Mobilní ad hoc síť (MANET) [+3 Learning Resources]

Mobilní ad hoc sítě, známé pod zkratkou MANET, představují specifický typ bezdrátových sítí, které se obejdou bez nutnosti existence pevné infrastruktury, jako jsou směrovače či přístupové body.

Historické kořeny MANETů sahají až do 70. let minulého století, kdy vědci začali zkoumat možnosti využití paketových rádiových sítí. Tyto sítě byly koncipovány tak, aby umožňovaly přímou komunikaci mezi zařízeními, a to bez opory o jakoukoliv předem vybudovanou strukturu.

S rozvojem mobilních technologií a inovacemi v bezdrátové komunikaci se otevřela cesta pro vytváření sofistikovaných a dynamických sítí. Tím se postupně začala formovat myšlenka ad hoc sítí v podobě, jak ji známe dnes.

Výzkum v oblasti MANETů od té doby neustále pokračuje. Vyvíjejí se nové protokoly, algoritmy a aplikace, které se snaží reagovat na specifické výzvy, které tyto sítě přinášejí.

Pojďme se podívat blíže na to, co MANETy představují a v jakých oblastech se s nimi můžeme setkat.

Co přesně je MANET?

MANET je akronym pro Mobile Ad-hoc Network, česky mobilní ad hoc síť. Jedná se o bezdrátovou síť, kde se mobilní telefony, notebooky, tablety a další zařízení mohou vzájemně propojovat bez nutnosti centrální infrastruktury nebo existující komunikační sítě.

Zdroj obrázku: networksimulationtools

V MANETu zařízení navazují dočasná síťová propojení a komunikují mezi sebou. Každé zařízení v takové síti plní zároveň funkci odesílatele i příjemce dat.

Když jedno zařízení chce komunikovat s jiným, vyšle signál nebo zprávu směrem ke všem ostatním zařízením v dosahu. Určené cílové zařízení zprávu přijme a odpovídajícím způsobem na ni reaguje.

V případě, že cílové zařízení není v přímém dosahu, zpráva se odesílá k nejbližšímu zařízení. To ji následně předává dalšímu, dokud zpráva nedorazí do svého cíle.

Zařízení v síti MANET využívají směrovací protokoly, které jim umožňují dynamicky vytvářet a udržovat síťová spojení. To se děje v závislosti na tom, jak se jednotlivá zařízení pohybují v dosahu sítě. Směrovací protokol pomáhá zařízením rozhodnout o nejlepší cestě pro přenos datových paketů s ohledem na aktuální topologii sítě, kvalitu spojení a další faktory.

Jedním z běžně používaných směrovacích protokolů je Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV). Tento protokol umožňuje zařízením vytvářet trasy podle potřeby a podporuje komunikaci jak unicast, tak i multicast.

Dalším směrovacím protokolem využívaným v MANETech je Dynamic Source Routing (DSR), který je založený na směrování ze zdroje. Zařízení v tomto případě udržují cache směrovacích informací o nedávno využitých cestách.

Proč se MANET používají?

Níže jsou uvedeny některé typické situace, ve kterých se MANETy využívají:

Absence infrastruktury

V situacích, kdy není k dispozici žádná síťová infrastruktura, například ve vzdálených oblastech nebo během vojenských operací, se dá MANET rychle vytvořit bez nutnosti spoléhat na stávající struktury.

Flexibilita a mobilita

MANETy lze snadno nastavit a přesouvat dle potřeby, což je ideální v situacích, kde je třeba síť rychle přenastavit.

Například při vojenské operaci může být MANET nastaven a konfigurován podle toho, jak se jednotlivé jednotky přesouvají z místa na místo.

Nákladová efektivita

Vybudování konvenční síťové infrastruktury může být v některých případech velmi nákladné, obzvláště v odlehlých nebo venkovských lokalitách. MANET lze však snadno vytvořit s pomocí již existujících zařízení, což z něj činí dostupnější alternativu.

Automatická konfigurace

MANETy nevyžadují žádnou manuální konfiguraci nebo nastavení. Jak se zařízení připojují k síti nebo ji opouštějí, směrovací protokol se dynamicky adaptuje, aby zajistil, že všechna zařízení mohou spolu efektivně komunikovat.

Škálovatelnost

MANET lze dle potřeby rozšiřovat nebo zmenšovat v závislosti na velikosti sítě a počtu zúčastněných zařízení. To je výhodné v situacích, kde se velikost sítě a její topologie může dynamicky měnit, například při živelných katastrofách nebo venkovních událostech.

Charakteristické rysy MANETů

Mezi hlavní vlastnosti MANETů patří:

Dynamická topologie

Topologie sítě se neustále mění, jak se uzly pohybují v dosahu nebo mimo něj, případně se nové uzly připojují a jiné naopak síť opouštějí. To komplikuje udržování stabilní a spolehlivé sítě.

Decentralizace

V MANETech neexistuje centrální řízení ani pevná infrastruktura. Všechny uzly v síti musí spolupracovat, aby síť fungovala správně.

Omezené zdroje

Mobilní zařízení mají omezenou kapacitu baterie, výpočetní výkon i úložný prostor, což může ovlivnit celkový výkon a efektivitu sítě.

Bezpečnostní výzvy

MANETy jsou náchylné k různým bezpečnostním hrozbám, jako jsou odposlechy, zachycování dat a útoky typu odmítnutí služby. Absence pevné infrastruktury a decentralizovaná povaha sítě ztěžují implementaci efektivních bezpečnostních opatření.

Sebeorganizace

Uzly v síti se musí samy zorganizovat, aby vytvořily a udržovaly topologii sítě, což vyžaduje využití distribuovaných protokolů a algoritmů.

Omezená šířka pásma

Dostupná šířka pásma v MANETech je obvykle omezená a sdílená mezi všemi uzly v síti, což může ovlivnit rychlost a spolehlivost datových přenosů.

Mobilita

Neustálý pohyb jednotlivých uzlů může mít vliv na stabilitu a spolehlivost sítě. Udržování směrovacích tabulek a zajišťování správného předávání dat je kvůli mobilitě často náročné.

Využití MANETů v praxi

MANETy mají široké uplatnění, zejména tam, kde není k dispozici klasická drátová nebo bezdrátová síť. Mezi běžné aplikace MANETů patří:

Vojenská komunikace

MANETy se používají při vojenských operacích k zajištění bezpečné a spolehlivé komunikace mezi vojáky a vozidly i v náročných nebo odlehlých prostředích.

Sociální sítě

MANETy lze využít pro vytváření spontánních komunikačních sítí při společenských událostech, jako jsou koncerty nebo festivaly, kde mohou být tradiční sítě přetížené nebo nedostupné.

Záchranné služby

Při přírodních katastrofách, jako jsou zemětřesení nebo hurikány, může být tradiční komunikační infrastruktura poškozena nebo zničena. MANETy v takových situacích umožňují rychlé zprovoznění komunikačních sítí pro záchranné práce a poskytování pomoci.

Senzorové sítě

MANETy se dají využít k propojení bezdrátových senzorů v oblastech, jako je zemědělství, ochrana životního prostředí nebo zdravotnictví. Senzory spolu mohou komunikovat a získaná data se analyzují pro různé účely.

Dopravní sítě

MANETy pomáhají zvyšovat bezpečnost a efektivitu dopravních systémů. Příkladem je komunikace mezi vozidly, která slouží k prevenci kolizí nebo poskytování dopravních informací.

Osobní sítě

MANETy se dají využít i pro komunikaci mezi osobními zařízeními, jako jsou smartphony, tablety a nositelná zařízení, tam, kde není dostupná tradiční síť.

Studijní materiály

Na trhu je dostupných několik knih, které nabízejí komplexní pohled na MANETy, včetně jejich historie, klíčových konceptů a současných výzkumných směrů. Níže uvádíme některé z nich:

#1. Aplikace mobilních ad hoc sítí

Tato publikace poskytuje čtenářům široký přehled o praktickém využití MANETů a jejich potenciálním dopadu v různých oblastech.

Kniha dále popisuje použití simulačního balíčku NS2 pro implementaci a experimentální práci, což může být přínosné pro výzkumníky, kteří chtějí testovat a vyhodnocovat různé směrovací protokoly v MANETech.

#2. Mobilní ad hoc sítě: aktuální stav a budoucí trendy

Tato kniha je rozdělena do 18 kapitol, z nichž každou napsal přední odborník v oblasti ad hoc sítí. Kapitoly pokrývají široké spektrum témat souvisejících s MANETy, včetně směrovacích protokolů, bezpečnostních mechanismů, kvality služeb a multimediálních aplikací.

#3. Protokol zabezpečení uzlů pro efektivní směrování v mobilní síti ad hoc

Tato publikace nabízí podrobný pohled na problémy, kterým čelí sítě ad hoc, jako je nedostatek centralizované infrastruktury, omezené zdroje a jejich zranitelnost vůči útokům.

Následně navrhuje řešení těchto problémů prostřednictvím vývoje protokolu NSP.

Součástí knihy jsou i podrobné diagramy a příklady, které čtenářům usnadňují pochopení prezentovaných konceptů.

Závěrem

Vzhledem k rostoucí poptávce po bezdrátové konektivitě bude význam MANETů pravděpodobně nadále stoupat.

Budoucí výzkum v této oblasti se zaměří na hledání inovativních přístupů k řešení výzev, které MANETy přinášejí, včetně alokace zdrojů, energetického managementu a zajišťování kvality služeb (QoS).

Oblast MANETů se rychle rozvíjí a nabízí mnoho příležitostí pro inovace a vývoj.

Doufám, že vám tento článek poskytl užitečné informace o mobilních ad hoc sítích a jejich využití. Možná vás bude také zajímat problematika optimalizace sítí a metod, které se dají použít pro zvýšení jejich výkonu.