شبکه Ad Hoc یکی از ساده ترین پیاده سازی های توپولوژی یا همبندی شبکه های بیسیم می باشد، در حالت معمول توپولوژی های شبکه های کامپیوتری بیسیم را به دو صورت Infrastructure و Ad Hoc تقسیم بندی می کنیم، در نوع Infrastructure از یک دستگاه مرکزی به نام Access Point به عنوان نقطه اتصال به یکدیگر استفاده می کنیم و در حقیقت این Access Point در نقش یک سویچ در شبکه های بی سیم فعالیت می کنند، در توپولوژی نوع دوم که Ad Hoc نام دارد، دیگر از دستگاه جانبی استفاده نمی شود و هر یک از کامپیوترها در این توپولوژی به نوعی در نقش یک Access Pint فعالیت می کنند.

شبکه های ad hoc معمولا کاربردهایی موقتی و کم مدت را دارند

شبکه های ad hoc معمولا کاربردهایی موقتی و کم مدت را دارند و برای کاربردهای طولانی مدت مورد استفاده قرار نمی گیرند. بر خلاف شبکه های Infrastructure که از قابلیت هایی مثل شبکه های LAN برخوردارند و می توان به ثبات آنها اطمینان کرد، شبکه های ad hoc پایداری نسبتا پایینی دارند و به همین دلیل است که کاربرد موقتی دارند. با استفاده از این نوع شبکه نیز می توان یک یا گروهی از کامپیوترها که دارای کارت شبکه بیسیم هستند را به یکدیگر متصل کرد و تبادل اطلاعات را انجام داد.

واژه Ad-Hoc ریشه ای لاتین داشته و به معنای " کاربرد اختصاصی " است. این واژه بیانگر این است که ما به هنگامی از این نوع سرویس ها استفاده می کنیم که امکان استفاده از نوع سرویس دیگری که بصورت عمومی پیاده سازی شده باشد وجود نداشته باشد. معمولا ما زمانی از شبکه های Ad-Hoc استفاده می کنیم که امکان استفاده از انواع دیگر شبکه وجود نداشته باشد.

در ارتباطات Ad-Hoc شما یک Session یا نشست برقرار کرده و تمامی دستگاه های به آن Session متصل می شوند، بنابراین با این روش Access Point عملا حذف خواهد شد . برای ایجاد این Session یکی از کامپیوترها با استفاده از کارت شبکه بیسیم خود یک نام دامنه یا بهتر بگوییم یک SSID مانند Access Point های دیگر ایجاد می کند که برای محدوده فرکانسی که در آن کارت شبکه های بیسیم دیگر فعال هستند قابل شناسایی می باشد.

در این حالت کامپیوترهای دیگر با جستجوی شبکه های بیسیم دیگر می توانند SSID این کارت شبکه را یافته و به آن متصل شوند و شروع به تبادل داده کنند. از جمله محدودیت هایی که می توان برای اینگونه از شبکه های بیسیم عنوان کرد محدود بودن تعداد اتصال همزمان به این شبکه می باشد که به همین دلیل Node ها یا گره های آن از یک تعداد معین نمی توانند تجاوز کنند. قابل ذکر است که این گره ها و SSID می تواند متجرک نیز باشد که به دلیل دارا بودن چنین قابلیتی می توانند برای استفاده در دستگاه های مختلفی از جمله کنسول بازی های مختلف بیسیم مورد استفاده قرار بگیرند، برای مثال شما می توانید از قابلیت Ad-Hoc در دستگاه های پلی استیشن و یا Nintendo برای انجام بازی های همزمان با دوستانتان استفاده کنید.

بدیهی است که فرکانس کارکرد هر شبکه Ad Hoc می تواند متفاوت باشد و بر حسب نوع کاربرد آن در انواع شبکه ها اعم از شبکه های خانگی تا شبکه های نظامی و بعضا ماهواره ای مورد استفاده قرار می گیرند، در بسیاری از کاربرهای نظامی از شبکه های Ad Hoc برای یافتن محل قرارگیری یک وسیله و به ویژه وسایل متحرکی که در محدوده نظامی قرار میگیرند و مکان یابی آنها استفاده می شود. اینگونه ساختار شبکه بیسیم را میتوان در موارد حفاظت محیط زیست نیز مورد استفاده قرار داد، شاید در بسیاری از فیلم های مستند حیات وحش مشاهده کرده باشید که پس از بدام انداختن یک حیوان به آن یک فرستنده متصل می کنند که مکان حیوان را در طول مدت اتصال به این وسیله بر روی نقشه نمایش می دهد، تمامی این امکانات از قابلیت هایی است که شبکه های بیسیم Ad Hoc به ما ارائه می دهند. زیست شناسان با استفاده از این روش حتی روش زندگی و مسیرهایی را که حیوان در طول نگهداری فرستنده Ad Hoc حرکت کرده است را می توانند مشاهده و ضبط کنند.

انواع پروتکل های مسیریابی در شبکه های ادهاک

1- پروتکل های جدولی

به آن دسته از پروتکل هایی گفته می شود که به صورت پیوسته شکل شبکه را با استفاده از تبادل اطلاعات گره های شبکه، به روز سازی می نماید. بنابراین در زمان نیاز، مقاصد همواره مشخص هستند. خانواده پروتکل های بردار فاصله نمونه هایی از این نوع مسیریابی می باشند. اولین روش هایی که در بحث مسیر‌یابی شبکه های ادهاک مورد توجه قرار‌ گرفتند، از این نوع پروتکل بوده است. بزرگترین مشکلی که ضمن بکار‌گیری پروتکل های مسیر‌یابی جدولی در شبکه های ادهاک بوجود می‌آید، ناشی از تغییر پیوسته شکل شبکه است.

بنابراین اطلاعات شکل شبکه باید مرتباً انتشار‌ یابد که این خود هزینه سنگینی را در منابعی چون پهنای باند، توان باتری ها و زمان پردازش، ایجاد می کند. همچنین به دلیل الگوهای مختلفی که برای یک شبکه می تواند وجود داشته ‌باشد، گاهی تنها درصدی از مسیر‌یاب ها استفاده می شود و بقیه بی دلیل، اطلاعات خود را در شبکه منتشر می کنند. با این حال این پروتکل ها برای آن دسته از شبکه های ادهاک که سرعت تغییراتشان به اندازه کافی کم باشد، قابل استفاده هستند.

این پروتکل های مسیریابی روش های متفاوتی برای انتشار اطلاعات تغییر یافته توپولوژی شبکه و تعداد جداول لازم مرتبط با مسیریابی دارند. بعضی از مثال های این پروتکل ها DSDV ، CGSR ، WRP ، FSR ، GSR و HSR می باشند. در الگوریتم های جدولی همیشه تعداد مشخصی انتقال اطلاعات کنترلی در حال انجام است، حتی اگر برای مدتی اصلا هیچ انتقال داده ای در شبکه انجام نگیرد، مشخص است که چنین شیوه ای هزینه زیادی را متحمل خواهد شد.

2- پروتکل های نیازی

مسیریابی بر حسب تقاضا از جدیدترین طرحهای مسیریابی های بی سیم راه یافته به کلاس مقیاس پذیر است که مبنی بر یک خط مشی پرسش و پاسخ می باشد. برخلاف گروه قبلی، گره‌ها در چنین پروتکل‌هایی به صورت پیوسته تغییر شکل شبکه را متذکر نمی شوند و شکل شبکه تنها به کاربرانی که قصد استفاده یا مسیر‌یابی را دارند معرفی می شود. کشف مسیر معمولا با جریان درخواست مسیر در شبکه انجام می شود و گره ای که در مسیر مقصد قرار دارد، با ارسال پاسخ مسیر به گره منبع با استفاده از لینک معکوس، رسیدن درخواست را اطلاع می دهد و هنگامی که یک مسیر‌یاب در شبکه استفاده نمی شود، از جدول مسیر‌یابی کنار گذاشته می شود.

هنگامی که استفاده از یک مسیر‌یاب در شبکه مورد نیاز باشد، پیام “درخواست مسیر” در شبکه منتشر می‌شود و این پیام توسط مبدأ یا گره‌ای در نزدیکی آن دریافت می‌شود. آن گره نیز یک پیام “پاسخ مسیر” به سوی گره اولیه روانه می کند. پروتکل های AODV ،DSR ،TORA ،LMR و ABR مثال هایی از پروتکل‌های نیازی هستند و هدف این پروتکل ها این است که با کشف تنها مسیرهای درخواست شده و مورد نیاز، هزینه را حداقل کنند. این دسته از پروتکل ها باعث کاهش چشمگیری در مصرف منابع شبکه و هزینه های آن خواهند شد ولی در عوض تأخیر در هنگام برقراری اتصال را افزایش می دهند.

در واقع برای کاهش سرباره نگهداری اطلاعات پروتکل های جدولی، از این پروتکل ها استفاده می شود. سرباره کشف مسیر هنگامی که لینک معکوس داشته باشیم با O(N+M) رشد کرده و در لینک های تک جهتی O(2N) می باشد. روش های متفاوتی برای کشف مسیرها در الگوریتم های نیازی وجود دارد. بیشتر الگوریتم ها از یک طرح مشتق شده از مسیریابی پل (LAN) یعنی کشف مسیر بوسیله یادگرفتن وارونه استفاده می کنند.

اغلب نودهای شبکه Ad-Hoc، متحرک هستند

مسیریابی در شبکه های موردی ادهاک (Ad-Hoc Routing)

شبکه های ادهاک Ad-Hoc از تعدادی نود که به طور غیر ساخت یافته با هم در ارتباط هستند و هیچ مرجع مشخص و ثابتی برای سامان دهی ان ها وجود ندارد.

این گونه شبکه ها به صورت بی سیم با یکدیگر ارتباط داشته و عموما هر نود از شبکه به عنوان روتر نیز عمل می کند.

شبکه های ادهاک Ad-Hoc معمولا در کاربردهای نظامی که نیاز به پیاده سازی سریع یک شبکه ارتباطی است و یا عملیات حیاتی مانند امدادرسانی به حادثه دیدگان از بلایای طبیعی و یا در اماکنی که به طور موقت برای برگزاری نمایشگاه ها و کنفرانس ها استفاده می شود، کاربرد دارد.

الف- مسیریابی پرش به پرش

در مسیریابی پرش به پرش هر بسته داده تنها آدرس مقصد و آدرس پرش بعدی را حمل می کند. از این رو هر گره واسط در مسیر مقصد از جدول مسیریابی خود برای انتقال به جلو بسته داده در جهت مقصد استفاده می کند. منبع در جستجوی مسیر، یک سوال در شبکه شناور می کند و گره های عبوری به محض دریافت سوال، مسیر را تا منبع یاد می گیرند و مسیر را در جدول ارسال وارد می کنند. مقصد مورد نظر سرانجام سوال را دریافت می کند و بنابراین می تواند با استفاده از ردیابی مسیر سوال، پاسخ بدهد در نتیجه این کار برقراری یک مسیر دو طرفه را امکان پذیر می سازد.

برای کاهش سرباره مسیر جدید، بسته سوال اگر با یک گره که قبلا مسیر برای چنین مقصدی را داشت، برخورد کند، در آن مسیر برای مقصد رها می شود. بعد از محاسبه مسیر، تا زمانی که منبع از آن استفاده می کند بصورت به روز نگهداری می شود.

برای مثال، یک ارتباط ناموفق ممکن است باعث رهاسازی سوال و پاسخ دیگری شود تا مسیر همیشه به روز نگهداری شود. مزیت این روش در این است که تطابق بهتری با محیط های دینامیکی شبکه های ادهاک موبایل دارد و اطلاعات مسیریابی تازه تری دارد. استفاده از اطلاعات مسیر تازه تر به معنای محاسبات کمتری برای انتقال داده می باشد. عیب این روش در آن است که هر گره واسطه ای بایستی اطلاعات جدول مسیریابی را برای هر مسیر فعال ذخیره کند و هر گره ای بایستی از گره های همسایه مطلع باشد.

ب- مسیریابی منبع

یک طرح دیگر برای ردیابی مسیرهای نیازی، مسیریابی منبع می باشد، مسیریابی DSR در غالب یک چنین پروتکلی پیشنهاد شده است که اگر دیتا برای فرستادن موجود باشد اما هیچ مسیری برای مقصدش معلوم نشده باشد، منبع یک تقاضای مسیر شناور را ارسال می کند. زمانی که این بسته بوسیله مقصد یا یک گره که مسیر تا مقصد را می داند دریافت شود، یک پاسخ مسیر برای منبع بوسیله مسیر انتخاب شده فرستاده می شود.

در مسیریابی منبع، بسته های داده آدرس کامل منبع به مقصد را حمل می کنند و هر گره در شبکه، یک منبع ذخیره سازی مسیرهایی را که یاد گرفته است، دارد. هر یک از گره های واسط این بسته ها را طبق اطلاعاتی که در ابتدای بسته وجود دارد انتقال می دهد و نیازی به نگهداری اطلاعات مسیریابی به روز شده در گره های واسط نمی باشد. اگر یک گره مسیری را که به علت تغییرات توپولوژی منسوخ شده، تشخیص دهد، یک خطای مسیر برای منبع می فرستد. منبع سپس یک فرآیند کشف مسیر برای ایجاد کردن یک مسیر جدید طلب می کند.

مشکلات شبکه های Ad-Hoc

1- مسیریابی

که از اصلی ترین مشکلات در شبکه های Ad-Hoc مسیریابی است. در شبکه های Ad-Hoc به این دلیل که نود ها دائما جابجا می شوند، به اسانی از برد نودهای همسایه خارج می شوند و در نتیجه توپولوژی شبکه مدام تغییر می کند.

2- مصرف بهینه انرژی

به دلیل اینکه اغلب نودهای شبکه Ad-Hoc، متحرک هستند و عموما از باطری استفاده می کنند، مصرف بهینه انرژی بسیار مهم می باشد. از این رو هر نوع الگوریتم مسیریابی در این شبکه ها باید با در نظر گرفتن این مساله تا انجا که امکان دارد مصرف انرژی کمتری داشته باشد و همچنین با توزیع مناسب بار شبکه از مصرف زودهنگام نودهایی که بار زیادی دارند جلوگیری شود. یک الگوریتم مسیریابی مناسب الگوریتمی است که در ان سطح انرژی همه نودهای شبکه به تناسب هم کاهش پیدا کند نه اینکه یک یا دو نود شبکه به سرعت انرژی از دست بدهند.

3- ارائه کیفیت سرویس (QoS)

با توجه به کاربرد شبکه و اطلاعات رد و بدل شده، ممکن است کیفیت سرویس متفاوتی مد نظر باشد. انتقال معمول داده ها در شبکه به صورت Best-Effort انجام  می شود، در حالی که برای یک عملیات real-time ممکن است تنها حداکثر معینی از تاخیر در دریافت داده ها قابل قبول باشد و یا انجام یک مکالمه صوتی و یا تصویری علاوه بر حداکثر تاخیر قابل قبول، پهنای باند مناسب نیز احتیاج داشته باشد. مصرف انرژی پارامتر بسیار مهمی در عملیات حساس می باشد. امنیت اطلاعات رد و بدل شده نیزبسیارحیاتی می باشد. با این حال ارائه کیفیت سرویس به دلیل ساختار متغیر شبکه های Ad-Hoc با مشکلات فراوانی روبرو می شود.

4-  ارائه سرویس Multicast

سرویس Multicast در بسیاری از شبکه ها که برای کاربردهای نظامی و یا امداد نجات استفاده می شوتد ضروری است، در حالی که در شبکه های Ad-Hoc به دلیل ساختار شبکه استفاده از روش های متداول بر پایه درخت1امکان پذیر نمی­باشد.

5- امنیت

امنیت در شبکه های Ad-Hoc به خصوص در شرایط نظامی بسیار حیاتی می باشد، از انجا که نود ها مکان مشخصی ندارند و مدام تغییر می کنند. هر نود مهاجمی می تواند به اسانی در شبکه نفوذ کرده و امنیت اطلاعات و یا مسیریابی کل و یا قسمتی از شبکه را مختل کند. به ویژه اینکه اکثر روش های مسیریابی کنونی در شبکه های Ad-Hoc فرض می کنند تمام نود ها قابل اعتماد هستند.

منبع : mashrooh.com