خلاصه پایان نامه افزایش کارایی پارامتر های تامین کیفیت VoIP از طریق بهبود پروتکل های مسیریابی MANET
پایان نامه
برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
شبکه های کامپیوتری
فصل اول
1 مقدمه
1-1 شبکه موردی سیار چیست؟
شبکه موردی سیار[1] شبکه‌ای است که توسط میزبان[2]های بیسیم که میتوانند سیار هم باشند تشکیل میشود. در این شبکهها لزوما از هیچ زیرساخت پیش‌ساخته‌ای استفاده نمی‌شود. بدین معنا که هیچ زیرساختی مانند یک ایستگاه مرکزی، مسیریاب[3]، سوئیچ[4] و یا هر چیز دیگری که در دیگر شبکهها از آنها برای کمک به ساختار شبکه استفاده میشود، وجود ندارد. بلکه فقط تعدادی گره[5] بیسیم هستند که از طریق ارتباط با گرههای همسایه به گرههای غیرهمسایه متصل می‌گردند.
در شکل 1-1 ساختار یک شبکه موردی سیار به عنوان نمونه آورده شده است. دایر‌ه‌های کوچک نشان‌دهنده گرههای بیسیم می‌باشند و هر دایره بزرگ نشان دهنده برد مفید یک گره است. بدین معنا که هر گره دیگری که در این فاصله قرار داشته باشد میتواند داده‌های ارسالی این گره را دریافت کرده و آنها را از نویزهای محیطی تشخیص دهد. برای راحتی کار، این شبکه را با یک گراف متناظر نشان می‌دهند و یال‌های گراف بدین معنا هستند که دو راس آن در فاصله‌ای با یکدیگر قرار دارند که میتوانند پیام‌های یکدیگر را دریافت کنند. در واقع گرههایی که در فاصله برد مفید یکدیگر قرار دارند، در نمایش گرافی با یک یال به آن متصل می‌شوند
در شبکههای موردی، سیار بودن گرهها ممکن است باعث تغییر مسیر بین دو گره شود. همین امر است که باعث تمایز این شبکهها از دیگر شبکههای بیسیم میشود. با وجود تمامی این مشکلات، از شبکههای موردی در موارد بسیاری استفاده میشود. دلیل این امر سرعت و آسانی پیادهسازی این شبکه و همچنین عدم وابستگی آن به ساختارهای از پیش بنا شده است. از موارد استفاده شبکههای موردی میتوان به کاربردهای شخصی مانند اتصال لپتاپ‌ها به یکدیگر، کاربردهای عمومی مانند ارتباط وسائل نقلیه و تاکسی‌ها، کاربردهای نظامی مانند ارتش و ارتباط ناوگان جنگی و کاربردهای اضطراری مانند عملیات امداد و نجات اشاره کرد.
1-1-1خصوصیات شبکههای موردی سیار
این شبکه نیز مانند انواع شبکههای دیگر دارای ویژگیهایی است که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد[1]:
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
ترمینال خودمختار[6]: در این شبکه، هر ترمینال یک گره مستقل است که ممکن است در حالت میزبان یا مسیریاب عمل نماید. به عبارت دیگر در موقع پردازش به عنوان یک میزبان عمل میکند و همچنین هنگامی که نیاز به عملیات مسیریابی باشد نقش مسیریاب را ایفا کند.
عملیات توزیعی[7]: از آنجایی که هیچ ساختاری برای کنترل عملیات به صورت مرکزی در شبکه وجود ندارد، کنترل و مدیریت شبکه بین ترمینالها به صورت توزیع شده انجام میشود. گرهها در این شبکه باید با یکدیگر مشارکت کنند و هر گره به عنوان یک تقویت‌کننده عمل میکند.
توپولوژی شبکه پویا[8]: از آنجایی که گرهها سیار هستند، توپولوژی شبکه ممکن است به سرعت و به صورت غیرقابل پیش بینی تغییر کند و اتصالات میان ترمینالها ممکن است در یک زمان تغییر کند.
تغییر ظرفیت اتصال[9]: نرخ خطای بیتی در این شبکه بالا است. یک مسیر انتها به انتها میتواند توسط چندین جلسه، مشترک شود. کانالی که ترمینالها را متصل میکند هدفی برای نویز، ناپدید شدن و تداخل میباشد و پهنای‌باند کمتری از یک شبکه سیمی دارد. در تعدادی از طرحها مسیر بین هر جفت از کاربران میتواند اتصالات بیسیم متعددی را بپیماید.
ترمینال های سبک وزن: در بعضی حالتها، گرههای این شبکه، وسایل سیار با ظرفیت پردازش کم، اندازه حافظه کوچک، قابلیت ذخیره‌سازی انرژی کم هستند. این وسایل نیاز به الگوریتمهای بهینه شده و روشهایی که عملیات محاسباتی و ارتباطی را بهینه میکنند، دارند.
چند گامی: به دلیل فقدان مسیریاب و دروازههای مرکزی، میزبانها، خود وظایف مسیریابی را انجام می‌دهند. بنابراین، بستهها، مسیرهای "چند گامی" را دنبال میکنند و قبل از اینکه به مقصدشان برسند از میان گرههای متحرک متفاوت، عبور میکنند. به سبب عدم اطمینان به این چنین گرههایی، این خصوصیت یک آسیبپذیری جدی را نمایش میدهد.
بیشکلی[10] : تحرک و اتصال بیسیم گرهها این اجازه را میدهد که گرهها به طور دلخواه وارد شبکه شده یا از آن خارج شوند، و بدین صورت به یک گره این امکان را میدهد که به صورت عمدی، اتصالات را شکل دهد یا آن را بشکند. بنابراین توپولوژی شبکه هیچ شکل ثابتی نه از لحاظ اندازه و نه از لحاظ پیکربندی نخواهد داشت. هر راه حل امنیتی باید این ویژگی را نیز در نظر داشته باشد.
1-1-2مزایا
مزایای شبکه موردی سیار عبارتند از[1]:
سرعت توسعه آن زیاد است.
به سادگی و با صرف هزینه پایین قابل پیادهسازی است.
به هیچ زیرساختی نیاز ندارد.
دارای پیکربندی خودکار است.
هر یک از ایستگاهها به عنوان یک مسیریاب نیز ایفای نقش میکند.
انعطافپذیر است. به عنوان مثال، دسترسی به اینترنت از نقاط مختلف در محدوده تحت پوشش شبکه امکانپذیر است.
دو ایستگاه موجود در شبکه میتوانند به طور مستقل از دیگر ایستگاهها، با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و انتقال اطلاعات کنند.
1-1-3معایب
صرفنظر از کاربردهای جذاب، ویژگیهای این شبکه باعث محدودیتهایی در استفاده از این شبکهها شده است، که باید بررسی شوند. یکی از چالشهای بسیار مهم در این نوع شبکهها، عدم وجود زیرساخت ثابت میباشد، از اصلیترین مشکلات موجود در این نوع شبکه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
مسیریابی: از آنجایی که توپولوژی شبکه به صورت مداوم در حال تغییر است، عملیات مسیریابی بستهها بین هر جفت از گرهها بسیار مشکل است. بیشتر پروتکلها باید برمبنای مسیریابی واکنشی به جای کنشی باشند. مسیرها بین گرهها ممکن است شامل گامهای متعدد باشند که پیچیدهتر از ارتباط تک گامی است.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
امنیت و قابلیت اطمینان: علاوه بر قابلیت رایج ارتباط بیسیم، این نوع شبکهها مسائل امنیتی خاصی دارد. خصوصیت عملیات توزیعشده نیاز به طرحهای متفاوتی برای مدیریت دارد. بعلاوه اتصالات بیسیم به علت دامنه انتقالات بیسیم محدود شده، طبیعت همگانی (انتشار) رسانه بیسیم (مسئله پایانه مخفی)، گمشدن بستهها و خطاهای انتقال داده مشکلات اعتمادپذیری زیادی را تولید میکنند.
کیفیت خدمات[11]: فراهم کردن سطوح مختلفی از کیفیت خدمات در یک شبکه که به صورت مداوم در حال تغییر است یک چالش بزرگ میباشد. ویژگی تغییر، در واقع کیفیت ارتباطات در این نوع شبکهها را مشکل میکند.
مصرف انرژی: برای ترمینال های سیار، عملیاتهای ارتباطی باید از نظر مصرف انرژی بهینه شوند.
از دیگر مشکلات و محدودیتهای موجود در این نوع شبکهها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
خطاهای ناشی از انتقال و در نتیجه حذف بسته با تعداد بالا
قطع و وصل شدنهای مداوم
پهنای باند محدود
طبیعت همگانی ارتباط
مسیرها و توپولوژیهای متغیر و پویا
شارژ باتری
ظرفیت و قابلیت های محدود گرهها
نیاز به کاربردهای جدید
کنترل ازدحام
محدودیت پهنای باند
تامین امنیت
تاخیر ارسال اطلاعات در شبکههای بزرگ‌تر
1-1-4کاربردهای شبکه موردی سیار
کاربردهای این نوع شبکهها عبارتند از:
کاربردهای نظامی
امداد و نجات
انجام عملیات محاسباتی توزیع شده
شبکه وسایل نقلیه
حفاظت از محیط زیست
1-2 صوت بر روی اینترنت[12]
صوت بر روی اینترنت، یک برنامه کاربردی[13] real-time است که شاید بیشترین پیشرفت را در شبکههای امروزی داشته است. یک وسیله ورودی صدا، مثلا یک میکروفن، در سمت فرستنده لازم است. سیگنال صوتی به شکل دیجیتال تبدیل میشود که این امر به وسیله یک مبدل آنالوگ به دیجیتال[14] صورت می‌پذیرد. بنا به ماهیت packet-switched بودن شبکههای کامپیوتری، داده‌های صوت باید قبل از انتقال، کدگذاری و بسته‌بندی[15] شوند. کدگذاری[16] و رمزگشایی[17] به وسیله کدک[18]هایی که نمونه‌های داده‌های صدا را به یک سطح خاص شبکه که قابل ارائه است، تبدیل نموده و برمی‌گرداند، انجام می‌پذیرد. اغلب کدک‌ها به وسیله استانداردهایITU-T[19] تعریف شده‌اند. هرکدام از آنها ویژگیهای متفاوتی را در مورد مقدار پهنای باند مورد نیاز، ارائه میکنند.
پس از اینکه اطلاعات در سمت فرستنده، کدگزاری شده و بسته‌بندی می‌شوند، بسته‌های کپسوله شده داده‌های صوت[20]، میتوانند در شبکه انتقال یابند. بسته‌های صدا در شبکه با بسته‌های برنامه‌های کاربردی دیگر که بر طبق اتصالات به اشتراک گذاشته شده، به سمت مقصدشان مسیریابی شده‌اند، در تعاملند. بستهها در سمت گیرنده رمزگشایی و decapsulated می‌شوند. جریان داده دیجیتال سپس دوباره به شکل آنالوگ تبدیل شده و در یک وسیله خروجی که معمولا یک اسپیکر است، ارائه میشود. [2]
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
1-2-1مزایای صوت بر روی اینترنت
برخی از مزایای VoIP را می توان به صورت زیر لیست نمود:
• کاهش هزینه‌های تماس راه دور
• استفاده از امکانات اینترنتی و تجارت الکترونیکی
• یکپارچگی شبکههای داده و تلفن
• ارسال فکس
• اشتراک منابع و کاهش هزینه سرمایه‌گذاری
• استفاده از تلفن معمولی و یا رایانه شخصی
1-2-2مشکلات صوت بر روی اینترنت
برخی از مشکلات VoIP به قرار زیر میباشد:
• کیفیت صوت باید قابل مقایسه با شبکه عمومی تلفن باشد.
• از بین رفتن بسته‌های داده[21]
• عدم پذیرش بسته[22]
• تاخیر[23]، لرزش[24] و سکوت
• یکپارچگی سیستم صدور صورتحساب شبکه عمومی تلفن
2 کارهای انجام شده
2-1 طبقهبندی پروتکل های مسیریابی
طبقهبندی پروتکلهای مسیریابی در شبکههای موردی سیار میتواند به چندین روش انجام شود، اما بسیاری از این روش‌ها وابسته به استراتژی مسیریابی و ساختار شبکه هستند. پروتکلهای مسیریابی میتوانند بصورت مسیریابی مسطح، مسیریابی سلسله مراتبی و موقعیت جغرافیایی و تحت ساختار شبکه گروه‌بندی شوند. با توجه به استراتژی مسیریابی، پروتکلهای مسیریابی میتوانند تحت جدول[25] گروه بندی شوند. گروه بندی پروتکلهای مسیریابی در شکل زیر نشان داده شده است. [3]
پروتکلهای مسیریابی در شبکههای موردی سیار را میتوان در دو دسته طبقهبندی کرد:
Proactive یا پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر جدول
Reactive یا پروتکلهای مسیریابی واکنشی
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
2-1-1پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر جدول
پروتکل مسیریابی پیشگیرانه یا همان مبتنی بر جدول با حفظ و نگهداری مسیرهای قبلی از تاخیرهای موجود برای کشف مسیر جلوگیری میکند. این دسته پروتکلهای مسیریابی تلاش دارند در شبکه سازش را برقرار کرده و به روزرسانی اطلاعات مسیریابی هر گره به گرههای دیگر در شبکه را انجام دهد. اطلاعات مسیریابی در تعداد مختلفی از جداول نگهداری میشود و آنها به تغییرات در توپولوژی شبکه توسط پخش جدیدترین سفارشات در شبکه برای برقراری سازگاری پاسخ می‌دهند. در ناحیه‌ای که این پروتکلها متفاوت هستند از طریق اطلاعات مسیریابی به روز رسانی می‌شوند. ردیابی و نوع اطلاعات در هر جدول مسیریابی نگهداری میشود.
2-1-1-1 الگوریتم OLSR[26]
OLSR یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر جدول در شبکه های موردی سیار میباشد. همچنین این پروتکل میتواند در هر شبکه موردی دیگر نیز به کار گرفته شود. اخیرا نیز در شبکههای مش وایمکس نیز از آن استفاده شده است. OLSR ذاتا در گروه پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر جدول قرار می‌گیرد. هر گره در شبکه به منظور یافتن همسایگان خود از اطلاعات هم‌بندی شبکه استفاده میکند. این اطلاعات از "بسته‌های سلام"[27] و "پیغام‌های کنترل هم‌بندی"[28] به دست می‌آیند. البته تمام گرهها در شبکه، بسته‌های مسیر را پخش نمی‌کنند؛ بلکه فقط گرههای [29]MPR هستند که این بستهها را پخش میکنند. مسیر از مبدا به مقصد در نظر گرفته شده، قبل از اینکه استفاده شود، ساخته میشود. هر گره در شبکه یک جدول مسیریابی نگه می‌دارد. این مسئله باعث میشود تا سربار مسیریابی برای OLSR از هر پروتکل واکنشی دیگر مثل: [30]AODV یا [31]DSR بیشتر باشد. به هر حال سربار مسیریابی در پروتکل OSLR، همراه با تعداد مسیرهایی که در حال استفاده هستند، افزایش پیدا نمی‌کند. چرا که نیازی به ساخت مسیر جدیدی وجود ندارد. این امر باعث کاهش تاخیر کشف مسیر میشود. در OLSR گرهها پیغام‌های سلام را در بازه‌های زمانی از پیش تعیین شده‌ای به همسایگان خود ارسال میکنند. این پیغام‌ها به صورت دوره‌ای و به جهت مشخص نمودن وضعیت لینک‌ها ارسال می‌گردند. [3]
2-1-1-2 الگوریتم DSDV
فهرست پایان نامه افزایش کارایی پارامتر های تامین کیفیت VoIP از طریق بهبود پروتکل های مسیریابی MANET
فهرست:
1 مقدمه 2
1-1 شبکه موردی سیار چیست؟. 2
1-1-1خصوصیات شبکههای موردی سیار. 3
1-1-2مزایا 5
1-1-3 معایب 5
1-1-4کاربردهای شبکه موردی سیار. 7
1-2 صوت بر روی اینترنت... 7
1-2-1مزایای صوت بر روی اینترنت... 8
1-2-2مشکلات صوت بر روی اینترنت 9
2 کارهای انجام شده 11
2-1 طبقهبندی پروتکلهای مسیریابی.. 11
2-1-1پروتکلهای مسیریابی مبتنی بر جدول.. 12
2-1-2پروتکلهای مسیریابی واکنشی.. 15
2-2 ارزیابی و مقایسه دو پروتکل مسیریابی واکنشی و مبتنی بر جدول.. 18
2-3 کیفیت خدمات VoWLAN.. 19
3 روش تحقیق 30
3-1 صوت برروی اینترنت... 30
3-2 کیفیت خدمات برای VoIP. 32
3-3 مهندسی شبکه برای دستیابی به بهره وری و کیفیت خدمات.. 34
3-3-1مهندسی ترافیک شبکه. 34
3=3-2 مهندسی پیادهسازی شبکه. 35
3-4 شبکه موردی سیار. 35
3-5 پروتکل های مسیریابی مبتنی بر جدول.. 36
3-6 پروتکل های مسیریابی مبتنی بر تقاضا 37
3-7 پروتکلهای مسیریابی ترکیبی.. 37
3-8 روش و ابزار گردآوری داده ها 38
3-9 روش تحقیق.. 38
3-10 خلاصه فصل.. 38
4 تجزیه و تحلیل اطلاعات 40
4-1 مقدمه. 40
4-2 بررسی روش های تامین کیفیت سرویس در OLSR.. 41
4-2-1توصیف OLSR.. 41
4-2-2روش‌های موجود تامین کیفیت سرویس در این پروتکل.. 43
4-3 نتایج شبیه سازی NS2 و ارزیابی آن.. 45
4-3-1معرفی محیط شبیه سازی.. 45
4-3-2نتایج شبیه سازی.. 46
5 نتایج و کارهای آینده 63
6 منابع و ماخذ................................................................................................................................................. 71
منبع:
1 – k Toh Chai, “Ad Hoc Mobile Wireless Networks: Protocols and Systems”,pp. 1-302 (2001).
2 - کوین والاس،" گام اول صوت برروی اینترنت IP"،1391،علی‌مختارپور،فصل 5: 172-189
3 - S.Mahajan,V.Chopra, “ Performance Evaluation of MANET Routing Protocols with Scalability using QoS Metrics of VOIP Applications” International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering,Vol 3, Issue 2, February 2013.
4 - Yih-ChunHu ,DavidB.Johnson , AdrianPerrig , “SEAD: secure efficient distance vector routing for mobile wireless ad hoc networks” , Elsevier ,PP 175-192 ,2003.
5 - Nicola Milanovic et al, “Routing and Security in Mobile Ad Hoc Networks”,IEEE Computer, Vol. 37, No. 2, PP. 61-65, 2004.
6- Haniyeh Kazemitabar, Sameha Ahmed, Kashif Nisar, Abas B Said, Halabi B Hasbullah,” Voice over IP over Wireless LANs”,World Academy of Science, Engineering and Technology 2010
7 - K. M. McNeill, M. Liu and J. J. Rodriguez, "An Adaptive Jitter Buffer PlayOut Scheme to Improve VoIP Quality in Wireless Networks", IEEE Conf. on BAE Systems Network Enabled Solutions, Washington, 2006
8 - Asahidai, Nomi, Ishikawa, “VoIP over Wireless LAN Survey”, Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), April 20, 2006
9 - Guntupalli Lakshmikant, A Gaiwak, P.D. Vyavahare, “Simulation Based Comparative Performance Analysis of Adhoc Routing Protocols”, in proceedings of TENCON 2008.
10 - Yogesh Chaba, Yudhvir Singh, Manish Joon, "Simulation Based Performance Analysis of On-Demand Routing Protocols in MANETs," Second International Conference on Computer Modeling and Simulation, 2010.
11 - Chenna Reddy, P.; ChandraSekhar Reddy, P., "Performance Analysis of Adhoc Network Routing Protocols," ISAUHC '06, International Symposium on Ad Hoc and Ubiquitous Computing, vol., no., pp.186-187, 20-23 Dec. 2006.
12 - G. Jayakumar and G. Gopinath, "Performance comparison of two on-demand routing protocols for ad-hoc networks based on random way point mobility model," American Journal of Applied Sciences, vol. 5, no. 6, pp. 649-664, June 2008.
13 - S.R. Birdar, Hiren H D Sarma, Kalpana Sharma, Subir Kumar Sarkar , Puttamadappa C, Performance Comparison of Reactive Routing Protocols of MANETs using Group Mobility Model”, International Conference on Signal Processing Systems, 2009.
14 - Kapang Lego, Pranav Kumar Singh, Dipankar Sutradhar, “Comparative Study of Adhoc Routing Protocol AODV, DSR and DSDV in Mobile Adhoc NETwork”, Indian Journal of Computer Science and Engineering Vol. 1 No. 4 364-371, 2011.
15 - Vijayalaskhmi M. Avinash Patel, Linganagouda Kulkarni, “QoS Parameter Analysis on AODV and DSDV Protocols in a Wireless Network”, International Journal of Communication Network and Security, Volume-1, Issue-1, 2011.
16 - Shaily Mittal, Prabhjot Kaur, “Performance Comparison of AODV, DSR and ZRP Routing Protocols in MANET's”, International Conference on Advances in Computing, Control, and Telecommunication Technologies, 2009.
17 - Li Layuan, Li Chunlin, Yaun Peiyan, “Performance evaluation and simulation of routing protocols in ad hoc networks”, Computer Communications 30 (2007) 1890-1898.
18 - Kavita Pandey, Abhishek Swaroop, ‘’ A Comprehensive Performance Analysis of Proactive, Reactive and Hybrid MANETs Routing Protocols” IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 6, No 3, November 2011.
19 - AODV, internet draft, http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-manet-aodv-09
20 - Jubin and Tornow, “The DARPA Packet Radio Network Protocols”, in the Proceedings of the IEEE, Special Issue on Packet Radio Networks, Jan 1987, vol.75, pp.21-32.
21 - Xiaoyan Hong,Kaixin Xu, and Mario Gerla, “Scalable Routing Protocols for Mobile Ad Hoc Networks”, IEEE Network Magazine,July-Aug, 2002, pp.11-21.
22 - Tomochika Ozaki, Jaime Bae Kim and Tatsuya Suda, “Bandwidth-Efficient Multicast Routing for Multihop, Ad-Hoc Wireless Networks”, in Proceedings of IEEE INFOCOM 2001, Anchorage, Alaska, USA, April 2001, pp.1182-1191.
23 - “The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks (DSR)”, http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-manet-dsr-07.txt, IETF Internet draft, Feb 2002
24 - P. Gupta and P.R. Kumar, “The Capacity of Wireless Networks”, in IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-46, no. 2, March 2000, pp.388-404.
25 - “Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing”, http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-manet-aodv-10.txt, IETF Internet draft, Jan 2002
26 – حسنلو محمود، شاکرمی مهرنوش، عباسی‌مقدم سمانه، موقر رحیم‌آبادی علی، "ارزیابی کارایی پروتکلهای مسیریابی مختلف در شبکههای ویژه متحرک تحت شرایط متفاوت اندازه شبکه، ترافیک و تحرک گرهها"، کنفرانس ملی انجمن کامپیوتر ایران، 1386
27 – Jahanbakhsh Sajjad, Jamali Shahram, Vajed Khiavi Mina, “Performance Comparison of AODV, DSDV, DSR and TORA Routing Protocols in MANETs”, International Research Journal of Applied and Basic Sciences, vol. 3(7), 1429-1436, 2012
28 – Akhter Md Shahid, Singh Vijay Prakash, “ Modified Power Saving DSR protocol for MANET ” International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol. 2, Issue 6, June 2013