خرداد 93
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
بررسی و ارائه یک الگوریتم مسیریابی مقاوم و کارا برای شبکه های بی سیم اقتضایی نظامی
به کوشش: امیرحسین ایمانی
 
از اوایل دهه 1980 مفهومی جدید به نام دفاع مبتنی بر شبکه در نیروهای نظامی به وجود آمده است. جهت دستیابی به این مفهوم نیاز به داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی با ظرفیت بالا وجود دارد تا بتواند اطلاعات را در بین نهادهای موجود در شبکه توزیع کند. شبکه‌های اقتضایی بی سیم بدلیل اینکه نیازی به زیر ساخت ندارند، مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. بیشترین کاربرد شبکه‌های اقتضایی، کاربرد نظامی می باشد. با گسترش روز افزون تکنولوژی‌های دسترسی به شبکه، شاهد بوجود آمدن شبکه‌های ناهمگن هستیم. در این شبکه‌ها، گره‌ها برای ارتباط با یکدیگر از تکنولوژی‌های مختلف استفاده می‌کنند. شبکه‌های اقتضایی معمولا با مشکل مقیاس پذیری و عدم اطمینان همراه هستند. اغلب پروتکل های مسیریابی پیشنهاد شده برای این شبکه‌ها، مقتضیات شبکه‌های ناهمگن را در نظر نمی گیرند. با در نظر گرفتن ناهمگنی گره‌ها و بهره بردن از آن، می توان مشکل مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان را برطرف کرد. جهت نیل به این هدف، استفاده از ساختار سلسله مراتبی برای بهره بردن از مزایای شبکه‌های ناهمگن پیشنهاد می شود. در این پایان نامه در ابتدا به معرفی شبکه‌ها‌ی اقتضایی، تاریخچه و کاربرد‌های آن می پردازیم. در ادامه انواع پروتکل‌های مسیریابی موجود را معرفی می کنیم. سپس به معرفی شبکه‌های سلسله مراتبی ناهمگن جهت حل مشکل مقیاس پذیری و قابلیت اطمینان می پردازیم. در ادامه، دو پروتکل مسیریابی سلسله مراتبی جدیدی برای شبکه‌های ناهمگن نظامی معرفی می شود. این دو پروتکل جدید مبتنی بر DSDV و AODV است. در ساختار پیشنهادی فرض شده است که گره‌های شبکه از نظر برد ارسال رادیویی و میزان باطری ناهمگن هستند. در این ساختار همه گره‌ها به یک رادیوی برد کوتاه مجهز هستند، اما بخشی از گره‌ها علاوه بر این رادیو، به یک رادیوی برد بلند نیز مجهز هستند. در نتیجه گره‌ها به دو دسته تقسیم شده اند و یک ساختار سلسله مراتبی دو طبقه شکل گرفته است. در این دو پروتکل در ابتدا، خوشه بندی کردن گره‌ها در لایه اول و انتخاب سرخوشه برای آنها انجام می شود. در ادامه مسیریابی در دو لایه پایین و بالا انجام می شود. در انتها پروتکل پیشنهادی کاملا با نرم افزار شبیه ساز NS‌2 شبیه سازی شده است. کارایی این پروتکل در مقایسه با دیگر پروتکل‌های مسیریابی در توپولوژی‌های مختلف بررسی شده است. مشکل مقیاس پذیری، تاثیر تعداد خوشه ها بر این روش و تاثیر تحرک گره ها بر این روش ها بررسی شده است.
واژگان کلیدی: شبکه‌های اقتضایی نظامی، پروتکل‌های مسیریابی سلسله مراتبی، شبکه ناهمگن، پروتکل مسیریابی DSDV.
 
فهرست
1-         فصل اول: مقدمه. 10
1-1      پیشگفتار. 10
1-2      مشخصات شبکه های نظامی. 11
1-3      کارکرد شبکه های اقتضایی در سیستم های نظامی 12
1-4      ساختار پایان نامه. 13
2-         فصل دوم: شبکه های اقتضایی متحرک. 14
2-1      مقدمه. 14
2-2      تعریف شبکه‌های اقتضایی 15
2-3      تاریخچه شبکه‌های اقتضایی 17
2-4      ساختار لایه‌ها در شبکه‌های اقتضایی 20
2-5      انواع شبکه های اقتضایی بی سیم 23
2-5-1           شبکه بی سیم مش. 23
2-5-2           شبکه حسگر هوشمند: 24
2-5-3           شبکه های اقتضایی متحرک. 25
2-6      کاربرد شبکه های اقتضایی بی سیم. 25
2-7      شبکه های بی سیم اقتضایی نظامی. 29
2-8      شبکه های اقتضایی ناهمگن 30
2-9   ویژگی‌های یا چالش‌های شبکه‌های اقتضایی : 32
2-10                                                   مسیریابی، بزرگترین چالش شبکه‌های اقتضایی : 34
2-10-1        چالش‌های مسیریابی در شبکه‌های اقتضایی بی سیم : 35
2-11   نرم افزار شبیه ساز NS2 35
3-   فصل سوم: الگوریتم های مسیریابی در شبکه های اقتضایی بی سیم همگن 38
3-1       مقدمه. 38
3-2      ویژگی های پروتکل های مسیریابی شبکه های بی سیم اقتضایی 39
3-3      تقسیم بندی پروتکل های مسیریابی شبکه های اقتضایی بی سیم 40
3-3-1           پروتکل های مسیریابی یکسان نگر 41
3-3-2 پروتکل های مسیریابی سلسله مراتبی 44
3-3-3           پروتکل های مسیریابی متکی بر موقعیت جغرافیایی. 44
3-3-4           پروتکل های مسیریابی ترکیبی. 45
3-4      بررسی دقیق تر پروتکل های مسیریابی برای ساختار مسطح 47
3-4-1 پروتکل مسیریابی DSDV 47
3-4-2           پروتکل مسیریابی AODV 48
3-4-3           پروتکل DSR. 49
3-4-4           پروتکل OLSR. 50
3-5      بررسی دقیق تر پروتکل های مسیریابی سلسله مراتبی. 51
3-5-1           پروتکل ZRP. 52
3-5-2           پروتکل LANMAR 52
4-   فصل چهارم: پروتکل های مسیریابی در شبکه های ناهمگن 54
4-1      مقدمه. 54
4-2   شبکه‌های ناهمگن 54
4-3   گسترش روز‌افزون شبکه های ناهمگن. 55
4-4   ساختار سلسله مراتبی در شبکه های ناهمگن 58
4-5   پروتکل های مسیریابی در شبکه های ناهمگن 61
4-5-1           روش HGRP :. 62
4-5-2           مسیریابی یابی سلسله مراتبی مبتنی بر ناحیه 65
4-5-3           روش مسیریابی HOLSR : 67
4-5-4           روش مسیریابی HCB : 71
4-5-5           روش HAODV 73
4-5-6           روش HRTT :. 75
4-5-7           ساختار زیرساخت متحرک. 78
4-5-8 پروتکل پیشنهادی HDSDV : 85
4-5-9           روش HAODV :. 92
5-     فصل پنجم: شبیه سازی. 93
5-1      مقدمه. 93
5-2      نرم افزار های شبیه ساز شبکه 93
5-3      ساختار شبیه ساز NS2 :. 96
5-4      معیارهای ارزیابی عملکرد پروتکل مسیریابی 99
5-5      نتایج شبیه سازی 100
5-5-1 بررسی پروتکل پیشنهادی در حل مشکل مقیاس پذیری. 100
5-5-2 بررسی اثر تعداد خوشه ها 104
6-         فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات. 107
6-1      نتیجه گیری 107
6-2      پیشنهادات : 108
7-     فهرست اختصارات. 108
8-         فهرست منابع 109
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل ها
شکل ‏1‑1: نمایی از یک شبکه مخابراتی نظامی در محیط نبرد. 13
شکل ‏2‑1: مثالی از ساختار شبکه های اقتضایی 17
شکل ‏2‑2: شبکه رادیو بسته [8]. 19
شکل ‏2‑3: روند پیشرفت شبکه های مخابراتی بدون زیرساخت 20
شکل ‏2‑4: ساختار لایه های شبکه های اقتضایی [14]. 21
شکل ‏2‑5: شبکه بی سیم مش. 23
شکل ‏2‑6: شبکه بی سیم مش. 24
شکل ‏2‑7 شبکه اقتضایی متحرک 25
شکل ‏2‑8: نمایی از شبکه VANET. 28
شکل ‏2‑9 روند پیشرفت شبکه های مخابراتی الف: نسل اول ب: نسل دوم  ج: نسل سوم [21] 30
شکل ‏2‑10: ساختار سلسله مراتبی 31
شکل ‏2‑11: شبکه ناهمگن نظامی 32
شکل ‏3‑1 طبقه بندی پروتکل های مسیریابی شبکه های اقتضایی بی سیم. 46
شکل ‏3‑2 یک مدل کلی از ساختار سلسله مراتبی دو طبقه [37]. 51
شکل ‏3‑3 مسیریابی LANMAR [38]. 53
شکل ‏4‑1: شبکه اقتضایی نظامی 55
شکل ‏4‑2: تنوعی از تکنولوژی های ناهمگن 57
شکل ‏4‑3: شبکه ناهمگن اقتضایی در عملیات امداد و نجات 58
شکل ‏4‑4: شبکه ناهمگن نظامی 62
شکل ‏4‑5: معماری شبکه ناحیه بندی شده ناهمگن برای مسیریابی HGRP [40]. 63
شکل ‏4‑6: ساختار چند ناحیه ای بکاررفته در روش مسیریابی سلسله مراتبی مبتنی بر ناحیه بندی[22]. 66
شکل ‏4‑7: ساختار سلسله مراتبی بکار رفته در پروتکل HOLSR [62] 68
شکل ‏4‑8 مثالی از یک شبکه ناهمگن با رادیوهایی مجهز به بلوتوث و WiFi [63]. 74
شکل ‏4‑9 شبکه ناهمگن با ساختار سلسله مراتبی HRTT [37]. 76
شکل ‏4‑10: نمایی از ساختار زیر ساخت متحرک دو طبقه [38]. 79
شکل ‏4‑11: نمایی از شبکه نظامی با زیرساخت متحرک 80
شکل ‏4‑12: ساختار سلسله مراتبی پیشنهادی برای شبکه ها ناهمگن 86
شکل ‏4‑13: نمایی از شبکه خوشه بندی شده و ساختار مسیریابی 92
شکل ‏5‑1 ساختار سلسله مراتبی بکار رفته در نرم افزار OPNET. 94
شکل ‏5‑2: معماری شبیه ساز GloMoSim [67]. 95
شکل ‏5‑3: ساختار زبان های برنامه نویسی NS2. 98
شکل ‏5‑4: روند اجرای شبیه سازی در نرم افزار NS2. 98
شکل ‏5‑5:  نمای شبکه شبیه سازی شده در نرم افزار NS2. 101
شکل ‏5‑6: توان عملیاتی برحسب تعداد گره. 102
شکل ‏5‑7: تاخیر پایان به پایان برحسب تعداد گره. 102
شکل ‏5‑8: نرخ تحویل موفق بسته. 103
شکل ‏5‑9: سربار نرمال شده مسیریابی برحسب تعداد گره. 103
شکل ‏5‑10: توان عملیاتی برحسب تعداد خوشه. 105
شکل ‏5‑11: تاخیر پایان به پایان برحسب تعداد خوشه. 105
شکل ‏5‑12: نرخ تحویل موفق بسته برحسب تعداد خوشه. 106
شکل ‏5‑13: سر بار نرمال شده مسیریابی برحسب تعداد خوشه. 106
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1-      فصل اول: مقدمه
 
 

1-1       پیشگفتار
از اوایل دهه 1980 رشد بسیار سریعی در زمینه کاربرد فناوری اطلاعات[1] در نیروهای نظامی به وجود آمده و مفهومی جدید به نام دفاع مبتنی بر شبکه [2]تعریف و گسترش یافت. جهت دستیابی به این مفهوم نیاز به داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی [3] با ظرفیت بالا وجود دارد تا بتواند اطلاعات را در بین نهادهای موجود در شبکه توزیع کند[1]. همچنین در سال های اخیر کاربرد شبکه های مخابراتی در نیرو های نظامی، همراه با تغییرات عمده و پیشرفت های چشمگیری در نحوه پیاده سازی یک شبکه و چگونگی ادغام فناوری های آن در ارتش، همراه بوده است. هم اکنون داشتن یک شبکه مخابراتی نظامی به طوری که هر سرباز توانایی دسترسی به کل اطلاعات موجود در شبکه را داشته باشد، بالاترین اولویت نیروهای نظامی است. از طرف دیگر با ساخته شدن اسلحه ها دوربرد، داشتن شبکه های مخابراتی نظامی با برد بلند، یک ضرورت است.
یک شبکه مخابراتی نظامی به هر ایستگاه اجازه تبادل اطلاعاتی را که از طریق حسگر هایش دریافت کرده است، را می دهد. به این وسیله، فرمانده با دریافت اطلاعات ایستگاهی، در بیرون از برد حسگر‌های خود، به راحتی می تواند توانایی شناسایی ایستگاه خود را افزایش دهد و این امر موجب می شود آگاهی بیشتری از محیط اطراف خود به دست آورد. در نتیجه شبکه های مخابراتی نظامی به فرماندهان توانایی جنگ در مناطق بسیار وسیع را می دهند. داشتن چنین شبکه ای به نیرو های نظامی برتری بسیاری در میدان های نبرد می دهد [2]. با توجه به این نیاز، در این پایان‌نامه بررسی جامعی برروی الگوریتم های مسیریابی شبکه های اقتضایی مخابراتی خواهیم داشت و در نهایت یک شبکه اقتضایی ناهمگن مناسب برای کاربرد های نظامی معرفی می کنیم و با توجه به مقتضیات این شبکه یک الگوریتم مسیریابی مناسب برای آن ارائه می دهیم.
 

1-2       مشخصات شبکه های نظامی
شبکه های بیسیم نظامی [4]شرایط بسیار مختلفی را تجربه می کنند. محدودیت ها و نیازمندی های شبکه های نظامی، تفاوت های اساسی با شبکه های تجاری دارد. هدف شبکه های نظامی در این است که در هر زمانی و مکانی در میدان نبرد، ارتباطات باید برقرار باشد و این بدان معنی است که باید یک شبکه مخابراتی مقاوم [5]داشته باشیم که بتواند در همه جا ارتباط را حفظ کند[3]، هم چنین قابلیت اعتماد بالا [6]، توانایی بقا و عمر طولانی [7]در شرایط بحرانی را داشته باشد [4].
تفاوت شبکه های مخابراتی نظامی با شبکه های تجاری (محدودیت ها و مشکلات شبکه های نظامی [4]) در زیر توضیح داده شده است:

همه یا اکثر کاربر های آن متحرک هستند [8] و توپولوژی شبکه کاملا متغیر و پویا است.
به دلیلی شرایط آب و هوایی بد و موانع طبیعی بسیار، لینک های آن کاملا غیرقابل اعتماد است و کیفیت لینک ها و ظرفیت شبکه تغییر می کند.
معمولا شبکه باید به طور سریع قابل پیاده سازی باشد.
پهنای باند نسبتا کمی دارد.
احتمال حملات جهت مختل کردن شبکه یا جهت تداخل سیگنالی بسیار زیاد است. بنابرابن شبکه باید مقاوم طراحی شود.
احتمال نابود شدن و از دست رفتن تجهیزات توسط نیروهای دشمن وجود دارد.
معمولا پیام ها به تاخیر حساس هستند.
در بحث امنیت، شبکه های نظامی با محدودیت های بسیار روبرو هست.
 
 

1-3       کارکرد شبکه های اقتضایی در سیستم های نظامی
یک فناوری که ممکن است نیازمندیهای شبکه بالا را جوابگو باشد و بر محدودیت ها و مشکلات آن غلبه کند، شبکه های اقتضایی متحرک [9] است [1]. یک شبکه MANET مجموعه ای از مسیریاب[10] است که با گیرنده و فرستنده بی سیم مجهز شده اند. این گیرنده و فرستنده آزاد هستند که به هرجایی که خواستند حرکت کنند و به طور پویا تشکیل یک شبکه موقت – بدون هیچگونه زیر ساختی و یا کاربر مرکزی جهت فرماندهی- دهند. وضعیت لینک‌های