Protokoły routingu

Sieć jest tworzona przez węzły. Złożoność routingu MESH tworzy go bardzo skomplikowanym, a nawet niemożliwym do konfiguracji i zarządzania w dużej sieci. Inteligencja sieci MESH jest zaszyta w algorytmach trasowania, które przekazują informacje o możliwości dotarcia do konkretnego węzła. Powstały różne algorytmy trasowania w sieci MESH, m.in.: OLSR, AODV, HSLS, ZRP, AWPP, MobileMESH, IpMESH.

Sieci MESH w pełni integrują się z Internetem i protokół IP jest akceptowany jako protokół warstwy sieciowej. Jakkolwiek protokoły routingu w przypadku sieci MESH są całkowicie odmienne od tych używanych w sieciach przewodowych lub komórkowych.

Sieci kratowe przejmując wiele możliwości architektur ad-hoc, mogą wykorzystywać stworzone dla nich protokoły. Przykładowo, sieć kratowa Microsoft opiera się na protokole DSR (Dynamic Source Routing), a wiele innych firm używa protokołu AODV (ad-hoc on-demand distance vector). Optymalny protokół routingu dla sieci MESH powinien spełniać następujące wymagania:

• Metryka stanu - większość istniejących protokołów routingu używa minimalnej liczby przeskoków (hopów) jako metryki (kosztu) przy wyborze ścieżki trasowania. W wielu sytuacjach taka procedura nie sprawdza się. Przypuśćmy, że ścieżka z minimalną liczbą przeskoków pomiędzy dwoma routerami będzie bardzo wolna. Aby rozwiązać tę sytuację, metryka powinna uwzględniać jakość połączeń.

• Tolerancja na błędy łącza - jeżeli łącze przestaje działać poprawnie, protokół routingu powinien przełączyć się na inną ścieżkę.

• Balansowanie ruchem (load-balancing) - rozkładanie obciążenia zgodnie z wolnymi zasobami sieci.

• Skalowalność protokołu.

• Jednoczesna obsługa klientów i routerów MESH.

Przyjrzyjmy się najpopularniejszym protokołom trasowania w sieciach MESH: OLSR oraz AODV.

OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) został stworzony dla mobilnych sieci ad hoc. Protokół opiera się na tablicy tras oraz wymienia informacje o topologii z innymi węzłami regularnej sieci. Węzły wybrane przez sąsiednie węzły jako przekaźniki multipoint (MPR), okresowo rozgłaszają tę informację w wiadomościach kontrolnych. Wszystkie węzły rozgłaszają, że są osiągalne przez węzeł, który został wybrany jako MPR. MPR jest używany do obliczania tras z danego węzła do dowolnego punktu przeznaczenia w sieci. MPR jest używany także do określenia efektywności rozgłaszania kontrolnych wiadomości w sieci.

AODV to algorytm trasowania na żądanie, który określa trasę do miejsca przeznaczenia tylko w przypadku, gdy węzeł zamierza wysłać pakiet do jakiegoś punktu. Trasy są przechowywane tak długo jak są niezbędne dla źródła. AODV jest przystosowany zarówno do trasowania unicast, jak i multicast. W AODV węzeł zawsze przechowuje tablicę zawierającą informacje o sąsiedzie, przez którego wysyłany pakiet dotrze do miejsca przeznaczenia. Numery sekwencyjne - które są jedną z kluczowych cech AODV - zapewniają utrzymanie zawsze aktualnych tras.

Routing MESH przeważnie opiera się na protokole AODV. Niestety w dużych sieciach wpływ ruchu rozgłoszeniowego może być zbyt wielki. Alternatywą może stać się protokół nazwany DSDV (Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing), w którym węzły (routery MESH) przesyłają informacje o aktualizacji tablic tras do sąsiadów. Bardzo efektywnym protokołem trasowania oraz zarządzenia sieciami kratowymi jest Firetide. Opiera się on na protokole Reverse-Path Forwarding (TBRPF), zatwierdzonym przez IETF jako kandydat MRP (Mesh Router Protocol) dla sieci Mobile ad hoc Network.

Cisco wprowadziło własny protokół trasowania w sieciach kratowych o nazwie AWPP (Adaptive Wireless Path Protocol). Protokół umożliwia punktowi dostępowemu wybór najlepszej ścieżki do miejsca przeznaczenia, zwiększając odporność na zakłócenia radiowe. Dodanie nowego punktu dostępowego powoduje zmianę schematu trasowania.

Czy już pora na standard?

Bezprzewodowy standard 802.11 został uzupełniony o architekturę MESH przez dodanie rozszerzenia 802.11s. Ten nowy standard wciąż jest w fazie opracowań. 802.11s. Brak zatwierdzonego standardu sprawia, że sieci MESH są obecnie budowane przy użyciu sprzętu pracującego w różnych technologiach. A heterogeniczność technologii zwiększa koszty oraz spowalnia rozwój rozwiązań sieci kratowych.

Założeniem 802.11s jest stworzenie protokołu samodzielnie konfigurującego ścieżki pomiędzy punktami dostępowymi w środowisku multi-hop. Istnieje kilka propozycji standardu MESH. Jedną z nich jest Wi-MESH proponowany przez Wi-MESH Alliance, stworzony przez Acction Technology, ComNets, InterDigital Communications, NextHop Technologies, Nortel, Philips, Extreme Networks, MITRE, Naval Research Laboratory, Swisscom Innovations oraz Thomson. Inna propozycję, o nazwie SEEMesh, promuje Intel, Nokia, Motorola, NTT DoCoMo oraz Texas Instruments. Istnieje także wiele nowo powstałych firm oferujących rozwiązania MESH - m.in. BelAir Networks, Tropos Networks, Strix Systems - które nie należą do żadnej grupy proponującej standard.

Gotowe jest już rozszerzenie warstwy fizycznej 802.11MAC i PHY, która automatycznie skonfiguruje ścieżki pomiędzy punktami dostępowymi w samokonfigurującej się topologii. Algorytmy uwzględniają w wyborze ścieżki warunki środowiska, takie jak interferencje bezprzewodowe.

W styczniu 2006 r. na spotkaniu grupy roboczej 802.11s wybrano dwie propozycje sieci - SEEMesh oraz Wi-MESH - których założenia zostały połączone w całość. Ujednolicona propozycja została przedstawiona i zaprezentowana na spotkaniu w marcu br. Standard powinien zostać ostatecznie zatwierdzony w 2008 r.

Rynek startuje powoli

Rynek sieci MESH jest trudny dla firm rozpoczynających działalność z powodu małej liczby wdrożeń, co uniemożliwia szybki zwrot inwestycji. Udział w tym rynku mają zarówno duże firmy, jak Cisco, Motorola, Nortel, jak i wiele małych, np. BelAir, Firetide czy Tropos. Niewielka liczba wdrożeń z pewnością nie zwiększa zaufania do danej technologii. Firmy dłużej istniejące na rynku mają udokumentowane wdrożenia, ale przeważnie ograniczone do niewielkich sieci lub struktur na ograniczonym terenie.

Głównymi graczami na rynku sieci MESH są Tropos oraz BelAir. W obu przypadkach mamy do czynienia z dużą liczbą nie zawsze zakończonych wdrożeń, dotyczących przeważnie małych miast. Sieci Tropos MetroMesh zostały zainstalowane u około 300 klientów w 20 krajach na całym świecie. Duże wdrożenia obejmują np. miasta Filadelfia oraz Nowy Orlean, gdzie stworzono punkty dostępu oraz pełne monitorowanie miasta. W Minneapolis wdrożono sieć składającą się z 250 routerów MetroMesh pokrywających zasięgiem 25 km kwadratowych terenu i obsługujących ponad 2000 abonentów. Największym wdrożeniem w Stanach Zjednoczonych jest sieć transmisji głosu, danych i wideo w mieście Tempe (Arizona), uruchomiona przez Strix Systems na obszarze 65 km kwadratowych. Strix jest także producentem sprzętu dla narodowej sieci, wdrażanej przez ON.net w Macedonii. W Europie oraz Australii popularność zdobywają rozwiązania nowozelandzkiej firmy RoamAD. Producent może pochwalić się wdrożeniami we Włoszech, Irlandii i Szwecji.

Duże firmy powoli wkraczają w technologię sieci kratowych. Przykładem może być Cisco, które może pochwalić się kilkoma wdrożeniami, m.in. w Dayton (stan Ohio), gdzie do końca br. ma być zapewniony bezpłatny dostęp do sieci na obszarze 142 km kwadratowych. Zastosowania sieci to głównie komunikacja IP oraz strumieniowa transmisja wideo, a w przyszłości pełne monitorowanie miast. Idea rozwoju rozwiązań sieci kratowych w przypadku Cisco z pewnością się opierała będzie na rozwiązaniach przejętej firmy Airespace.

Technologii MESH firmy Motorola użyto podczas wyścigu LeMans do obsługi komunikacji, monitorowania i transmisji wideo przez 24 godziny trwania zawodów. Przykład sieci Motoroli w Garland (stan Teksas) ma zaprzeczać opiniom o problemach MESH ze skalowalnością. Struktura obejmuje zasięgiem ok. 100 km kwadratowych i liczy ponad 1000 węzłów. System MOTOMESH używa urządzeń radiowych pracujących w nielicencjonowanych pasmach 2,4 GHz oraz licencjonowanym 4,9 GHz.

Nortel współpracuje z NASA nad rozwojem technologii sieci kratowych. Firma planuje budowę miejskiej sieci kratowej w Taipei (Tajwan). Pierwszy na taką skalę projekt MESH zakłada wdrożenie 10 000 bezprzewodowych punktów dostępowych na terenie 272 km kwadratowych.

Podsumowanie

Architekturę MESH wyróżnia skalowalność, autokonfiguracja, bezpieczeństwo i integralność. Zdolność do samoorganizowania się sieci MESH zmniejsza koszty wdrożenia i rozwoju infrastruktury. Szkielet sieci umożliwia integrację z mobilnymi sieciami ad hoc oraz innymi sieciami bezprzewodowymi. MESH może zostać zbudowana przy użyciu powszechnie stosowanych technologii transmisji bezprzewodowej. Istnieją też śmiałe plany integracji struktur MESH ze standardem WiMAX. Rozwiązania preWiMAX oraz WiMAX mogą zostać wykorzystane do budowy sieci szkieletowej. W przypadku pojawienia się mobilnego standardu 802.16e, będą stanowiły także idealną sieć dostępową. Wiele firm rozpoczęło już produkcję sprzętu, a niektóre wdrożyły architekturę MESH w konkretnych aplikacjach. Pierwsze efekty prób z istniejącymi sieciami kratowymi są jednak nadal dalekie od założeń. Wdrożenia w małych środowiskach nie skalują się jeszcze do dużych sieci. MESH wciąż jest obietnicą technologii dla następnej generacji sieci bezprzewodowych. Gdyby jeszcze producenci przeznaczyli więcej środków na technologię niż marketing