移動計算技術--Ad-hoc概述-2014

移動計算技術-_Ad_hoc概述_2014第一頁，共57頁。通信發(fā)展趨勢兩大發(fā)展趨勢無線/移動IPIP第二頁，共57頁。WLAN的拓撲結構：WLAN有兩種主要拓撲結構：自組織網(wǎng)絡，也稱對等網(wǎng)絡，Adhoc網(wǎng)絡基礎結構網(wǎng)絡（InfrastructureNetwork）第三頁，共57頁。FixedInfrastructure現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡（有固定基礎設施支持）交換機基站終端NoexistingInfrastructure

新型無線通信網(wǎng)絡（無預先的基礎設施支持）第四頁，共57頁。Adhoc網(wǎng)絡的發(fā)展歷史PRNET項目（1972）SURSAN項目（1983）MANET小組（1997）GloMo項目（1994）NTDR項目第五頁，共57頁。1972年分組無線網(wǎng)（PRNET）戰(zhàn)場環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信1983年抗毀自適應網(wǎng)絡（SURAN）支持大規(guī)模網(wǎng)絡適應戰(zhàn)場快速變化環(huán)境需要的自適應網(wǎng)絡協(xié)議1994年全球移動通信系統(tǒng)（GloMo）滿足軍事應用需要的、可快速展開、高抗毀星的移動信息系統(tǒng)DARPA資助DefenseAdvancedResearchProjectAgencyAdhoc網(wǎng)絡的發(fā)展歷史第六頁，共57頁。1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc網(wǎng)絡”自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡1997年IETF成立MANET工作組基于IP的無線多跳網(wǎng)絡路由2003年IRTF成立ANS研究組其它研究機構ClosedAdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalabilityAdhoc網(wǎng)絡的發(fā)展歷史第七頁，共57頁。Adhoc網(wǎng)絡的起源IEEE802.11標準委員會采用了“Adhoc網(wǎng)絡”一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動通信網(wǎng)絡，Adhoc網(wǎng)絡就此誕生。AdHoc源于拉丁語，意思是“forthis”引申為“forthispurposeonly”，即“為某種目的設置的，特別的”意思，即Adhoc網(wǎng)絡是一種有特殊用途的網(wǎng)絡。第八頁，共57頁。Adhoc網(wǎng)絡的起源通常的移動網(wǎng)絡和無線通信技術是對固定有線網(wǎng)絡的補充和發(fā)展，它們需要固定基礎設施的支持，并且一般采用集中式的控制方式。但在某些特殊環(huán)境或緊急情況下，有中心的移動通信技術并不能勝任。比如，戰(zhàn)場上部隊快速展開和推進、發(fā)生地震等自然災害后的搜索和營救、野外科考等。第九頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡的定義由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的(移動)終端節(jié)點組成的一個多跳臨時性自治系統(tǒng)每個(移動)終端同時具有路由器和主機兩種功能：作為主機，終端需要運行面向用戶的應用程序；作為路由器，終端需要運行相應的路由協(xié)議節(jié)點間路由通常由多跳(Hop)組成不需要網(wǎng)絡基礎設施，可以在任何地方、任何地點快速構建多跳無線網(wǎng)絡、自組織網(wǎng)絡、無固定設施的網(wǎng)絡或者對等網(wǎng)絡第十頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡的特點（1）獨立組網(wǎng)不需要任何預先網(wǎng)絡基礎設施動態(tài)拓撲節(jié)點移動/開機/關機節(jié)點無線發(fā)送功率變化、無線信道干擾或者地形等因素影響自組織無控制中心節(jié)點故障不會影響到整個網(wǎng)絡節(jié)點之間通過無線連接形成的網(wǎng)絡拓撲結構隨時可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度可能都是無法預測的第十一頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡的特點（2）多跳路由接收端和發(fā)送端可使用比兩者直接通信小得多的功率進行通信，因此節(jié)省了能量消耗通過中間節(jié)點參與分組轉發(fā)，能夠有效降低對無線傳輸設備的設計難度和成本，同時擴大了自組織網(wǎng)絡的覆蓋范圍第十二頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡的特點（3）特殊的無線信道特征無線信道提供的網(wǎng)絡帶寬比有線信道低得多競爭無線共享信道產(chǎn)生碰撞信號衰落、噪聲干擾以及信道之間的干擾等終端的局限性能量、存儲、計算等資源受限安全性差無線鏈路的開放性移動性導致節(jié)點之間信任關系的變化可擴展性不強節(jié)點之間的相互干擾造成網(wǎng)絡容量下降各節(jié)點吞吐量隨網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù)的增加而下降存在單向無線信道終端發(fā)射功率的不同及地形環(huán)境的影響第十三頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡與Sensor網(wǎng)絡Sensor網(wǎng)絡可以看作是一種特殊類型的AdHoc網(wǎng)絡各個無線節(jié)點靜態(tài)地隨機分布在某一區(qū)域。傳感器負責收集區(qū)域內(nèi)的傳感信號，將它們發(fā)到網(wǎng)關節(jié)點網(wǎng)關具有更大的處理能力，能進一步處理信息，并且具有更大的發(fā)送范圍，可將信息送往某個大型網(wǎng)絡（Internet）并且到達最終的用戶與一般AdHoc網(wǎng)絡相比：節(jié)點數(shù)量多、分布稠密節(jié)點的能量、計算、存儲等資源進一步受限第十四頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)單跳與多跳研究重點不同通信模式不同主要研究集中在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層移動終端的所有通信必須經(jīng)過無線接入點進行無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡，不存在路由問題AdHoc網(wǎng)絡的研究內(nèi)容主要以路由協(xié)議為核心的網(wǎng)絡層設計AdHoc網(wǎng)絡中移動終端的通信是對等的第十五頁，共57頁。移動AdHoc網(wǎng)絡(MANET)與移動IPMANET移動IP第十六頁，共57頁。

移動自組網(wǎng)——MANETs

在某些特殊環(huán)境下或緊急請況下，如何應用網(wǎng)絡共同的要求移動互聯(lián)網(wǎng)

自然災害時，現(xiàn)有的網(wǎng)絡設施不可用進行科學考察、探險、沒有可用的網(wǎng)絡戰(zhàn)場上，如何實現(xiàn)動態(tài)過程的協(xié)同通信

動態(tài)的、快速部署不依賴或很少依賴現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡第十七頁，共57頁。移動互聯(lián)網(wǎng)的組成方式

移動終端式移動路由式

邏輯上移動終端到達固定網(wǎng)絡的路由器只有一跳的距離固定互聯(lián)網(wǎng)要解決移動中接入所需要的定位和地址管理問題

移動路由器和移動終端組成一個獨立的無線互聯(lián)網(wǎng)移動終端永久性或臨時性地與移動路由器相連移動自組網(wǎng)——MANETs第十八頁，共57頁。移動互聯(lián)網(wǎng)的研究主要兩個分支

聯(lián)合戰(zhàn)術無線網(wǎng)絡系統(tǒng)JTRS（JointTacticalSystem）移動專網(wǎng)工作組MANET（MobileadhocNetworks）

美國國防部，1996年主要研究用于構建戰(zhàn)術移動互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IFTF），1997年利用多跳無線網(wǎng)構造一個基于IP的移動互聯(lián)網(wǎng)，并通過實現(xiàn)IP與固定互聯(lián)網(wǎng)的無線連接移動自組網(wǎng)——MANETs第十九頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡所面臨的問題(1)特殊的信道共享方式共享信道隱藏節(jié)點問題/暴露節(jié)點問題動態(tài)變化網(wǎng)絡拓撲傳統(tǒng)路由協(xié)議花較高代價獲取的路由信息可能已經(jīng)陳舊有限的無線傳輸帶寬減少節(jié)點之間的交換的消息減少控制消息帶來的額外開銷有限的能量能量管理機制，各層考慮能量控制，包括網(wǎng)絡層路由安全問題無線信道的開放性更容易受到各種攻擊移動性使得節(jié)點的信任關系不斷變化由于節(jié)點資源受限，安全機制應該是分布式的RTS/CTS，CSMA/CA網(wǎng)絡路由時需考慮第二十頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡所面臨的問題(2)網(wǎng)絡管理拓撲管理確定將一組節(jié)點組織成網(wǎng)絡的機制移動性管理跟蹤網(wǎng)絡中移動節(jié)點的位置服務質(zhì)量管理多跳拓撲動態(tài)變化的移動AdHoc網(wǎng)絡使得服務質(zhì)量保證更加困難自動配置…第二十一頁，共57頁。隨著我國電信市場競爭的加劇，找準和開拓新的業(yè)務增長點成了電信運營商和設備提供商在市場中掌握先機的關鍵。采用移動AdHoc網(wǎng)絡技術的MESH無線區(qū)域網(wǎng)等業(yè)務被認為是未來的業(yè)務熱點之一。甚至有人稱：就象IP網(wǎng)絡改造傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡一樣，移動AdHoc網(wǎng)絡技術可能對現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡的結構和運營模式帶來劃時代的影響。AdHoc自組織無線網(wǎng)絡技術意義深遠第二十二頁，共57頁。自組織功能Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十三頁，共57頁。動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十四頁，共57頁。自動最佳路由選擇最佳路由備選替換路由有線回傳Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十五頁，共57頁。自動路由保護/恢復Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十六頁，共57頁。最佳路由備選替換路由有線回傳Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi無縫漫游----支持移動IP功能第二十七頁，共57頁。方便擴展Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十八頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡與ISO模型第二十九頁，共57頁。AdHoc在未來無線通信中的應用研究表明大型的獨立AdHoc實用性不高，它在路由方面開銷較大，并且存在安全問題，傳輸速率也比較低。小型的AdHoc網(wǎng)絡被認為使用范圍廣泛，在家庭、會議及一些個人通信領域有很大的商業(yè)潛力。而802.11和藍牙技術也使得小型AdHoc易于配置。第三十頁，共57頁。自組網(wǎng)的應用1、城域無線通信（無線寬帶接入、小區(qū)覆蓋等）2、企業(yè)局域網(wǎng)：展覽中心、體育場、旅游區(qū)、大型倉庫、港口、建筑、煤礦、石油/化工、環(huán)保、….3、應急/救援通信系統(tǒng)4、工業(yè)自動化控制5、智能交通6、傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡7、家庭安全監(jiān)測系統(tǒng)8、戰(zhàn)場偵察網(wǎng)絡、戰(zhàn)地監(jiān)測網(wǎng)絡、信息中繼9、各種遠程監(jiān)測/監(jiān)控系統(tǒng)（如環(huán)保、水文、地質(zhì)、資源保護、研究等）10、公安/交警/消防11、……….第三十一頁，共57頁?；赪LAN的

ADHOC自組織無線網(wǎng)絡

iiiiiii第三十二頁，共57頁。基于WLAN的自組織無線網(wǎng)絡架構Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAX第三十三頁，共57頁?；赪LAN的移動自組網(wǎng)IEEE802.11b/g（2.4GHz）、IEEE802.11（5GHz）每個節(jié)點200—2000m覆蓋范圍64/128位WEP加密（或WAPI）（可根據(jù)需要增加不同層次的加密功能）高帶寬，11--54M/s或更高（IEEE802.11n）面向數(shù)據(jù)業(yè)務(Dataserviceoriented)的網(wǎng)絡支持VoWi-Fi網(wǎng)絡可靠性高組網(wǎng)非常方便通用性和兼容性強成本優(yōu)勢豐富的終端支持第三十四頁，共57頁。和其它寬帶網(wǎng)絡的集成Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAXWi-FiWi-FiWi-Fi第三十五頁，共57頁。方便的寬帶無線接入方案Internet光纖骨干網(wǎng)MESHWi-Fi接入網(wǎng)有線或WiMAX第三十六頁，共57頁。在城域中的運用第三十七頁，共57頁。與其他移動通信技術的結合第三十八頁，共57頁。移動現(xiàn)場辦案AP和終端都可移動“網(wǎng)格化布警”

第三十九頁，共57頁?，F(xiàn)場布控/緊急通信第四十頁，共57頁。寬帶無線小區(qū)接入第四十一頁，共57頁。校園/醫(yī)院/大型企業(yè)寬帶無線專網(wǎng)高帶寬網(wǎng)絡自愈功能很強無縫漫游成本低不用布線，布網(wǎng)方便擴展性強第四十二頁，共57頁。巨大的成本優(yōu)勢不到3G網(wǎng)絡建設費用的1/10高帶寬（IEEE802.11n）安裝/維護費用低第四十三頁，共57頁。自組網(wǎng)的局限性

無法保證始終提供可靠的網(wǎng)絡連通性自組網(wǎng)技術目前尚處在研究階段，最終能否為用戶接受而應用到通訊市場還不太明朗自組網(wǎng)的擴展性還有待于進一步探討由于數(shù)據(jù)的多跳轉發(fā)而帶來傳輸延遲還很大網(wǎng)絡的服務質(zhì)量（Qos）還很難保障存在安全感隱患第四十四頁，共57頁。自組織網(wǎng)絡的評價方法

計算機仿真技術進行自組網(wǎng)的性能評價實驗結果可以重現(xiàn)實驗參數(shù)可以隨意設置和調(diào)整不同研究成果的實驗數(shù)據(jù)具有可比性

OPNET網(wǎng)絡仿真軟件是目前世界上最先進的網(wǎng)絡仿真開發(fā)和應用平臺在美軍的戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)的建模與仿真中，

OPNET已逐漸成為通用的仿真平臺在美軍的未來的戰(zhàn)斗系統(tǒng)中FCS通信子系統(tǒng)的研制中，也使用OPNET作為仿真平臺第四十五頁，共57頁。無線自組網(wǎng)的研究重點MAC---碰撞/沖突避免、隱藏和暴露終端問題網(wǎng)絡自組織技術（自動組網(wǎng)，相鄰發(fā)現(xiàn)等）自組織路由協(xié)議的設計和開發(fā)（自動路由建立、維護和恢復等）QoS保證功率控制與管理網(wǎng)絡的信息安全第四十六頁，共57頁。實現(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡的關鍵技術路由協(xié)議服務質(zhì)量管理功率控制傳輸層性能AdHoc網(wǎng)絡互聯(lián)安全問題網(wǎng)絡管理感知網(wǎng)絡拓撲結構的變化維護網(wǎng)絡拓撲的連接高度自適應性能量、服務質(zhì)量等約束信道接入技術節(jié)能機制多個AdHoc網(wǎng)絡互聯(lián)AdHoc內(nèi)部節(jié)點訪問Internet第四十七頁，共57頁。RFBBPMAC/LLCNewNetworkLevelApplicationLevelAdHocSubnet傳輸LevelCoreTechnology一般需要多層次協(xié)議層協(xié)調(diào)工作、綜合考慮。第四十八頁，共57頁。ExistingMANETprotocolsMANETroutingprotocolsdiscoverrouteson-demand(re-active)Maintainupdatedroutes(pro-active)SourceroutingTabledrivenVariationofdistantvector?Variationsoflinkstaterouting?DSRAODV,ABR,TORADSDV、CGSROLSR先應式路由按需路由混合式路由（Hybrid）ZRP(局部先應，廣域按需）其它：功率感知路由、地理位置信息路由、

QoS路由、多播路由、可擴展路由第四十九頁，共57頁。無線自組網(wǎng)的研究重點節(jié)能設計

能源對于自組網(wǎng)來說是一個十分寶貴的資源用于維持網(wǎng)絡通信所產(chǎn)生的能源開銷+移動終端正常運行所產(chǎn)生的能源開銷軍事應用以及充電困難的環(huán)境下，用戶不可能攜帶大量電池和對電池進行充電即使攜帶備用電池和有充電條件也沒有時間來操作第五十頁，共57頁。無線自組網(wǎng)的研究重點安全問題

自組網(wǎng)本身固有的一些特點使得其具有如下的安全問