Koncept ad hoc komunikacionih mreža za povezivanje senzora u okviru komandno-informacionih sistema Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Dmitar Stevanovic,

KONCEPT AD HOC KOMUNIKACIONIH MREZA ZA POVEZIVANJE SENZORA U OKVIRU KOMANDNO-INFORMACIONIH SISTEMA

potpukovnik, dipl. inz.

dr Miljko Eric,

pukovnik, dipl. inz.

Vojnotehnicki institut,

Beograd

profesor dr Dusan Starcevic,

dipl. inz.

Fakultet organizacionih nauka, Beograd

UDC: 623.611 : 681.324

Rezime:

U radu je razmatrana mogucnost primene ad hoc mobilnih komunikacionih mreza za povezivanje senzorskih sistema, kao cvornih izvora informacija i kao cvornih elemenata ko-munikacione mrezne infrastrukture u okviru komandno-informacionog sistema. Korak u evo-luciji bezicnih komunikacija predstavljaju ad hoc mreze koje se javljaju u obliku grupa pre-nosnih racunara, mobilnih telefonskih uredaja, personalnih digitalnih asistenta i slicnih ko-risnickih uredaja, kao i u obliku mreze autonomnih elektronskih senzorskih uredaja. Osnov-nu karakteristiku svake ad hoc mreze predstavlja uspostavljanje komunikacije izmedu mre-znih cvorova bez unapred postavljene fiksne mrezne infrastrukture. Umesto mreze fiksnih cvorova i baznih stanica, karakteristicnih za postojecu bezicnu mreznu infrastrukturu, nosi-lac komunikacije postaje mreza cvornih sofisticiranih senzorskih uredaja — stanica. Moguc-nost eliminisanja potrebe fiksne komunikacione infrastrukture u sistemima obezbedenja i kontrole teritorije od izuzetnog je znacaja u vojnim primenama, posebno sa aspekta pripre-me i vodenja savremenih operacija. Pracenje situacije u vazdusnom prostoru na osnovu vi-zuelnih osmatrackih i zvukometrijskih stanica, senzorska zastita objekata i prostora i priku-pljanje relevantnih informacionih podataka predstavljaju samo neke od primera prakticne primene ad hoc mreza.

Kljucne reci: bezicne mreze, bezicne racunarske mreze, ad hoc mreze, senzorske mreze.

A CONCEPT OF AD HOC COMMUNICATION NETWORKS FOR THE SENSORS NETWORKING IN COMMAND CONTROL SYSTEMS

The application possibility of ad hoc mobile communication network for connecting sensor systems, as node sources of information and as node elements of communication network's infrastructure, in command information system is presented in this paper. The next step in wireless communication evolution is ad hoc networks, which appear in the form of groups of mobile computers, mobile phone devices, personal digital assistants and in the form of a network of autonomy electronically sensors devices. The basic characteristic of every ad hoc network is establishing communication between network nodes without fixed network infrastructure, established in advance. Instead of fix network nodes and basic stations, that are typical of available wireless networks infrastructure, network of nodes of sophisticated sensors devices (stations) became most important for communication. Possibility of eliminating the need for fixed communication infrastructure in security systems and systems for territory control, is very important in military, especially for the preparation and leading of modern operations. Some of the examples for practical application of ad hoc networks are: air surveillance system based on visual surveillance and acoustic-metric stations, sensor systems for protection of objects and space and collection of relevant information data.

Key words: wireless networks, computer networks, ad hoc networks, sensor networks.

Summary:

Uvod

Komandno-informacioni sistemi na taktickom nivou oslanjaju se na korisce-nje radio-komunikacija i razvijenu mre-znu infrastrukturu. Pouzdanost sistema je povecana uvodenjem novih tehnika pre-nosa (prenos u prosirenom spektru DS, FH) ali je jos uvek zavisna od funkcioni-sanja mrezne infrastrukture i postaje veo-ma nesigurna i ranjiva na izvidanje i ometanje u toku priprema i izvodenja operacija. U novije vreme, napretkom novih komunikacionih i informacionih tehnologija pojavljuju se novi koncepti komunikacionih struktura koje su robust-nije, pouzdanije i fleksibilnije (samoor-ganizujuce), posebno u taktickim i opera-tivnim uslovima upotrebe, u kojima po-sebno mesto dobijaju bezicne ad hoc ko-munikacione mreze.

U protekloj deceniji, jedno od naja-traktivnijih poglavlja u racunarskoj teh-nologiji i komunikacijama predstavljale su bezicne tehnologije, koje su za vrlo kratko vreme privukle brojne korisnike, pretrpele brojne modifikacije i transfor-macije ukljucujuci i implementaciju be-zicnog Interneta [1]. Osnovu popularno-sti bezicnih mreza donela je pogodnost njihovog koriscenja, mobilnost ucesnika i prihvatljiva cena realizacije bezicnih mreza. Osnovno sredstvo, odnosno sve sto je potrebno za povezivanje na racu-narsku mrezu postaje „laptop" racunar, personalni digitalni asistent (PDA), mo-bilni telefon...

Sta je to sto su donele nove tehnologi-je u pogledu racunarskih mreza? Bezicne mreze slicne su drugim racunarskim mre-zama - omogucavaju prikljucenje racunara i racunarski upravljanih uredaja na racu-

narsku mrezu. Osnovna razlika je u nacinu konekcije, nema potrebe za uspostavlja-njem fizicke zicane konekcije, nema raz-vlacenja kablova. Promenjen je prenosni medijum - sve bezicne tehnologije koriste radijski deo elektromagnetnog spektra. Iz-ostanak fizicke konekcije omogucio je ko-risnicima da se krecu u prostoru i da rade kako zele uz pun pristup racunarskoj mre-zi. Naravno, ova pogodnost donela je s druge strane povecane probleme u koncep-tu sigurnosti i zastite podataka. Za razliku od zicanih mreza koje mogu biti fizicki za-sticene i sa lako izvodljivom kontrolom pristupa, bezicne mreze se vrlo tesko stite. Prenosni medijum je otvoren za proizvo-ljan pristup, i paketi podataka su dostupni svima koji raspolazu potrebnom opemom da iz radio-signala prihvate podatke i deko-duju informaciju. Sva zastita informacija pociva na kriptovanju sto s jedne strane utice na povecanje cene realizacije mreze, a s druge strane utice na smanjenje ukup-nih performansi mreze [2]. Pokretljivost ucesnika prouzrokuje jos jedan problem koji nije bio prisutan u zicnim mrezama, a to je problem autonomnog napajanja elek-tricnom energijom elemenata mreze, i iz-nalazenja novih tehnologija konzervisanja energije, „inteligentnih" algoritama potro-snje i „stedljivih" potrosaca [3].

Klasifikacija bezicnih mreza

Bezicne mreze se mogu klasifikova-ti u dve osnovne kategorije [4]:

- infrastrukturno zasnovane bezicne mreze:

- celularne mobilne mreze (mo-bilna telefonija),

- bezicne racunarske mreze;

- ad hoc bezicne mreze kao mreze koje ne zahtevaju bilo kakvu infrastruk-turu za rad:

- mobilne ad hoc mreze,

- senzorske ad hoc mreze (mreze autonomnih senzorskih uredaja).

Bezicne racunarske mreze mogu se podeliti u tri osnovne grupe.

Bezicne mreze na daljinu (Wireless Wide Area Network - WWAN), koje po-krivaju relativno velike geografske prostore i koriste radio i satelitske linkove. Obic-no se koriste za pokrivanje velikih univer-zitetskih centara i gradova. U principu su fleksibilnije, jednostavnije za instaliranje i odrzavanje, i jeftinije po ceni prikljucka nego tradicionalne zicne mreze.

Lokalne bezicne mreze (Local Area Network - WLAN) omogucavaju da ra-cunari na jednoj geografskoj lokaciji dele informacije i zajednicke uredaje (stampa-ci, baze podataka). Omoguceni su isti servisi kao i u zicnim mrezama. Imaju niz prednosti u odnosu na zicni LAN -mobilnost, fleksibilnost, skalabilnost, br-zina protoka, jednostavnost i smanjenje troskova instalacije. Neophodne su u si-tuacijama kada, zbog arhitektonskih, ge-ografskih ili drugih razloga, nije moguce ostvariti druge nacine formiranja mreze. U osnovi, bezicne mreze zahtevaju odre-denu infrastrukturu: bezicne PC kartice u umrezenim racunarima, pristupnu tacku (Access point), bezicni PC adapter i mre-znu konekciju za pristupnu tacku. Po-trebna je samo jedna pristupna tacka za jednu WLAN konekciju. Ogranicavajuci faktor primene je relativno kraci domet veze (30-300 m) i frekvencijski opseg. Ako je potrebno premostiti veca rastoja-nja koriste se dodatne antene sa pojacivacima za podizanje nivoa signala.

Personalizovane ili licne mreze (Personal Area Network - PAN) su mreze koje omogucavaju komunikaciju pr-venstveno elektronskih uredaja unutar prostora od nekoliko metara i razmenu komunikacionih i sinhronizacionih infor-macija. Tu su pre svega infracrvene mreze (Infrared) za konekciju elektronskih uredaja na vrlo kratkim rastojanjima u okviru ogranicene radne prostorije i blu-tut (Bluetooth) mreze. Blutut tehnologija je zasnovana na principu ugradnje poje-dinacnih elekronskih modula (cipova) u elektronske uredaje koji omogucavaju bezicnu komunikaciju izmedu njih, a mogu se i racunari sa blutut modulima prikljuciti na Internet. Blutut koristi fre-kvencijski opseg 2,402-2,480 GHz, u re-zimu frekvencijskog skakanja (frequency hopping) do 1600 hop/s, sa standardnom brzinom protoka podataka od 720 kb/s i ogranicenim dometom od 10 cm do 10 m [5]. Podrzava „point-to-point" i „point-to-multipoint" konekciju. Blutut komponente na jednoj mikrolokaciji cine tzv. pikonet (pickonet) sa sopstvenom semom frekvencijskog skakanja, a mreza se formira povezivanjem dva pikoneta. Blutut komponente su nasle siroku primenu u senzorskim mrezama (ocekuje se da ce blutut tehnologija 2005. biti ugradena u preko 670 miliona uredaja) [6].

WLAN standardi IEEE 802.11x

Standardizacija u bezicnim lokalnim racunarskim mrezama definisana je od strane IEEE.802.11 radne grupe. WLAN je pokriven sa tri varijante standarda: 802.11b, 802.11a i 802.11g [2].

Prvi standard 802.11b pojavio se 1999. godine. Definise mrezne uredaje za

rad u frekvencijskom opsegu 2,4 do 2,4835 GHz, sa brzinama prenosa do 11 Mb/s (mogucnost rada sa smanjenim brzinama 1, 2 i 5,5 Mb/s pri vecim interfe-rencijama i slabljenju signala).

Standard 802.11a (2001) povecao je brzinu prenosa do teorijskog maksimuma od 54 Mb/s i defrnise rad u razlicitim fre-kvencijskim opsezima 5,15-5,35 GHz i 5,725-5,825 GHz (rad u razlicitim opsezima nije kompatibilan sa standardom 802.11b).

Standard 802.11g obezbeduje kom-patibilnost sa 802.11b hardverom za rad u frekvencijskom opsegu 2,4 GHz, ali sa brzinama prenosa do 54 Mb/s po standar-du 802.11a.

Bezicne ad hoc mreze

Bezicne ad hoc racunarske mreze, za razliku od standardnih bezicnih mreza, ne zahevaju postojanje fiksne infrastrukture za rad, i pogodne su za organi-zaciju i uspostavu mrezne komunikacije i u uslovima kada je infrastruktura bezicnih mreza ostecena ili unistena (spasilac-ke akcije, zemljotresi, poplave, ratna ra-zaranja, ratna dejstva, sto znaci da se ko-munikacija mora uspostaviti i bez pret-hodnog organizovanja komunikacione infrastrukture.

Ad hoc bezicne mreze su po defini-ciji mreze dinamickih autonomnih mre-znih cvorova koji komuniciraju jedni s drugima formirajuci „multihop" radio-mrezu i odrzavajuci konektivnost u de-centralizovanoj strukturi upravljanja. Cvorovi se mogu lako i brzo prikljuciti ili iskljuciti iz mreze, mreza je mobilna a prenosni medijum je javni. Cvorovi komuniciraju preko bezicnog linka, u

ambijentu radio-veze uz prisustvo suma, fedinga i interferencije signala. Pored toga linkovi imaju obicno uzi propusni op-seg nego u fiksnim mrezama [1]. Svaki cvor u bezicnoj ad hoc mrezi funkcionise i kao „host" i kao ruter, a upravljanje mrezom je distribuirano na mrezne cvo-rove. Mrezna tehnologija je dinamicna zato sto povezanost cvorova u mrezu moze da se menja sa vremenom - tako sto neki cvorovi mogu ispasti iz mreze zbog neispravnosti, gubitka energije ili unistenja, u mrezu se u toku rada mogu povezati novi cvorovi, a tu je i verovatna prisutnost mobilnih (pokretnih) cvorova koji zbog dinamike svog polozaja mogu iskakati i vracati se u mrezu.

U ad hoc mrezama poruka se prenosi (propagira) kroz mrezu koristeci cvor ove kroz koje prolazi kao kroz spojnice (sviceve), sto zahteva od svakog cvora da mora imati mogucnost rutiranja. Poruka se efektivno prenosi sa jednog mobilnog cvora na drugi, bez potrebe za pristupnim tackama i drugim mreznim elementima strukturiranih bezicnih mre-za. Time se omogucuje da mrezni cvoro-vi mogu da komuniciraju na daleko ve-cem rastojanju od svog dometa, zahva-ljujuci prisustvu drugih mreznih cvorova koji su u dometu izvorisnog cvora i koji zele ili mogu da posalju dalje primljeni paket, prosledujuci ga do njegovog odre-dista. Dolazi do pojave visestrukih bezicnih skokova, jer paket prelazi sa jednog mobilnog cvora na drugi sve dok ne stig-ne na odrediste pa odatle i ime - multi hop po putanjama, odnosno kroz privre-meno formiranu ili ad hoc mrezu. Velici-na i prostornost ad hoc mreza varira zna-cajno sa karakteristikama prenosnog me-dijuma i primenjenim protokolom rutira-

nja. Ad hoc mreze su narocito pogodne za aplikacije koje zahtevaju od korisnika da komuniciraju upotrebom mobilnih uredaja (PDA, laptop, mobilni telefon) (slika 1). Osnovne prednosti ovakvog pristupa su jednostavnost instalacije i na-dogradnje, skromni zahtevi za servisima postojece infrastukture, niska cena, jed-nostavno odrzavanje i velika fleksibil-nost [1].

Osnovna razlika izmedu opisanih mobilnih i ranije pomenutih senzorskih ad hoc mreza je u tome sto je kod senzorskih mreza krajni cilj detekcija-estimaci-ja nekih dogadaja od interesa, a kod mobilnih ad hoc mreza komunikacija.

Sl. 1 — Primer mobilne ad hoc mreze

Mobilne ad hoc mreze (Manet)

Mobilne ad hoc mreze (Manet) predstavljaju bezicnu komunikacionu mrezu nezavisnih autonomnih mobilnih korisnika koji obavljaju medusobnu ko-munikaciju preko bezicnih linkova. Posto su cvorovi mobilni, mrezna topologija se menja vrlo brzo tokom vremena i moze biti potpuno nepredvidiva. Mrezno upra-vljanje je decentralizovano, sve aktivno-sti cvorova, ukljucujuci „otkrivanje" to-pologije mreze i isporuka poruka moraju se odvijati u samim cvorovima - sto zna-ci da je funkcija rutiranja inkorporirana u

mobilne cvorove. Set aplikacija za Manet je veoma raznolik, pocev od malih, sta-tickih mreza koje su ogranicene i u po-gledu resursa napajanja, do velikih, mobilnih vrlo dinamickih mreza. Da bi ova-ko definisana, nekoegzistentna mreza funkcionisala potrebni su vrlo slozeni di-stributivni algoritmi koji pored ostalog moraju da ostvare determinisanje mrezne organizacije, dostupnost linkova i seme rutiranja. U ovako fluktuirajucoj mreznoj topologiji nije moguce jednoznacno una-pred da se determinise problem i moguce relacije pa je neophodno da mreza ima mogucnost samoorganizovanja i prilago-davanja trenutnoj situaciji [9]. Svaki cvor u mrezi logicki se sastoji iz rutera, proce-sorskog modula i modula za bezicnu ko-munikaciju. Cvor moze da se sastoji od odvojenih mreznih uredaja ili su oni inte-grisani u jedan uredaj kao sto je to laptop racunar ili PDA uredaj.

Set cvorova koji cini Manet osnova je mobilne rutirajuce infrastrukture („mobile ruting infrastructure") i moze da radi izolovano kao zasebna mrezna struktura ili da bude konektovana u veci Internet preko spoljnih rutirajucih funkcija. Dok je u statickoj mrezi putanja od izvora do odredista optimalna putanja (ruta), ovakva pogodnost nije jednostav-no primenljiva kod ad hoc mreza. Fakto-ri, kao sto su promenljivi kvalitet bezicnih linkova, slabljenje na propagacionim putanjama, feding, interferencija signala, potrosnja energije, promena topologije postaju relevantni parametri komunikaci-je. Da bi se ublazilo negativno dejstvo ovih parametara mreza mora biti osposo-bljena da prilagodi putanje rutiranja pro-nalazeci optimalni prenosni put. Pored toga, narocito za vojnu primenu, mreza

Ruter na avionu omogucuje link na asimetricni Manet

Ruter povezuje LAN Kombmovanje

Hos/ruter sa bezicnim interfejsom

na bezicne interfejse

hos/ruter sa bezicnim

interfejsima

Host

Zicni LAN interfejs

/

Interfejs

ka satelitu^^

Ruter

Bezicni interfejs

\

AdHoc mreze

formirane i razasute kao mobilni cvorovi i postojece mreze

Sl. 2 — Mobilni host i mobilni ruter u Manet mrezi

treba da obezbedi dovoljnu zastitu infor-macija, otpornost na izvidanje i ometa-nje, pouzdan rad i u uslovima namernog ometanja, brzi oporavak mreze u slucaju otkaza cvorova.

Jedan primer primene Manet mreza u vojnim taktickim komunikacijama pri-kazan je na slici 2.

Senzorske ad hoc mreze

Senzorske ad hoc mreze imaju siro-ku primenu u monitorisanju sredine, ose-tljivih instalacija, daljinskog prikupljanja podataka i analize. Kao i u Manet mrezi, cvorovi u mrezi se ponasaju i kao hostovi i kao ruteri, a mreza radi u tzv. samoor-ganizujucoj i adaptivnoj vrsti rada. Radi se uglavnom o mrezama relativno jefti-nih visefunkcionalnih senzora, malih di-

menzija i smanjene potrosnje energije. Ovako definisani senzorski cvorovi sa-stoje se uglavnom od senzorskih eleme-nata, modula za procesiranje signala, modula za komunikaciju i umrezavanje u senzorske mreze (slika 3). Pored toga cvorovi mogu sadrzati i module za pozi-cioniranje, module za mobilnost, dodatne izvore napajanja i drugo.

Senzorske ad hoc mreze mogu da se sastoje od velikog broja senzorskih cvo-

rova (od nekoliko desetina ili stotina, do vise stotina hiljada cvorova) koji su gusto rasuti u prostoru pokrivanja, ali bez unapred odredenog rasporedivanja. Sen-zori se mogu rasejavati izbacivanjem iz letelica, artiljerijskih oruda, ili ih mogu polagati specijalni roboti, a mogu funkci-onisati iz pokreta ili kao stacionarni ele-menti. Ovo znaci da protokoli rutiranja moraju da poseduju sposobnost samoor-ganizovanja i kooperativnosti izmedu mreznih senzorskih cvorova i da obezbe-de funkcionisanje senzorske mreze kako u samoj fazi razvijanja i rasejavanja cvorova, tako i po njihovoj stacionarnosti u odredenom reonu upotrebe.

Kod senzorskih mreza osnove raz-matranja cine arhitektura, rad, razvoj i lokalizacija komponenti. Senzorski cvo-rovi imaju izrazito velika ogranicenja u napajanju elektricnom energijom, traju koliko im traje i napajanje, koriste sofi-sticirane konzervacione tehnike za pro-duzenje „zivotnog veka", a na potrosnju veliki uticaj imaju i ugradeni algoritmi rutiranja.

Brojne su aplikacije senzorskih ad hoc bezicnih mreza:

- u vojnim primenama to je, na primer, detekcija kretanja neprijateljskih sredstava, detekcija i pracenje prisustva opasnih materija (otrovni gasovi, radija-cija, eksplozivni materijali), kontrola kontaminiranih prostora, kontrola povre-de sticenih prostora i sl.,

- kontrola i zastita potencijalnih te-roristickih ciljeva,

- ekoloske senzorske mreze za monitorisanja covekove okoline (ravnica, planina, pustinja, okeanski prostor, atmosfera),

- kontrola saobracaja na prometnim i magistralnim putevima, raskrsnicama,

mosto vima i sl. sa pracenjem elemenata kretanja i vrste vozila,

- kontrola i upravljanje parkiralisti-ma u velikim gradovima, sa detekcijom i lokalizacijom zauzetih i slobodnih par-kirnih mesta,

- kontrola pristupa u i unutar stice-nih objekata i prostora,

- kontrola i zastita u velikim robnim prodavnicama, parking garazama i dru-gim javnim objektima i sl.

Nove tehnologije i niska cena kom-ponenti uticu na sve siru i masovniju upotrebu bezicnih senzorskih mreza i u drugim oblastima.

Protokoli rutiranja

Jedan od glavnih problema koje tre-ba resiti u ad hoc mrezama, a koji proizi-lazi iz nacina rada mreza, velikog broja cvorova i neophodnog svojstva samoor-ganizovanja mreze, jeste pitanje rutiranja paketa u mrezi u kojoj se svaki cvor mora tretirati kao ruter.

Postojeci protokoli rutiranja, koji se koriste u konvencionalnim mrezama kao sto su algoritam tipa „distant" vektora ili „link state", tesko su upotrebljivi u ad hoc uslovima. Periodicne informacije o azuriranju topologije mreze salju se i ka-da nema nikakve promene sto dovodi do povecane potrosnje propusnog opsega; cvorovi se redovno „bude" za primanje i slanje informacija o rutiranju koje nisu uvek potrebne pa se energetski potencija-li cvorova brzo trose; smanjena je skala-bilnost mreze jer je velika kolicina informacija koja putuje kroz mrezu saglasno velikom broju mreznih cvorova - velika kolicina informacija o rutiranju koje se redovno emituju i opterecuju mrezu; ve-

liki je broj rutera pa je verovatnoca re-dundantnih ruta veoma velika; sistem po-staje vrlo inertan da odgovori na brze di-namicke promene mrezne topologije. To je dovelo do razvoja tzv. protokola na zahtev (on-demand protocol). Umesto periodicnog oglasavanja ruta, ruta se ot-kriva samo kada je potrebna, tj. na zahtev sto dovodi do smanjenja saobracaja kroz mrezu. Kada su u pitanju senzorske mre-ze, ogranicenje kapaciteta procesorsko--memorijskih resursa, prioritet u izboru algoritma imaju brzina, pouzdanost i jed-nostavnost.

Na slici 4 prikazan je pregled najce-sce koriscenih algoritama rutiranja u ad hoc mrezama.

Svaki od algoritama prilazi problemu iz razlicitog ugla i koristi razlicite pretpo-

stavke, pa ni jedan nije univerzalno pri-menljiv vec zavisi od primene. Primera radi, razmotrice se rad DSR algoritma. Ruta se odreduje dinamicki i samo onda kada je potrebna. Nema periodicnog emi-tovanja rutera vezano za ruting informaci-je. Kada posiljalac hoce da posalje paket, on prvo proverava sadrzaj informacije u rutiranju u svojoj memoriji. Ako u njoj postoji validan ulaz za odrediste, paket se salje koristeci sekvencu cvorova koja se nalazi u ruting kesu (cuva se skup svih cvorova kroz koje ce paket putovati), a ako nema validne rute do odredista posiljalac zapocinje proces otkrivanja rute, sto je osnovna ideja svih on-demand algoritama, i potom paket putuje kroz mrezu tra-zeci odredisni cvor [1].

Ovaj algoritam karakterise veoma laka implementacija, mogucnost rada sa asimetricnim linkovima, stednja propu-snog opsega i energije jer nema oglasavanja, protokol se lako modifikuje i odr-zava. S druge strane, postoji dodatno zauzimanje propusnog opsega zbog pri-rode rutiranja jer paket rapidno raste u toku propagacije kroz mrezu posto cuva adrese svih prolaznih cvorova. Kod vecih mreza raste velicina poruka i moze da dode do „zagusenja", odnosno nemoguc-nosti normalne komunikacije, pa je ovaj protokol pogodan za mreze sa manjim brojem mobilnih cvorova. Pored toga prisutan je i problem sigurnosti u pogle-du raspolozivosti, poverljivosti, identifi-kacije, autentifikacije i neporicanja - po-sebno u uslovima mogucih spoljnih pret-nji ubacivanja pogresnih informacija u mrezu kao i unutrasnjih pretnji koje dola-ze od kompromitovanih cvorova koji mogu da oglasavaju pogresne ruting informacije. Ovo znaci da se moraju stititi i podaci i ruting informacije.

Sl. 4 — Algoritmi ad hoc rutiranja: DSDV — rutiranje sa vektorom rastojanja uz sekvencirane destinacije (Destination Sequnced Distance Vector Routing), WRP — protokol za bezicno rutiranje (Wireless Routing Protocol), CGSR — rutiranje sa grupisanim gejtevima (Clusterhead Gateway Switch Routing), AODV — ad hoc rutiranje na zahtev sa vektorom rastojanja (Ad Hoc On-Demand Vector Routing), DSR — dinamicko rutiranje sa prikupljanjem adresa (Dynamic Source Routing), LMR — jednostavno mobilno rutiranje (Lightweight Mobile Routing), TORA — vremenski uredeni algoritam za rutiranje (Temporally Ordered Routing Algorithm), ABR — asocijativno rutiranje (Associativity Based Routing), SSR — rutiranje sa stabilnim signalom (Signal Stability Routing)

Specificnost senzorskih mreza ima dodatna ogranicenja u izboru algoritama. Razmotrice se rad AODV algoritma koji definise tri tipa poruka: zahtev za rutom, odgovor na rutu, gresku na ruti i tri tipa cvorova - master, gateway i slave. To-kom inicijalizacije sistema formiraju se pikonet mreze, svaki cvor kreira tabelu suseda (u pikonetu) i ruting tabelu. Si-stem zatim formira pikonet mreze sa master-slave komunikacijom, a cvorovi koji su clanovi dva ili vise pikoneta su gateway cvorovi. Slave cvorovi, u okviru pikoneta, salju pakete masteru, a on ih pro-sleduje na odgovarajuci gateway, sve dok ne stignu u pikonet odredisnog cvo-ra. Server, odnosno cvor na kome se na-lazi ekspertski sistem, komunicira sa svim ostalim cvorovima, dok ostali cvorovi salju svoje podatke samo serveru. Algoritam raspolaze i tehnikom ulaska novog cvora u pikonet i eliminisanja re-dundantnih pikoneta sto doprinosi sma-njenju nepotrebnih konekcija tokom ot-krivanja rute. I kod ovog algoritma sa povecanjem broja cvorova raste i vero-vatnoca kolizije na kanalu.

Primena senzorskih ad hoc mreza

Kao sto je receno, siroka je mogucnost primene bezicnih senzorskih ad hoc mreza. Pomocu razvijene infra-strukture moguce je napraviti razlicite bezicne proizvode, a primena moze biti od industrijske do kucne i zabavne. U vojnim primenama, na primer, pored na-vedenih, jedna od bitnih karakteristika funkcionalnosti jeste i saradnja cvorova na procesiranju signala i informacija. Dok je senzorski podatak lokalizovan u svakom cvoru, informacioni sadrzaj koji

treba da ekstrahuje mreza je globalan i kao takav mora biti rezultat saradnje i za-jednickog rada cvorova.

Radi ilustracije, posmatrace se jedan hipoteticki primer upotrebe ad hoc sen-zorske mreze, u slucaju ekoloske opasno-sti (slika 5) [11]. Na delu teritorije blizu velikog grada doslo je do akcidenta na gasnim postrojenjima i do izliva opasne materije u vazduh.

Sl. 5 — Pracenje akcidentnog gasnog oblaka distribuiranom senzorskom ad hoc mrezom

Aktiviraju se jedinice za specijalna dejstva koje pored ostalog treba da eva-kuisu gradane i zatvore mostove i sao-bracajnice. Sada dolazi na red organizo-vanje ad hoc mreze. Radi realne procene opasnosti aktiviraju se bespilotne letelice snabdevene velikom kolicinom minija-turnih hemijskih senzora (reda nekoliko hiljada) i iz letelica se vrsi njihovo rase-javanje u akcidentnoj zoni i smeru prema gradskoj zoni. Senzori, odnosno cvorovi se, odmah po izbacivanju, samoorganizu-ju u ad hoc mrezu sa zadatkom da daju bitne podatke za nastalu situaciju a to su:

lokacija mesta dogadaja, vrsta opasnosti, velicina oblaka, smer i brzina kretanja i koncentracija stetnih materija.

Drugi primer je saobracajnica koju treba pratiti u slucaju nailaska neprijatelj-skih vozila. U ovom slucaju iz letelice su izbaceni magnetometarski senzori (dese-tak komada), koji se jos u toku leta sa-moorganizuju u mrezu i odmah po prize-mljenju spremni su za rad. Pri nailasku vozila inicira se detekcija i generise in-formacija, koja u saradnji sa drugim sen-zorima moze sadrzati i podatke o vrsti vozila, brzini pa i smer kretanja.

Slican ovome je i problem koji nas interesuje. Koriscenjem inteligentnih aku-stickih senzora, prostorno razmestenih, i pasivnog zvukometrijskog izvidanja treba pokriti odredenu teritoriju i detekcijom zvucnih izvora otkriti pokretni cilj, odre-diti njegove koordinate i pracenjem nje-govog kretanja odrediti njegovu trajekto-riju. Potrebno je predloziti tehnicke elemente mrezne racunarske infrastrukture koja bi podrzala ovu aplikaciju. Osnovna pretpostavka situacije na terenu data je na slici 6. Sistem treba da bude koncipiran kao distributivna senzorska bezicna ad hoc mreza koja se sastoji iz veceg broja

Visekanalni akvizicioni modul

! Wireless

I--] L-»

Napajanje

I I

Sl. 7 — Koncept stanice — senzora za zvukometrijsko izvidanje

identicnih inteligentnih senzorskih stani-ca, prostorno razmestenih i komunikacij-ski povezanih u jedinstvenu ad hoc mre-znu strukturu za pokrivanje posmatrane teritorije. Cilj bi trebalo da istovremeno otkriju i prate bar cetiri senzorske stanice tokom citavog kretanja u zadatom sekto-ru. Sistem treba da ima mogucnost obrade signala u svakom senzorskom cvoru, me-dusobnu razmenu podataka i saradnju iz-medu cvorova i prenos podataka do glav-nog hosta gde se vrsi prikupljanje i obrada infomacija i donosenje odluka. Koncept tehnickog resenja senzorske stanice prikazan je na slici 7.

Zakljucak

Problematika izlozena u ovom radu vezana je za istrazivanje tehnickih resenja bezicnih ad hoc mreza sa senzorskim sta-nicama kao mreznim cvorovima i njiho-vom povezivanju u sire mrezne strukture.

Visoka pouzdanost opazanja, niska cena, brz razvoj karakteristika, tolerancija na pojavu greski i fleksibilnost senzorskih ad hoc mreza omogucuju kreiranje novih i ino-viranje postojecih aplikacija u implementa-cijama daljinskog upravljanja senzorima. Medutim, u realizaciji senzorskih ad hoc

Senzorski modul

Mikrokontroler -Signal procesor

mreza mora se voditi racuna i o ogranicenji-ma implementacije koja se ticu skalabilnosti mreze, cene, potrebnog hardvera, zastite in-formacija, promene topologije, uslova rada okruzenja i potrosnje elektricne energije. Mogucnost razvoja sistema za kontrolu i za-stitu teritorije bez potrebe izgradnje fiksne infrastrukture od izuzetnog je znacaja u voj-nim primenama, posebno sa aspekta pripre-me i vodenja savremenih operacija.

Literatura:

[1] Milanovic, N.: Senzorske mobilne bezicne mreze, ETF, Be-

ograd, 2002.

[2] Sutton, M.: Hacking the invisible network, Inesecurities in 802.11x, iDefense Inc. 2002.

[3] Crow, B. P. and all.: IEEE 802.11 Wireless local area networks, IEEE Communications Magazine, Sept. 1997.

[4] Mobile ad hoc and sensor networks - Tutorial, Faculty of engineering, KMINTB (King Mongjut's Institute of Technology North Bangkok), 2003.

[5] Liddle, D.; Smitton, S.: Wireless networks, Networked service policy, UKOLN, University of Batch.

[6] Milanovic, N.; Malek, M.; Milutinovic, V.: Standardization effort for routing and security in ad hoc networks, July 2003.

[7] Ian F. Akyildiz, Weilian Su, Yogesh Sankarasubramaniam and Erdal Cayirci, A survey on sensor networks, IEEE Communications Magazine, vol. 40, no. 8, August 20.

[8] Royer, E. M.; Ton, C.: A review of current routing protocols for ad hoc mobile wireless networks, IEEE Personal Communications, April 1999.

[9] Corson, M. S. and sar.: Internet based mobile ad hoc networking, IEEE Internet computing, Jul-Avg. 1999.

[10] Nasipuri, A.: Mobile ad hoc networks, University of Nort Carolina, Charlote, 2003.

[11] Liu J. and sar.: A dual-space approach to tracking and sensor management in wireless sensor networks, Palo Alto Research Center, Report P2002, Mar. 2002.