Обзор февральского, 2004 года номера журнала Computer (IEEE Computer Society, vol. 37, no. 2, February 2004)

Тема февральского номера — Ad Hoc Networks, и снова, как и в мае прошлого года (см. обзор «Изменяющийся облик сетей», «Открытые системы», № 6, 2003), налицо трудность с переводом этого термина. В прошлый раз мы называли такие сети «временными», в том смысле, что они создаются без какой-либо предварительной подготовки сетевой инфрастуктуры. Поскольку за прошедшие месяцы более удачный русский вариант не появился, продолжим использовать этот термин.

Приглашенные редакторы номера Джай Ву (Jie Wu) и Айван Стойменович (Ivan Stojmenovic) в своей заметке они отмечают, что временные сети являются ключевым фактором в развитии беспроводных коммуникаций. Самоорганизующиеся временные сети карманных компьютеров и иных носимых устройств используются в средах оказания помощи при чрезвычайных ситуациях, проведения конференций, организации взаимодействия военнослужащих и т.д. Временные сети наследуют традиционные проблемы беспроводных и мобильных коммуникаций: оптимизация пропускной способности, управление питанием, повышение качества передачи. Так называемая «многоинтервальная» (multihop) природа временных сетей и возможное отсутствие фиксированной инфраструктуры порождают новые проблемы, такие как конфигурирование сети, обнаружение устройств, поддержка топологии, а также временная адресация и самомаршрутизация.

Подборку открывает статья, которая называется «Совместный доступ к данным во временных сетях на основе кэширования» (Cooperative Cache-Based Data Access in Ad Hoc Networks). Ее авторы: Гуо Хон Као (Guohong Cao), Лиан Джонг Йин (Liangzhong Yin) и Чита Дас (Chita Das). Во временных сетях мобильные узлы осуществляют коммуникации с использованием многоинтервальных беспроводных линий связи. По причине отсутствия поддержки инфраструктуры каждый узел выступает в роли маршрутизатора, перенаправляя пакеты данных другим узлам. В большинстве предыдущих работ, посвященных временным сетям, основное внимание уделялось протоколам динамической маршрутизации, которые могут эффективно находить маршруты между двумя общающимися узлами. Однако, хотя маршрутизация — важная проблема, конечная цель временных сетей состоит в предоставлении мобильным узлам доступа к данным. Если мобильные пользователи, находящиеся вблизи от станции с ограниченной зоной действия (см. обзор «Internet без проводов», «Открытые системы», № 7-8, 2000), образуют временную сеть, то мобильный пользователь, выходящий за пределы действия этой станции, может сохранить возможность доступа к содержащимся в ней данным. Если в одном из узлов, имеющих доступ к источнику данных, имеется кэш с требуемыми данными, то этот узел может перенаправить данные мобильному пользователю, что позволяет сократить расходы пропускной способности и питания. В предлагаемых авторами методах кэширования (CachePath, CacheData и HybridCache) используются протоколы динамической маршрутизации, позволяющие преодолеть ресурсные ограничения и повысить производительность путем локального кэширования данных или уменьшить расходы памяти путем кэширования пути к данным.

Статью «Энергосберегающий мониторинг местности для сенсорных сетей» (Energy-Efficient Area Monitoring for Sensor Networks) написали Джин Карле (Jean Carle) и Дэвид Симлот-Рил (David Simplot-Ryl). Современные достижения в областях микроэлектронно-механических систем, цифровой электроники и беспроводных коммуникаций дают возможность разрабатывать дешевые, потребляющие мало энергии, многофункциональные сенсорные устройства, которые в автономном режиме могут собирать, обрабатывать и передавать информацию об окружающей среде. Сенсорные узлы посылают свои данные выделенному узлу-приемнику, но если бы все узлы общались с узлом напрямую, то коммуникационная нагрузка привела бы к быстрому исчерпанию сетевых энергетических ресурсов, поэтому сенсоры работают в самоорганизуемом режиме. Батареи сенсорного устройства не являются заменяемыми, так что энергия представляет собой наиболее важный системный ресурс. В статье описываются оптимизирующие решения трех раздельных проблем: поддержка области действия станции; широковещание от станции мониторинга ко всем доступным узлам; агрегация данных.

Авторами статьи «Пересечение уровней при разработке мобильной временной сети» (Cross-Layering in Mobile Ad Hoc Network Design) являются Марко Конти (Marco Conti), Гая Маселли (Gaia Maselli), Джованни Тури (Giovanni Turi) и Сильвия Джиордано (Silvia Giordano). Основная проблема, стоящая перед исследователями мобильных временных сетей (manet), состоит в том, что требуется достичь полной функциональности при хорошей производительности, поддерживая, в то же время, связь с оставшейся частью Internet. Технология Internet обязана своим всемирным признанием, прежде всего, стековой архитектуре; это обстоятельство навязывает аналогичное решение и для manet. Однако строгая стековая разработка недостаточно гибка для динамических сред manet. В статье описывается подход, в котором внутри стековой архитектуры допускается совместная работа протоколов разных уровней, которые совместно используют информацию о состоянии сети. Во всех прочих отношениях разделение функций между уровнями сохраняется.

Статья «Групповые коммуникации в мобильных временных сетях» (Group Communications in Mobile Ad Hoc Networks) написана Прасантом Мохапатра (Prasant Mohapatra), Чао Гуи (Chao Gui) и Джиан Ли (Jian Li). В отличие от типичных приложений Internet, в приложениях сетей manet обычно встречаются коммуникационные образцы «один-ко-многим» и «многие-ко-многим». Именно поэтому для manet-приложений очень важна эффективная поддержка групповых коммуникаций. Групповые коммуникации в среде manet не могут обеспечиваться таким же образом, как в проводной среде, поскольку у беспроводной среды передачи имеются изменяемые и непредсказуемые характеристики, а мощность и распространение сигнала меняются в зависимости от времени и окружающей обстановки. Мобильность узлов создает постоянно изменяющуюся коммуникационную топологию, в которой динамически возникают и исчезают маршруты передачи пакетов. Авторы приводят обзор протоколов групповых коммуникаций в manet. Обсуждаются общие проблемы протоколов групповых коммуникаций: надежность, энергосбережение, качество обслуживания, безопасность.

Никола Миланович (Nikola Milanovic), Мирослав Малек (Miroslav Malek), Энтони Дэвидсон (Anthony Davidson) и Вельчко Милютинович (Veljko Milutinovic) представили статью «Маршрутизация и безопасность в мобильных временных сетях» (Routing and Security in Mobile Ad Hoc Networks). В статье, главным образом, обсуждаются известные алгоритмы маршрутизации в средах manet: алгоритмы маршрутизации по запросу (on-demand routing) и алгоритмы маршрутизации по состоянию канала (link-state routing). В алгоритмах первого класса не используется широковещание; маршруты доступа к требуемому узлу определяются при возникновении потребности. В простом алгоритме динамической маршрутизации источника (Dynamic Source Routing, DSR) маршрут до требуемого узла находится путем рассылки из каждого узла специального пакета запроса маршрута во все близкие к нему узлы. Когда пакет запроса маршрута достигает узла назначения, инициируется посылка в обратном направлении служебного пакета подтверждения маршрута. В более сложном алгоритме AODVR (Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing) узел, желающий послать сообщение в узел назначения, для которого неизвестен маршрут, производит широковещательную рассылку пакета запроса маршрута. Узел назначения и узлы, которым известен маршрут до узла назначения, посылают в исходный узел пакет подтверждения маршрута. В алгоритмах второго класса используется периодический обмен служебными сообщениями, чтобы все маршруты были всегда известны. Особенность таких алгоритмов — экономное расходование пропускной способности за счет уменьшения размера и числа управляющих сообщений. В оптимизированном алгоритме маршрутизации по состоянию канала (Optimized Link-State Routing, OLSR) размер управляющих пакетов уменьшается за счет объявления только многоточечных селекторов ретрансляции, подмножества соседних линий передачи. Для сокращения трафика в OLSR используются только выбранные узлы, называемые многоточечными ретрансляторами (multipoint relay, MPR). В алгоритме TBRPF (Topology Broadcast Based On Reverse-Path Forwarding) широковещание по поводу изменения состояния канала производится через деревья источников, которые обеспечивают доступ ко всем достижимым узлам.

Название последней статьи тематической подборки — «Приоритетное мультивещание с перекрытием в мобильных временных сетях» (Prioritized Overlay Multicast in Mobile Ad Hoc Environments). Ее авторы: Ли Ксиао (Li Xiao), Абхишек Патил (Abhishek Patil), Юн Хао Лью (Yunhao Liu), Лайонел Ни (Lionel Ni) и Абдул-Хуссейн Эсфаханьян (Abdol-Hossein Esfahanian). Существует ряд протоколов маршрутизации мультивещания в manet, основанных на IP. Обычно эти протоколы очень сложны и вызывают существенные накладные расходы при наличии групп, имеющих разные приоритеты. Сегодня исследователи начали уделять наибольшее внимание протоколам мультивещания с перекрытием прикладного уровня — члены группы выполняют функции мультивещания, образуя виртуальную сеть поверх физической инфраструктуры. Описываются ранее разработанные протоколы мультивещания с перекрытием в manet, и обсуждается разработанный и реализованный авторами протокол приоритетного мультивещания с перекрытием (Prioritized Overlay Multicast, POM).

Единственная нетематическая статья номера написана известным специалистом в области объектно-ориентированного моделирования и проектирования баз данных Майклом Блахе (Michael Blaha). Ее название — «Медная пуля повышения качества программ» (A Copper Bullet for Software Quality Improvement). Одной из таких медных пуль является понятие инженерии программного обеспечения, практики тщательного обдумывания программы до момента погружения в детали кодирования. При наличии беспрецедентно большого числа неудачных проектов, для компенсации сложности исследователи должны продолжать разыскивать «медные пули». В статье предлагается опробованный автором подход к оценке качества информационных программных систем на основе обратного инжиниринга структуры баз данных. В заключение автор анализирует этические проблемы обратного инжиниринга и отмечает, что чем выше качество программных продуктов у того или иного производителя информационных систем, тем лояльнее относится эта компания к стороннему обратному инжинирингу.

Поздравляю вас всех с наступившей весной. Всего вам доброго, Сергей Кузнецов, kuzloc@ispras.ru.