерявий / / Електрозв'язок, № 1 2009. С. 19-23.
6- Ramming С. Cognitive networks. Proceedings of DARPA Tech Symposium, March 2004. pp.9-11.
Бездротові мережі, що самоорганізуються (інші назви: бездротові ad hoc мережі, бездротові динамічні мережі) - децентралізовані бездротові мережі, що не мають постійної структури. Клієнтські пристрої з'єднуються на льоту, утворюючи собою мережу. Кожен вузол мережі намагається переслати дані, призначені іншим вузлам. При цьому визначення того, якому вузлу пересилати дані проводиться динамічно, на підставі зв'язності мережі. Це відмінність від дротових мереж і керованих бездротових мереж, у яких завдання управління потоками даних виконують маршрутизатори (у дротових мережах) чи точки доступу (в керованих бездротових мережах).
Першими бездротовими мережами, що самоорганізуються, були мережі «packet radio» починаючи з 1970-х років, фінансовані DARPA після проекту ALOHAnet.
Застосування:Мінімальне конфігурування та швидке розгортання дозволяє застосовувати мережі, що самоорганізуються, у надзвичайних ситуаціях таких як природні катастрофи та військові конфлікти.
Залежно від застосування бездротові мережі, що самоорганізуються, можуть бути розділені на:
мобільні мережі, що самоорганізуються
бездротові ніздрюваті мережі
бездротові сенсорні мережі
Основні принципи бездротових Ad-hoc мереж:
- - Бездротові мережі поділяються на дві категорії - мережі типу Infrastructure (інфраструктурні) та мережі типу ad-hoc (спеціалізовані). Для об'єднання кількох комп'ютерів в інфраструктурну мережу використовуються маршрутизатори або групові точки доступу. У мережі ad-hoc не використовуються маршрутизатори та групові точки доступу. Вона складається з комп'ютерів, які здійснюють обмін даними безпосередньо один з одним.
- - Ad-hoc мережі – це безліч бездротових мобільних вузлів зв'язку (станцій, користувачів), що утворюють динамічну автономну мережу за допомогою повністю мобільної інфраструктури. Вузли спілкуються один з одним без втручання централізованих точок доступу або базових станцій, тому кожен вузол діє як маршрутизатор, і як кінцевий користувач.
- - Прикладом може бути з'єднання кількох комп'ютерів бездротовим способом без точки доступу. Нерідко такий спосіб з'єднання використовується на виставках, конференц-залах.
- - В Інтернеті маршрутизаторами в межах центральних областей мережі володіють добре відомі оператори, і тому передбачається певний рівень довіри до них. Але це припущення більше справедливо для Ad-hoc мереж, т.к. очікується, що всі вузли, що входять до мережі, беруть участь у маршрутизації.
Режим IBSS: - Режим IBSS, також званий ad-hoc, призначений для з'єднань точка-точка. Насправді є два типи режиму ad-hoc. Один із них є режимом IBSS, званий також режимом ad-hoc або IEEE ad-hoc. Цей режим встановлений стандартами IEEE 802.11. Другий режим називається демонстраційним режимом ad-hoc, або Lucent ad-hoc (або іноді неправильно, режимом ad-hoc). Це старий режим, що існував до появи 802.11, ad-hoc, і він повинен використовуватися тільки для старих мереж.
Шифрування:- Шифрування в бездротовій мережі має важливе значення, тому що у вас немає можливості обмежити мережу добре захищеною областю. Дані вашої бездротової мережі ведуть мовлення по всій околиці, так що будь-який зацікавлений може їх вважати. Ось тут використовується шифрування. Шифруючи дані, що надсилаються в ефір, ви робите їх прямий перехоплення набагато складнішим для всіх цікавих.
- - Двома найбільш широко використовуваними способами шифрування даних між вашим клієнтом та точкою доступу є WEP та ip-sec:
- - WEP. WEP є скороченням від Wired Equivalency Protocol (Протокол Відповідності Дротової мережі). WEP є спробою зробити бездротові мережі такими ж надійними та безпечними, як дротові.
- – IP-sec. ip-sec є набагато більш надійним та потужним засобом шифрування даних у мережі. Цей метод, безперечно, є кращим для шифрування даних у бездротовій мережі.
Утиліти:- Є кілька утиліт, які можна використовувати для налаштування та налагодження бездротової мережі:
Пакет bsd-airtools
- - Пакет bsd-airtools є повним набором інструментів, включаючи інструменти для перевірки бездротової мережі на предмет злому WEP-ключа, виявлення точки тощо.
- - Утиліти bsd-airtools можна встановити з порту net/bsd-airtools .
Утиліти wicontrol, ancontrol та raycontrol
Це інструменти, які можна використовувати для керування поведінкою адаптера бездротового зв'язку в мережі. Wicontrol вибирається тоді, коли адаптером бездротової мережі є інтерфейс wi0. Якщо встановлено бездротовий пристрій від Cisco, цим інтерфейсом буде an0, і тоді буде використовуватися ancontrol
Підтримувані адаптери:Точки доступу
Єдиними адаптерами, які на даний момент підтримуються в режимі BSS (як точка доступу), є пристрої, зроблені на основі набору мікросхем Prism 2, 2.5 або 3).
Клієнти 802.11a та 802.11g
- - На жаль, все ще багато виробників, які не надають схематику своїх драйверів спільноті open source, оскільки ця інформація вважається торговим секретом. Отже, у розробників операційних систем залишається два варіанти: розробити драйвери довгим і складним методом інжинірингу, або використовувати існуючі драйвери для платформ Microsoft Windows.
- - Завдяки зусиллям Білла Пола (wpaul), існує прозора підтримка Network Driver Interface Specification (NDIS). FreeBSD NDISulator (відомий також як Project Evil) перетворює бінарний драйвер Windows так, що він працює так само, як і в Windows. Ця можливість досі відносно нова, але в більшості тестів вона працює адекватно.
Базова інфраструктура сучасного Інтернету, як відомо, управляється та підтримується десятком організацій, частина з яких підконтрольні уряду США. Далеко не всім до вподоби такий стан речей, і тому вже протягом кількох років IT-фахівці обговорюють альтернативні методи організації глобальних інформаційних мереж.
Існує дві основні загрози для безпечного інформаційного обміну в електронних мережах: це несанкціонований доступ до приватних даних та втручання в роботу обладнання та пристроїв з метою порушити їхню активність і навіть вивести їх з ладу.
Можлива відповідь на ці загрози полягає у поширенні нового типу телекомунікацій - незалежних, децентралізованих мереж, кожен пристрій у яких є повноправним учасником та несе свою частку відповідальності за функціонування мережі. Такий тип інформаційних мереж називається AHN (ad hoc network).
Головна проблема, яка раніше перешкоджала розгортанню подібних мереж у глобальному масштабі, походила з низької продуктивності пристроїв та «вузьких» каналів зв'язку: маршрутизація та передача необхідної для роботи ad hoc-мережі даних забирає системні ресурси та висуває високі вимоги до пропускної здатності каналу, що зв'язує пристрої між собою. Сьогодні безліч пристроїв позбавлені цих недоліків, а значить, у найближчі роки слід очікувати появи експериментальних ad hoс-мереж, що складаються з тисяч пристроїв.
А через пару десятиліть бездротові, або мобільні ad hoc-мережі (MANETs, Mobile ad hoc networks) цілком можуть стати необхідною умовою для безпечної роботи майбутніх транспортних систем, які мають об'єднати величезну кількість роботизованих автомобілів, літаків і поїздів. Кожен транспортний засіб у такій системі отримуватиме навігаційну та іншу інформацію безпосередньо від своїх сусідів: так можна забезпечити надійність та безперервність зв'язку для автономного транспорту.