Результат интеллектуальной деятельности: Способ управления топологией мобильной самоорганизующейся сети

Область техники

Изобретение относится к области беспроводных мобильных сетей передачи данных и может быть использовано для обеспечения устойчивости их работы.

Уровень техники

Современный этап развития человеческого общества характеризуется быстрым развитием информационных сетей, усложнением их структур, расширением типов и увеличением объема передаваемого трафика. Активно развивающейся в настоящий момент областью беспроводных систем передачи данных являются MANET - мобильные самоорганизующиеся сети (Mobile A d-hoc NE Т works). В отличие от фиксированной, иерархической структуры традиционных сотовых сетей связи с выделенными управляющими центрами, MANET используют распределенные принципы управления сетью с возможностью самоорганизации и самоуправления узлов сети. Подобные сети могут применяться во время военных действий, в структурах МЧС, в транспортных системах и различных силовых структурах (N. Garg, К. Aswal, D.С. Dobhal. A REVIEW OF ROUTING PRO-TOCOLS IN MOBILE AD HOC NETWORKS. - International Journal of Information Technology and Knowledge Management. - 2012, vol. 5, №1, p. 177-180).

Мобильные самоорганизующиеся сети характеризуются динамически изменяющейся топологией и отсутствием четкой инфраструктуры, где каждый узел может выполнять функции маршрутизатора и принимать участие в ретрансляции пакетов данных. Помимо этого для самоорганизующихся сетей, как и для любых беспроводных систем, характерны ограниченные полоса пропускания, зона радиовидимости, изменяющиеся условия распространения радиосигнала. Отдельные абонентские терминалы могут передвигаться, появляться в зоне действия сети и уходить из ее влияния. Узлы сети взаимодействуют случайным образом, при этом связь между парой узлов может осуществляться через цепочку посредников.

К функциям сетевых узлов относятся не только прием и обработка данных, но и прокладка маршрута внутри сети к промежуточным узлам по пути к конечному адресату. Выделенные выше особенности беспроводных мобильных сетей приводят к тому, что протоколы и технические решения, используемые в классических проводных сетях, например, централизованная маршрутизация с иерархией заранее назначенных маршрутизаторов, в самоорганизующихся сетях оказываются неэффективными и не обеспечивают нужную производительность. Вследствие мобильности узлов для обеспечения эффективной работы сети необходимо решать задачи управления топологией мобильных самоорганизующихся сетей.

Известен способ управления топологией мобильных сетей на основе кластеризации (Жолобов А.Н., Лесников В.А., Романов СВ. Принципы формирования кластеров в ad-hoc сетях // Научное обозрение. - 2012. - №4. - С. 264-273). Недостатком такого способа при большом количестве узлов является то, что данный способ характеризуется сложностью межкластерной маршрутизации и сложностью обеспечения стабильности кластерной структуры при мобильности узлов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ управления топологией на основе создания виртуальной опорной сети на основе формирования связного доминантного множества (В. Das, V. Bharghavan. Routing in ad-hoc networks using minimum connected dominating sets // 1997 IEEE International Conference on Communications ICC'97. Vol. 1. - Montreal, 1997. - P. 376-380). При этом все узлы сети делятся на две группы. Первую группу (связное доминантное множество) составляют узлы, топология которых описывается связным графом (между любыми узлами группы существует как минимум один путь). Вторую группу (доминируемое множество) составляют узлы, не входящие в первую группу и связанные одним переходом как минимум с одним из узлов связного доминантного множества. Задача формирования минимального связного доминантного множества является NP-сложной. Разработано большое количество алгоритмов приближенного решения этой задачи. Недостатком данного способа при большом числе узлов и высокой степени их мобильности является большая вычислительная сложность, трудность обеспечения стабильности при высокой мобильности некоторых узлов.

Сущность изобретения

Предлагаемый способ основан на том, что множество узлов разбивают на две части. Узлы, входящие в первую часть, разделяют на группы, в каждой из которых формируют связное доминантное множество и доминируемое множество, узлы которого связаны как минимум с одним из узлов доминантного множества одним переходом. Узлы, входящие во вторую часть, не входят ни в какую группу. Множество этих узлов может быть пустым. Связь между группами осуществляется через маршруты, составленные узлами демонтируемых множеств и узлами, входящими во вторую часть узлов.

Технический результат

Уменьшение размеров подсетей (групп), на которых строятся доминантные множества, существенно ускоряет время их формирования и упрощает поддержку их стабильности. Формирование связей между группами через нефиксированное множество узлов обеспечивает гибкость управления топологией сети.

Осуществление изобретения

Формирование связанного доминантного множества осуществляется при помощи любого известного алгоритма, например, описанного в [Guha S., Khuller S. Approximation Algorithms for Connected Dominating Sets // Algorithmica, 1998, vol. 20, №4, p. 374-387] или в [Yu J., Wang N., Wang G. Constructing minimum extended weakly-connected dominating sets for clustering in ad hoc networks // Journal of Parallel and Distributed Computing, 2012, vol. 72, №1, p. 35-47].

Маршрутизация между группами осуществляется при помощи любого реактивного протокола маршрутизации, например, при помощи протокола AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector), описанного, например, в документе RFC3561 [https://tools.ietf.org/html/rfc3561]. В реактивных протоколах узел ищет путь к пункту назначения только при возникновении необходимости. Для установления связи узел может использовать существующий маршрут, либо создать новый маршрут, используя информацию о доступных каналах.

Краткое описание чертежей

На двух чертежах представлена топология сети, построенная на основе предлагаемого способа в два разные момента времени.

На чертежах представлены узлы 1-42, входящие в мобильную сеть. Сплошными линиями показаны имеющиеся между узлами связи.

Все узлы, кроме узлов 41 и 42 входят в первую часть сети. Узлы 41 и 42 входят во вторую часть.

Узлы 1-4, 20-24 входят в первую группу, в которой узлы 1-4 входят в доминантное множество ДМ1, а узлы 20-24 в доминируемое.

Узлы 5-7, 25-27 входят во вторую группу, в которой узлы 5-7 составляют доминантное множество ДМ2, а узлы 25-27 - в доминируемое.

Узлы 8-12, 29-33 входят в третью группу, в которой узлы 8-12 составляют доминантное множество ДМ3, а узлы 29-33 - в доминируемое.

Узлы 13-19, 34-40 входят в четвертую группу, в которой узлы 13-19 составляют доминантное множество ДМ4, а узлы 25-27 - в доминируемое.

На фиг. 1 показана топология сети в первый момент времени. Связь между первой и четвертой группами осуществляется через маршрут, в который входят узлы Связь между второй и четвертой группами осуществляется через маршрут, в который входят узлы Связь между третьей и четвертой группами осуществляется через маршрут, в который входят узлы

Через какое-то время топология сети изменилась. Она показана на фиг. 2. Состав групп остался прежним, а прежние связи между группами изменились. Связь между первой и четвертой группами осуществляется через маршрут, в который входят узлы Связь между второй и четвертой группами осуществляется через маршрут, в который входят узлы Связь между третьей и четвертой группами осуществляется через маршрут, в который входят узлы