Naming and Addressing

Naming and Addressing ارائه کننده: علی بهلولی دانشجوی دکترای کامپیوتر استاد راهنما: دکتر کمال جمشیدی 23 اردیبهشت 87 گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

Naming and Addressing • مقدمه • مدیریت نام و آدرس در شبکه حسگرها • تخصیص دهی آدرس MAC • تخصیص توزیع شده محلی • آدرس دهی جغرافیایی و مبتنی بر محتوا گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان 2

مقدمه • مفهوم نام: ابزاری برای تفکیک چیزها • مفهوم آدرس: اطلاعاتی 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(مثلا اندازه گیری یک پارامتر فیزیکی) بنابراین در این شبکه می توان به جای نام گذاری گره ها از نام گذاری داده(Data Naming) استفاده کرد. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

مقدمه • مکانیزمهای مورد نیاز • ارتباطات چند گامی • استفاده کارا از انرژی • پیکربندی خودکار • مشارکت در پردازشهای شبکه • داده محور بودن شبکه به جای آدرس محور بودن گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

انواع روش های نامگذاری و آدرس دهی • شناسه منحصر به فرد (Unique node Identifier) • این شناسه معمولا با ترکیب نام سازنده، نام محصول و شماره سریال بدست می آید. ممکن است در پشته پروتکل از این شناسه استفاده نشود • آدرس MAC • 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 پروتکل دسترسی به خط آنها به صورت رقابتی است(امکان برخورد وجود دارد) گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

انواع روش های نامگذاری و آدرس دهی • آدرس شبکه(Network Address) • از این آدرس برای جستجوی یک گره در چندین گام استفاده می شود.(معمولا برای مسیریابی) • شناسه شبکه(Network Identifier) • برای جدا سازی شبکه های جغرافیایی همپوشان که از یک باند فرکانسی استفاده می کنند ، استفاده می شود. • شناسه منابع • نامی است که برای کاربر قابل فهم است مثل نام سایتها ممکن است یک گره انواع مختلف نام و آدرس را داشته باشد گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

مدیریت آدرسها • موارد مدیریت آدرس عبارتند از: • تخصیص آدرس(Address Allocation) • در این فرایند با برداشتن آدرسی از منبع آن را به گره تخصیص می دهیم • آزاد سازی آدرس(Address 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 شده(Graceful)در این روش خود گره تقاضای آزاد سازی آدرس را اعلام میکند • آزاد سازی بدون هماهنگی(ناگهانی)(abrupt)در این روش گره از کار افتاده و باید آدرس آن آزاد گردد گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

مدیریت آدرسها • تشخیص برخورد و حل آن (Conflict detection ) • Binding • اگر در لایه 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. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

یکتایی آدرس • یکتایی آدرس شامل موارد زیر می شود • یکتایی جهانی (Globally unique) • در این مورد هدف این است که در کل جهان آدرس یکتا باشد مثل آدرس 48بیتی استفاده شده در اترنت • یکتایی در سطح شبکه(Network 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 محلی (Locally unique) • در این مورد یک آدرس می تواند چندین بار در یک شبکه تکرار شود ولی بگونه است که مشکلی ایجاد نشود گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

یکتایی آدرس • یکتایی محلی (Locally unique) • مثال 1: برای اختصاص آدرس MAC در یک شبکه کافی است تا دو گام آدرس یکتا باشد و تکراری نباشد آدرس A و C نمی تواند یکسان باشد • مثال 2: در یک شبکه حسگر که حسگرهای دما و رطوبت وجود دارند گره های دما و رطوبت می توانند آدرسهای مشابه داشته باشند گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

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 از روش مرکزی یا توزیع شده استفاده گردد • در روش توزیع شده نمی توان تضمین کرد که در شبکه همیشه یکتایی آدرس وجود دارد و ممکن است گاهی مواقع آدرس تکراری وجود داشته باشد. دو دسته روش برای کشف آدرس تکراری (Duplicate Address Detection)وجود دارد: - Strong DAD - Weak DAD گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس - Strong DAD در این روش باید تکراری بودن آدرس حداکثر به مدت T بعد از تکراری شدن آدرس کشف گردد. - Weak DAD در این روش تکراری بودن آدرس تا زمانی که مشکلی ایجاد نکند قابل تحمل است. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان 12

تخصیص آدرس • DHCP یکی از پروتکلهای تخصیص آدرس به صورت مرکزی می باشد. • معایب تخصیص آدرس به صورت مرکزی در شبکه حسگر: • باعث ایجاد ترافیک زیاد در اطراف سرورها می شود • اگر قبل از اینکه گره ای به شبکه وارد گردد شبکه دو قسمت شود ممکن است دسترسی به سرور امکان پذیر نباشد • پروتکل DHCP نیازمند از نو شدن آدرس ها می باشد تا گره های از کار افتاده کشف گردند. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

بالاسری مکانیزم آدرس دهی • هرچه تعداد بیتهای نمایش دهنده آدرس بیشتر باشد بالاسری 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 اترنت که آدرس 48 بیتی است ولی فریمها معمولا چند صد بایتی هستند گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

بالاسری مکانیزم آدرس دهی • تعداد بیتهای اختصاصی برای آدرس باید به گونه ای باشد که برای یکتا کردن آدرس در شبکه کفایت کند. مثلا برای یک شبکه حسگر با 10000 گره، 14 بیت کافی است • در صورت استفاده از یکتایی آدرس محلی تعداد بیتهای مورد نیاز کاهش می یابد. • وجود یک Trade off در کوچک کردن آدرس • کوچک کردن آدرس MAC می تواند باعث کاهش مصرف انرژی برای پکتهای داده کوچک شود ولی این کار خود نیازمند یک بالاسری است که عبارت است است مکانیزم تخصیص آدرس و مذاکره می باشد. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

بالاسری مکانیزم آدرس دهی • در یک شبکه حسگر که گره ها نسبتا ثابت هستند 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 تحرک زیادی دارند هزینه مذاکره و تخصیص آدرس ها بیشتر از ذخیره کردن بیتهای آدرس در پکتهای داده می باشد. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس MAC • در شبکه حسگر با توجه به کوچک بودن پکتهای داده مسلما برای آدرس دهی MAC از روش یکتایی جهانی استفاده نمی شود(چون بیتهای آدرس بیشتر از بیتهای داده می شود) • بنابراین باید راه حل های تخصیص آدرس پویا و توزیع شده را دنبال کرد گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص توزیع شده در سطح شبکه • ساده ترین راه حل تخصیص آدرس: هر گره به صورت تصادفی یک آدرس انتخاب کند. اگر فرض کنیم k تعداد گره ها و n تعداد آدرس های ممکن باشد آنگاه احتمال اینکه k گره آدرس تکراری انتخاب نکرده باشند به صورت زیر است: گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص توزیع شده در سطح شبکه • برای K=275 احتمال عدم برخورد بیشتر از90 درصد است ولی فقط از 1.7درصدفضای آدرس استفاده شده است گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

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. گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

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 می کند. به این همسایه initiator گفته می شود. • Initiator یک آدرس که در جدولش نیست انتخاب می کند و آن را به عنوان کاندیدا به بقیه گره ها ارسال می کنداگر گرهی از این آدرس استفاده می کرد یک پکت reject ارسال می کند در غیر اینصورت پیغام accept را ارسال می کند. اگر تمام گره های شناخته شده قبول کردند این آدرس را در جدول ثبت و برای بقیه پیغام ثبت شدن را ارسال می کند • این روش دو مرحله است و برایWSN مناسب نیست گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی • اگر ارتباط هر گره فقط با گره های همسایه باشد آنگاه می توان از آدرس محلی استفاده کرد • همسایه ها سه دسته می شوند: • Bidirectional:اگر هر دو صدای یکدیگر را بشنوند • Inbound:اگر گره، صدای همسایه را بشنود ولی عکسش درست نباشد • :Outbound :اگر گره، صدای همسایه را نشنود ولی عکسش درست باشد گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی • گره های E,F برای A، Inbound هستند • گره های D,C برای A، Outbound هستند • گره های H,G برای A، Bidirectional هستند گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی • آدرسهای A و B باید متفاوت باشند • آدرس A باید با W,X,Y,Z متفاوت باشد • آدرس B باید با E,F,G,H متفاوت باشد • آیا آدرس B و C باید متفاوت باشد؟ • اگر ارتباط حتما باید دو طرفه باشد، نیاز به متفاوت بودن نیست گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی خلاصه: با فرض تعریف شدن ارتباط دو گره به صورت دوطرفه آنگاه فقط لازم است گره های همسایه که ارتباط دوطرفه دارند دارای آدرسهای متفاوت باشند گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

تخصیص آدرس به صورت توزیع شده به صورت محلی مراحل آدرس دهی محلی توزیع شده گره A یک پکت Hello برای همسایه ها می فرستد. آنهایی که در ارتباط دوطرفه و Outbound هستند دریافت می کنند گره هایی که ارتباط دو طرفه دارند لیست همسایه های دوطرفه را می فرستند و A با توجه به آنها آدرس برای خود انتخاب می کند گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

آدرس دهی بر مبنای محتوا • شبکه اینترنت یا شبکه های ادهاک اجازه می دهند که کاربران به صورت مجزا از هم به تبادل اطلاعات بپردازند و گره ها از یکدیگر مستقلند • در شبکه حسگرها گره ها با یک پدیده فیزیکی در ارتباطند بنابراین گره ها مستقل از یکدیگر نیستند • کاربر شبکه حسگر از شبکه انتظار دارد که در مورد پارامتر فیزیکی که شبکه با آن در ارتباط است اطلاعاتی کسب کند • مثلا از شبکه بخواهد متوسط دمای اتاق 101 را نمایش دهد • این که سنسورهای شماره x,y,z فلان دما را اندازه گیری می کنند مهم نیست گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

آدرس دهی بر مبنای محتوا بنابراین بهتر است نام گذاری برحسب داده ای باشد که کاربر نیاز دارد نه خود گره ها در شبکه IP نیز برای راحتی کاربران از اسامی برای مشخص کردن گره ها استفاده می شود که توسط DNS این اسامی به عدد تبدیل می شود. در شبکه حسگرها این عمل تبدیل را نیز می توان حذف کرد که اصطلاحا Data centric addressing نامیده می شود. آدرس دهی جغرافیایی نوعی از این شیوه آدرس دهی می باشد. آدرس دهی بر مبنای محتوا نمی تواند جایگزین آدرس MAC شود بلکه در لایه شبکه می تواند برای مسیریابی مورد استفاده قرار گیرد گروه تحقیقاتی شبکه سنسورهای بیسیم دانشگاه اصفهان

Naming and Addressing