רשת תקשורת מיידית היא רשת אשר אינה דורשת ציוד או ניהול מרכזיים ברמת התשתית ונוצרת באופן מיידי ע”י הקמת תקשורת בין שתי יחידות או יותר. ברגע שנוצרת רשת זו, יכולים להתחבר אליה בצורה דינמית התקנים נוספים שיתקשרו ישירות ביניהם או דרך התקנים אחרים ברשת בטופולוגית Mesh. היותה של הרשת ניידת ומשתנה מאפשרת שימושים לאפליקציות שונות ומתקדמות.
שימושים
רשתות Mesh מיידיות וניידות יכולות לשמש לאזורים מוכי אסון או לאזורים בהם אין היגיון כלכלי או יכולת לפרוס תשתית קבועה, באוויר, בים או ביבשה:
דוגמאות לרשתות באוויר יכולות לכלול תקשורת בין כלי אוויר וקרקע כולל מזל”ט בעל מצלמה המשדר לכמה נקודות במקביל (Broadcast).
רשתות ימיות יכולות לכלול תחנות חוף ומשמר חופים, אוניית אם וספינות משמר בסביבתה בלב ים או אתרי קידוח נפט וגז לקבלת תקשורת בין כל כלי השיט השונים כולל מסוקים לתקשורת מעבר לאופק.
בתחום הקרקעי רשתות מיידיות יכולות לאפשר לנהג קטר לראות את מפגש המסילה הקרוב או לאפשר פיקוח על אזורים שוממים כמו למשל גבולות בין מדינות. זאת כאשר רוחבי הפס הנתמכים על ידי הרשתות המיידיות מאפשרים העברת וידאו באיכות גבוהה (HD) למרכזי הבקרה וזאת ללא צורך בתשתית לאורך הגבול. בתחום הביטחון האזרחי ואירועי טרור, ניתן ליצור מערכת שליטה ובקרה באופן מיידי שמשלבת את כל הכוחות הפועלים באזור האירוע ללא הסתמכות על תשתיות התקשורת האזרחית (שבהרבה מקרים נפגעות או קורסות גם הן).
איור 1 טופולגיית רשת Mesh
איור 2 חלוקה לאשכולות ברשת Mesh
אתגרים
האתגרים בהקמת רשת מיידית ללא שום הכנה או תשתית מוקדמת הינם רבים וקיימים בכל שכבות הרשת. ברמת ה-RFהאתגרים הינם במציאת שותפים לרשת, בהקמת תקשורת ללא הפרעה ליחידות או רשתות אחרות באזור ובתחזוקת ערוץ תקשורת יציב בין היחידות השונות ברשת כל זאת תוך שמירה על תקשורת עם מינימום שגיאות. אתגרים קיימים גם ברמת הניהול והבקרה (Control Plane) של הרשת הבנויה בטופולוגיה שטוחה כמו גם אתגרים במישור הנתונים (Data Plane) ופרוטוקולי הניתוב (Routing) אשר דורשים טיפול מהיר ודינאמי על מנת לעמוד בדרישות לאיכות השירות (QoS) של השירותים.
ברשת תקשורת Mesh ניידת האתגר אף גדול יותר מעצם היותה טופולוגיה שמשתנה בזמן, חיבוריות וקישוריות אשר משתנים במהרה תוך כדי שמירה על איכות השירות (QoS) בנוסף לטיפול בממסרים (Relays) לאפשר חיבוריות לא ישירה בין יחידות כמו גם ב-Gateways לתקשורת חיצונית.
אתגר נוסף הינו לאפשר תעבורה לתנועת IP/VLAN/Ethernet בשקיפות מלאה, דבר המצריך תמיכה בתת-שכבת ה-Ethernet , שכבה שאינה קיימת כיום ברוב מערכות התקשורת הסלולריות. ומעבר לכל החשיבות הרבה הינה ביכולת האבטחה וההצפנה באוויר כמו גם זיהוי המשתמשים.
רשת ה-Mesh נוצרת למעשה ע”י המשתמשים בה וכל יחידה שנכנסת לאזור גיאוגרפי מסוים יודעת לזהות את שכניה, ליצור רשת חדשה או להצטרף לרשת קיימת. הרשת היא דינמית שמשתנה כל הזמן ומתחזקת את עצמה באופן קבוע.
טופולוגיות
בטופולוגית ה-Mesh החיבוריות אפשרית בין כל האלמנטים ברשת, בין אם בצורה ישירה ובין אם בצורה עקיפה דרך ממסר. תת קבוצה של טופולוגית Mesh הינה Multi-Point to Multi-Point שם כל יחידה מתקשרת עם כל היחידות האחרות באופן ישיר ללא ממסר. היכולת של יחידה להיות ממסר לכמה אלמנטים בכל רגע נתון ובו בזמן לאפשר תעבורה מקומית מהווה נדבך חשוב בטופולוגית ה-Mesh המתקדמת.
ברשת זו נהוג להגדיר יחידה מרכזית אחת לבקרה ליעילות הרשתית (אשר ניתנת להיות מגובה ביחידה אחרת). אותה יחידה מרכזית קרויה רכז וירטואלי (Virtual Concentrator) אשר מאפשר חיבוריות בין כל הצמתים ברשת כאשר כמות הקפיצות (hops) ממנה לנקודות אחרות מגדירה את הסיבוכיות של הרשת.
בנוסף, רשת Mesh ניתנת לחלוקה לאשכולות (Clusters) וכאן קיימים אתגרים נוספים כגון מעבר אלמנטים בין אשכולות, איחוד ופירוק והקמה של אשכולות והתקשורת ביניהם כמתואר באיור 2.
מפאת דינמיות הרשת כל יחידה אמורה לפעול אוטומטית כתלות בתוכנה בלבד, בכל אחד מאופני הפעולה כראש אשכול יחידת ממסר או יחידת משתמש.
למערכת תקשורת אלחוטית מיידית וניידת Mesh יתרונות רבים:
אין צורך בתשתית של תחנות בסיס או של ציוד רשת בשדרה הראשית (backbone)
הרשת נוצרת ומוגדרת באופן אוטומטי ומשתנה בהתאם
הרשת פשוטה וקלה להפעלה וכל היחידות זהות זו לזו
גמישות ויתירות – החיבוריות המלאה מאפשר הגעת נתונים והמשך התקשורת בין שאר היחידות גם אם אחת היחידות יצאה מכלל פעולה
שיפור ה-Delay ע”י קישוריות ישירה בין יחידות כמענה לשירותי זמן-אמת (Real Time)
כמו גם שיפור היעילות הספקטראלית
רשת שטוחה ופשוטה ללא הירארכיות עם יעילות ספקטראלית משופרת
אופטימלית לכמות של מאות בודדות של משתמשים
תקשורת מאובטחת
למרות היותה של רשת Mesh עצמאית, מאחר שכל יחידה הינה גם IP Gateway לעולם החיצון, היחידה מאפשרת חיבוריות של הרשת לתקשורת סלולרית 3G/Wi-MAX/LTE/Satellite או קווית אחרת.
הקמה וניטור של רשת Mesh
אחת השיטות לניטור ברשת Mesh הינה בחירה של רכז וירטואלי או מנהיג מבוזר. רכז זה נבחר ע”י אלגוריתם בחירה מתקדם שמאפשר את שיתוף הערוץ ואת התזמון ברשת.
בד”כ עבור רשתות של עשרות משתמשים, הרכז הווירטואלי נבחר באופן שבו קיימת קפיצה אחת (שני לינקים) ממנו ליחידה הכי מרוחקת, זאת הינה הדרך האופטימלית לניהול יעיל של תעבורה מידע (ומאפשרת למעשה קישוריות של 4 לינקים מקצה לקצה), מחקרים עדכניים מראים שמעבר לכך יעילות הרשת יורדת.
אותו רכז וירטואלי משתנה על-פני הזמן כתוצאה משינוי הטופולוגיה ברשת, כאשר התעבורה ברשת פועלת ע”י אשר מאפשר חיבוריות ברמה של Layer 2&3 עם שינוי החיבור הלוגי בין היחידות.
ישנם כמה סוגי אלגוריתמים לבחירת המנהיג, האלגוריתם הפשוט הינו מסדר של N בריבוע אך הינו האיטי יותר בזמן החישוב, בעוד שהאלגוריתם המהיר יותר מבחינת זמן ההתכנסות למציאת המנהיג הינו מסדר של , דבר המקנה לאותו המנהיג יכולת לטפל במאות משתמשים ולמרחקים ארוכים עם טופולוגיות מורכבות.
הרכז הווירטואלי משתמש בשיטות חיזוי להקמת טופולוגיה אופטימלית מהיבט של בקרת עומסים Load balancing, מקסום התעבורה כמו גם עמידה בדרישות ה-QoS. הוא מהווה את היחידה הראשית של הבקרה של הרשת ברמה של ניתוב (Routing), תזמון (Scheduling) והצפנה (Encryption), החלפת מנהיג ובחירתו מחדש מותנית במיקומו הגיאוגרפי, בשרידות שלו ובתנאי הערוץ שלו.
ניתוב – אותו רכז מבצע החלטות על הניתוב ברשת, מבצע אופטימיזציה לניתוב וליעילות התעבורה תחת דרישות איכות השירות QoS. כמו כן הוא מאפשר התקשרות peer-to–peer ישירות מיחידה ליחידה.
תזמון – התזמון (Scheduling) מבוסס על פי דרישת רוחב סרט וההשהיה על מנת להשיג רוחב סרט מקסימלי עבור השילוב של ה-QoS הנפוצים:
רוחב סרט מובטח קבוע
– רוחב סרט מובטח משתנה ודינמי לזמן אמת
– רוחב סרט משתנה אך אינו מובטח
הצפנה וזיהוי – ההצפנה מאפשרת את קידוד האות המועבר באוויר (הן ברמת הנתונים והן ברמת אותות הבקרה) ומניעת אפשרות האזנה לרשת, כאשר הזיהוי מאפשר את אימות היחידה הנכנסת לרשת ע”י שימוש במפתחות הצפנה למשל.
סיכום
רשת Mesh ניידת ומיידית מאפשרת חיבוריות מלאה בין כל יחידות המערכת, בצורה מיידית ואינה דורשת ציוד או ניהול מרכזיים ברמת התשתית. בכך היא מאפשרת תקשורת אמינה ורחבת סרט ופותחת אפשריות לאפליקציות רבות ומגוונות בים באוויר וביבשה בתחומים האזרחיים והביטחוניים.
מאת: גלעד ים, מוביליקום בע”מ.
גלעד ים BSc.EE MBA הינו מנהל מוצרים ושיווק בחברת מוביליקום בע”מ
