دلایل استفاده از شبکه را می توان موارد ذیل عنوان کرد:

    استفاده مشترک از منابع :استفاده مشترک از یک منبع اطلاعاتی یا امکانات جانبی رایانه ، بدون توجه به محل جغرافیایی هریک از منابع را استفاده از منابع مشترک گویند.
    کاهش هزینه :متمرکز نمودن منابع واستفاده مشترک از آنها وپرهیز از پخش آنها در واحدهای مختلف واستفاده اختصاصی هر کاربر در یک سازمان کاهش هزینه را در پی خواهد داشت .
    قابلیت اطمینان :این ویژگی در شبکه ها بوجود سرویس دهنده های پشتیبان در شبکه اشاره می کند ، یعنی به این معنا که می توان از منابع گوناگون اطلاعاتی وسیستم ها در شبکه نسخه های دوم وپشتیبان تهیه کرد ودر صورت عدم دسترسی به یک از منابع اطلاعاتی در شبکه " بعلت از کارافتادن سیستم " از نسخه های پشتیبان استفاده کرد. پشتیبان از سرویس دهنده ها در شبکه کارآیی،، فعالیت وآمادگی دایمی سیستم را افزایش می دهد.
    کاهش زمان : یکی دیگر از اهداف ایجاد شبکه های رایانه ای ، ایجاد ارتباط قوی بین کاربران از راه دور است ؛ یعنی بدون محدودیت جغرافیایی تبادل اطلاعات وجود داشته باشد. به این ترتیب زمان تبادل اطلاعات و استفاده از منابع خود بخود کاهش می یابد.
    قابلیت توسعه :یک شبکه محلی می تواند بدون تغییر در ساختار سیستم توسعه یابد وتبدیل به یک شبکه بزرگتر شود. در اینجا هزینه توسعه سیستم هزینه امکانات وتجهیزات مورد نیاز برای گسترش شبکه مد نظر است.
    ارتباطات:کاربران می توانند از طریق نوآوریهای موجود مانند پست الکترونیکی ویا دیگر سیستم های اطلاع رسانی پیغام هایشان را مبادله کنند ؛ حتی امکان انتقال فایل نیز وجود دارد.


بخش اول


 شبکه های موردی سیار  


فصل اول : شبکه های مور


شبکه های موردی سیار  چیست؟


1-2 آشنایی با شبكه های بی سیم مبتنی بر بلوتوث

امروزه با پیشرفت تكنولوژی های ارتباطی، برقراری ارتباطات مورد نیاز برای راه اندازی شبكه ها به كمك تكنیك های متفاوتی امكان پذیر می باشد. زمانی ارتباط بین ایستگاه های كاری در یك شبكه، فقط توسط كابل های کواکسیال[1] و اتصالات BNC امكان پذیر بود. سپس با پیشرفت تكنولوژی اتصالات موجود بهبود یافتند و كابلهای جفت تابیده و بعد كابل فیبر‌نوری[2] پا به عرصه وجود گذاشتند. مزیت اصلی این پیشرفت ها افزایش سرعت انتقال داده‌ها و بهبود امنیت ارسال و دریافت داده ها می باشد.


در مراحل بعد، وجود برخی از مشكلات مانند عدم امكان كابل كشی جهت برقراری اتصالات مورد نیاز و یا وجود هزینه بالا یا سختی عملیات كابل كشی و غیر ممكن بودن یا هزینه بر بودن انجام تغییرات در زیر ساخت های فعلی شبكه سبب شد تا مهندسان به فكر ایجاد روشی برای برقراری ارتباط بین ایستگاه های كاری باشند كه نیاز به كابل نداشته باشد. در نتیجه تكنولوژی های بی سیم پا به عرصه وجود گذاشتند.


در این تكنولوژی، انتقال اطلاعات از طریق امواج الكترومغناطیس انجام می گیرد. به همین منظور می توان از یكی از سه نوع موج زیر استفاده نمود:


    مادون قرمز : در این روش فاصله دو نقطه زیاد نیست زیرا امواج مادون قرمز برد كمی دارند و از طرفی سرعت انتقال داده‌ها توسط این موج پایین می‌باشد.
    امواج لیزر : این موج در خط مستقیم سیر می كند و نسبت به امواج مادون قرمز دارای برد بالاتر می باشد. مشكل اصلی در این موج، مخرب بودن آن می‌باشد. « این موج برای بینایی مضر می باشد.
    امواج رادیویی : متداول ترین امواج در ارتباطات شبكه ای هستند و سرعت استاندارد آنها 11 مگابیت بر ثانیه می باشد. تجهیزات و شبكه های كامپیوتری مبتنی بر این نوع موج، به دو دسته تقسیم می شوند:


 1- شبكه های بی سیم درون سازمانی[3]


 2- شبكه های بی سیم برون سازمانی [4]


 


شبكه های نوع اول در داخل محیط یك ساختمان ایجاد می گردند. جهت طراحی اینگونه شبكه ها می توان یكی از دو روش زیر را در نظر گرفتك


-1 شبکه های موردی


 Infrastructure Network -2


در شبکه های موردی كامپیوتر ها و سایر ایستگاه های كاری دیگر، دارای یك كارت شبكه بی سیم می باشند و بدون نیاز به دستگاه متمركز كننده مركزی قادر به برقراری ارتباط با یكدیگر خواهند بود. اینگونه شبكه سازی بیشتر در مواردی كه تعداد ایستگاه های كاری محدود است - در شبكه های كوچك - مورد استفاده قرار می گیرند. « در ادامه مقاله در مورد این نوع شبكه ها صحبت بیشتری خواهد شد.


در روش دوم ، برای پیاده سازی شبكه بی سیم مورد نظر، از یك یا چند دستگاه متمركز كننده مركزی كه به اختصار AP نامیده می شود، استفاده می شود. وظیفه یك AP برقراری ارتباط در شبكه می باشد.


 


شبكه های نوع دوم در خارج از محیط ساختمان ایجاد می گردند. در این روش از AP و همچنین آنتن ها جهت برقراری ارتباط استفاه می شود. معیار اصلی در زمان ایجاد اینگونه شبكه ها، در نظر داشتن ارتفاع دو نقطه و فاصله بین آنها و به عبارت دیگر، داشتن دید مستقیم می باشد.


در شبكه های بی سیم  ممكن است یكی از سه توپولوژی زیر مورد استفاده قرار گیرند:


    Point To
    Point b- Point To Multipoint
    Mesh


 

امواج بلوتوث دارای برد كوتاهی می باشند و بیشتر برای راه اندازی شبكه های PAN كه یكی از انواع شبكه های موردی است، مورد استفاده قرار می گیرند.


1-3 شبكه های موردی


یك شبكه موردی  تشكیل شده از تجهیزات بی سیم قابل حمل كه با یكدیگر به كمك تجهیزات ارتباط بی سیم و بدون بر قراری هیچگونه زیر ساختی، ارتباط برقرار می كنند.


برای شروع كار بهتر است ابتدا معنی واژه موردی را بررسی نماییم. واژه موردی  به مفهوم «برای یك كاربرد خاص می باشد. این واژه معمولا در جاهایی كاربرد دارد كه حل یك مشكل خاص یا انجام یك وظیفه ویژه مد نظر باشد و ویژگی مهم آن، عدم امكان تعمیم راه حل فوق به صورت یك راه حل عمومی و به كارگیری آن در مسائل مشابه می باشد.


به شبكه موردی  ، شبكه توری نیز می گویند. علت این نام گذاری آن است كه تمام ایستگاه های موجود در محدوده تحت پوشش شبكه موردی  ، از وجود یكدیگر با خبر بوده و قادر به برقراری ارتباط با یكدیگر می باشند. این امر شبیه پیاده سازی یك شبكه به صورت فیزیكی بر مبنای توپولوژی توری می باشد.


اولین شبكه موردی  در سال 1970 توسط DARPA بوجود آمد. این شبكه در آن زمان Packet Radio‌ نامیده می شد.


از جمله مزایای یك شبكه موردی  می توان به موارد زیر اشاره نمود:


    سرعت توسعه آن زیاد است.
    به سادگی و به صرف هزینه پایین قابل پیاده سازی می باشد.
    مانند سایر شبكه های بی سیم، به زیر ساخت نیاز ندارد.
    پیكر بندی خودكار
    هر یك از ایستگاه ها به عنوان یك روتر نیز ایفای نقش می كنند.
    استقلال از مدیریت شبكه اصلی
    انعطاف پذیر بودن به عنوان مثال، دسترسی به اینترنت از نقاط مختلف موجود در محدوده تحت پوشش شبكه امكان پذیر است.
    دو ایستگاه موجود در شبكه می توانند به طور مستقل از دیگر ایستگاه ها، با یكدیگر ارتباط برقرار كرده و انتقال اطلاعات بپردازند.


 همانطور كه در مزایای فوق اشاره شد «شماره 4» اینگونه شبكه ها دارای پیكربندی خودكار می باشند. یعنی اگر پس از راه اندازی شبكه، یكی از ایستگاه ها بنابر دلایلی از كار بیافتد - مثلا فرض كنیم یكی از ایستگاه ها، یك دستگاه تلفن همراه باشد كه به كمك بلوتوث وارد شبكه شده باشد و اكنون با دور شدن صاحب تلفن از محدوده تحت پوشش از شبكه خارج شود - در نتیجه شكافی در ارتباط بین ایستگاه ها بوجود خواهد آمد. با بروز چنین موردی شبكه موردی به سرعت مشكل را شناسایی كرده و مجددا بصورت خودكار عمل پیكربندی و تنظیمات شبكه را بر اساس وضعیت جدید انجام خواهد داد و راه ارتباطی جدیدی برقرار خواهد كرد.


در شكل قبل قسمت a نشان دهنده این است كه ایستگاه ها در حال شناسایی یكدیگر می باشند. در قسمت b   می بینیم كه یكی از ایستگاه ها برای ارسال داده به سمت مقصد مورد نظرش از یك مسیر خاص و بهینه استفاده می كند. اما در شكل c وضعیتی نشان داده شده است كه یكی از ایستگاه های میانی از شبكه خارج شده و در نتیجه بعد از انجام پیكربندی مجدد، مسیر دیگری بین مبدا و مقصد برای ارسال داده ها بوجود آمده است.


به شبكه های موردی اصطلاحا موردی سیار نیز می گویند. علت این نامگذاری آن است كه ایستگاه ها در این شبكه می توانند به صورت آزادانه حركت كنند . بطور دلخواه به سازماندهی خود بپردازند. پس توپولوژی شبكه های بی سیم ممكن است به سرعت و بصورت غیر قابل پیش بینی تغییر كنند.


برخی از كاربردهای شبكه های موردی عبارتند از:


    استفاده در شبكه های PAN [5]
    این نوع شبكه در برگیرنده سیستم های بی سیم كه دارای برد و قدرت پایین هستند، می باشد. این نوع شبكه ها معمولا بین افراد و یا در یك دفتر كار و مكان های مشابه ایجاد می گردد. استاندارد مورد استفاده در این محدوده IEEE 802.15 می باشد. تجهیزات مورد استفاده معمولالپ تاپ، هدفون، تلفن و غیره می باشد.
    استفاده در عملیات اورژانسی
    مثلا در عملیات جستجو و نجات، اطفاء حریق یا عملیات پلیسی مورد استفاده قرار می گیرد.
    استفاده در محیط های غیر نظامی
    مثلا در شبكه داخلی تاكسیرانی، استادیو ورزشی و ... مورد استفاده قرار می گیرد.
    حفاظت از محیط زیست
    زیست شناسان با استفاده از گردن آویزهایی كه به حسگرهای مكان، دما و دیگر حس گرها مجهز هستند كیفیت زندگی حیوانات در خطر انقراض را كنترل می‌نمایند.
    استفاده در مصارف نظامی


به عنوان نمونه با مجهز كردن یك میدان جنگ به دستگاه هایی كه از حسگر لرزش، سیستم موقعیت یاب و حسگر مغناطیسی برخوردارند، می توان عبور و مرور خودروها در محل را كنترل نمود. هر یك از ابزارها پس از حس كردن موقعیت جقرافیایی خود با ارسال یك موج رادیویی، ابزارهایی را كه در محدوده ای به وسعت 30 متر از آن قرار دارند را شناسایی كرده و با آن ارتباط برقرار می كند.


 


برخی از محدودیت های شبكه های موردی عبارتند از:


    محدودیت پهنای باند دارد.
    روترچندسوییچ نیاز می باشد.
    مصرف انرژی یكی از دیگر مشكلات مهم می باشد.
    حفظ امنیت در اینگونه از شبكه ها مشكل می باشد.
    در شبكه های بزرگتر، ارسال اطلاعات با تاخیر همراه می باشد.


1-4 ایجاد شبكه به كمك بلوتوث


تكنولوژی بلوتوث استانداردی است كه به كمك آن می توان یك ارتباط بی سیم كوتاه برد بین تجهیزات بی سیم مجهز به بلوتوث مانند گوشی های تلفن همراه، لپ تاپ ها، چاپگر های مجهز به بلوتوث و ... برقرار نمود. به كمك بلوتوث می توان یك شبكه PAN بوجود آورد. شبكه های ایجاد شده توسط بلوتوث بر مبنای شبكه های موردی می باشد. شبكه های PAN معمولا در دفتر كار، منزل و سایر محیط های كوچك مشابه برای اتصال تجهیزات بی سیم استفاده می شود.


از مزایای بلوتوث می توان به موارد زیر اشاره نمود:


 1- بلوتوث ارزان بوده و مصرف انرژی پایینی دارد.


 2- تسهیل ارتباطات داده و صدا


 3- حذف كابل و سیم بین دستگاه ها و ابزارهای بی سیم


 4- فراهم كردن امكان شبكه های موردی و همگام سازی بین ابزارهای موجود


تكنولوژی بلوتوث از امواج محدود در باند GHZ ISM 2.4 استفاده می كند. این باند فركانس برای مصارف صنعتی، علمی و پزشكی رزرو شده است. این باند در اغلب نقاط دنیا قابل دسترسی می باشد.


1-5 چگونه ابزارهای مجهز به بلوتوث را شبكه كنیم ؟


شبكه های بلوتوث بر خلاف شبكه های بی سیم كه از ایستگاه های كاری بی سیم و نقطه دسترسی تشكیل می شود، فقط از ایستگاه های كاری بی سیم تشكیل می شود. یك ایستگاه کاری می تواند در واقع یك ابزار با قابلیت بلوتوث باشد.


ابزارهایی با قابلیت بلوتوث به طور خودكار یكدیگر را شناسایی كرده و تشكیل شبكه می دهند. مشابه همه شبكه های موردی ، توپولوژی های شبكه های بلوتوث می توانند خودشان را بر یك ساختار موقت تصادفی مستقر سازند.


شبكه های بلوتوث یك ارتباط Master-Slave را بین ابزارها برقرار می كنند. این ارتباط یك piconet را تشكیل می دهد. در هر piconet‌ هشت ایستگاه مجهز به بلوتوث وارد شبكه می شوند. به اینصورت كه یكی به عنوان Master و هفت تای دیگر به عنوان Slave در شبكه قرار می گیرند.


ابزارهای هر piconet‌ روی كانال یكسان كار می كنند. اگر چه در هر Piconet فقط یك Master‌ داریم ولی Slave یك شبكه می تواند در شبكه های دیگر به صورت Master عمل كند. بنابراین زنجیره ای از شبكه ها به وجود می آید.


مشخصات كلیدی تكنولوژی بلوتوث

شرح

مشخصات

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

لایه فیزیكی

( 2.4 GHz - 2.45 GHZ ) ISM

باند فركانس

1600 hops/sec

فركانس hop

1 Mbps

نرخ انتقال داده

حدود 10 متر و به كمك تقویت كننده تا 100 متر

محدوده كاری


جدول 1-1


 نوآوری های اخیر در آنتن های بلوتوث به این وسایل اجازه داده است تا از بردی كه در ابتدا برای آن طراحی شده است، بسیار فراتر قدم بگذارد. در همایش دوازدهم همایش سالانه هكرها كه در لاس وگاس برگزار می شود»، گروهی از هكرها كه با عنوان Flexi is شناخته می شوند، توانستند دو وسیله بلوتوث را كه حدود 800 متر از یكدیگر فاصله داشتند را با موفقیت به یكدیگر متصل كنند. آنها از آنتم مجهز به یك نوسان نما و یك آنتن یاگی استفاده كردند كه همه آنها به قنداق یك تفنگ متصل شده بود. كابل آنتن را به كارت بلوتوث در رایانه متصل می كرد. بعدها آنتن را تیرانداز آبی نامیدند.


در ارتباطاتی كه توسط تكنولوژی بلوتوث برقرار می گردند، معمولا ایستگاه های موجود در شبكه در هر لحظه در یكی از وضعیت های زیر می باشند.


[1] Coaxial

[2] FIBER OPTIC CABLE

[3] IN DOOR

[4] OUT DOOR

[5] Personal Area Network