ГІБРИДНИЙ ПРОТОКОЛ МАРШРУТИЗАЦІЇ ДЛЯ БЕЗПРОВОДОВИХ MESH-МЕРЕЖ

DOI: 10.31673/2412-4338.2026.019016

Анотація

Ефективність безпроводових mesh-мереж критично залежить від протоколу маршрутизації канального рівня, який працює з MAC-адресами та повинен адаптуватися до змінної топології, інтерференції, характеру трафіку та вимог якості обслуговування. В роботі проаналізовані існуючі методи гібридизації маршрутизації в mesh-мережах, визначено вимоги до L2-протоколурозроблено архітектуру гібридного протоколу, що включає модуль виявлення сусідів, сформулювано оптимізаційну задачу максимізації сумарної корисності маршруту за лінійними обмеженнями QoS, виконано математичний аналіз середньої затримки доставки, контрольного навантаження, часу конвергенції, допустимого навантаження та умов стабільності з використанням експоненційного згладжування метрик для запобігання «мерхтінню» режимів, виявлено слабкі місця протоколу та визначити перспективи вдосконалення. Запропонований протокол обмежує проактивну зону, забезпечуючи лінійне масштабування локального трафіку OGM і квадратичне – лише для періодичних глобальних оновлень. Математичні моделі дозволяють розрахувати середню затримку як зважену суму залежно від ймовірності проактивного режиму, загальне контрольне навантаження, час конвергенції та умови стабільності. Теоретичні розрахунки демонструють зменшення накладних витрат на 50–80% порівняно з BATMAN у великих мережах, швидшу локальну конвергенцію, кращу адаптацію до трафіку та повноцінну підтримку QoS. Порівняння з іншими протоколами підтверджує переваги у мобільних і гетерогенних сценаріях. Можливі тимчасові петлі при перемиканні режимів (ймовірність ~0,1 при високій мобільності), залежність від точності метрик, підвищена складність реалізації, обчислювальні витрати на IoT-пристроях та відсутність вбудованої криптографії (вразливість до атак типу «чорна діра», DoS). Отримані результати свідчать, що HMP є ефективним рішенням для високонавантажених динамічних mesh-мереж.

Ключові слова: mesh-мережа, гібридна маршрутизація, BATMAN, HWMP, протокол L2, QoS.

Список використаної літератури

1. Джусь, О., & Лобур, М. (2025). Аналіз стану та проблем функціонування безпроводових ad hoc та mesh мереж. Електронне фахове наукове видання «Кібербезпека: освіта, наука, техніка», 2(30), 727–751. https://doi.org/10.28925/2663-4023.2025.30.914
2. Chang, R., Chen, W., & Wen, Y. (2003). Hybrid Wireless Network Protocols. IEEE Trans. Veh. Technol., 52, 1099–1109. https://doi.org/10.1109/tvt.2002.807126
3. Long, Y., Huang, G., Tang, D., Zhao, S., & Liu, G. (2021). Achieving High Throughput in Wireless Networks With Hybrid Backscatter and Wireless-Powered Communications. IEEE Internet Things J., 8, 10896–10910. https://doi.org/10.1109/jiot.2021.3051344
4. Kim, S., & Kim, D. (2017). Hybrid Backscatter Communication for Wireless-Powered Heterogeneous Networks. IEEE Trans. Wirel. Commun., 16, 6557–6570. https://doi.org/10.1109/twc.2017.2725829
5. Attar, H., Solyman, A., Alrosan, A., Chakraborty, C., & Khosravi, M. (2021). Deterministic Cooperative Hybrid Ring-Mesh Network Coding for Big Data Transmission over Lossy Channels in 5G Networks. EURASIP J. Wirel. Commun. Netw., 2021. https://doi.org/10.1186/s13638-021-02032-z
6. Yang, K., J., & Miao, Z. (2009). Hybrid Routing Protocol for Wireless Mesh Network. In 2009 Int. Conf. on Computational Intelligence and Security, 1, 547–551. https://doi.org/10.1109/cis.2009.48
7. Triviño, A., Ariza, A., Casilari, E., & Cano, J. (2013). Cooperative Layer-2 based Routing Approach for Hybrid Wireless Mesh Networks. China Commun., 10, 88–99. https://doi.org/10.1109/cc.2013.6633748
8. Chai, Y., Shi, W., Shi, T., & Yang, X. (2017). An Efficient Cooperative Hybrid Routing Protocol for Hybrid Wireless Mesh Networks. Wirel. Netw., 23, 1387–1399. https://doi.org/10.1007/s11276-016-1229-8
9. Gunasekaran, K., Verma, S., Johnsana, J., Tamilarasan, N., & Sahayaraj, J. (2024). An Innovative Regional Condition Hybrid Routing Protocol Accessing in Wireless Networks. In 2024 9th Int. Conf. on Communication and Electronics Systems (ICCES), 647–652. https://doi.org/10.1109/icces63552.2024.10860076
10. Huang, T., & Li, Y. (2021). Quality of Service (QoS)-based Hybrid Optimization Algorithm for Routing Mechanism of Wireless Mesh Network. Sens. Mater. https://doi.org/10.18494/sam.2021.3383
11. Bae, S., & Ko, Y. (2010). Efficient Layer-2 Multicasting for IEEE 802.11s based Wireless Mesh Networks. In 2010 2nd Int. Conf. on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), 109–114. https://doi.org/10.1109/icufn.2010.5547223
12. Singh, M., & Talasila, V. (2015). A Practical Evaluation for Routing Performance of BATMAN-ADV and HWMN in a Wireless Mesh Network Test-Bed. In 2015 Int. Conf. on Smart Sensors and Systems (IC-SSS), 1–6. https://doi.org/10.1109/smartsens.2015.7873617
13. Jiang, H., Lu, L., Han, G., Wang, H., S., & Sun, R. (2018). Routing Algorithm for Supporting Data-Differentiated Service in Hybrid Wireless Mesh Networks in Underground Mines. Int. J. Distrib. Sens. Netw., 14. https://doi.org/10.1177/1550147718812024
14. Nanda, A., Nanda, P., He, X., Jamdagni, A., & Puthal, D. (2020). A Hybrid Encryption Technique for Secure-GLOR: The Adaptive Secure Routing Protocol for Dynamic Wireless Mesh Networks. Future Gener. Comput. Syst., 109, 521–530. https://doi.org/10.1016/j.future.2018.05.065
15. Ganta, S., Malleswara, N., & Nallamothu, R. (2025). A Dynamic Integrity and Data Confidentiality based Wireless N2N Data Communication and Security Protocol on Large Networks. Int. J. Comput. Exp. Sci. Eng. https://doi.org/10.22399/ijcesen.720
16. Yevseiev, S., Milevskyi, S., Sokol, V., Yemanov, V., Volobuiev, A., Dakova, L., Brailovskyi, M., Rahimova, I., Kravchenko, V., & Cherniavskiy, O. (2024). Development of Functionality Principles for the Automated Data Transmission System through Wireless Communication Channels to Ensure Information Protection. East.-Eur. J. Enterpr. Technol. https://doi.org/10.15587/