移動(dòng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)

1、移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提綱n概述n體系結(jié)構(gòu)nMANET路由概述移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)n蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)n移動(dòng)終端和固定基站通信n移動(dòng)終端不具備路由功能n基站負(fù)責(zé)路由和交換功能n基站充當(dāng)接入有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)nWLANn移動(dòng)節(jié)點(diǎn)配備無線網(wǎng)卡n移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過AP與固定網(wǎng)絡(luò)連接nWLAN工作在鏈路層，對(duì)網(wǎng)絡(luò)層透明n對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來說WLAN是一個(gè)單跳網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的需求n特殊環(huán)境n臨時(shí)會(huì)議/緊急情況n科學(xué)考察/探險(xiǎn)/軍事戰(zhàn)場n接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上必須的時(shí)間和成本n現(xiàn)有服務(wù)和架構(gòu)的性能或者能力n用戶可遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而保持與網(wǎng)絡(luò)的連接移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的研究活動(dòng)nIEEE 802.11首次提出“ad hoc”n自組織、對(duì)等式、

2、多跳無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)nInternet工作組nIETF 1997年成立MANET工作組n利用多跳無線網(wǎng)構(gòu)造基于IP的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)nIRTF在2003年成立了ANS研究組n其他學(xué)術(shù)/商業(yè)團(tuán)體n大學(xué)、軍隊(duì)和工業(yè)界的研究項(xiàng)目n商業(yè)系統(tǒng)：FireTide、MeshNetworks、SkyPilot Network、Tropos Networks移動(dòng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）n移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)/多跳無線網(wǎng)絡(luò)n由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)組成n網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)移動(dòng)終端自由移動(dòng)n網(wǎng)絡(luò)中所有移動(dòng)終端地位相等n可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建n不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持n是一個(gè)多跳、臨時(shí)、無中

3、心網(wǎng)絡(luò)MANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1n具備移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙重特點(diǎn)n移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合n報(bào)文交換采用分組交換機(jī)制n移動(dòng)終端是配有無線收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)便攜式終端n移動(dòng)終端兼?zhèn)潆p重角色n作為主機(jī)要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序n作為路由器要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議n終端之間路由通過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)完成MANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)2n網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化n用戶終端隨意移動(dòng)n移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的開機(jī)/關(guān)機(jī)n無線電發(fā)送功率變化n無線信道間互相干擾n地形等綜合因素影響MANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)3n無中心網(wǎng)絡(luò)的自組性n無控制中心n每個(gè)節(jié)點(diǎn)地位平等n節(jié)點(diǎn)隨時(shí)加入/離開網(wǎng)絡(luò)n任何節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)n具有更強(qiáng)魯棒性和抗毀性MANET網(wǎng)絡(luò)的特

4、點(diǎn)4n多跳組網(wǎng)方式n接收端和發(fā)送端可使用比兩者直接通信小的多的功率進(jìn)行通信-大大節(jié)約能量的消耗n中間節(jié)點(diǎn)參與分組轉(zhuǎn)發(fā)-能有效降低對(duì)無線傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)難度和成本，同時(shí)擴(kuò)大自組網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍MANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)5n有限的無線傳輸帶寬n無線信道能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬比有線信道要低很多n競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞n信號(hào)衰減、噪聲干擾以及信道之間干擾等n移動(dòng)終端的自主性n自組網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端之間存在某種協(xié)同工作關(guān)系n每個(gè)終端都將承擔(dān)為其它終端進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)的義務(wù)MANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)6n安全性差n無線鏈路使網(wǎng)絡(luò)容易受到鏈路層的攻擊n節(jié)點(diǎn)漫游時(shí)缺乏物理保護(hù)n移動(dòng)性使節(jié)點(diǎn)之間的信任關(guān)系經(jīng)常變化n網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不強(qiáng)n節(jié)點(diǎn)之

5、間的相互干擾造成網(wǎng)絡(luò)容量下降n各節(jié)點(diǎn)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增加而下降n存在單向的無線信道n無線終端發(fā)送功率的不同以及地形環(huán)境的影響n生存時(shí)間短MANET與常規(guī)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)n與常規(guī)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)比較n不需要網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施支持n不依賴基站進(jìn)行通信n分組交換機(jī)制n數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)為主n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化MANET與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)n與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)比較n固定網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)位置基本不變n固定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜nAd hoc網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對(duì)較小nAd hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單nAd hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化MANET面臨的問題1n特殊的信道共享方式n共享信道n隱藏終端/暴露終端n動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋘常規(guī)路由協(xié)

6、議花較高代價(jià)（帶寬、能源、CPU等）獲得的路由信息可能已經(jīng)陳舊n有限的無線傳輸帶寬n減少節(jié)點(diǎn)之間交互的信息量n減少控制信息帶來的附加開銷MANET面臨的問題2n節(jié)能問題n功率控制n電池供電n安全問題n無線信道更容易受到各種攻擊n缺乏物理保護(hù)使得攻擊可能來自內(nèi)部n移動(dòng)性使得節(jié)點(diǎn)之間的信任關(guān)系不斷變化n安全策略應(yīng)具有可擴(kuò)展性MANET面臨的問題3n網(wǎng)絡(luò)管理n拓?fù)涔芾韓確定一種將一組節(jié)點(diǎn)組織成網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制n移動(dòng)性管理n跟蹤網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置n服務(wù)質(zhì)量保證n多跳拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的MANET服務(wù)質(zhì)量保證仍然是個(gè)問題n地址自動(dòng)配置影響ad hoc網(wǎng)絡(luò)的主要因素n無線通信技術(shù)n受限于底層無線通信技術(shù)的性能（傳輸

7、率、延遲、吞吐量）n節(jié)點(diǎn)密度n密度越高傳輸路徑的跳數(shù)越多，受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓挠绊懢驮矫黠@n節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度n速度越高節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越差，路由計(jì)算和交換負(fù)載越大n通信負(fù)荷和通信模式n流量特性和分布將直接影響到網(wǎng)絡(luò)的吞吐性能實(shí)現(xiàn)MANET的關(guān)鍵技術(shù)n路由協(xié)議n服務(wù)質(zhì)量n功率控制n安全問題nAd hoc網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)nAd hoc網(wǎng)絡(luò)的資源管理n傳輸層服務(wù)的性能MANET體系結(jié)構(gòu)MANET節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)n主機(jī)：面向移動(dòng)用戶，完成數(shù)據(jù)處理等功能n路由器：負(fù)責(zé)路由選擇、轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)報(bào)功能n無線收發(fā)裝置：完成數(shù)據(jù)傳輸功能MANET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)n平面結(jié)構(gòu)（完全分布式）n所有節(jié)點(diǎn)的地位平等n層次結(jié)構(gòu)（分層分布式）n網(wǎng)絡(luò)

8、被劃分為簇（cluster）n每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成n簇頭可形成更高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)n簡單n所有節(jié)點(diǎn)能力相同n健壯n只要存在多條路徑就能通信n相對(duì)安全n節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍較小n缺點(diǎn)n路由開銷大n可擴(kuò)充性差層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)nCluster成員功能簡單n路由信息局部化n節(jié)點(diǎn)定位簡單n可擴(kuò)展性好n抗毀性好n缺點(diǎn)nCluster頭需要選擇n所有傳輸都通過頭nCluster頭是瓶頸MANET路由概述MANET路由概述n通信兩點(diǎn)可能不在相互的無線傳輸范圍內(nèi)n需要其他節(jié)點(diǎn)承擔(dān)路由器的轉(zhuǎn)發(fā)工作n節(jié)點(diǎn)移動(dòng)需要發(fā)現(xiàn)新路由MANET路由概述n多條鏈組成路徑n移動(dòng)導(dǎo)致路徑變化MANET路由面

9、臨的困難n路由信息不易獲得n定期交換路由信息或者按需搜索路由的開銷大n網(wǎng)絡(luò)資源有限，并且必須被所有節(jié)點(diǎn)共享n節(jié)點(diǎn)資源（電池、CPU等）也是有限的n也許不可能收集齊所有的路由信息n路由信息不完整n移動(dòng)和分區(qū)很難將信息分發(fā)到一個(gè)沒有固定成員網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)n路由信息可能過期n不可能連續(xù)地或者立即交換信息n節(jié)點(diǎn)隨時(shí)移動(dòng)n無線傳播變化很大常規(guī)路由協(xié)議是否可用？n常規(guī)路由協(xié)議不是為高移動(dòng)性和低帶寬網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的nDV算法存在“無窮計(jì)算”問題和慢收斂n采用洪泛技術(shù)的（鏈路狀態(tài)）協(xié)議造成額外的通信和控制開銷n常規(guī)路由協(xié)議周期性的路由更新消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬和節(jié)點(diǎn)能源n當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效和網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時(shí)形成路由回路n無線終端

10、功率的差異以及無線信道的干擾導(dǎo)致單向信道的存在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)對(duì)路由協(xié)議的要求n收斂迅速n提供無環(huán)路由n避免無窮計(jì)算n控制管理開銷小n對(duì)終端無過高要求n支持單向信道n盡量簡單實(shí)用n路由機(jī)制必須適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)三個(gè)不斷變化的基本特征n移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的總體密度n節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的拓?fù)鋘網(wǎng)絡(luò)的使用模式Ad hoc路由協(xié)議分類n平面路由n無需建立具有特殊cluster頭功能節(jié)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)n不劃分區(qū)域以及所謂的區(qū)內(nèi)/外不同路由n所有的節(jié)點(diǎn)在路由機(jī)制中地位平等n尋址方式是平面的n層次路由n節(jié)點(diǎn)功能不同n尋址方式是分層進(jìn)行的n地理信息輔助路由n利用地理信息進(jìn)行路由選擇按需（on-demand）路由協(xié)議n反應(yīng)式（reactive

11、）路由n在源端需要時(shí)候通過路由發(fā)現(xiàn)過程來確定路由n控制信息采用洪泛（flooding）方式n路由請(qǐng)求延遲高n路由開銷低n兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)n源路由（報(bào)文頭攜帶完整的路由信息）n逐跳路由（類似現(xiàn)有的Internet路由）表驅(qū)動(dòng)（table driven）路由n先應(yīng)式（proactive）路由n傳統(tǒng)的分布式最短路徑路由協(xié)議n鏈路狀態(tài)或者距離向量n所有節(jié)點(diǎn)連續(xù)更新“可達(dá)”信息n每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的路由n所有路由都已經(jīng)存在并且隨時(shí)可用n路由請(qǐng)求的延遲低n路由開銷高兩種路由機(jī)制的權(quán)衡n路由發(fā)現(xiàn)的延遲n主動(dòng)協(xié)議因全程維護(hù)所有的路由而具備低延遲n按需協(xié)議因只在需要時(shí)才發(fā)現(xiàn)所需路由而導(dǎo)致高延遲n路由發(fā)現(xiàn)/

12、維護(hù)的開銷n按需協(xié)議因只在需要時(shí)才維護(hù)路由而具備低開銷n主動(dòng)協(xié)議因連續(xù)更新路由可能導(dǎo)致（不一定）高開銷n那種途徑表現(xiàn)更好取決于流量和移動(dòng)模式分層路由協(xié)議n層次（hierarchical）路由n一些節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)cluster或則zonen這些cluster或則zone可組成較大的super cluster或則super zonenCluster和zone的不同nCluster內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都與cluster head直接通信，cluster內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的通信一般是兩跳nZone的大小沒有限制，zone內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信可多跳nZRP兩層路由協(xié)議概念描述分層路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)n網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)通過節(jié)點(diǎn)的層層聚合都被隱藏起來，因此大大降低大型