移動Ad-hoc網(wǎng)絡

1、移動Ad Hoc網(wǎng)絡提綱n概述n體系結(jié)構(gòu)nMANET路由概述移動無線網(wǎng)絡n蜂窩移動通信網(wǎng)絡n移動終端和固定基站通信n移動終端不具備路由功能n基站負責路由和交換功能n基站充當接入有線網(wǎng)絡的網(wǎng)關移動無線網(wǎng)絡nWLANn移動節(jié)點配備無線網(wǎng)卡n移動節(jié)點通過AP與固定網(wǎng)絡連接nWLAN工作在鏈路層，對網(wǎng)絡層透明n對網(wǎng)絡層來說WLAN是一個單跳網(wǎng)絡移動互聯(lián)網(wǎng)的需求n特殊環(huán)境n臨時會議/緊急情況n科學考察/探險/軍事戰(zhàn)場n接入網(wǎng)絡服務上必須的時間和成本n現(xiàn)有服務和架構(gòu)的性能或者能力n用戶可遠離網(wǎng)絡基礎設施而保持與網(wǎng)絡的連接移動互聯(lián)網(wǎng)的研究活動nIEEE 802.11首次提出“ad hoc”n自組織、對等式、

2、多跳無線移動通信網(wǎng)絡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的移動互聯(lián)網(wǎng)nIRTF在2003年成立了ANS研究組n其他學術/商業(yè)團體n大學、軍隊和工業(yè)界的研究項目n商業(yè)系統(tǒng)：FireTide、MeshNetworks、SkyPilot Network、Tropos Networks移動ad hoc網(wǎng)絡（MANET）n移動Ad hoc網(wǎng)絡/多跳無線網(wǎng)絡n由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點組成n網(wǎng)絡中每個移動終端自由移動n網(wǎng)絡中所有移動終端地位相等n可以在任何時候、任何地點快速構(gòu)建n不需要現(xiàn)有信息基礎網(wǎng)絡設施的支持n是一個多跳、臨時、無中

3、心網(wǎng)絡MANET網(wǎng)絡的特點1n具備移動通信網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡的雙重特點n移動通信和計算機網(wǎng)絡相結(jié)合n報文交換采用分組交換機制n移動終端是配有無線收發(fā)設備的移動便攜式終端n移動終端兼?zhèn)潆p重角色n作為主機要運行面向用戶的應用程序n作為路由器要運行相應的路由協(xié)議n終端之間路由通過多個中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)完成MANET網(wǎng)絡的特點2n網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化n用戶終端隨意移動n移動節(jié)點的開機/關機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)絡的特點3n無中心網(wǎng)絡的自組性n無控制中心n每個節(jié)點地位平等n節(jié)點隨時加入/離開網(wǎng)絡n任何節(jié)點故障不會影響整個網(wǎng)絡n具有更強魯棒性和抗毀性MANET網(wǎng)絡的特

4、點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行通信-大大節(jié)約能量的消耗n中間節(jié)點參與分組轉(zhuǎn)發(fā)-能有效降低對無線傳輸設備的設計難度和成本，同時擴大自組網(wǎng)絡覆蓋范圍MANET網(wǎng)絡的特點5n有限的無線傳輸帶寬n無線信道能提供的網(wǎng)絡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信號衰減、噪聲干擾以及信道之間干擾等n移動終端的自主性n自組網(wǎng)絡的移動終端之間存在某種協(xié)同工作關系n每個終端都將承擔為其它終端進行分組轉(zhuǎn)發(fā)的義務MANET網(wǎng)絡的特點6n安全性差n無線鏈路使網(wǎng)絡容易受到鏈路層的攻擊n節(jié)點漫游時缺乏物理保護n移動性使節(jié)點之間的信任關系經(jīng)常變化n網(wǎng)絡的可擴展性不強n節(jié)點之

5、間的相互干擾造成網(wǎng)絡容量下降n各節(jié)點吞吐量隨網(wǎng)絡節(jié)點總數(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生存時間短MANET與常規(guī)的移動通信網(wǎng)絡n與常規(guī)的移動通信網(wǎng)絡比較n不需要網(wǎng)絡通信基礎設施支持n不依賴基站進行通信n分組交換機制n數(shù)據(jù)通信業(yè)務為主n拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化MANET與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡n與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡比較n固定網(wǎng)絡中主機位置基本不變n固定網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)一般比較復雜nAd hoc網(wǎng)絡規(guī)模相對較小nAd hoc網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單nAd hoc網(wǎng)絡的拓撲結(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動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲n常規(guī)路由協(xié)

6、議花較高代價（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缺乏物理保護使得攻擊可能來自內(nèi)部n移動性使得節(jié)點之間的信任關系不斷變化n安全策略應具有可擴展性MANET面臨的問題3n網(wǎng)絡管理n拓撲管理n確定一種將一組節(jié)點組織成網(wǎng)絡的機制n移動性管理n跟蹤網(wǎng)絡內(nèi)移動節(jié)點的位置n服務質(zhì)量保證n多跳拓撲動態(tài)變化的MANET服務質(zhì)量保證仍然是個問題n地址自動配置影響ad hoc網(wǎng)絡的主要因素n無線通信技術n受限于底層無線通信技術的性能（傳輸

7、率、延遲、吞吐量）n節(jié)點密度n密度越高傳輸路徑的跳數(shù)越多，受網(wǎng)絡拓撲變化的影響就越明顯n節(jié)點移動速度n速度越高節(jié)點間的拓撲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越差，路由計算和交換負載越大n通信負荷和通信模式n流量特性和分布將直接影響到網(wǎng)絡的吞吐性能實現(xiàn)MANET的關鍵技術n路由協(xié)議n服務質(zhì)量n功率控制n安全問題nAd hoc網(wǎng)絡的互聯(lián)nAd hoc網(wǎng)絡的資源管理n傳輸層服務的性能MANET體系結(jié)構(gòu)MANET節(jié)點結(jié)構(gòu)n主機：面向移動用戶，完成數(shù)據(jù)處理等功能n路由器：負責路由選擇、轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)報功能n無線收發(fā)裝置：完成數(shù)據(jù)傳輸功能MANET網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)n平面結(jié)構(gòu)（完全分布式）n所有節(jié)點的地位平等n層次結(jié)構(gòu)（分層分布式）n網(wǎng)絡

8、被劃分為簇（cluster）n每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成n簇頭可形成更高一級的網(wǎng)絡平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點n優(yōu)點n簡單n所有節(jié)點能力相同n健壯n只要存在多條路徑就能通信n相對安全n節(jié)點覆蓋范圍較小n缺點n路由開銷大n可擴充性差層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點n優(yōu)點nCluster成員功能簡單n路由信息局部化n節(jié)點定位簡單n可擴展性好n抗毀性好n缺點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通信兩點可能不在相互的無線傳輸范圍內(nèi)n需要其他節(jié)點承擔路由器的轉(zhuǎn)發(fā)工作n節(jié)點移動需要發(fā)現(xiàn)新路由MANET路由概述n多條鏈組成路徑n移動導致路徑變化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)絡資源有限，并且必須被所有節(jié)點共享n節(jié)點資源（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移動和分區(qū)很難將信息分發(fā)到一個沒有固定成員網(wǎng)絡的所有節(jié)點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)點隨時移動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)議不是為高移動性和低帶寬網(wǎng)絡設計的nDV算法存在“無窮計算”問題和慢收斂n采用洪泛技術的（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)絡帶寬和節(jié)點能源n當網(wǎng)絡節(jié)點失效和網(wǎng)絡分區(qū)時形成路由回路n無線終端

10、功率的差異以及無線信道的干擾導致單向信道的存在Ad hoc網(wǎng)絡對路由協(xié)議的要求n收斂迅速n提供無環(huán)路由n避免無窮計算n控制管理開銷小n對終端無過高要求n支持單向信道n盡量簡單實用n路由機制必須適應網(wǎng)絡三個不斷變化的基本特征n移動節(jié)點的總體密度n節(jié)點到節(jié)點的拓撲n網(wǎng)絡的使用模式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)點在路由機制中地位平等n尋址方式是平面的n層次路由n節(jié)點功能不同n尋址方式是分層進行的n地理信息輔助路由n利用地理信息進行路由選擇按需（on-demand）路由協(xié)議n反應式（reactive

11、）路由n在源端需要時候通過路由發(fā)現(xiàn)過程來確定路由n控制信息采用洪泛（flooding）方式n路由請求延遲高n路由開銷低n兩種實現(xiàn)技術n源路由（報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（table driven）路由n先應式（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)點連續(xù)更新“可達”信息n每個節(jié)點維護到網(wǎng)絡中所有節(jié)點的路由n所有路由都已經(jīng)存在并且隨時可用n路由請求的延遲低n路由開銷高兩種路由機制的權衡n路由發(fā)現(xiàn)的延遲n主動協(xié)議因全程維護所有的路由而具備低延遲n按需協(xié)議因只在需要時才發(fā)現(xiàn)所需路由而導致高延遲n路由發(fā)現(xiàn)/

12、維護的開銷n按需協(xié)議因只在需要時才維護路由而具備低開銷n主動協(xié)議因連續(xù)更新路由可能導致（不一定）高開銷n那種途徑表現(xiàn)更好取決于流量和移動模式分層路由協(xié)議n層次（hierarchical）路由n一些節(jié)點組成一個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)點都與cluster head直接通信，cluster內(nèi)節(jié)點間的通信一般是兩跳nZone的大小沒有限制，zone內(nèi)節(jié)點的通信可多跳nZRP兩層路由協(xié)議概念描述分層路由協(xié)議的優(yōu)缺點n優(yōu)點n網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的細節(jié)通過節(jié)點的層層聚合都被隱藏起來，因此大大降低大型