دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه

1/28

Naming and Addressing

ارائه کننده: علی بهلولیدانشجوی دکترای کامپیوتر

استاد راهنما: دکتر کمال جمشیدی

87 اردیبهشت 23

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 2/282

Naming and Addressing

مقدمهمدیریت نام و آدرس در شبکه حسگرها تخصیص دهی آدرسMACتخصیص توزیع شده محلیآدرس دهی جغرافیایی و مبتنی بر محتوا

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 3/28

مقدمه

مفهوم نام: ابزاری برای تفکیک چیزهامفهوم آدرس: اطالعاتی برای یافتن )جستجو( چیزها این دو مفهوم همیشه جدا از هم نیستند و گاهی یک

چیزند در شبکه اینترنت و شبکه ادهاک گره ها به صورت

مستقل هستند ولی در شبکه حسگرها گره ها مستقل نیستند و با هم همکاری دارند تا به هدف خود برسند)مثال اندازه گیری یک پارامتر فیزیکی( بنابراین در این شبکه می توان به جای نام گذاری

( استفاده Data Namingگره ها از نام گذاری داده)کرد.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 4/28

مقدمه

مکانیزمهای مورد نیازارتباطات چند گامیاستفاده کارا از انرژیپیکربندی خودکارمشارکت در پردازشهای شبکه داده محور بودن شبکه به جای آدرس محور

بودن

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 5/28

انواع روش های نامگذاری و آدرس دهی

( شناسه منحصر به فردUnique node Identifier) این شناسه معموال با ترکیب نام سازنده، نام

محصول و شماره سریال بدست می آید. ممکن است در پشته پروتکل از این شناسه استفاده نشود

آدرسMAC از این آدرس برای تشخیص همسایه هایی از گره

که در فاصله یک گامی آن قرار دارند استفاده می گردد.

این آدرس برای شبکه هایی مهم است که پروتکلدسترسی به خط آنها به صورت رقابتی

است)امکان برخورد وجود دارد(

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 6/28

انواع روش های نامگذاری و آدرس دهی

(آدرس شبکهNetwork Address) از این آدرس برای جستجوی یک گره در چندین

گام استفاده می شود.)معموال برای مسیریابی((شناسه شبکهNetwork Identifier)

برای جدا سازی شبکه های جغرافیایی همپوشان که ازیک باند فرکانسی استفاده می کنند ، استفاده می شود.

شناسه منابع کاربر قابل فهم است مثل نام براینامی است که

سایتهاممکن است یک گره انواع مختلف نام و آدرس را داشته

باشد

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 7/28

مدیریت آدرسها:موارد مدیریت آدرس عبارتند از(تخصیص آدرسAddress Allocation)

در این فرایند با برداشتن آدرسی از منبع آن را بهگره تخصیص می دهیم

(آزاد سازی آدرسAddress De allocation) .در این فرایند آدرس گره را به منبع برمی گردانیم

از این فرایند در مواردی استفاده می شود که حوزه آدرس محدود باشد.

(آزاد سازی از قبل هماهنگ شدهGraceful در این)روش خود گره تقاضای آزاد سازی آدرس را اعالم

میکند()ناگهانی(آزاد سازی بدون هماهنگیabrupt در این)

روش گره از کار افتاده و باید آدرس آن آزاد گردد

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 8/28

مدیریت آدرسها

( تشخیص برخورد و حل آنConflict detection )

Binding اگر در الیه های مختلف از آدرس های مجزایی

استفاده شود باید بتوان این آدرس ها را به یکدیگر نگاشت کرد.

تمام شیوه های مدیریت آدرس در شبکه حسگرها با مساله جداشدن شبکه به چند

قسمت و تلفیق چند شبکه با یکدیگر مواجه هستند.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 9/28

یکتایی آدرسیکتایی آدرس شامل موارد زیر می شود( یکتایی جهانیGlobally unique)

در این مورد هدف این است که در کل جهان آدرسبیتی استفاده شده در اترنت48یکتا باشد مثل آدرس

(یکتایی در سطح شبکهNetwork Wide unique) در این مورد آدرس در یک شبکه مورد نظر باید یکتا

باشد و این آدرس ممکن است در شبکه دیگری نیز وجود داشته باشد

( یکتایی محلیLocally unique) در این مورد یک آدرس می تواند چندین بار در یک

شبکه تکرار شود ولی بگونه است که مشکلی ایجاد نشود

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 10/28

یکتایی آدرس

( یکتایی محلیLocally unique) برای اختصاص آدرس 1مثال :MAC در یک

شبکه کافی است تا دو گام آدرس یکتا باشد و تکراری نباشد

نمی تواند یکسان باشدC و Aآدرس در یک شبکه حسگر که حسگرهای دما 2مثال :

و رطوبت وجود دارند گره های دما و رطوبت می توانند آدرسهای مشابه داشته باشند

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 11/28

تخصیص آدرس فرایند تخصیص آدرس می تواند از قبل )هنگام

ساخت(باشد یا اینکه بر حسب تقاضا هنگام کار شبکه صورت گیرد

در تخصیص آدرس بر حسب تقاضا، ممکن است ازروش مرکزی یا توزیع شده استفاده گردد

در روش توزیع شده نمی توان تضمین کرد که در شبکههمیشه یکتایی آدرس وجود دارد و ممکن است گاهی

مواقع آدرس تکراری وجود داشته باشد. دو دسته روش Duplicate Addressبرای کشف آدرس تکراری )

Detection:وجود دارد) - Strong DAD

- Weak DAD

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 12/2812

تخصیص آدرس - Strong DAD

در این روش باید تکراری بودن آدرس حداکثر بعد از تکراری شدن آدرس Tبه مدت

کشف گردد. - Weak DAD

در این روش تکراری بودن آدرس تا زمانی که مشکلی ایجاد نکند قابل تحمل است.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 13/28

تخصیص آدرس

DHCP یکی از پروتکلهای تخصیص آدرس به صورت مرکزی می باشد.

معایب تخصیص آدرس به صورت مرکزی درشبکه حسگر:

باعث ایجاد ترافیک زیاد در اطراف سرورها میشود

اگر قبل از اینکه گره ای به شبکه وارد گرددشبکه دو قسمت شود ممکن است دسترسی به

سرور امکان پذیر نباشد پروتکلDHCP نیازمند از نو شدن آدرس ها می

باشد تا گره های از کار افتاده کشف گردند.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 14/28

باالسری مکانیزم آدرس دهی

هرچه تعداد بیتهای نمایش دهنده آدرس بیشترباشد باالسری نیز زیاد تر و در شبکه حسگرها

انرژی بیشتری مصرف می شود. در پروتکل هایی که ارتباط به صورت یک لینک

تعیین شده از قبل بین گره های همسایه است نیازی به آدرس دهی نیست مثل پروتکلهای

TRAMA و AMACS تعداد بیتهای آدرس باید به گونه ای باشد که

نسبت به کل پکت قابل صرف نظر باشد مثل بیتی است ولی فریمها 48اترنت که آدرس

معموال چند صد بایتی هستند

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 15/28

باالسری مکانیزم آدرس دهی تعداد بیتهای اختصاصی برای آدرس باید به گونه ای

باشد که برای یکتا کردن آدرس در شبکه کفایت کند. بیت 14 گره، 10000مثال برای یک شبکه حسگر با

کافی است در صورت استفاده از یکتایی آدرس محلی تعداد بیتهای

مورد نیاز کاهش می یابد. وجود یکTrade off در کوچک کردن آدرس کوچک کردن آدرسMAC می تواند باعث کاهش

مصرف انرژی برای پکتهای داده کوچک شود ولی این کار خود نیازمند یک باالسری است که عبارت است است مکانیزم تخصیص آدرس و مذاکره می باشد.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 16/28

باالسری مکانیزم آدرس دهی

در یک شبکه حسگر که گره ها نسبتا ثابتهستند و حرکتی ندارند مسلما پروتکل آدرس دهی فقط یک بار در ابتدا ویا گاه گاهی برای

اضافه شدن گره جدیدیا حذف شدن گره اتفاق می افتد. در چنین شبکه ای ذخیره کردن بیتهای

آدرس در پکتهای داده هزینه تر از پروتکلهای مذاکره می باشد.

برعکس در یک شبکه حسگر که گره ها تحرکزیادی دارند هزینه مذاکره و تخصیص آدرس ها بیشتر از ذخیره کردن بیتهای آدرس در پکتهای

داده می باشد.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 17/28

MACتخصیص آدرس

در شبکه حسگر با توجه به کوچک بودن MACپکتهای داده مسلما برای آدرس دهی از روش یکتایی جهانی استفاده نمی

شود)چون بیتهای آدرس بیشتر از بیتهای داده می شود(

بنابراین باید راه حل های تخصیص آدرس پویاو توزیع شده را دنبال کرد

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 18/28

تخصیص توزیع شده در سطح شبکه

ساده ترین راه حل تخصیص آدرس: هر گرهبه صورت تصادفی یک آدرس انتخاب کند.

تعداد n تعداد گره ها و kاگر فرض کنیم kآدرس های ممکن باشد آنگاه احتمال اینکه گره آدرس تکراری انتخاب نکرده باشند به

صورت زیر است:

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 19/28

تخصیص توزیع شده در سطح شبکه

برایK=27590 احتمال عدم برخورد بیشتر از درصدفضای آدرس 1.7درصد است ولی فقط از

استفاده شده است

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 20/28

تخصیص توزیع شده در سطح شبکه

:راه حل برای جلو گیری از برخورد آدرس ها هر گره به همسایه هایش گوش دهد و -

آدرسی انتخاب کندکه بقیه استفاده نکرده اند هر گره یک آدرس تصادفی انتخاب و یک -

پکت کنترلی تقاضای آدرس تولید کند که حاوی آدرس تصادفی باشد و آن را برای همه

ارسال می کند اگر گرهی با آدرس تصادفی فوق موجود بود پاسخ می دهد اگر نبود و

پاسخی دریافت نکرد همین آدرس را برای خودش انتخاب می کند.

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 21/28

تخصیص توزیع شده در سطح شبکه

به مساله تخصیص آدرس به عنوان یک توافق توزیع-شده نگاه شود در اینصورت راه حل به این صورت

خواهد بود: گره با همسایه اش تماس برقرار می کند و تقاضای آدرس

گفته می شود.initiatorمی کند. به این همسایه Initiator یک آدرس که در جدولش نیست انتخاب می کند و

آن را به عنوان کاندیدا به بقیه گره ها ارسال می کنداگر ارسال rejectگرهی از این آدرس استفاده می کرد یک پکت

را ارسال می کند. acceptمی کند در غیر اینصورت پیغام اگر تمام گره های شناخته شده قبول کردند این آدرس را در جدول ثبت و برای بقیه پیغام ثبت شدن را ارسال می

کنداین روش دو مرحله است و برایWSNمناسب نیست

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 22/28

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی

اگر ارتباط هر گره فقط با گره های همسایهباشد آنگاه می توان از آدرس محلی استفاده

کرد:همسایه ها سه دسته می شوندBidirectional اگر هر دو صدای یکدیگر را:

بشنوندInbound اگر گره، صدای همسایه را بشنود:

ولی عکسش درست نباشد:Outbound اگر گره، صدای همسایه را نشنود:

ولی عکسش درست باشد

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 23/28

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی

گره های E,F برای A، Inboundهستند گره هایD,C برای A، Outboundهستند گره هایH,G برای A، Bidirectionalهستند

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 24/28

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی

آدرسهایA و Bباید متفاوت باشند آدرسA باید با W,X,Y,Zمتفاوت باشد آدرسB باید با E,F,G,Hمتفاوت باشد آیا آدرسB و Cباید متفاوت باشد؟ اگر ارتباط حتما باید دو طرفه باشد، نیاز به

متفاوت بودن نیست

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 25/28

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی

خالصه: با فرض تعریف شدن ارتباط دو گرهبه صورت دوطرفه آنگاه فقط الزم است

گره های همسایه که ارتباط دوطرفه دارند دارای آدرسهای متفاوت باشند

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 26/28

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی

مراحل آدرس دهی محلی توزیع شده

گرهA یک پکت Hello برای همسایه ها می فرستد. آنهایی که در ارتباط دوطرفه و

Outboundهستند دریافت می کنند گره هایی که ارتباط دو طرفه دارند لیست

با Aهمسایه های دوطرفه را می فرستند و توجه به آنها آدرس برای خود انتخاب می کند

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 27/28

آدرس دهی بر مبنای محتوا شبکه اینترنت یا شبکه های ادهاک اجازه می دهند

که کاربران به صورت مجزا از هم به تبادل اطالعات بپردازند و گره ها از یکدیگر مستقلند

در شبکه حسگرها گره ها با یک پدیده فیزیکی درارتباطند بنابراین گره ها مستقل از یکدیگر نیستند

کاربر شبکه حسگر از شبکه انتظار دارد که در موردپارامتر فیزیکی که شبکه با آن در ارتباط است

اطالعاتی کسب کند را 101مثال از شبکه بخواهد متوسط دمای اتاق

نمایش دهد این که سنسورهای شمارهx,y,z فالن دما را اندازه

گیری می کنند مهم نیست

دان بیسیم سنسورهای شبکه تحقیقاتی گروهاصفهان شگاه 28/28

آدرس دهی بر مبنای محتوا بنابراین بهتر است نام گذاری برحسب داده ای باشد که

کاربر نیاز دارد نه خود گره ها در شبکهIP نیز برای راحتی کاربران از اسامی برای

DNSمشخص کردن گره ها استفاده می شود که توسط این اسامی به عدد تبدیل می شود.

در شبکه حسگرها این عمل تبدیل را نیز می توان حذف نامیده می شود.Data centric addressingکرد که اصطالحا

آدرس دهی جغرافیایی نوعی از این شیوه آدرس دهی میباشد.

آدرس دهی بر مبنای محتوا نمی تواند جایگزین آدرسMAC شود بلکه در الیه شبکه می تواند برای مسیریابی

مورد استفاده قرار گیرد