بروتوكول HWMP في شبكات الحاسوب

يعرّف “IEEE 802.11s” بروتوكول “HWMP” على أنّه بروتوكول التوجيه الافتراضي لشبكات “WMN” وقياس ارتباط البث كمقياس اختيار المسار الافتراضي.

ما هو بروتوكول HWMP

بروتوكول الشبكة اللاسلكية الهجينة (HWMP): هو جزء من “IEEE 802.11s” وهو بروتوكول توجيه أساسي لشبكة شبكة لاسلكية، كما يعتمد على “AODV RFC 3561” والتوجيه المستند إلى الشجرة وهو يعتمد على بروتوكول إدارة ارتباط النظير الذي تكتشف من خلاله كل نقطة شبكة العقد المجاورة وتتتبعها، وإذا تم توصيل أي من هذه الشبكات بجهاز توصيل سلكي فلا داعي لـ “HWMP” الذي يختار المسارات من تلك التي تم تجميعها عن طريق تجميع جميع أقران نقطة الشبكة في خريطة مركبة واحدة.

• “HWMP” هي اختصار لـ “Hybrid Wireless Mesh Protocol”.

• “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers”.

• “WMN” هي اختصار لـ “wireless mesh network”.

• “AODV” هي اختصار لـ “Ad Hoc On-Demand Distance Vector”.

أساسيات بروتوكول HWMP

يحدد معيار “IEEE 802.11s” تنسيقاُ جديداً لإطار بيانات الشبكة وإطار عمل قابلية للتوسعة للتوجيه، كما تم وصف بروتوكول التوجيه الافتراضي “HWMP”، ويعتمد “HWMP” على توجيه متجه المسافات حسب الطلب “AODV” وله امتداد قابل للتكوين للتوجيه الاستباقي، كما يستخدم عنوان “MAC” مع توجيه “الطبقة 2” ويستخدم “Radio-Aware” كمقياس للتوجيه.

كما تم تطبيق “HWMP” على “OPNET” وتم تقييم الأداء، وأظهرت النتائج التجريبية أنّ “HWMP” لديها متوسط ​​زمن انتقال أقل وإنتاجية أعلى لنقل البيانات مقارنةً بـ “AODV”، ولكي تصبح مستقلاً عن الشبكات الأساسية التي تؤدي إلى عمليات نشر رخيصة، يجب استبدال نهج القفزة المفردة التقليدية بشبكات الشبكة اللاسلكية “WMN”.

تعد الشبكات اللاسلكية المعشقة بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لشبكات المنطقة المحلية اللاسلكية ونظراً للشبكات متعددة القفزات، تتطلب شبكة “WMN” بروتوكول توجيه متعدد القفزات وغالباً ما تكون طبيعة البيانات من العميل إلى البوابة والعكس صحيح، لذلك وفقاً لـ “IEEE 802.11s 3.0” تم اعتماد بروتوكول توجيه “HWMP”.

تم تصور شبكة الشبكة اللاسلكية “WMN” كحل مهم للجيل التالي من الشبكات اللاسلكية التي يمكن استخدامها في شبكات المجتمع اللاسلكية، وشبكات المؤسسات اللاسلكية وأنظمة النقل والشبكات المنزلية والوصول إلى الإنترنت اللاسلكي للميل الأخير، كما تم تطوير العديد من حلول الشبكات الشبكية الخاصة من قبل بائع فردي ولكن من أجل إمكانية التشغيل البيني، ويشكل “IEEE” مجموعة مهام تسمى “IEEE 802.11s” لتطوير حل متكامل للشبكات المعشقة.

وبروتوكول الشبكة اللاسلكية الهجينة “HWMP” ومقاييس وقت البث كبروتوكول توجيه افتراضي ومقاييس توجيه تحددها مجموعة المهام، كما يوجد عدد قليل من وحدات الاختبار وتم إجراء العديد من دراسات المحاكاة لتقييم أداء بروتوكول “HWMP” مع افتراض نوع فريد من التدفق مع حجم حزمة ثابت ومعدل حزم.

ومع ذلك تحمل الشبكات الحقيقية تطبيقاً متنوعاً أي فيديو وصوت و”FTP” وبريد إلكتروني بخصائص مختلفة كحجم الحزمة ومعدل البيانات، كما تُستخدم الشبكات المعشقة اللاسلكية “WMN” على نطاق واسع مؤخراً ونظراً لمرونتها وموثوقيتها وخدماتها القوية.

كما يمكن لمقياس وقت البث جمع معلومات القناة من كل من طبقات “PHY” و”MAC” لتقدير متوسط ​​زمن الانتقال لكل إرسال حزمة من خلال ارتباط، ولكنّه يعاني عادةً من العديد من أوجه القصور، مثل تجاهل تأثير تدفق حركة المرور والاستخدام غير الفعال للموارد اللاسلكية المشتركة.

كما تم اعتماد بروتوكول “HWMP” معدلاً مع مقياس وقت بث محسّن يسمى “HWMP +”، والذي يمكنه تقدير جودة الارتباط بالاقتران مع معلومات تدفق حركة المرور، وكذلك تخصيص موارد الشبكة بطريقة فعالة وإجراء حساب القياس المقترح له منظورات تاريخية وحقيقية لجودة الارتباط، وهو أكثر حساسية لتغيرات جودة الارتباط خاصةً في الهيكل الديناميكي.

كما تم تحسين مخطط التوجيه وإدارة موارد القناة المشتركة على النحو الأمثل وفقاً لمعلومات تدفق حركة المرور، حيص تظهر نتائج المحاكاة باستخدام “Qualnet 5.0” أنّ المخططات المقترحة يمكن أن تحسن أداء النظام بشكل كبير من حيث معدل نقل الشبكة ومتوسط ​​التأخير من طرف إلى طرف.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

• “OPNET” هي اختصار لـ “Operations Network”.

• “FTP” هي اختصار لـ “File Transfer Protocol”.

• “PHY” هي اختصار لـ “physical layer”.

آلية عمل بروتوكول HWMP

مخطط اختيار المسار الحالي في “IEEE 802.11s” للشبكات المعشقة اللاسلكية هو بروتوكول “HWMP” ومقياس التوجيه الرئيسي لـ “HWMP” يسمى مقياس وقت البث، والذي يعتمد على معدل خطأ الحزمة ومعدل نقل البيانات، حيث لا تأخذ “HWMP” كفاءة الطاقة في الاعتبار على الرغم من أهميتها للعقد المتنقلة والعقد الأخرى التي تعمل بالبطارية.

في مخطط الطاقة في “HWMP” وهو “eHWMP” بالإضافة إلى قياس وقت البث تم دمج تأخير كل قفزة والطاقة المتبقية في مقياس التوجيه، وذلك من أجل زيادة كفاءة الطاقة دون تعريض أداء التأخير الشامل للخطر، كما تُظهر نتائج المحاكاة الأولية أنّ “eHWMP” تحقق الهدف من خلال زيادة عمر الشبكة دون التسبب في تأثيرات كبيرة على التأخير والإنتاجية من طرف إلى طرف مقارنةً بنموذج “HWMP” التقليدي.

شبكات المنطقة المجاورة للشبكة الذكية “NAN” التي تتضمن تغطية واسعة وعدداً هائلاً من الأجهزة مطلوبة لتوفير اتصالات موثوقة لدعم التطبيقات المختلفة، كما يجب استخدام شبكة الشبكات اللاسلكية المستندة إلى معيار “IEEE 802.11s” والمرتبطة ببروتوكول الشبكة اللاسلكية الهجين “HWMP” نظراً لوظائفها الموسعة.

ومع ذلك لا يمكن للشبكات المعشقة القائمة على “HWMP” أن تضمن جودة الخدمة “QoS” لكل مستخدم وهي مشكلة حاسمة في اتصالات الشبكة الذكية، كما تم عرض تأثير مشكلة عدم توفر المسار المتقطع واقتراح نموذج ثابت مميز لـ “HWMP” والذي يهدف إلى التخفيف من المشكلة من خلال الاستفادة من الخاصية الثابتة لشبكات الشبكة الذكية.

يجمع المخطط المقترح بين طريقتين وهما جدول التوجيه الممتد وخوارزمية اختيار المسار التاريخي، كما تم إجراء دراسة محاكاة باستخدام محاكي “ns-3″؛ لإظهار مشكلة شبكات “NAN” للشبكة الذكية القائمة على “HWMP” وإثبات ميزة المخطط المقترح.

تبدأ عملية اكتشاف المسار في “HWMP” بإطارات طلب مسار بث محطة الشبكة المصدر “PREQ” في محاولة للعثور على مسار إلى الوجهة، كما تحتوي إطارات “PREQ” هذه على نوعين من الحقول هما قابل للتغيير وغير قابل للتغيير، حيث أنّ الحقول القابلة للتغيير في هذه الإطارات مثل “TTL” وعدد القفزات والقياس وتتغير من قفزة إلى قفزة، بينما تظل الحقول غير القابلة للتغيير كما هي على طول الطريق من المصدر إلى الوجهة.

ومن الصعب مصادقة الحقول القابلة للتغيير عند مقارنتها بالحقول غير القابلة للتغيير لأنّ كل عقدة شبكة وسيطة تتلقى الإطار يجب أن تتحقق من سلامة الحقول القابلة للتغيير، ومتبوعة بإلحاق بعض معلومات المصادقة لمزيد من الانتشار، كما يمكن تنفيذ العديد من الهجمات الداخلية بسبب عدم وجود إطار أمني مناسب للحقول المتغيرة وغير القابلة للتغيير.

والدافع هو توفير إطار عمل آمن لـ “HWMP” بحيث يوفر مصادقة من طرف إلى طرف وكذلك من نقطة إلى نقطة وميزات أمان السلامة لكل من الحقول القابلة للتغيير، وغير القابلة للتغيير من خلال استخدام تقنيات تشفير فعالة من حيث التعقيد الحسابي وأحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا من حيث المتانة.

• “NAN” هي اختصار لـ “Not a Number”.

• “TTL” هي اختصار لـ “Time-to-live”.