物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)-MANET

物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)-MANET第一頁(yè)，共34頁(yè)。蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)終端和固定基站互相通信移動(dòng)終端不具備路由功能基站負(fù)責(zé)路由和交換功能?基站充當(dāng)接入有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)移動(dòng)自組網(wǎng)

mobileadhocnetwork第二頁(yè)，共34頁(yè)。WLAN移動(dòng)節(jié)點(diǎn)配備無(wú)線網(wǎng)網(wǎng)卡移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)接入點(diǎn)與固定網(wǎng)絡(luò)連接WLAN工作在鏈路層，對(duì)網(wǎng)絡(luò)層透明對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)說(shuō)WLAN是一個(gè)單跳網(wǎng)絡(luò)WLAN第三頁(yè)，共34頁(yè)。特殊環(huán)境（空曠）臨時(shí)會(huì)議/緊急情況科學(xué)考察/探險(xiǎn)/軍事戰(zhàn)場(chǎng)接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商所需的時(shí)間和成本現(xiàn)有服務(wù)和架構(gòu)的性能或者能力用戶可遠(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)的需求第四頁(yè)，共34頁(yè)。源自軍事領(lǐng)域20世紀(jì)70年代分組無(wú)線網(wǎng)（PRNET）1983年的抗毀自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（SURAN）1994年的全球移動(dòng)信息系統(tǒng)（GloMo）IEEE802.11首次提出“adhoc”IETF1997年成立MANET工作組IRTF在2003成立了ANS研究組MANET:mobileadhocnetworkANS:adhocnetworkscalability移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的起源第五頁(yè)，共34頁(yè)。移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)/多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由一組帶有無(wú)線通信收發(fā)裝置的移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)終端可以自由移動(dòng)、地位相等是一個(gè)多跳、臨時(shí)、無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建

adhoc:forthespecificpurposeonly移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)第六頁(yè)，共34頁(yè)。具備移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)的自組性多跳組網(wǎng)方式有限的無(wú)線傳輸帶寬移動(dòng)終端的自主性安全性差?網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不強(qiáng)存在單向的無(wú)線信道生存時(shí)間短MANET的特點(diǎn)第七頁(yè)，共34頁(yè)。與常規(guī)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)比較不需要網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施支持不依賴基站進(jìn)行通信分組交換機(jī)制數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)為主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化MANET與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)比較固定網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)位置基本不變固定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜adhoc網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對(duì)較小adhoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單adhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化與分組無(wú)線網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、紅外網(wǎng)絡(luò)比較單跳與多跳研究重點(diǎn)不同主要研究?jī)?nèi)容是在網(wǎng)絡(luò)的物理層和DL通信模式不同移動(dòng)終端的所有通信

都要經(jīng)過(guò)接入點(diǎn)進(jìn)行第八頁(yè)，共34頁(yè)。實(shí)現(xiàn)MANET的關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議服務(wù)質(zhì)量功率控制安全問(wèn)題Adhoc網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)傳輸層服務(wù)的性能感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓S護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接高度自適應(yīng)路由廣播和組播信道接入技術(shù)能耗節(jié)約機(jī)制第九頁(yè)，共34頁(yè)。MANET多跳通信與路由要求第十頁(yè)，共34頁(yè)。平面路由無(wú)需建立具有特殊cluster頭功能節(jié)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)；不劃分區(qū)域以及所謂的區(qū)內(nèi)/外不同路由所有的節(jié)點(diǎn)在路由機(jī)制中地位平等?尋址方式是平面的層次路由節(jié)點(diǎn)功能不同尋址方式是分層進(jìn)行的地理信息輔助路由利用地理信息進(jìn)行路由選擇MANET路由分類第十一頁(yè)，共34頁(yè)。先應(yīng)式路由機(jī)制傳統(tǒng)的分布式最短路徑路由協(xié)議鏈路狀態(tài)或者距離向量所有節(jié)點(diǎn)連續(xù)更新“可達(dá)”信息每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的路由所有路由都已經(jīng)存在并且隨時(shí)可用路由請(qǐng)求的延遲低路由開銷大OLSR、TBRPF

MANET路由分類表驅(qū)動(dòng)路由第十二頁(yè)，共34頁(yè)。DV的固有缺點(diǎn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)路由回路“無(wú)窮計(jì)算”問(wèn)題DSDV(Destination-sequenceddistancevector)

沒有全局拓?fù)湟晥D主動(dòng)先應(yīng)式路由每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)到所有已知目的地的路由信息路由信息必須定期更新即使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錄]有變化也有通信開銷維護(hù)的路由可能從來(lái)不用MANET路由分類DSDV第十三頁(yè)，共34頁(yè)。MANET路由分類DVRDistanceVectorRouting第十四頁(yè)，共34頁(yè)。Thecount-to-infinityproblem.DVR的問(wèn)題

第十五頁(yè)，共34頁(yè)。保持了DV算法的簡(jiǎn)單性確保無(wú)路由回路新的路由表帶有目標(biāo)序列號(hào)對(duì)于拓?fù)渥兓芸焖俜磻?yīng)當(dāng)路由表發(fā)生重大變化時(shí)立即啟動(dòng)routeadvertisement但是延遲不穩(wěn)定路由的通告(減緩路由波動(dòng))

DSDV協(xié)議特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)Sequencenumber由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)確定，用來(lái)保證不出現(xiàn)路由回環(huán)Installtime該表項(xiàng)創(chuàng)建時(shí)間(用來(lái)刪除表中過(guò)時(shí)路由信息)Stabledata用來(lái)緩解路由波動(dòng)DSDV路由表優(yōu)點(diǎn)非常簡(jiǎn)單（幾乎與DV算法一致）通過(guò)目的地賦予的序號(hào)值來(lái)防止出現(xiàn)路由回環(huán)不存在路由發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的延遲缺點(diǎn)不能有節(jié)點(diǎn)睡眠開銷可能白費(fèi)多數(shù)路由信息從不使用第十六頁(yè)，共34頁(yè)。向每個(gè)鄰居通告自己的路由信息目標(biāo)地址metric=到目標(biāo)的跳計(jì)數(shù)目的地的序號(hào)設(shè)置序號(hào)的規(guī)則每次通告遞增自己的目標(biāo)序號(hào)（只用偶數(shù)值）如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)不再可達(dá)(timeout)，則將該節(jié)點(diǎn)的序號(hào)遞增1(奇數(shù)值)并置metric=∞將收到的路由更新信息與自己的路由表比較選擇目標(biāo)序號(hào)大的路由(這樣能確保使用的總是來(lái)自目的地的最新路由信息)如果目標(biāo)序號(hào)相同，則選擇具有較好metric值的路由。DSDV路由通告DSDV路由選擇第十七頁(yè)，共34頁(yè)。DSDV實(shí)例第十八頁(yè)，共34頁(yè)。在源端需要時(shí)候通過(guò)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程來(lái)確定路由控制信息采用泛洪（flooding）方式路由請(qǐng)求延遲高路由開銷低兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)源路由（報(bào)文頭攜帶完整的路由信息）hop-hop路由DSR、AODV

按需路由路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)都是按需進(jìn)行的不需要周期性地通告路由不需要感測(cè)鏈路狀態(tài)不需要鄰居檢測(cè)不依賴于任何底層協(xié)議按需路由特點(diǎn)路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)都是按需進(jìn)行的不需要周期性地通告路由不需要感測(cè)鏈路狀態(tài)不需要鄰居檢測(cè)不依賴于任何底層協(xié)議按需路由優(yōu)點(diǎn)第十九頁(yè)，共34頁(yè)。DynamicSourceRoutingprotocol

基于源路由概念的按需自適應(yīng)路由協(xié)議允許節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)到任何目的地sourceroute中間節(jié)點(diǎn)不必存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組所需的路由信息采用Cache存放路由信息允許網(wǎng)絡(luò)完全自我組織和自我配置因其簡(jiǎn)單而有效成為首選協(xié)議網(wǎng)絡(luò)開銷較小存在陳舊路由

動(dòng)態(tài)源路由第二十頁(yè)，共34頁(yè)。Routediscovery機(jī)制由需要發(fā)送數(shù)據(jù)給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D的源節(jié)點(diǎn)S使用；該過(guò)程只在S需要發(fā)送數(shù)據(jù)并且不知道到D的路由時(shí)才啟動(dòng)；

Routemaintenance機(jī)制S在給D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)要能檢測(cè)出由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化導(dǎo)致源路由中斷的情況；當(dāng)前的源路由不能用時(shí)S切換到另一條已知的路由或者重新發(fā)起routediscovery尋找新路由；DSR協(xié)議組成第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。多路徑獲得的途徑作為routediscovery的響應(yīng)；“偷聽”到其他路由控制包和數(shù)據(jù)包中的路由信息；為任何目的地緩存多條路由；多路徑的作用如果正在使用的一條路徑中斷，節(jié)點(diǎn)可立即切換到另一條緩存的路由；多條路由的緩存可避免每次路由中斷后執(zhí)行routediscovery；DSR多路徑思想第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。DSR支持單向鏈路和非對(duì)稱路由天線不同傳播模式不同干擾源不同

DSR支持不同類型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)有的節(jié)點(diǎn)使用短程無(wú)線電有的節(jié)點(diǎn)使用長(zhǎng)途無(wú)線電DSR將所有節(jié)點(diǎn)都看成MANET網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)DSR路由可集成到標(biāo)準(zhǔn)Internet路由中DSR路由可集成到MobileIP路由中DSR單向鏈路支持能力第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。源節(jié)點(diǎn)A將路由請(qǐng)求（RREQ）消息局部廣播發(fā)送Routediscovery的發(fā)起者ARoutediscovery的目標(biāo)ERequestidList(初始為空)：用來(lái)記錄路由發(fā)現(xiàn)包經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)所有位于A無(wú)線傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都將收到該路由請(qǐng)求包ROUTEREQUEST

DSR路由發(fā)現(xiàn)1第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)E收到該請(qǐng)求包，給請(qǐng)求源A回答一個(gè)RREP消息List：拷貝自RREQ

路由請(qǐng)求源收到RREP消息后在本地RouteCache中緩存路由信息

DSR路由發(fā)現(xiàn)2第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。重復(fù)請(qǐng)求包的檢測(cè)如果中間節(jié)點(diǎn)收到了來(lái)自同一個(gè)源（A）請(qǐng)求id相同的請(qǐng)求包；如果中間節(jié)點(diǎn)收到的請(qǐng)求包中路由記錄已經(jīng)包含本節(jié)點(diǎn)；則中間節(jié)點(diǎn)丟棄該請(qǐng)求包；中間節(jié)點(diǎn)對(duì)于未處理過(guò)的請(qǐng)求包將自己的地址填入請(qǐng)求包的list位置；將該請(qǐng)求包作為本地廣播分組發(fā)送給鄰居；DSR路由發(fā)現(xiàn)3第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。無(wú)窮迭代的路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程如果目標(biāo)端在routecache中沒有找到去往路由請(qǐng)求源的路由信息，并且網(wǎng)絡(luò)存在單向鏈路;則需要發(fā)起新一輪routediscovery過(guò)程;

DSR規(guī)定目標(biāo)端（E）可使用RREQ消息中記錄的路由作為返回的RREP的源路由；DSR規(guī)定目標(biāo)端在發(fā)起逆向返回到源端的新一輪routediscovery時(shí)，在RREQ中“捎帶”RREP消息；DSR路由發(fā)現(xiàn)4第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。路由的維護(hù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)確保使用源路由發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組被路由中的下一跳接收；如果沒有收到下一跳的確認(rèn)則不斷重發(fā)（至最大重試次數(shù)）；如何確保數(shù)據(jù)報(bào)被逐跳轉(zhuǎn)發(fā)？鏈路級(jí)的確認(rèn)（IEEE802.11）;被動(dòng)確認(rèn)（B偵聽C向D轉(zhuǎn)發(fā)）;要求DSR軟件返回確認(rèn);

DSR路由維護(hù)第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。如果數(shù)據(jù)分組被重發(fā)了最大次數(shù)仍然沒有收到下一跳的確認(rèn)，則節(jié)點(diǎn)（C）要向分組的源端發(fā)送ROUTEERROR消息，并指明中斷的鏈路；分組的源端（A）將該路由從路由緩存中刪除；如果源端路由緩存中存在另一條到目標(biāo)的路由則重發(fā)此分組；否則，重新開始routediscovery過(guò)程；

DSR路由維護(hù)第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。節(jié)點(diǎn)不需要周期性地發(fā)送路由廣播分組無(wú)須維持到全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的路由信息節(jié)省了電池能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬，尤其是當(dāng)沒有節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中沒有通信開銷。

僅需要維護(hù)路徑上節(jié)點(diǎn)之間的路由能完全地消除路由環(huán)路能同時(shí)提供多條路由可用于單向信道中間節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答使源節(jié)點(diǎn)快速獲得路由

會(huì)引起過(guò)時(shí)路由問(wèn)題每個(gè)分組都需要攜帶完整的路由信息造成開銷增大降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率不適合網(wǎng)絡(luò)直徑大的自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性不強(qiáng)DSR協(xié)議優(yōu)點(diǎn)DSR協(xié)議缺點(diǎn)第三十頁(yè)，共34頁(yè)。分級(jí)體系一些節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)cluster或者zone這些cluster或者zone組成較大的super-cluster或者super-zone

Cluster和zone的不同cluster內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都與clusterhead直接通信，cluster內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的通信一般是兩跳。zone的大小沒有限制，zone內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信可多跳。無(wú)線分級(jí)路由的基本思想把節(jié)點(diǎn)劃分為不同的cluster/zone，并對(duì)內(nèi)外節(jié)點(diǎn)指定不同功能;設(shè)計(jì)目的減少參與路由計(jì)算的節(jié)點(diǎn)數(shù)，降低交換路由信息的通信開銷，縮短路由表的長(zhǎng)度和維護(hù)開銷。通過(guò)