استعرضنا أعلاه البنى الأساسية للشبكات العصبية ومبادئ إنشائها وتدريبها وتشغيلها. يرتبط الجزء الأكبر من التقدم النظري في هذا المجال بمثل هذه البنى. ومع ذلك، هناك مجالان آخران لم تتم دراستهما بشكل جيد ولكنهما واعدان - خوارزميات التعلم التي لا تتطلب توفير عينات تدريبية (التعلم الذاتي) وشبكات التغذية المرتدة التي تسمح بتحديد ليس فقط الخصائص المكانية، ولكن أيضًا الخصائص الزمنية لإشارات الإدخال.

تعد شبكات التنظيم الذاتي واحدة من أكثر الاتجاهات إثارة للاهتمام في هذا المجال. هذه الشبكات قادرة على تحديد الارتباطات في البيانات المدخلة وجعل حالتها متوافقة معها. شبكات التنظيم الذاتي قادرة على اختيار صور الإدخال القريبة بحيث تسبب إثارة الخلايا العصبية القريبة في طبقة الإخراج.

يُظهر العرض التوضيحي للتعلم التنافسي تنفيذ المصنف باستخدام شبكات التنظيم الذاتي.

الشكل 31. استخدام شبكات التنظيم الذاتي للتصنيف

(التعلم التنافسي)

الشكل 32. طبقة التنظيم الذاتي

يتم تدريب الشبكة بطريقة أنه عندما يتم تغذية ناقل جديد، يختلف بشكل كبير عن الفئات الموجودة، إلى مدخلات الشبكة، يتم إنشاء فئة جديدة في الشبكة. إذا كان المتجه قريبًا من إحدى الفئات الموجودة، فسيتم تغيير الأوزان لجعله متوافقًا مع البيانات الجديدة. من الواضح أنه بالنسبة لهذا النوع من الشبكات، فإن عدد الفئات التي يمكنها تحديدها يساوي عدد الخلايا العصبية في الطبقة المنافسة. يتم إنشاء الشبكة باستخدام الدالة newc:

net = newc(, 2);

حيث تكون الوسيطة الأولى هي نطاق قيم إشارات الإدخال، والثانية هي عدد الخلايا العصبية في الطبقة.

يتم تدريب الشبكة باستخدام قاعدة التعلم Kohonen (learnnk):

حيث i هو مؤشر الخلية العصبية الفائزة (يتم تدريب الصف الأول من مصفوفة الوزن)

أحد القيود المفروضة على شبكات التعلم الذاتي هو أنه لا يمكن لجميع الخلايا العصبية أن تشارك في التعرف. إذا كانت أوزان الخلايا العصبية في البداية بعيدة عن ناقلات المدخلات، فلن تفوز هذه الخلية العصبية أبدًا بالمنافسة، وبالتالي لن يتم تدريبها. للتغلب على هذا القيد، يتم استخدام الإزاحات. إن التحيز الإيجابي المضاف إلى مسافة سلبية يجعل الخلية العصبية أكثر عرضة للفوز. وهكذا، أثناء التدريب، تقل إزاحات الخلايا العصبية الأكثر نجاحًا، وتزداد الخلايا العصبية الأقل نجاحًا، مما يؤدي إلى توزيع موحد للإشارات المعترف بها بين الخلايا العصبية. يتم تنفيذ هذا النوع من التدريب باستخدام وظيفة learncon.

هناك نوع آخر من شبكات التعلم الذاتي التي تتمتع ببعض المزايا مقارنة بتلك التي يتم النظر فيها وهي ما يسمى ببطاقات التعلم الذاتي. وتظهر بنية هذه الشبكات في الشكل التالي:

الشكل 33. خريطة التنظيم الذاتي

فيها، يتم التدريب ليس فقط على الخلايا العصبية نفسها التي فازت بالمنافسة، ولكن أيضًا على أقرب جيرانها، مما يؤدي إلى حقيقة أن الخلايا العصبية الموجودة عن كثب في الشبكة تتعلم كيفية التعرف على الصور القريبة، أي. تتذكر الشبكة طوبولوجيا الإشارة. وترد أدناه قاعدة التعلم لهذه الشبكات:

يمكن أن تحتوي خرائط التنظيم الذاتي على هياكل مختلفة (خلايا مستطيلة، وخلايا سداسية، وموضع عشوائي للأوزان) وتحدد المسافة بين الخلايا العصبية بشكل مختلف.

الفصل 26. شبكات SON ذاتية التنظيم

أحد أساليب تصنيف شبكات الاتصالات اللاسلكية هو تقسيمها إلى بنى تحتية مركزية وأخرى ذاتية التنظيم. من السمات المميزة لشبكات SON ذاتية التنظيم (التنظيم الذاتي) القدرة، في حالة عدم وجود بنية تحتية مركزية، على تبادل البيانات مع أي زوج من عقد الشبكة الموجودة في منطقة التغطية الراديوية. يمكن أن تكون العقد في SON مضيفين نهائيين وأجهزة توجيه. يتم تنظيم الاتصال عبر مسافات طويلة باستخدام بروتوكولات توجيه متخصصة في عقد جهاز التوجيه الوسيطة. يسمى هذا الاتصال "متعدد المراحل أو متعدد الخطوات" (multihop). المرحلة هي مشاركة عقدة واحدة في هذا الاتصال - جهاز التوجيه. يتم تناول الشبكات التالية في فئة SON في هذا الفصل:

· الشبكات المتنقلة المستهدفة المخصصة - شبكة الجوال اللاسلكية المخصصة (MANET)؛

· شبكات الاستشعار اللاسلكية - شبكة الاستشعار اللاسلكية (WSN)؛

· الشبكات المعشقة اللاسلكية Wireless Mesh Network (WMN). وتسمى هذه الشبكات أيضًا بالشبكات المتداخلة.

· الشبكات اللاسلكية للسيارات شبكة المركبات المخصصة (VANET).

تتمتع عقد هذه الشبكات بالقدرة على العثور على بعضها البعض وتكوين شبكة، وفي حالة فشل أي عقدة، يمكنها إنشاء مسارات جديدة لنقل الرسائل. يقدم الفصل 24 وصفًا موجزًا ​​لبناء الشبكات ذاتية التنظيم: MANET، الشبكة المعشقة 802.11s، الشبكة المعشقة WiMAX (الفصل 25). في هذا الفصل، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لأمن المعلومات للشبكات ذاتية التنظيم من حيث تحليل تهديدات حجب الخدمة (الهجمات) نتيجة للإجراءات المتعمدة التي يقوم بها المهاجم لتعطيل تشغيل بروتوكولات التوجيه.

وظائف الشبكات ذاتية التنظيم ومجالات استخدامها

يرد هيكل الشبكة المتنقلة المخصصة (MANET) في الفصل 24. وشبكات MANET هي نظام موزع يتكون من محطات متنقلة مجهزة بأجهزة إرسال واستقبال. يمكنهم تنظيم تقنيات الشبكة المؤقتة لنقل المعلومات. في شبكة MANET، لا تؤدي الأجهزة المحمولة وظائف المحطات الطرفية فحسب، بل تؤدي أيضًا وظائف عقد الشبكة (أجهزة التوجيه). في هذه الحالة، غالبا ما يتم استخدام نطاقات التردد غير المرخصة. فيما يلي بعض مجالات تطبيق شبكات MANET.

وبحسب الأعمال الأجنبية، فإن الاستخدام الأكثر انتشارًا لشبكات الهاتف المحمول المخصصة هو إنشاء الاتصالات أثناء العمليات القتالية. وفي الوقت نفسه، يتم النظر في إنشاء اتصالات بين الجنود الموجودين على الأرض وفي النقل البري والجوي. تتحرك معظم عقد الاتصال بسرعات مختلفة. لا يمكن لشبكات اتصالات البنية التحتية الثابتة توفير اتصالات موثوقة في ظل مثل هذه الظروف ذات الوتيرة العالية والتي لا يمكن التنبؤ بها. لدى مسؤول النظام القليل من الوقت للرد وإعادة تكوين الشبكات. عادة، لا تتطلب MANETs الإدارة. يمكن نشر شبكة مؤقتة مخصصة عندما يكون إنشاء البنية التحتية مستحيلاً أو غير فعال. على سبيل المثال، يمكن استخدام مثل هذه الشبكة كحل مؤقت في المؤتمرات، وكذلك في المناطق غير المأهولة حيث يصعب جدًا إنشاء البنية التحتية. إن الوقت القصير الذي يستغرقه نشر شبكة مخصصة يجعلها لا غنى عنها لعمليات الإنقاذ بعد الكوارث أو الكوارث الطبيعية.

شبكات الاستشعار (WSN)

شبكة استشعار WSN عبارة عن شبكة موزعة من العقد المصغرة غير المراقبة التي تجمع البيانات حول المعلمات البيئية وتنقلها إلى المحطة الأساسية عن طريق الترحيل من عقدة إلى أخرى باستخدام الاتصال اللاسلكي. تحتوي عقدة الشبكة، التي تسمى المستشعر، على مستشعر يستقبل البيانات من البيئة الخارجية (المستشعر نفسه)، ووحدة تحكم دقيقة، وذاكرة، وجهاز إرسال راديو، ومصدر طاقة مستقل، وأحيانًا مشغلات. من الممكن أيضًا نقل إجراءات التحكم من عقد الشبكة إلى البيئة الخارجية. تم إنشاء شبكات الاستشعار بناءً على بروتوكولات IEEE 802.15.4 وZigBee وDigiMesh. بمساعدة الاتصالات اللاسلكية التي يتم إجراؤها بين عقد الشبكة بناءً على معيار ZigBee، يتم إنشاء شبكات ذاتية التنظيم والشفاء الذاتي. تتميز العديد من شبكات الاستشعار بالتنقل ليس لكل عقدة على حدة (كما هو الحال في MANET)، ولكن لمجموعة منفصلة من العقد. الشرط الرئيسي لبروتوكولات شبكة الاستشعار هو انخفاض استهلاك الطاقة. في شبكات الاستشعار، يعتمد عمرها الافتراضي بشكل مباشر على حل مشكلات استهلاك الطاقة لعقد الشبكة.
تُستخدم شبكات الاستشعار في مجالات مختلفة، بدءًا من مكافحة الإرهاب وحتى حماية البيئة. هناك العديد من التطبيقات التي تنتج الشركات المصنعة المختلفة لها عقدًا مختلفة لشبكات الاستشعار. بناءً على مجال تطبيقها، يمكن تقسيم تطبيقات شبكات الاستشعار إلى فئات:

· الطقس والبيئة.

· التطبيب عن بعد؛

· حالات الطوارئ (الحرائق والكوارث، وما إلى ذلك)؛

· العمليات العسكرية، الخ.

الشبكات المتداخلة (WMN)

يصف الفصل 24 بنية الشبكة المتداخلة القائمة على بروتوكول 802.11s، الذي ينتمي إلى عائلة بروتوكولات 802.11. كما هو مذكور أعلاه، يمكن بناء الشبكات المعشقة على أساس بروتوكولات معايير أخرى - 802.16 وLTE. في التين. يوضح الشكل 26.1 البنية العامة للشبكة المعشقة. كما يتبين من الشكل، تتكون الشبكة المتداخلة من شبكة أساسية لاسلكية (Wireless Mesh Backbone) والإنترنت وشبكات Wi-Fi والشبكات الخلوية والمستخدمين النهائيين المتصلين بها. يشير الخط المستمر إلى القناة السلكية، ويشير الخط المنقط إلى القناة اللاسلكية.

يتضمن العمود الفقري للشبكة اللاسلكية أجهزة التوجيه التالية:

1. راوتر شبكي بدون بوابة (Mesh Router).

2. جهاز توجيه شبكي مع بوابة (Mesh Router with Gateway)، يتفاعل مع الإنترنت والأنواع الأخرى من أجهزة التوجيه الشبكية.

3. جهاز توجيه شبكي مع بوابة وجسر (Mesh Router with Gateway/Bridge)، يتفاعل مع جميع أجهزة التوجيه الشبكية للشبكة الأساسية، بالإضافة إلى نقطة الوصول إلى شبكة WiMAX والمحطات الأساسية لشبكة الاتصالات الخلوية وشبكة WiMAX. عقدة شبكة اتصالات استشعارية (Sink Node)، مباشرة مع المشتركين عبر قناة سلكية أو لاسلكية.

أرز. 26.1. بنية الشبكة الشبكية

يقدم العمل بنية شبكة متداخلة أخرى تسمح للمشتركين بتوفير ليس فقط إمكانية الوصول إلى الإنترنت فحسب، بل أيضًا التواصل مع بعضهم البعض داخل الشبكة الأساسية. بالمقارنة مع MANET وشبكات الاستشعار، تؤدي الشبكات المتداخلة اللاسلكية وظيفة شبكة النقل وتختلف في الخصائص الأربع التالية:

· أجهزة التوجيه في الشبكات المتداخلة قادرة على حمل المزيد من حركة المرور ولديها قيود أقل على الطاقة.

· يمكن لشبكات التوجيه توفير نقل البيانات عبر مسافات أطول.

· يمكن استخدام شبكات الموجه كمتكامل للشبكات مثل الإنترنت والشبكات الخلوية والشبكات المحلية اللاسلكية.

· في الشبكات المتداخلة، يحتوي أي جهاز توجيه على قناتين راديو على الأقل: واحدة لتوصيل العملاء، والأخرى للتواصل مع أجهزة التوجيه الأخرى.

يمكن تنفيذ كل تطبيقات شبكات المحمول المخصصة التي تمت مناقشتها أعلاه تقريبًا في الشبكات المتداخلة اللاسلكية. الميزة الرئيسية للشبكات المعشقة هي القدرة على نقل كميات كبيرة من البيانات عبر مسافات طويلة وتوفير الوصول إلى النطاق العريض.

الشبكات اللاسلكية للمركبات (VANET)

يهدف إنشاء شبكات التنظيم الذاتي اللاسلكية للسيارات VANET إلى تحسين كفاءة وسلامة حركة المرور على الطرق. وفي الوقت الحالي، وبدعم من الصناعة والمؤسسات الحكومية والأكاديمية، يتم تنفيذ العديد من المشاريع البحثية حول العالم بهدف تطوير واعتماد معايير لشبكات المركبات هذه. يمكن تقسيم الأغراض الرئيسية لاستخدام VANET إلى ثلاث مجموعات:

· مساعدة السائق (الملاحة، وتجنب الاصطدام، وتغيير المسار)؛

· الإعلام (حول حدود السرعة أو مناطق عمل الإصلاح)؛

· التحذير (ما بعد الحادث، حول العوائق أو ظروف الطريق).

معلومات ذات صله.

في عصر أجهزة الاتصال والشبكات الاجتماعية والخدمات الأخرى، يبدو أن التواصل عن بعد والتبادل الفوري للمعلومات أمر مفروغ منه. ومع ذلك، فإن القدرة على البقاء على اتصال على وجه التحديد في تلك اللحظات التي تتعطل فيها البنية التحتية للاتصالات تصبح ذات أهمية خاصة. على سبيل المثال، في هايتي، بعد الزلزال المدمر الأخير، تبين أن وسائل الاتصال الرئيسية كانت الهواتف الساتلية التي توفرها خدمات الإغاثة. ولكن ليست الكوارث الطبيعية واسعة النطاق فقط هي التي يمكن أن تشل البنية التحتية الخلوية؛ بل إن انقطاع التيار الكهربائي البسيط يمكن أن يحول أجهزتنا المحمولة إلى ألعاب عديمة الفائدة.
في مثل هذه الحالات، أصبح إنشاء شبكة لاسلكية ذاتية التنظيم (أو ديناميكية أو مخصصة) خيارًا جذابًا بشكل متزايد. يتشكل مثل هذا الهيكل عندما تكون الهواتف المحمولة المبرمجة خصيصًا أو أجهزة الاتصال الأخرى في متناول اليد مباشرة. يؤدي كل واحد منهم وظائف كل من جهاز الإرسال والاستقبال في شبكة ديناميكية، وهو أمر مهم للغاية، ويعمل كنقطة ترحيل لجميع الأجهزة القريبة. يمكن للأجهزة التي تفصلها مسافة أكبر من نطاق الاتصال المباشر أن تتواصل مع بعضها البعض إذا كانت الأجهزة الأخرى الموجودة بينها مستعدة لمساعدتها، وتمرير الرسائل على طول السلسلة، مثل الدلاء في النار. بمعنى آخر، تعمل كل عقدة في الشبكة كجهة اتصال لرسائلها الخاصة وكعنصر من عناصر البنية التحتية للرسائل الواردة من العقد الأخرى.
إن الإغاثة في حالات الكوارث هي مجرد وظيفة واحدة محتملة للشبكات ذاتية التنظيم. وستكون مفيدة عندما يكون إنشاء قاعدة دائمة مستهلكًا للوقت أو صعبًا أو مكلفًا. لقد استثمر الجيش الكثير من الأموال في تطوير أنظمة ذاتية التنظيم لاستخدامها في ساحة المعركة. ستسمح الشبكات الديناميكية في منزلك للأجهزة بالعثور على بعضها البعض والتواصل معها، مما يلغي الحاجة إلى توصيل الأسلاك إلى غرفة النوم أو المكتب. يمكن للمستوطنات النائية والجيران ذوي الدخل المنخفض الحصول على إمكانية الوصول إلى الإنترنت عريض النطاق من خلال شبكات لاسلكية مخصصة. يمكن للعلماء الذين يدرسون الموائل البيئية الدقيقة في قمم الأشجار أو الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط وضع أجهزة الاستشعار في نقاط الاهتمام دون القلق بشأن ما إذا كان بإمكانهم "سماع" بعضهم البعض أو كيفية وصول المعلومات إلى أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم.
لقد استمر تطوير مثل هذه الشبكات لأكثر من ثلاثة عقود، ولكن في السنوات الأخيرة فقط أدى التقدم في نظرية الشبكات إلى إنشاء أول أنظمة عمل واسعة النطاق. وفي سان فرانسيسكو قامت شركة جديدة تدعى Meraki Network بربط 400 ألف من سكان المدينة بالإنترنت من خلال نظام Free the Net الخاص بها، والذي يعتمد على تكنولوجيا الشبكات اللاسلكية المخصصة. تتواصل مكونات Bluetooth في الهواتف المحمولة وأنظمة ألعاب الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة مع بعضها البعض دون اتصالات سلكية أو تكوين خاص باستخدام تقنيات الشبكات الديناميكية. يتم نشر شبكات التنظيم الذاتي في عدد من المواقع النائية أو غير المضيافة لجمع المعلومات من أجهزة الاستشعار اللاسلكية منخفضة الطاقة. لا تزال هناك حاجة إلى عدد من الإنجازات التقنية حتى تصبح هذه الشبكات واسعة الانتشار، ولكن تم إحراز تقدم بالفعل على عدة جبهات.

شبكه خلوية
لا تزال الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم نادرة. لفهم سبب اعتمادها البطيء، من المفيد أن ننظر إلى الاختلافات بين التقنيات الجديدة مثل الهواتف المحمولة والواي فاي. عندما تتصل بصديق على هاتفك الخلوي، فإن الاتصال اللاسلكي يشمل فقط كل هاتف من الهواتف المتصلة وأقرب برج خلوي (محطة أساسية) إليه. الأبراج ثابتة ومترابطة بشبكة واسعة من الأسلاك والكابلات. تستخدم الشبكات المحلية اللاسلكية، وخاصة Wi-Fi، أيضًا هوائيات ثابتة واتصالات سلكية.
هذا النهج له مزايا وعيوب. لنقل المعلومات، هناك حاجة إلى طاقة، وفي الشبكات اللاسلكية الكلاسيكية يتم تخزينها في بطاريات الأجهزة المحمولة (على سبيل المثال، الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة)، ويتم وضع أقصى جزء ممكن من حمل الاتصالات على البنية التحتية الثابتة، التي يتم تشغيلها من أنابيب. يعد النطاق الترددي اللاسلكي أيضًا موردًا ثابتًا ومحدودًا. في الشبكات اللاسلكية التقليدية، يتم حفظ عرض النطاق الترددي عن طريق نقل معظم المعلومات عبر الروابط السلكية. يتيح لك استخدام البنية التحتية الثابتة إنشاء موارد اتصالات هاتفية وواي فاي أكبر وأكثر موثوقية في المناطق التي تشتد الحاجة إليها.
ومع ذلك، فإن استخدام البنية التحتية الثابتة يجعل هذه الشبكات عرضة للخطر: حيث يتعطل عملها في حالة انقطاع التيار الكهربائي وغيرها من الأعطال، حتى لو كانت الهواتف الفردية والأجهزة المحمولة الأخرى داخل تغطية الشبكة تعمل بشكل صحيح. موثوقية الشبكات الديناميكية أعلى بكثير. إذا انقطع اتصال أحد الأجهزة المحمولة، تقوم الأجهزة الأخرى بتعديل الشبكة بطريقة تعوض عن العنصر المفقود إلى أقصى حد ممكن. عندما يتم توصيل الأجهزة وفصلها، تقوم الشبكة بضبط نفسها و"معالجتها".
لكن إعادة التشكيل هذه لا تأتي عبثا. يجب أن تنقل الشبكة المعلومات بطريقة يمكن من خلالها إعادة بناء الرسالة حتى لو توقفت بعض الروابط في سلسلة الاتصال بين المرسل والمرسل إليه عن العمل أثناء إرسال الرسالة. يجب أن يحدد النظام المسار الأمثل لتسليم الرسالة إلى المستلم، حتى لو كان الجهاز المرسل غير قادر على تحديد موقع المستلم. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتعامل الشبكة مع الضوضاء التي لا مفر منها من العديد من الأجهزة التي تنقل الرسائل في وقت واحد.

تمثل الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم (MANET-Mobile Ad-Hoc Networks) بنية شبكات الراديو المتنقلة، والتي تفترض عدم وجود بنية تحتية للشبكة الثابتة (المحطات الأساسية) والإدارة المركزية. أصبحت هذه الشبكات جذابة بشكل خاص مع ظهور المعايير اللاسلكية وتقنيات الشبكات (Bluetooth، Wi-Fi، WiMAX). استنادا إلى المعايير الموجودة بالفعل 802.11 و 802.16، من الممكن بناء شبكات لاسلكية ذاتية التنظيم على نطاق حضري، والسمة المميزة لها هي منطقة التغطية الكبيرة (عدة كيلومترات مربعة).

تتميز الشبكة اللاسلكية ذاتية التنظيم (WSN) بالتغيرات الديناميكية في الهيكل، وعرض النطاق الترددي المحدود، ومحدودية طاقة البطارية في العقد، وعدم تجانس موارد العقد، والأمن المحدود، وما إلى ذلك. ومع ذلك، بدأ استخدام شبكات WSN مؤخرًا في أنظمة النقل الذكية وللمنزل (HANET - Home AdHoc Network)، لشبكات المكاتب الصغيرة، للحوسبة المشتركة لأجهزة الكمبيوتر الموجودة في منطقة صغيرة. يمكن تصنيف الشبكات ذاتية التنظيم (الشبكات المخصصة) وفقًا لتطبيقاتها: - الشبكات اللاسلكية المتنقلة ذاتية التنظيم (Mobile Ad-hoc Networks, MANET)؛ - الشبكات المتداخلة اللاسلكية (WMN)؛

شبكة الجوال اللاسلكية المخصصة (MANET)، والتي تسمى أحيانًا شبكة متنقلة متداخلة، هي شبكة ذاتية التكوين تتكون من أجهزة محمولة. تستخدم جميع العقد اتصالات لاسلكية للاتصال (الشكل 1.8).

أرز. 1.8. مثال على بنية شبكة WSN

جميع الأجهزة في شبكة WSN تتحرك باستمرار، وبالتالي فإن الاتصالات في الشبكة تتغير باستمرار. يجب أن تؤدي كل عقدة وظائف جهاز التوجيه وتشارك في ترحيل حزم البيانات. تتمثل المهمة الرئيسية في إنشاء مثل هذه الشبكة في التأكد من أن جميع الأجهزة يمكنها الاحتفاظ بمعلومات محدثة باستمرار من أجل التوجيه الصحيح لحركة المرور. يمكن أيضًا تقسيم شبكة WSN إلى عدة فئات:

الشبكة المخصصة للمركبات (VANET) هي شبكة مخصصة تُستخدم للتواصل بين المركبات والمعدات الموجودة على جانب الطريق؛

الشبكة المخصصة للمركبات الذكية (InVANET) هي نوع من الذكاء الاصطناعي الذي يساعد على التحكم في السيارة في مختلف المواقف غير المتوقعة؛

الشبكة المخصصة للهواتف المحمولة المستندة إلى الإنترنت (iMANET) هي شبكة WSN تربط العقد المتنقلة ببوابات الإنترنت الثابتة.

شبكات شبكية لاسلكيةهو نوع خاص من شبكة Ad-Hoc التي تحتوي على تكوين أكثر تخطيطًا. تتكون الشبكات المعشقة من العملاء وأجهزة التوجيه والبوابات (الشكل 1.9). والفرق الرئيسي هو أن العقد اللاسلكية لا تتحرك في الفضاء أثناء التشغيل. الفرق الرئيسي بين شبكات MANET وشبكات Mesh هو أن MANET، كقاعدة عامة، تشير إلى شبكة طرفية، أي. إلى شبكة بدون وظائف عبور، وشبكة متداخلة إلى شبكة عبور، على الرغم من أن هذا التقسيم اعتباطي للغاية، إلا أنه مقبول حاليًا. وفقًا للوظائف الأكثر تعقيدًا للشبكة المعشقة، عند بنائها، يتم أيضًا التمييز بين شبكات الإنترنت الخاصة بالوالدين والأبناء.

أرز. 1.9. مثال على شبكة شبكية لاسلكية

في الوقت الحالي، هناك اهتمام علمي وتطبيقي هائل بإنشاء شبكات ذاتية التنظيم والشفاء الذاتي.

كما ذكرنا أعلاه، تعتبر الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم واحدة من أكثر المرشحين أهمية لتنفيذ الشبكات اللاسلكية المعرفية.

يرى رامينج أن شبكة WSN تتطلب نوعًا جديدًا من تكنولوجيا الشبكات تسمى التكنولوجيا المعرفية. ويجادل بأن مثل هذه الشبكة يجب أن تفهم مهام التطبيق، وأن التطبيق قادر على فهم قدرات الشبكة في أي وقت. وهذا من شأنه أن يسمح للشبكة، من خلال تعلم المتطلبات الأساسية للتطبيق، باستغلال القدرات الجديدة واختيار بروتوكولات الشبكة التي تلبي تلك المتطلبات ديناميكيًا.

باعتبارها المبدأ الرئيسي للنظرية المعرفية، يتم تطبيق الحلقة المعرفية في شبكات التعرف على الأنماط. تعتمد الدرجة التي يمكن للعقدة من خلالها التعرف على الأنماط على موضعها المنطقي ومستوى موقعها في الشبكة. وبناءً على ذلك، مثل شبكة WSN، يمكن اعتبار الشبكة المعرفية بمثابة شبكة ديناميكية متكاملة. لذلك، من الممكن تطبيق التكنولوجيا المعرفية في شبكات WSN، مما يؤدي بالتالي إلى تطوير شبكات WSN.

تعد الشبكة اللاسلكية المعرفية ذاتية التنظيم نقطة النهاية الطبيعية لتطوير شبكة WSN الحديثة. ومع ذلك، فإن الشبكات المعرفية تستجيب بشكل أسرع بكثير من الشبكات ذاتية التنظيم لأنها يجب أن تكون قادرة على التعلم والتخطيط وبالتالي هناك حاجة أكبر للاستبطان. يمكن للمرء أن يجادل بأن الشبكة المعرفية التي تعمل بكامل طاقتها هي تطور طبيعي لشبكة WSN.

لنفكر في أبسط مثال للتحكم في التوجيه في شبكة لاسلكية معرفية ذاتية التنظيم. وكمثال على الحاجة إلى تكييف النظام بأكمله، يتم النظر في جلسة نقل البيانات في شبكة ذاتية التنظيم بين العقدة الصادرة S1 والعقدة الوجهة D1، كما هو موضح في الشكل 1. 1.10. لا تتمتع العقدة الأصلية S1 بالطاقة الكافية لنقل البيانات مباشرة إلى D1. لذلك، يجب أن تنقل البيانات إلى العقدة الوجهة فقط من خلال العقد الوسيطة مثل R1 وR2.

أرز. 1.10. التحكم في التوجيه في شبكة Ad-Nos المعرفية

من المفترض أن تكون الدائرة من المصدر إلى الوجهة ذات احتمالية عالية للإرسال الناجح. ستحدد طبقة التوجيه المسارات بناءً على الحد الأدنى لعدد العقد الوسيطة، والتي تتضمن في هذه الحالة إما R1 أو R2. تقوم Node S1 بإجراء تكيف لطبقة الارتباط لتحديد R1 أو R2 بناءً على نسبة الإشارة إلى الضوضاء وأقل احتمال لفشل الاتصال. من وجهة نظر طبقة الارتباط عند العقدة S1، يوفر هذا أعلى احتمال لوصول الحزم المرسلة بشكل صحيح إلى عقد الترحيل. ومع ذلك، بدون معلومات إضافية، لا يضمن هذا الاختيار احتمالية تسليم البيانات المرسلة من S1 إلى D1.

على عكس تكييف عناصر الشبكة الفردية، تستخدم الشبكة المعرفية المعلومات من جميع العقد لحساب الاحتمال الإجمالي لفشل الاتصال على المسار من العقدة S1 إلى D1 عبر العقدتين R1 وR2. وهذا يُظهر ميزة اتباع نهج أكثر عالمية، ولكن الشبكة المعرفية تتمتع أيضًا بميزة أخرى: قدرتها على التعلم. لنفترض أن محرك الإدراك يقيس الإنتاجية من المصدر إلى الوجهة لتقييم فعالية القرارات السابقة، وتقوم العقدتان S1 وS2 بتوجيه حركة المرور الخاصة بهما في كلا الاتجاهين من خلال العقدة R2 لأن هذا يلبي متطلبات الحد الأدنى من احتمال فشل الاتصال. من المفترض الآن أن R2 أصبح ممتلئًا بسبب الحجم الكبير لحركة المرور القادمة من S2. يصبح هذا واضحًا عند دراسة الإنتاجية بناءً على رسائل العقدتين S1 وS2. تدرك آلية التعلم أن الحل السابق لم يعد الأمثل، ويتم توجيه العملية المعرفية نحو توليد حل مختلف. من الواضح أن الشبكة المعرفية لا تعرف أن هناك تجاوزًا في العقدة R2 لأننا لم ندرج هذه المعلومات كملاحظة. ومع ذلك، فإن الشبكة قادرة على استنتاج احتمال وجود مشكلات بسبب انخفاض الإنتاجية، ومن ثم الاستجابة للازدحام، ربما عن طريق إعادة توجيه حركة المرور عبر العقدتين R1 و/أو R3. يوضح هذا المثال إمكانات الشبكات المعرفية لتحسين التشغيل المستمر والقدرة على الاستجابة للظروف غير المتوقعة. لا يعتمد بروتوكول توجيه الشبكة المعرفية على نهج خوارزمي بحت، وهو قادر على تحديد وضع تشغيل فعال حتى في المواقف غير المتوقعة.

فهرس

1- ويغلينسكي أ.م.، نيكوفي م.، هو ي.ت. (المحررين). الاتصالات والشبكات الراديوية المعرفية: المبادئ والممارسة، الصحافة الأكاديمية | 2009، 736 صفحة.

2- أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتنقلة Komashinsky V.I. مع نقل حزم المعلومات./ V.I. كوماشينسكي، أ.ف. ماكسيموف // سانت بطرسبرغ: دار نشر ليم، 2006. - 238 ص.

3- Cordeiro C. IEEE 802.22: أول معيار لاسلكي عالمي يعتمد على الراديو المعرفي / C Cordeiro, K. Challapali, D. Birru, Sai Shankar // ندوة IEEE الدولية الأولى حول الحدود الجديدة في شبكات الوصول إلى الطيف الديناميكي (DySPAN 2005)، نوفمبر. 2005. ص328-337.

4- بارانوف ف.ب. توليف البرامج الدقيقة الآلي. م: المعرفة، 1997.-376 ص.

5- Kucheryavyi A.E. شبكات التنظيم الذاتي والخدمات الجديدة / A.E. مجعد // Electrosvyaz، رقم 1 2009. ص 19-23.

6- صدمات الشبكات المعرفية. وقائع ندوة DARPA التقنية، مارس 2004. الصفحات من 9 إلى 11.

الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم (أسماء أخرى: الشبكات اللاسلكية المخصصة، والشبكات الديناميكية اللاسلكية) هي شبكات لاسلكية لا مركزية ليس لها بنية دائمة. تتصل الأجهزة العميلة بسرعة لتشكل شبكة. تحاول كل عقدة شبكة إعادة توجيه البيانات المخصصة للعقد الأخرى. في هذه الحالة، يتم تحديد العقدة التي سيتم إرسال البيانات إليها ديناميكيًا، استنادًا إلى اتصال الشبكة. وهذا على النقيض من الشبكات السلكية والشبكات اللاسلكية المُدارة، حيث يتم تنفيذ مهمة التحكم في تدفق البيانات بواسطة أجهزة التوجيه (في الشبكات السلكية) أو نقاط الوصول (في الشبكات اللاسلكية المُدارة).

كانت أولى الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم هي شبكات "حزم الراديو" التي بدأت في السبعينيات، بتمويل من وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) بعد مشروع ALOHAnet.

طلب:يسمح الحد الأدنى من التكوين والنشر السريع باستخدام شبكات التنظيم الذاتي في حالات الطوارئ مثل الكوارث الطبيعية والصراعات العسكرية.

اعتمادًا على التطبيق، يمكن تقسيم الشبكات اللاسلكية ذاتية التنظيم إلى:

شبكات المحمول ذاتية التنظيم

شبكات شبكية لاسلكية

شبكات الاستشعار اللاسلكية

المبادئ الأساسية للشبكات اللاسلكية المخصصة:

• - تنقسم الشبكات اللاسلكية إلى فئتين - شبكات من نوع البنية التحتية (البنية التحتية) وشبكات من النوع المخصص (المتخصصة). لتوصيل عدة أجهزة كمبيوتر بشبكة بنية أساسية، يتم استخدام أجهزة التوجيه أو نقاط الوصول الجماعية. لا تستخدم الشبكة المخصصة أجهزة التوجيه أو نقاط الوصول الجماعية. وتتكون من أجهزة كمبيوتر تتبادل البيانات مباشرة مع بعضها البعض.
• - الشبكات المخصصة هي مجموعة من عقد الاتصالات المتنقلة اللاسلكية (المحطات والمستخدمين) التي تشكل شبكة ديناميكية مستقلة باستخدام بنية تحتية متنقلة بالكامل. تتواصل العقد مع بعضها البعض دون تدخل نقاط الوصول المركزية أو المحطات الأساسية، بحيث تعمل كل عقدة كجهاز توجيه ومستخدم نهائي.
• - من الأمثلة على ذلك توصيل عدة أجهزة كمبيوتر لاسلكيًا بدون نقطة وصول. تُستخدم طريقة الاتصال هذه غالبًا في المعارض وقاعات المؤتمرات.
• - على الإنترنت، تكون أجهزة التوجيه الموجودة في المناطق المركزية للشبكة مملوكة لمشغلين معروفين، وبالتالي يُفترض وجود درجة معينة من الثقة. لكن هذا الافتراض لم يعد صالحًا للشبكات المخصصة، لأن من المتوقع أن تشارك كافة العقد في الشبكة في التوجيه.

وضع اي بي اس اس:- وضع IBSS، ويسمى أيضًا الوضع المخصص، مخصص للاتصالات من نقطة إلى نقطة. يوجد في الواقع نوعان من الوضع المخصص. أحدها هو وضع IBSS، ويسمى أيضًا الوضع المخصص أو وضع IEEE المخصص. يتم تعريف هذا الوضع بمعايير IEEE 802.11. يُطلق على الوضع الثاني اسم الوضع المخصص التجريبي، أو وضع Lucent المخصص (أو الوضع المخصص في بعض الأحيان بشكل غير صحيح). يعد هذا وضعًا مخصصًا قديمًا لما قبل 802.11 ويجب استخدامه فقط للشبكات الأقدم.

التشفير:- يعد التشفير على شبكة لاسلكية أمرًا مهمًا لأنه لم تعد لديك القدرة على قصر الشبكة على منطقة آمنة بشكل جيد. يتم بث بيانات الشبكة اللاسلكية الخاصة بك في جميع أنحاء المنطقة حتى يتمكن أي شخص مهتم من قراءتها. وهنا يأتي دور التشفير. من خلال تشفير البيانات المرسلة عبر الهواء، فإنك تجعل من الصعب على أي شخص اعتراضها مباشرة.

• - الطريقتان الأكثر استخدامًا لتشفير البيانات بين العميل ونقطة الوصول هما WEP وIP-sec:
• - ويب. WEP هو اختصار لـ Wired Equivalency Protocol. WEP هو محاولة لجعل الشبكات اللاسلكية موثوقة وآمنة مثل الشبكات السلكية.
• - IP ثانية. يعد ip-sec وسيلة أكثر موثوقية وقوة لتشفير البيانات على الشبكة. هذه الطريقة هي بالتأكيد الطريقة المفضلة لتشفير البيانات على شبكة لاسلكية.

خدمات:- هناك العديد من الأدوات المساعدة التي يمكن استخدامها لتكوين شبكة لاسلكية وتصحيح أخطائها:

حزمة bsd-airtools

• - حزمة bsd-airtools عبارة عن مجموعة كاملة من الأدوات، بما في ذلك أدوات لاختبار الشبكة اللاسلكية لاختراق مفاتيح WEP، واكتشاف النقاط، وما إلى ذلك.
• - يمكن تثبيت الأدوات المساعدة bsd-airtools من منفذ net/bsd-airtools .

أدوات wicontrol و ancontrol و raycontrol

هذه هي الأدوات التي يمكن استخدامها للتحكم في سلوك المحول اللاسلكي على الشبكة. يتم تحديد Wicontrol عندما يكون محول الشبكة اللاسلكية هو واجهة wi0. إذا تم تثبيت جهاز وصول لاسلكي من Cisco، فستكون هذه الواجهة هي 0، ثم سيتم استخدام عنصر التحكم

المحولات المدعومة:نقطة وصول

المحولات الوحيدة المدعومة حاليًا في وضع BSS (كنقطة وصول) هي تلك التي تعتمد على مجموعة شرائح Prism 2 أو 2.5 أو 3).

عملاء 802.11a و802.11g

• - لسوء الحظ، لا يزال هناك العديد من الشركات المصنعة التي لا تقدم مخططات تخطيطية لبرامج التشغيل الخاصة بها إلى مجتمع المصادر المفتوحة، حيث تعتبر هذه المعلومات سرًا تجاريًا. ولذلك، يُترك لمطوري أنظمة التشغيل خياران: تطوير برامج التشغيل من خلال عملية هندسة عكسية طويلة ومعقدة، أو استخدام برامج التشغيل الموجودة لمنصات Microsoft® Windows.
• - بفضل جهود بيل بول (wpaul)، يوجد دعم "شفاف" لمواصفات واجهة برنامج تشغيل الشبكة (NDIS). يقوم FreeBSD NDISulator (المعروف أيضًا باسم Project Evil) بتحويل برنامج التشغيل الثنائي لنظام التشغيل Windows بحيث يعمل تمامًا كما يعمل على نظام Windows. لا تزال هذه الميزة جديدة نسبيًا، ولكنها تعمل بشكل مناسب في معظم الاختبارات.

ومن المعروف أن البنية التحتية الأساسية للإنترنت الحديثة تتم إدارتها وصيانتها من قبل عشرات المنظمات، بعضها تسيطر عليه حكومة الولايات المتحدة. لا يحب الجميع هذا الوضع، وبالتالي، منذ عدة سنوات، يناقش متخصصو تكنولوجيا المعلومات طرقًا بديلة لتنظيم شبكات المعلومات العالمية.

هناك تهديدان رئيسيان لتأمين تبادل المعلومات في الشبكات الإلكترونية: الوصول غير المصرح به إلى البيانات الخاصة والتدخل في تشغيل المعدات والأجهزة من أجل تعطيل نشاطها وحتى تعطيلها.

يكمن الرد المحتمل على هذه التهديدات في انتشار نوع جديد من الاتصالات - الشبكات المستقلة اللامركزية، حيث يكون كل جهاز مشاركًا كاملاً ويتحمل نصيبه من المسؤولية عن عمل الشبكة. يسمى هذا النوع من شبكات المعلومات AHN (شبكة مخصصة).

المشكلة الرئيسية التي حالت سابقًا دون نشر مثل هذه الشبكات على نطاق عالمي تنبع من الأداء المنخفض للأجهزة وقنوات الاتصال "الضيقة": حيث أن توجيه ونقل البيانات اللازمة لتشغيل شبكة مخصصة يستهلك موارد النظام ويحتل أماكن عالية مطالب على عرض النطاق الترددي للقناة التي تربط الأجهزة فيما بينها. واليوم، لا تعاني العديد من الأجهزة من هذه العيوب، مما يعني أننا يجب أن نتوقع في السنوات القادمة ظهور شبكات تجريبية مخصصة تتكون من آلاف الأجهزة.

وفي غضون عقدين من الزمن، قد تصبح الشبكات اللاسلكية أو المتنقلة المخصصة (MANETs، شبكات المحمول المخصصة) شرطًا أساسيًا للتشغيل الآمن لأنظمة النقل المستقبلية، والتي ستربط عددًا كبيرًا من السيارات والطائرات والقطارات الآلية . ستتلقى كل مركبة في مثل هذا النظام معلومات ملاحية ومعلومات أخرى مباشرة من جيرانها: وهذا يمكن أن يضمن اتصالاً موثوقًا ومستمرًا للمركبات ذاتية القيادة.