Кіріспе

Сымсыз желі маршрутизациялау алгоритмі
Hazy Sighted Link State Routing Protocol (HSLS) – CUWiN Foundation ұйымы әзірлеген сымсыз желі маршрутизациялау протоколы. Бұл – желілік топологиядағы цифрлық радиоарқылы байланысатын компьютерлерге, тікелей радиобайланысы жоқ компьютерлерге хабарлама жіберуге мүмкіндік беретін алгоритм. Оның желілік жүктемесі теориялық тұрғыдан ең оңтайлы, кеңістік пен уақыт бойынша желі жаңартуларын шектеу үшін проактивті және реактивті байланыс күй маршрутизациясын пайдаланады. Оның авторы бұл протокол сымды желілерді маршрутизациялау үшін де тиімді деп санайды. HSLS протоколын BBN Technologies зерттеушілері ойлап тапты.

Тиімділік

HSLS мыңнан астам түйіндерден тұратын желілерге жақсы бейімделу үшін жасалған, ал ірі желілерде басқа маршрутизация алгоритмдерінен асып түседі. Бұл, байланыс жағдайы туралы ақпаратты тиімді тарату үшін жаңарту жиілігі мен жаңарту ауқымының сақталған тепе-теңдігі арқылы қол жеткізіледі. Традициялық әдістерден өзгеше, HSLS желідегі байланыстарын өзгертетін жылжымалы түйіндермен күресу үшін желіні байланыс жағдайы туралы ақпаратпен толтырмайды. Сонымен қатар, HSLS әрбір түйіннің желіні бірдей түсінуін қажет етпейді.

Неге байланыс-мемлекеттік протокол?

Байланыс күйінің алгоритмдері теориялық тұрғыдан тартымды, себебі олар ең тиімді маршруттарды табады, бұл беру мүмкіндігінің ысырабын азайтады. HSLS ойлап тапқандар маршруттау протоколдары негізінен үш түрлі схемаға жатады дейді: проактивті (мысалы, OLSR), реактивті (мысалы, AODV) және ең тиімді маршруттарды қабылдайтын алгоритмдер. Егер оларды график түрінде көрсетсек, желі үлкейген сайын, олар тек бір стратегияны таза қолданғанда тиімділігі төмендейді. Ең жақсы алгоритмдер орташа нүктеде орналасқан сияқты. Маршруттау туралы ақпарат "байланыс күйінің жаңартуы" деп аталады. Байланыс күйінің көшірілу қашықтығы "өмір сүру уақыты" деп аталады, ол бір түйінден келесі түйіндік қанша рет көшірілуі мүмкін екенін көрсетеді. HSLS проактивті, реактивті және ең тиімді емес маршруттау тәсілдерінің мүмкіндіктерін ең жақсы деңгейде теңестіреді деп есептеледі. Бұл стратегиялар байланыс күйінің жаңартуларын уақыт және кеңістік бойынша шектеу арқылы үйлестіріледі. Өмір сүру уақытын шектеу арқылы беру мүмкіндігінің көлемі азаяды. Проактивті маршруттау жаңартуларын жіберу уақытын шектеу арқылы бірнеше жаңарту жиналып, бір уақытта жіберілуі мүмкін, бұл беру мүмкіндігін сақтайды. Анықтама бойынша, байланыс күйінің алгоритмі қолда бар ақпаратты ең жақсы маршрутты құру үшін пайдаланады, сондықтан маршруттау қолда бар ақпарат ескере отырып, мүмкіндігінше ең тиімді болады. Ең тиімді емес маршруттау алыс түйіндер ақпаратты сирек алатынына байланысты табиғи түрде пайда болады. Проактивті жаңартуларды барынша азайту қиын мәселе. Схема екі шектеулі байланыс күйінің маршруттау алгоритмінен бейімделген. Біріншісі, "Жақын көріспен байланыс күйінің маршруттауы" кеңістік бойынша шектелген, яғни маршруттау ақпараты түйіндердің қанша секіріс арқылы берілуі мүмкін екенімен шектеледі. Екінші маршруттау алгоритмі, "Дискретті байланыс күйінің маршруттауы" маршруттау ақпаратының берілу уақытын шектейді. Оптималды жаңартудың кеңістік және уақыт бойынша әлсіреуі шамамен екіге тең болғандықтан, нәтиже – деректер үшін екі түйіндік қашықтықтағы фракталдық қуаттылығы бар мерзімді проактивті жаңарту (мысалы, 1, 2, 1, 4, 1, 2, 1, 8 қашықтықтары). Реактивті маршруттау көршілес байланысты пайдалануға тырысқанда сәтсіздікке ұшыраған жағдайда, келесі таймердің мерзімі бітіп, балама маршрутты табу үшін ақпаратты іздеуге мүмкіндік береді. Әрбір сәтсіздікке жаңадан әрекет ету, желілік түйіндердің кең аудиториясына реакцияны күшейтеді.

Қалай жұмыс істейді

Жобалаушылар осы элементтерді баптауды желідегі жалпы шығынды өлшеу арқылы бастады. Бұған маршрут жаңартуларын жіберуден және тиімсіз тарату жолдарынан туындайтын шығындар кіреді. Олардың нақты анықтамасы: «Жалпы үстеме шығын – бұл түйіндердің толық топологиялық ақпаратқа ие екендігін ескере отырып, пакеттерді ең қысқа қашықтыққа (секірулер саны бойынша) жеткізу үшін қажетті ең аз енділіктен артық қолданылған енділіктің мөлшері». Содан кейін олар бірқатар негізді болжамдар жасады және математикалық оптимизацияны қолданып, сілтеме күйінің жаңартуларын жіберу уақытын, сондай-ақ сілтеме күйінің жаңартулары қамтуы тиіс түйіндердің ауқымын анықтады. Негізінен, екеуі де уақыт өте келе екінің дәрежесімен өсуі керек. Теориялық оптималдық сан екіге өте жақын, қателігі бар болғаны 0,7% құрайды. Бұл болжамдардан туындаған қателерден әлдеқайда төмен, сондықтан екі – өте орынды сан. Қатынас үзілген кезде жергілікті маршруттау жаңартуы күштетеді. Бұл алгоритмнің реактивті бөлігі. Жергілікті маршруттау жаңартуы таймердің бітуімен бірдей әрекет етеді. Әйтпесе, соңғы жаңартудан бері өткен уақыт екі еселенген сайын, түйін маршруттау туралы ақпаратты жібереді, ол қарастыратын желілік секірулер саны екі еселенеді. Бұл белгілі бір жоғарғы шекке дейін жалғасады. Жоғарғы шек желіге жаһандық масштаб береді және жылмалы түйіндері жоқ желі үшін максималды жауап беру уақытын қамтамасыз етеді. Алгоритмде радиожелілерде жиі кездесетін, мысалы, бір бағытты сілтемелер және ескірген маршруттау кестелерінен туындайтын циклдық жіберулер сияқты жағдайларды еңсеруге арналған бірнеше арнайы мүмкіндіктер бар. Атап айтқанда, ол көрші түйінмен байланыс үзілген жағдайда барлық жіберулерді жақын орналасқан түйіндерге қайта бағыттайды. Бұл жағдайда ол өз көршілігін де қайта жібереді. Бұл өте пайдалы, себебі радиожеліде ең құнды, ұзақ қашықтықтағы сілтемелер ең нашар сенімді болып келеді.

Артықшылықтар

Желі нақты уақыт режимінде жақсы маршруттарды құрады және көптеген басқа протоколдармен салыстырғанда, желіні байланысты ұстау үшін жіберілетін хабарламалардың саны мен мөлшерін айтарлықтай азайтады. Көптеген қарапайым торлы маршруттау протоколдары сілтеме өзгерген сайын маршруттау туралы ақпаратты бүкіл желіге тарату арқылы жұмыс істейді. Алгоритм өте қарапайым. Маршруттау ақпараты мен деректерді беру орталықтандырылмаған, сондықтан жергілікті тұтану ошақтары болмай, жақсы сенімділік пен өнімділікке қол жеткізуге болады. Жүйе маршрут кестелерін сақтау үшін үлкен көлемде жадқа ие, қабілетті түйіндерді қажет етеді. Әйгілі болғандай, олардың құны үнемі төмендеп келеді. Жүйе түйіннің желіде бар-жоғын өте жылдам және салыстырмалы түрде дәл болжай алады, себебі әрбір түйінде толық, бірақ ескірген маршруттау ақпараты бар. Дегенмен, бұл түйіннің желіде екенін білумен бірдей емес. Мұндай болжам телекоммуникация сияқты тарифтік желілерді пайдалану үшін жеткілікті болуы мүмкін, бірақ қауіпсіздікке байланысты әскери немесе авиация салалары үшін жеткіліксіз болуы мүмкін. HSLS жақсы масштабталу қасиеттеріне ие. Оның жалпы жүктемесінің асимптотикалық масштабталуы стандартты байланыс күйімен салыстырылады, ол , мұндағы N – желідегі түйіндердің саны.

Сын-пікірлер

HSLS қашықтықтан жаңартуларды сирек жібергендіктен, түйіндер қашықтағы түйіннің әлі де жұмыс істеп тұрғаны туралы жаңа мәліметке ие болмайды. Бұл мәселе барлық байланыс күйі протоколдарында қандай да бір деңгейде кездеседі, себебі байланыс күйінің базасында бұрынғы құлаған түйіннен хабарлама қалуы мүмкін. Дегенмен, OSPF сияқты протоколдар құлаған түйіннің көршілерінен байланыс күйі жаңартуларын таратады, соның арқасында барлық түйіндер құлаған түйіннің жойылғаны (немесе байланыссыз қалғаны) туралы жылдам біледі. HSLS-те, бұрынғы көршілері алыс қашықтықтан хабарлама жібергенге дейін, 10 секіріш қашықтықтағы түйіннің әлі де жұмыс істеп тұрғанын және құлаған түйіннің арасын ажырату мүмкін емес. Осылайша, жоғары сенімділік қажет болатын жағдайларда HSLS сәтсіздікке ұшырауы мүмкін. HSLS-ті сипаттаған мақалалар қауіпсіздікке ерекше назар бөлмесе де, маршрутизациялық жаңартуларға цифрлық қолтаңба қою сияқты техникаларды HSLS-те қолдануға болады (OSPF-тегі цифрлық қолтаңбаларға ұқсас), ал BBN HSLS-ті көршіні анықтау хабарламалары мен байланыс күйі жаңартуларына цифрлық қолтаңба қою арқылы іске асырды. Мұндай схемалар іс жүзінде қиындықтар тудырады, себебі арнайы ортада ашық кілт инфрақұрылымы серверлеріне қол жеткізуді қамтамасыз ету мүмкін болмайды. Шамалы ғана маршрутизациялық протоколдар сияқты, HSLS-те де деректерді қорғау механизмдері қарастырылмаған. (IPsec және TLS қараңыз.)