Пояснительная записка (1194880), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В этом контексте дизайн автомобильной сенсорной сети (VSN) представляет новые и сложные задачи, которые значительно отличаются от традиционных беспроводных сенсорных сетей, т.к. требует инновационных решений. Это многообещающая область исследований, поскольку на транспортные средства не влияют ограничения энергии и другие ограничения.

Транспортные средства могут быть оснащены мощными процессорами, различными устройствами беспроводной связи, навигационными системами и множеством чувствительных устройств, таких как химические детекторы, вибрационные/акустические датчики видеокамеры. Комбинация автомобильных и сенсорных сетей предоставляет огромные возможности для различных широкомасштабных приложений в VANET, начиная от маршрутизации городского трафика и облегчения движения до мониторинга окружающей среды, распределенного наблюдения и мобильных социальных сетей.

1. Протоколы маршрутизации сети VANET

Поскольку в самоорганизующейся сети отсутствует фиксированная инфраструктура, узлы сети являются одновременно и мобильными терминалами, и маршрутизаторами. Маршрутизация в самоорганизующихся пакетных радиосетях является сложной задачей. Она существенно отличается от традиционной маршрутизации в проводных сетях. Связь между узлами по радиоканалу часто является прерывистой, эпизодической и не может быть гарантирована. Из-за подвижности узлов и самопроизвольной организации соединений топология сети претерпевает частые, непредсказуемые и значительные изменения. Дальность радиосвязи в сети ограничена, непосредственная связь между многими парами узлов невозможна. В связи с этим необходимо использование маршрутизации с множественными переходами, скачками. При такой маршрутизации пакет передается от одного узла другому, пока не достигнет получателя. Протоколы маршрутизации самоорганизующихся пакетных радиосетей должны обладать следующими свойствами.

Распределенность

Протокол маршрутизации не должен зависеть от некоторого центрального узла, поскольку узлы могут достаточно часто покидать сеть и присоединяться к ней. Из-за подвижности узлов сеть может оказаться разделенной.

Отсутствие петель

Отсутствие в маршруте петель позволяет избежать избыточной загрузки канала, перегрузки процессоров узлов, уменьшить время доставки, уменьшить энергопотребление мобильного устройства.

Операции по запросу

Реактивные протоколы маршрутизации, устанавливающие маршрут по запросу, позволяют уменьшить объем передаваемой служебной информации и, соответственно, более эффективно используют ресурсы полосы пропускания [ CITATION Per63 \l 1049 ].

Поддержка однонаправленных каналов

Как правило, протоколы маршрутизации рассчитаны на работу с двунаправленными соединениями. Однако в самоорганизующихся сетях весьма часто могут устанавливаться однонаправленные соединения по следующим причинам:

• различие характеристик оборудования соседних узлов, таких как мощность передатчика и чувствительность приемника;

• интерференция: помехи рядом с узлом А могут позволять ему принимать пакеты от узла В, в то время как узел В может находиться в зоне действия более сильных помех;

• условия чрезвычайных ситуаций, когда узел работает только на прием.

Использование однонаправленных соединений способствует увеличению общей производительности системы.

Организация нескольких маршрутов

Для предотвращения потери пакетов из-за разрыва соединений и перегрузки канала можно использовать запасные маршруты. При выходе из строя одного маршрута другой остается доступным, и нет необходимости заново проводить поиск и организацию маршрута.

Существуют две категории протоколов маршрутизации: топологическая и геолокационная маршрутизация. Маршрутизация на основе топологии использует информацию о ссылках, существующих в сети, для выполнения переадресации пакетов. Геолокационная маршрутизация использует информацию о местоположении соседей в сети для выполнения пересылки пакетов. Поскольку информация о ссылках постоянно изменяется, топологическая маршрутизация подвержена влиянию разрывов соединения.

Топологические протоколы маршрутизации используют информацию о маршрутах, которая существует в сети для выполнения пересылки пакетов. Их можно разделить на проактивную (управляемые таблицами) и реактивную (по требованию) маршрутизацию [ CITATION Gan \l 1049 ].

1. Проактивные протоколы маршрутизации

Проактивная маршрутизация (управляемые таблицами) имеет отличительную особенность: информация о маршруте, такую как следующий прыжок для пересылки сообщения, сохраняется в фоновом режиме независимо от запросов на связь [ CITATION Son \l 1049 ]. Таким образом служебные сообщения постоянно транслируются и распространяются среди узлов, чтобы поддерживать пути или состояния между любыми парами узлов, даже если некоторые из маршрутов никогда не используются [ CITATION NAr \l 1049 ]. Затем в узле создается таблица маршрутизации, в которой каждая запись указывает на узел следующего прыжка до определенного пункта назначения. Преимущество проактивных протоколов маршрутизации заключается в том, что нет фазы обнаружения маршрута, поскольку маршрут до места назначения поддерживается в фоновом режиме и всегда доступен при запросе. Несмотря на хорошее свойство обеспечения низкой задержки для приложений реального времени, служебная информация при поиске неиспользуемых маршрутов занимает значительную часть доступной полосы пропускания в высокомобильных сетях транспортных средств VANET.

Существует также эффективная маршрутизация состояния канала, которая поддерживает карту топологии на каждом узле и распространяет обновления состояния канала только с непосредственными соседями, а не со всей сетью. Кроме того, информация состояния канала транслируется на разных частотах для разных записей в зависимости от их расстояния до текущего узла. Записи, которые находятся дальше, транслируются с более низкой частотой, чем те, которые находятся ближе [ CITATION Gan \l 1049 ]. Уменьшение служебного трафика обмениваются на неточность в маршрутизации. Тем не менее, неточность исправляется, так как пакеты постепенно приближаются к месту назначения.

1. Реактивный протоколы маршрутизации

Реактивная маршрутизация (по требованию) создает маршрут между узлами только тогда, когда это необходимо. Он поддерживает только маршруты, которые в настоящее время используются, тем самым уменьшая нагрузку на сеть [ CITATION Yun \l 1049 ].

Таблицы маршрутизации не поддерживаются, обновления их не требуется. Если один узел желает послать пакет другому узлу, протокол маршрутизации реактивный будет искать возможный путь по требованию и установит соединение после того, как найдет получателя. Важной задачей реактивных протоколов является поддержание установленного маршрута, поскольку велика вероятность разрыва соединения [ CITATION PKu \l 1049 ]. По сравнению с проактивными протоколами реактивные обладают меньшей избыточностью и большей масштабируемостью. Однако при использовании реактивных протоколов возможны значительные задержки в передаче данных, поскольку перед самой передачей данных происходит поиск нужного маршрута.

Для дальнейшего анализа выбраны два реактивных протокола для сравнения возможностей этих классов:

• OLSR;

• DSDV.

• Геолокационные протоколы маршрутизация

В геолокационной (позиционной) маршрутизации решение о пересылке узлом в первую очередь производится на основе позиции адресата пакета и положения соседних узлов с одним хопом. Позиция адресата сохраняется в заголовке пакета источником. Положение соседей узла находится с помощью маяков, периодически отправляемых со случайным джиттером (для предотвращения столкновения). Узлы, находящиеся внутри радиодиапазона узла, станут соседями узла [ CITATION Hyu \l 1049 ].

Геолокационная маршрутизация предполагает, что каждый узел знает свое местоположение, а отправляющий узел знает местоположение приемного узла благодаря растущей популярности модуля глобальной системы координат (GPS) от бортовой навигационной системы и недавних исследований по службам определения местоположения. Поскольку протоколы геолокационной маршрутизации не обмениваются информацией о состоянии канала и не поддерживают установленные маршруты, в отличие от проактивных и реактивных протоколов маршрутизации, основанных на топологии, они более надежны и перспективны для высокодинамичных сред, таких как VANET. Другими словами, маршрут определяется на основе географического расположения соседних узлов по мере пересылки пакета. Нет необходимости в обмене ссылками или настройке маршрута.

Позиционные протоколы делятся в свою очередь на не терпимые к задержке и терпимые к задержке [ CITATION Nas24 \l 1033 ]. Протоколы не терпимые к задержке (Non delay tolerant), ставят своей целью передачу сообщения как можно быстрее, а протоколы терпимые к задержке адаптированы для повышения эффективности сети в течении длительных периодов отсутствия соединения внутри сети. Соответственно протоколы не терпимые к задержке обычно используют протоколы на основе жадной стратегии, в то время как протоколы не терпимые к задержке передают пакеты основываясь на метриках соседних узлов, а саму передачу осуществляют методом «подбери и передай дальше» («Carry-and-Forward»), суть которого сводится к тому что узел получатель хранит и переносит пакет до тех пор, пока не появится возможность передать его узлу чья метрика указывает на его выгодное положение относительно адресата.

Для дальнейшего анализа выбраны два протокола на основе геолокации из разных классов для сравнения возможностей этих классов:

• GPSR, являющийся не терпимым к задержке;

• CLWPR, являющийся терпимым к задержке.

Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) предложен в [ CITATION Kar54 \l 1033 ], является одним из первых протоколов на основе жадной стратегии, и он наиболее известным из них. Решение о передаче сообщения GPSR принимает на основе информации о текущих соседях в топологии сети. Он использует две стратегии пересылки пакетов – жадную и периметровую. При решении о передаче пакета GPSR использует сведения о возможности соединения между географическими позициями, уровень связи в беспроводной сети и положения узлов. Когда пакет приходит в область, в которой жадная стратегия передачи не может быть использована, запускается алгоритм восстановления с использованием периметровой стратегии пересылки. Это подразумевает что GPSR использует жадную стратегию для пересылки сообщений по периметру области, в которой невозможно использовать жадную стратегию в чистом виде, к узлам, которые по прогнозу протокола будут ближе остальных к узлу назначения. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет преодолён локальный максимум или не будет достигнут узел назначения, при этом в случае преодоления локального максимума протокол вновь будет использовать жадную стратегию. Однако из-за повышения в процессе использования периметровой стратегии количества передач, повышается вероятность потери пакета, и задержка в его передаче адресату, что несколько снижает его надёжность.

CLWPR [ CITATION Kat46 \l 1033 ] (The cross-layer, weighted, position-based routing protocol) межуровневый, взвешенный, основанный на местоположении протокол маршрутизации. Прежде всего, это протокол, основанный на позиционировании, который использует расстояние по дороге как метрику вместо фактического географического (евклидова) расстояния. Он также отслеживает состояние параметров физического и MAC-уровней, такие как частота ошибок SNIR и MAC, чтобы оценить качество канала. Кроме того, информация о очередях учитывается с точки зрения использования узлов, чтобы обеспечить некоторую балансировку трафика для лучшего QoS. Вся эта информация совместно объединяется в функцию взвешивания, которая вычисляет вес для каждого соседнего узла, на основе которого выполняется выбор пересылки.

1. Безопасность автомобильной беспроводной сети

В апреле 2010 года был утверждён новый стандарт IEEE 802.11р. Для связи между машинами и дорожной инфраструктурой, а также для связи непосредственно между автомобилями, движущимися со скоростями до 200 км/час на расстоянии до 1000 м. Физический и МАС-уровни основаны на стандарте IEEE 802.11а.

Стандарт 802.11р учитывает эту специфику и как она отражается на возможных угрозах информационной безопасности сети. Это относится и к атакам злоумышленника на сетевом уровне с помощью фальшивых сообщений, нарушающих маршрутизацию. Главное преимущество этого стандарта – дешевизна, обусловленная большими объемами производства, что делает внедрение более легким и ускоряет вхождение на рынок [ CITATION ЕАК \l 1049 ].

Некоторые из требований к информационной безопасности, сформулированные в работе [ CITATION Vic \l 1049 ]:

• аутентификация является главным требованием к ИБ в VANET. Это вызвано необходимостью защиты от различных сообщений, отправленных от несуществующих узлов или от узлов, выдающих себя за существующие. Атака может быть и от реального узла, когда водитель направляет фальшивое сообщение о пробке на дороге для освобождения себе пути проезда;

• целостность сообщений, гарантирующая от приема фальшивых сообщений;

• обеспечение невозможности отказа отправителя от переданных им сообщений;

• контроль доступа позволяет гарантировать, что все узлы функционируют в соответствии с предоставленными им полномочиями и привилегиями;

• конфиденциальность сообщений в случаях, связанных с подозрениями в криминале;

• обеспечение защиты приватной информации пользователя.

  • Обзор средств моделирования беспроводных сенсорных сетей

Моделирование сети подвижных объектов VANET требует как сетевого компонента, так и компонента мобильности. В большинстве случаев эти компоненты обеспечиваются двумя отдельными симуляторами. Данные о траектории движения транспортных средств, полученные в результате работы симулятора мобильности, передаются в сетевой симулятор. Существуют также интегрированные симуляторы, которые содержат как сетевые, так и мобильные компоненты мобильности, однако в основном это коммерческие продукты.

1. Симулятор Objective Modular Network Testbed in C++

Objective Modular Network Testbed in C++ (OMNeT++) представляет собой систему моделирования на основе дискретных событий которая может быть использована для таких задач как:

• моделирование проводных и беспроводных коммуникационных систем;

• протоколов моделирования;

• моделирование сетей массового обслуживания.

Программа OMNeT++ походит для моделирования любой сети, основой которой является дискретное событие. Процесс удобно отображается в виде объектов, обменивающимися сообщениями.

OMNeT++ (рисунок 4) использует язык С++ для имитационных моделей. Имитационные модели в совокупности с языком высокого уровня NED собираются в крупные компоненты и представляют собой большие системы. Симулятор имеет графические инструменты для создания моделей и оценки результатов в режиме реального времени.

Характеристики

Список файлов ВКР