Network World, США

Возможно ли обеспечивать коммуникации при нарушениях работоспособности сети?

Исследователи работают над созданием мобильных сетей, которые способны поддерживать коммуникации даже в условиях нарушения связи и длительных пауз. Разработки, направленные на построение устойчивых к сбоям сетей (Disruption-Tolerant Network, DTN), стимулируются потребностями военных, исследовательских, а также предназначенных для служб быстрого реагирования беспроводных сетей, которым обычно не хватает стабильности и предсказуемости, характерных для традиционных проводных систем связи. Однако многие эксперты считают, что проблемы, возникающие в DTN, практически идентичны тем, которые приводят к неработоспособности обычных беспроводных сетей, — частые и непредсказуемые нарушения связи, перемещения между соседними узлами и очень большие задержки. Компромиссные решения в реализации DTN приводят к значительному увеличению времени приема и передачи данных.

Однако применительно к сетевым технологиям можно с уверенностью сказать, что это лучше, чем ничего.

Борьба с нарушениями связи

Исследователи компании BBN Technologies начали вторую фазу проекта DTN, финансирование которого агентством DARPA составило 8,7 млн. долл. В 2006 году они уже создали модель 20-узловой сети DTN. При готовности каждого канала связи, не превышавшей 20% времени его использования, в этой пилотной сети было доставлено 100% переданных пакетов.

«При применении в таких же условиях традиционной для обычных сетей схемы маршрутизации и в зависимости от характера нарушений связи процент доставки был бы очень низким либо вообще нулевым», — считает Стивен Полит, руководитель проекта исследований в области DTN в BBN, получившего название SPINDLE.

В BBN разработали сетевой протокол и программный инструментарий, способные передавать информацию от узла к узлу по мере восстановления связи, а также сохранять информацию в запоминающих устройствах до момента восстановления соединения.

Команда исследователей BBN создает базовую версию собственного протокола маршрутизации DTN, получившего название Bundle, а также поддерживающие его аппаратную и программную платформы, предназначенные для дальнейшего их применения некоторыми партнерами Пентагона. Вторая фаза исследований включает также разработку набора интерфейсов API, предоставляющих возможность пользователям заменять какую-либо часть системы DTN собственным кодом, а также создавать код, который позволит компонентам программного обеспечения DTN работать поверх различных типов транспортных протоколов нижнего уровня, включая Bluetooth, WLAN и Ethernet. В конце 2007 года планируется создание работающей демонстрационной сети.

Сервис имен в DTN

Доступ к информации и ее доставка являются наиболее сложными вопросами в работающих с отказами сетях. И команда SPINDLE работает над этой проблемой.

В обычных сетях, если вы хотите выполнить поиск информации, то вводите в Web-браузер URL-адрес своей любимой поисковой системы. После этого инфраструктура сети, включая сервис DNS и маршрутизаторы, содержащие «свежайшие» данные о других маршрутизаторах и их IP-адресах, предоставит в вашем браузере, в крайнем случае через несколько секунд, нужную страницу.

Однако в работающей с отказами сети эта инфраструктура либо не функционирует, либо вовсе недоступна. Для возможности выхода из такой ситуации исследователи BBN объединили новый протокол маршрутизации с технологией, получившей название позднего связывания. В DTN сообщения могут посылаться узлом-инициатором даже в том случае, если IP-адрес узла доставки не может быть определен из-за сбоев, препятствующих распознаванию имен серверов или маршрутизаторов.

Новая модель кэширования

В BBN изучают также новую модель кэширования для DTN, позволяющую осуществлять мониторинг контента и отвечать на запросы даже в тех случаях, когда обычные функции поиска и предоставления доступа не функционируют из-за отказов в сети. В частности, там работают над созданием сети DTN, в которой информационные запросы — «кто и что хочет знать», распространяясь в сети, встречаются с теми объектами, которые содержат информацию о том, «кто и что знает».

В одной из презентаций был приведен пример группы бойскаутов, путешествующих в лесу во главе со своим вожатым Чаком, у которого был беспроводной КПК с картой маршрута. Однако он заблудился и использовал КПК для запроса новых карт из Google. Если соединение с глобальной сетью отсутствует, то запрос не может быть выполнен. В одной из версий DTN такой запрос поступал на беспроводные карманные устройства iPod и Sony PSP, имеющиеся у скаутов, но не мог передаваться дальше из-за отсутствия соединения.

В случае применения системы кэширования, созданной для DTN, запрос Чака передавался на все беспроводные клиенты, которые анализировали, могут ли они его выполнить, используя данные собственного кэша. Оказалось, что у скаута Билли карты местности хранились в кэше браузера PSP. Они и были переданы Чаку.

«В DTN, несмотря на время и расстояния, вы можете передавать информацию до тех пор, пока известен маршрут, и в конечном итоге это обеспечит возможность коммуникаций», — считают в BBN.

Дизельная DTN

Чтобы увидеть сеть DTN в работе, совсем не обязательно ждать конца года. Просто садитесь в автобус Уиверситета штата Массачусетс.

Сеть DieselNet создана в стенах университетской лаборатории PRISMS (Privacy, Internetworking, Security and Mobile Systems). Она состоит из коммерчески доступных одноплатных компьютеров, приемников GPS и радиокомпонентов, размещенных в 40 автобусах UMass Transit System. Как только два таких автобуса сближаются, их DTN-узлы запрашивают друг у друга информацию о других узлах, которые им наиболее часто встречаются. Если какой-либо из этих сторонних узлов связан с адресатом сообщения, то оно передается в этот узел за те секунды, когда расстояние до него достаточно для установления беспроводного соединения. Затем в какой-то момент сообщение передается в узел, располагающий проводным доступом к Internet.

«Эта технология сложнее обычной маршрутизации, — считает Брайан Левайн, профессор факультета информационных технологий и один из разработчиков DieselNet. — Здесь вы не можете определить ‘доступные’ маршруты. Их попросту нет».

Во время начала работы DieselNet весной 2006 года средняя скорость передачи данных между автобусами составляла 1 Мбайт за 10 секунд, и это оказалось меньше тех показателей, на которые рассчитывали ее создатели. Левайн и его ассистент Марк Корнер не могли понять причины этого.

Установка стационарных автономных беспроводных узлов, которые снабжались комбинированным электропитанием от солнечных и обычных батарей и размещались на зданиях вдоль маршрутов автобусов, позволило увеличить скорость обмена данными. Эти узлы (их стали называть «мусорными ящиками») работали подобно пересадочным станциям в метро: из автобуса сбрасывали в них пакеты, где они ожидали прохождения другого автобуса, который мог бы перевезти их дальше к пункту назначения.

На рисунке отмечены места, где происходил обмен данными между автобусами в течение месяца работы сети DieselNet