无线自组织网络路由协议概述 作者：唐敏赵贵 摘要：移动自组网由一组带有无线收发装置的移动节点组成，用来为远程操作、战场和地震或者洪水救援等紧急通信和易变的移动通信提供服务。由于移动自组网与有线网的区别，使得为移动自组网设计一个合适的分布式路由协议具有一定程度上的难度。本文主要是介绍了DSR和ADOV协议以及与有线网络中DV路由协议的区别。 关键词：无线自组网、DSR、ADOV 无线自组织网络即MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。 无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。 由于Adhoc网络具有节点节电、减少带宽消耗、拓扑快速变化、适应单向信道环境等多方面的要求，使得现有的IP路由协议，如RIP（选路信息协议）和OSPF（开放最短路径优先协议）等不能满足要求，Adhoc网络路由协议的设计具有很大难度。IETF的MANET工作组重点研究无线Adhoc中的路由协议。主要有如下几种草案： 1.AODV（AdhoconDemandDistmceVectorRouting）Adhoc网络的距离矢量路由算法。 2.TORA（TemporallyOrderedRoutingAlgorithm）临时顺序路由算法。 3.DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。 4.OLSR（OptimizedLinkStateRoutingProtocol）优化的链路状态路由协议。 5.TBRPF（TopologyBroadcastBasedonReversePathForwarding）基于拓扑广播的反向路径转发。 6.FSR（FisheyeStateRoutingProtocol）鱼眼状态路由协议。 7.IERP（theInterzoneRoutingProtocol）区域间路由协议。 8.IARP（theIntrazoneRoutingProtocol）区域内路由协议。 9.DSDV（DestinationSequencedDistanceVector）目标序列距离路由矢量算法。 下面我将重点就DSR和AODV两种协议进行介绍。 (一)．DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。
5.5IP策略路由典型配置 5.5.1策略路由基本配置 『需求』 在Router上做策略路由，从40.1.1.0/25来的报文送往S0口，从40.1.1.128/25来的报文送往S1。 【Router】 当前路由器提示视图依次输入的配置命令，重要的命令红色突出显示简单说明 ! 适用版本:vrp1.74/1.44 [Router] acl 1 定义acl1 [Router-acl-1] rule normal permit source 40.1.1.0 0.0.0.127 允许40.1.1.0/25源地址网段 [Router-acl-1] rule normal deny source any 禁止其他任何网段 ! [Router] acl 2 定义acl2 [Router-acl-2] rule normal permit source 40.1.1.128 0.0.0.127 允许40.1.1.128/25源地址 网段 [Router-acl-2] rule normal deny source any 禁止其他任何网段 ! [Router] interface Ethernet0 进入以太0口[Router-ethernet0] ip address 40.1.1.1 255.255.255.0 配置ip地址[Router-ethernet0] ip policy route-policy aaa 应用aaa策略 ! [Router] interface Serial0 进入串口0口[Router-Serial0] link-protocol ppp 封装ppp链路层协议
典型单路径路由协议 无线传感器网络和Adhoc网络一样，是无线自组织网络的一种，因此，它的路由协议也可以从无线Adhoc网络得到一些启发。本节首先对无线Adhoc网络的路由协议AODV进行研究，详细介绍其路由实现原理。然后详细介绍北京交通大学下一代互联网互联设备国家工程实验室代写计算机职称论文自行研制和开发的路由协议MSRP，MSRP借鉴了AODV的思想，但是又做了很大的简化。本论文所设计的多径路由机制是在MS即的基础上做了创新和改进。本节评价了它的优点和缺点，指出了需要改进的地方。 1.AODV路由协议AODVI’jj(AdhoeOndemandDistanceVectorRouting)是一种按需驱动的路由协议，它能够在移动节点之间建立动态多跳路由并维护一个Adhoc网络。AODV能让节点快速建立到新目的节点的路由，而且不需要节点维护处于非活动状态路径的路由。在链路损坏或者网络拓扑发生变化时，网络中多个移动节点能够及时做出反应，网络能够快速自愈。当网络链路出现断裂时，AODV能够通知所有受影响的节点，让它们及时删除使用该链路的路由。AODV一个很重要的创新点是对每一条路由使用了一个目的序列号，任何一个路由表项必须包含到目的节点的最新的序代写计算机硕士论文列号信息。目的节点序列号由目的节点产生。每一个目的节点在它发送给请求节点的任何路由信息中都会包含这个序列号，使用目的序列号可以保证路由无环路，也利于编程实现。当出现两条路由到达目标节点时，请求节点会选择序列号比较大的路由。节点收到任何有关报文，只要其中有关于目的序列号的信息，该目的节点的序列号就会更新。网络中的节点各自保存和维护自己的序列号。一个目的节点在下列两种情况下产生自己的序列号:1、在建立一个路由发现之前，它产代写计算机毕业论文生自己的序列号，避免与以前建立的到无线传感器网络路由协议的研究该源节点的反向路由冲突;2、在产生一个RREP回复双EQ之前，将自己节的序列号更新为目前节点的序列号和路由请求中该节点序列号两者的最大值。下一跳链路丢失时，序列号不再更新。这时候，对于使用该下一跳的每一条路由，节点都将其目的序列号加一，并将该路由标计为失效。只有再次收到“足够新”路由信息时(序列号等于或大于该记录的序列号)，该节点才会将路由表中相应信息更新。AoDv定义了三种报文类型:路由请求(RREQs)、路由回复(RREPs)、路错误(计算机专业职称论文RERRs)。这些消息包装在uDP报文中，端口654，并使用通常的IP报头，请求节点使用自己的IP地址作为路由消息中的“源IP地址”字段。对于广播消息，使用IP广播地址255.255.255.255。这意味着这些消息不会被盲目的转发。但是，AODV确实需要某些报文(例如路由请求消息)能够大范围甚至在整个网络中洪，IP报文的TTL字段可以用来限定传播范围。只要通信的两个端有到对方的有效路由，那么AODV就不参与。当节点需一个到新目的节点的路由时，该节点会广播路由请求进行寻找。当该路由请求达目的节点，或者一个中间节点具有一个到目的节点的“足够新，，的路由时，这条路由便可以确定下来。每一个收到路由请求的节点都会缓存一个到源节点的反路由，这样，“路由回复”便会从最终目的节点或者满足请求条件的中间节点顺利递到源节点。节点会监测有效路由下一条链路的状态。当监测到有链路发生断裂时，节会发送路由错误消息来通知其他节点:链路已经丢失，需要重新寻找路由。“路错误”消息用来表明一些节点通过该断裂的链路己经不可达。为了采用这种错误告的机制，所有节点保存一个“前驱列表”，前驱列表包含一些邻居的IP地址，些邻居节点可能使用本节点作为到达目的地的下一跳。前驱列表的信息可以很易的在路由回复的时候获取，因为从定义上来说，“路由回复”就是要发送给前歹J表中的节点的。AODv是个路由协议，因此它有自己的路由表管理机制。即使是暂时的路信息(例如到路由请求源节点的暂时的反向路由)，也需要在路由表中保存。AOD的路由表有以下几个组成部分:目的IP地址、目的序列号、有效目的序列号标以及其他的标志(如有效、无效、可修复、正在修复中)、网络接口、跳数、下跳、前驱列表、生命期(路由表的失效或删除时间)。 1AODV路由建立过程当一个节点发现自己需要路由却不存在路由信息的时候，它发起路由
自组织网络 求助编辑百科名片 自组织网络 移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。 目录 自组织网络概述 自组织网络特点 自组织网络应用领域 展开 编辑本段自组织网络概述 移动自组织(Ad Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(Pac ket Radio)网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网络。直到P R网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发802. 11标准时，提出将PR网络改名为Ad Hoc网络，也即今天我们常说的移动自组织网络。
移动自组织网络。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面，用户终端是可以移动的便携式终端，如笔记本、PDA等，用户可以随时处于移动或者静止状态。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端可以运行各种面向用户的应用程序;作为路由器，终端需要运行相应的路由协议。这种分布式控制和无中心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，具有很强的鲁棒性和抗毁性。 作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。[1] 网络中的移动终端具有路由和分组转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。移动自组织网络既可以作为单独的网络独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝网。 编辑本段自组织网络特点 移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，主要特点有：
Ad hoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网（Multi-hop Network）、无基础设施网（Infrastructureless Network）或自组织网（Self-or-ganizing Network）。整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。 节点的单跳通信范围只有几百米到一千米，每一个节点（车辆）不仅是一个收发器，同时还是一个路由器，因此采用多跳的方式把数据转发给更远的车辆。 在电子检查中，短距离通信技术（DSRC）用于区分车辆，存储和转发其他检测数据。DSRC技术用于提供移动车辆和路边设备之间的数据通信，以供电子检查机制处理。DSRC是通过装在车顶部的转发器与安装在路边的读取器和天线互相通信实现的。转发器要包含车辆ID信息。转发器有声音和图像指示，用于给驾驶员提供信号。 可以看到，卫星通信系统分别为车载自组网提供全球定位服务（GPS，global positioning system）和数字多媒体服务（DMB，digital multimedia broad—casting）。车与车通信使车辆之间能够通过多跳的方式进行自动互联，这好比车与车之间能够像人一样互相交谈，起到提高车辆运行的安全和疏导交通流量等作用。 车载自组网除了可以单独组网实现局部的通信外，还可以通过路灯、加油站等作为接入点的网关（gateway），连接到其他的固定或移动通信网络上，提供更为丰富的娱乐、车内办公等服务。 车载自组网在交通运输中出现，将会扩展司机的视野与车载部件的功能，从而提高道路交通的安全与高效。典型的应用包括：行驶安全预警，利用车辆间相互交换状态信息，通过车载自组网提前通告给司机，建议司机根据情况作出及时、适当的驾驶行为，这便有效的提升了司机的注意力，提高驾驶的安全性；协助驾驶，帮助驾驶员快速、安全的通过“盲区”，例如在高速路出／入口或交通十字路口处的车辆协调通行；分布式交通信息发布，改变传统的基于中心式网络结构的交通信息发布形式，车辆从车载自组网中获取实时交通信息，提高路况信息的实时性，例如，综合出与自身相关的车流量状况，更新电子地图以便更高效地决定路径规划；基于通信的纵向车辆控制，通过车载自组网，车辆能根据尾随车辆和更多前边视线范围外的车辆相互协同行驶，这样能够自动形成一个更为和谐的车辆行驶队列，避免更多的交通事故。 路边检查站的工作流程图： 车辆信息交互中心用于存储和交换安全数据和证件数据。在车辆管理系统中，需要实现各省市间快照信息的交换 ①表示通过DSRC辨认转发器信息、车辆信息；②表示在电子检查时检查“快照”信息；③表示通过转发器通知驾驶员。
无线传感器网络路由协议的研究 摘 要：对无线传感器网络及其特点进行了学习归纳，指出了无线传感网络 车载自组织网络的体系结构和通信协议研究 System Architecture and Communication Protocols in Vehicular Ad Hoc Networks 2011-05-18 作者:杨琼,沈连丰 摘要:在对车载自组织网络的特点和研究现状分析的基础上，文章给出了车载自组织网络(VANET)中多维多层的理论模型和网络体系结构，讨论了物理层技术及其相关标准以及MAC 层、网络层协议设计的重点和难点，阐述了广播协议的设计思路。 关键字:车载自组织网络；体系结构；媒体访问控制协议；路由协议 英文摘要:This paper gives a brief introduction to the characteristics and research status of vehicular ad hoc networks and presents a multilayer, multidimensional theoretical model and network architecture. It discusses techniques and standards in the PHY layer as well as challenges in designing protocols for the MAC and network layers. The design of the broadcast protocol in the MAC layer is described in detail. 英文关键字:vehicular ad hoc network; system architecture; MAC protocol; routing protocol 基金项目：国家高技术研究发展(“863”)计划(2008AA01Z205) 随着汽车工业的蓬勃发展，城市交通拥堵、道路交通事故以及恶劣天气下道路交通安全成了亟待解决的问题。作为智能交通系统(ITS)重要组成的车载自组织网络(VANET)就是在此背景下提出的，成为保障行车安全和提高交通效率的关键。VANET是将无线通信技术应用于车辆间通信的自组织网络，对于发展移动通信，提升车辆的信息化自动化程度，减少交通事故，提高道路交通安全，具有十分重要的意义。 1 车载自组织网络 1.1 车载自组织网络的特点 VANET是自组织网络的一种在交通领域支持动态、随机、多跳拓扑结构应用的特殊区域性网络，是一类特殊的移动自组织网络(MANET)[1]。文献[2]认为真正纯粹的通用目的的MANET 在现实世界中并不存在，而诸如VANET、MESH网络、机会式网络和无线传感器网络(WSN)这类具有实际应用背景的特殊移动自组织网络却获得了巨大的成功。VANET与通用目的的自组织网络相比，具有以下特点[3]： ⑴VANET中节点的拓扑结构变化快，车辆的快速移动性决定了车载自组织网络中拓扑结构的频繁改变，使得两个车辆节点之间通信链路的生存时间大大缩短。通常的解决办法是通过提高发射功率来延长链路的生存时间，但发射功率的提高、通信距离增加的同时又降低了网络的吞吐量。 ⑵快速变化的拓扑结构给建立精确的邻居节点列表带来困难，而每个节点要获取维护整个网络的全局拓扑结构变得不现实，因此基于网络拓扑结构的协议不适用于车载自组织网络。 对于目前所提出的众多MANET路由协议，协议性能的分析和比较重点集中在DSDv，AODV，DSR和ToRA等几种路由算法上，通过报文发送率、路由开销、路径最优性、吞吐量、平均端到端时延等参数对路由协议的性能进行评估和比较。根据国内外公布的MANET路由协议仿真实验结果进行研究，可以得出这样的结论:各种不同情况的比较下，如不同的数据源数目，不同的节点移动性，不同的自组织网络模型以及不同的网络负载等等，反应式路由协议的性能明显优于先应式路由协议。 根据路由建立时机与数据发送的关系可以把路由协议分为三种:主动路由 协议、按需路由协议、混合路由协议。主动路由协议是事先给定所有路径，并不考虑实际中是否用到具体的路径。这种方式路由的建立、维护的开销都很大，资源要求高，不适合于传感器网络。按需路由协议是在传输中需要路径时才按需要去计算合适的路径，这种方式会产生较大的时延。混合路由协议是综合利用前面两者的一个结合体。由于无线传感器网络中节点能量有限，且只具有局部网络信息，一般都是采用按需路由或者是混合路由协议。 根据路由过程中节点的通信模式可以把路由协议分为以下几种:单跳协议，传感器节点把采集到的数据直接发送给基站节点。在这种方式中，如果网络规模较大，则节点的能量会很快耗尽;随着节点数目的增加，网络中的数据冲突也会变得更加严重。洪泛式路由协议，这是一种简单的协议，它不需要维护网络的拓扑结构和路由计算。接收到数据的节点以广播的方式转发给所有邻居节点。虽然这种方式的路由协议实现很直接，但它有严重的缺陷，会带来网络内信息的内爆和交叠。而且对资源有很大的浪费。 平面型路由协议，网络中所有节点都是地位平等的。当一个节点需要发送数据给基站节点时，可以通过其它节点作为中间节点进行转发，最后到达基站节点。也是一种多跳的传输数据的方式。一般来说，在基站节点附近的节点参于数据中转的概率要大于远离基站节点的传感器节点。因此，基站节点附件的传感器节点由于频繁的参于数据转发而会很快的耗尽能源。平面型路由协议实现简单，健壮性好:但建立、维护路由的开销较大，数据传输的跳数多，一般适用于规模小的网络。 层次型路由协议，基本思想是把传感器节点分成不同的簇，簇内部的通信工作由簇头节点完成，同时簇头节点完成数据聚集和融合;少通信的数据量，最后簇头节点还要负责把处理后的数据发送给基站节点。这种路由协议可以很好的满足传感器网络的可扩展性，适用于大规模的网络。但是簇的维护开销较大，簇头节点是路由的关键节点，其产生和维护都很重要，一旦失效会对路由造成较大影响。 从不同的应用性能角度出发可以将路由协议分为多种类型。 基于查询的路由协议，在环境监测、战场评估等应用中，需要不断查询传感器节点采集的数据;基站节点发出查询任务，传感器节点向查询节点报告采集的数据。在这类应用中，通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的命令和数据传输，同时传感器节点的采集信息在传输路径上通常要进行数据融合，通过减少通信流量来节省能量。 地理位置路由协议，它利用节点的地理位置信息，把查询或者数据转发给特定的区域，从而缩小了数据的传输范围。在一些目标跟踪类应用中，往往需要唤醒距离跟踪目标最近的传感器节点，以得到关于目标的更精确位置等相关信息。在这类应用中，通常需要知道目的节点的精确或者大致的地理位置。把节点的位置信息作为路由选择的依据，可以对节点进行域的化分，从而缩小数据发送的范围，还可以帮助完成节点的路由功能，并降低系统专门维护路由协议的能耗。 以数据为中心的路由协议，它提出对传感器网络中的数据用特定的描述方式命名，数据传输 自组织基本路由协议及混合型路由协议技术 自组织基本路由协议及混合型路由协议技术 自组网的路由技术主要是设计能自适应网络拓扑动态变化的分布式路由协议路由协议，并避免产生路由环路，尽可能减小路由开销，具有一定的可扩展性，使网络节点能根据网络情况的变化，具各分布式管理的路由功能。自组织网络自组织网络是一个多跳的临时性的自治系统，在这种环境中，由于结点的无线通信覆盖范围的有限性，两个无法直接通信的移动结点可以借助其他结点进行分组转发来进行数据通信。自组网结点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要按路由协议进行分组转发决策。 IETF于1996年成立了自组网工作小组（MANETWG），其核心任务就是研究自组网环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。 目前MANETWG已经提出了许多协议草案，比如DSR、AODV、TORA、ZRP等。这些自组网路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。按路由发现的策略划分，可以分为主动式主动式路由协议、被动式路由协议和混合型路由协议。自组织网络主要有以下路由协议。 研究基于分布式算法，具有网络自组织和自设置功能的自组织基本路由协议，主要有两类：表驱动路由协议（主动式路由协议）和按需路由协议（反应式路由协议），。主动式路由协议尽力维护网络中每个节点至所有其他节点的一致的最新路由信息，并要求网络中的每个节点都建立和维护一个或多个存储路由信息的表格。在网络拓扑变化时周期性地广播路由更新信息。这样减少了获得路由的时延，但是需 要花费较大的开销保持路由更新。按需路由协议只有在源节点需要时才建立路由，节点不需要花费代价来维护无用的路由信息，节省了一定的网络资源，但是路由发现过程时延比较大。 自组织网络路由协议按驱动模式的分类 迄今为止，已提出的主动式协议主要有WRP、DSDV等。下面简单介绍这两种协议。 （1）WRP协议 无线路由协议（wirelessroutmgprotocol，WRP）是一个基于距离矢量的协议，其路由算法是对路径发现算法PFA的改进。它利用去往目标结点的路径长度和相应路径到倒数第二跳结点信息加速路由协议收敛速度，改善路由环路问题。WRP对PFAD的改进之处在于当结点i监测到与邻居结点j的链路链路发生变化时，i会检查所有邻居结点关于倒数第二跳信息的一致性，而PFA只会检查结点j 关于倒数第二跳结点信息的一致性。这种改进可以进一步地减少出现路由环路的次数，加快算法的收敛速度。WRP协议的主要思想如下：每个结点维护四张表，即距离表、路由表路由表、链路费用表和消息重发表，并通过UPDATE消息通告给邻居结点。 设结点为i，信宿结点为j，结点i的邻居结点为k。 ①距离表。距离表包括k的通告的相关内容有经过k到j的路由的距离Dijk的前趋结点Piik。 ②路由表。每个表项包括信宿结点地址、到信宿的距离Dij、到j的最短路由j的前趋结点Pij、i的下一跳（后继）Sij等。 本章提要： 在IP网络中使用动态路由配置时，路由器使用路由协议自动完成路径的选择。 不同的路由协议采用不同的路由算法来完成选路工作。采用距离矢量算法的路由协议称为距离矢量路由协议；采用链路状态算法的称为链路状态路由协议。 引入自治域系统的概念可使路由表得以简化。在自治域系统内使用的路由协议称为内部路由协议，在自治域系统之间使用的称为外部路由协议。 常用的路由协议有RIP，IGRP，EIGRP，OSPF和EGP等，其中前四个是内部路由协议，后一个是外部路由协议。 配置路由协议时，需要在全局模式下指定所用的协议，进入相应的路由协议配置模式，然后再进行进一步的配置工作。 7.1常用的路由协议 路由器的路由表记录着到达目标网络的路径。路由表中的路由项可人工指定，为静态路由和默认路由。若要自动生成并维护路由表项，则需对路由器配置路由协议。由路由协议来给网络中的所有路由器提供网络拓扑结构图，生成并更新路由表。常用的路由协议有： 路由信息协议RIP 内部网关路由协议IGRP 开放最短路径优先协议OSPF 增强型内部网关路由协议EIGRP 边界网关路由协议BGP 7.1.1路由协议的分类 1. 自治域系统AS 自治域系统（Autonomous System，AS）是指共享同一路由策略的网络的集合，自治域有时也称区域。在Internet上，使用自治域系统可以简化路由表。在自治域系统内的路由器只需知道本系统内的路由信息就可以了，不必了解其他自治域的情况。各个自治域之间的通信则通过位于自治域边界的路由器Ra、Rb和Rc来完成。在自治域内部路由器上运行的路由协议称为内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP），在连接各自治域之间的路由器（边界路由器）上运行的路由协议称为外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP）。 2．路由协议的分类 移动自组织通信网络技术概况及未来前景 石晶林 摘要 本文对移动自组织网络技术的概念、特征和应用进行了介绍，重点分析了目前无线移动自组织网络的关键技术研究热点，与现有通信网的融合及其技术的实现等，同时对自组织网络的前景进行了简单预测。 关键词：自组织网络，路由方法，安全，前景 1 引言 移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network: MANET)出现之初指的是一种小型无线局域网。这种小型局域网的节点之间不需要经过基站或其它管理控制设备就可以直接实现点对点的通信。而且当两个通信节点之间由于功率或其它原因导致无法实现链路直接连接时，网内其它节点可以帮助中继信号，以实现网络内各节点的相互通信。由于无线节点是在随时移动着的，因此这种网络的拓扑结构也是动态变化的。它们之间的通信模式也就无法直接照搬目前有基础设施的通信网的通信模式，至少在寻址模式上是如此。具体说来，无基础设施需求的MANET有着下面一些主要特征： 分布式自组管理与控制； 物理通信链路是带宽受约束的无线链路； 物理拓扑动态变化； 功耗是重要的约束条件（由于无线移动）； 物理安全性有限（无线信道的开放性造成）。 2001年以前，Ad Hoc还只是一个在很少一部分实验室里讨论的概念。但3年后的现在，自组织网络Ad Hoc已成了从事无线通信技术研究开发的人不得不去了解的技术 — 因为MANET已被认为是未来移动通信技术的核心组成部分之一，甚至于有不少人认为自组织网络的思想将会把所有我们能想到的网络组合在一起，从而实现世界通信网络的大统一。为什么就在短短的两三年内 Ad Hoc会流行起来呢，下面两点是主要原因： 技术进步使其具有了可实现性: 0各种各样的终端实现交互连接与通信是一种无法逆转的潮流； 0无线通信技术的发展及其与微电子技术的结合使得无线通信设备性价比大大提高，并使其成了一种日用消费品； 0人们想实现的无处不在、无时不在的通信梦想驱动着对它的研究； 市场需求是其发展的巨大动力: 0民用市场中的移动计算需求、网格、可穿戴计算、灾难救助等需要自组织网络技术； 0军事战争的需要，自组织网络技术一经提出就在军事领域得到重大应用。 作为移动通信的一种基本组网模式，移动 Ad Hoc网络与传统的蜂窝技术的根本区别在于移动节点之间的通信是在没有固定基础设施(例如基站或路由器)支持的条件下进行的。系统支持动态配置和动态流控，所有网络协议也都是分布式的。由于这类网络的组织和控制并不依赖于某些重要的节点，所以它们允许节点发生故障、离开网络或加入网络。也就是说每一个移动节点可以根据自己的需要在整个网络内随意移动，而无须考虑如何维护与其他实体的通信连接。因此具备动态搜索、定位和恢复连接能力是这类网络得以实现的基本要求。也正是由于这些原因，自组织网络的设计实现十分困难。现在用于固网的很多通信机制都无法用于 Ad Hoc网络中。本文就目前自组织网络技术方方面面的研究挑战进行介绍，对自组织网络的未来前景与应用进行了简单分析。 2 移动自组织网络的研究挑战 移动自组织网络的研究主要集中在组网理论、路由算法、接入控制、安全管理等方面。下面我们简单的进行说明。 车载自组织网络MAC层协议的研究 人们可以明显感受到信息化给生活带来的变化，从功能手机的少 量使用到智能手机的普及，从低速家庭宽带到千兆光纤的应用等等都充分说明了我们生活的信息化程度在不断的提高。 在中国，随着国家生产力的升级，人们的生活水平也不断的提高，越来越多人选择购买汽车作为交通工具。 据相关数据显示，我国汽车的生产量和销售量在xx年已经超越美国成为全球最大的汽车生产国和销售国；此外，最新数据显示我国汽车还在逐年的增加并已突破2000万辆。 随着中国汽车的迅速增长，中国将面临交通拥堵、道路拥挤以及 车辆停放管理等问题；此外,随着中国高速公路不断扩张，高速公路 上汽车的交通安全管理、车辆车速的监测以及计费系统等的需求不断提高；另一方面，随着汽车的不断普及，人们对行车环境、车内应用服务的要求越来越高；这些问题使得车辆无线交通系统研发更加迫切。 车载自组织网络（Vehicular AdHoc Networks，VANET）概念应运而生，车载自组织网络作为车辆无线通信系统的主要组成部分，主要为车辆提供道路安全信息、电子收费、车内娱乐应用以及一些以智能交通[1]有关的服务。 xx年，美国制定了IEEE802.11p[2]协议标准和IEEE1609协议族 标准，这为车载自组织网络的进一步应用提供了理论基础。 车载自组织网络是以车辆为中心，通过车辆与其他车辆或路边设 施进行通信的一种移动自组织网络。 它具有网络拓扑变化快，车辆移动速度快以及信息交互时间短等特有的属性。 车载自组织网络的运用将使交通管理等问题迎刃而解。 车载自组织网络带来巨大的变革同样使得交通信息的传递更加迅速和方便同时也减少了交通事故的发生，因此，它对社会的发展以及科学理论的研究都具有重大的意义。 1.2国内外研究现状车载自组织网络的提出刚好可以满足车辆带来的大多数问题。 但是由于车辆高速移动特征，使得以车辆为中心的车载自组织网络的网络拓扑变化迅速，而网络拓扑的快速变化又导致车载自组织网络对网络时延有较高的要求。 这些特点决定了传统的移动自组织网络的协议标准并不适用于车载自组织网络。 目前，对车载自组织网络的研究主要分为三大阵营美国、欧盟和日本。 它们在这方面都有较为深入的研究。 在车载自组织网络的研究，日本比较早就参与其中，它先后组织了开发了多个车辆智能系统，并联合多个生产商进行测试。 另外，日本还专门成立道路交通信息通信系统车载自组织网络MAC 层协议的研究2(VICS)[3]中心用于研究和系统的现实测试使用。 日本在这方面的研究一直处于国际领先水平。 无线移动自组织网络 【摘要】本文介绍了无线移动自组织网络的特点、关键技术和应用。近年来,无线移动自组织网络已引起了人们的广泛注意，并成为一个新的研究热点。 【关键词】无线移动自组织（Ad Hoc）网络；应用 无线移动自组织(以下简称Ad Hoc)网络是由一组移动或固定的无线节点组成的，不依赖于任何基础设施（如基站、接入点）的自组织的网络，网络中每个节点可以和其发射范围内的其他节点直接通信，同时利用其他节点作为中继而与发射范围外的节点进行通信。与传统的带固定设备(如基站)的无线网络相比，其显著特点是网络中没有固定的通信设施，网络中所有通信节点都是移动的，每个移动节点既是终端又是路由器，能够提供包的存储转发功能。由于无须固定通信设施的支持，因此，无线自组织网络具有很高的灵活性，可广泛应用于敌对和不易建设固定通信设施的环境中，如野战通信、紧急搜救、临时会议等。近年来，无线自组织网络已引起了人们的广泛注意，并成为一个新的研究热点。 1.网络的特点 Ad Hoc网络是一种无中心的网络，它与传统的有线网络以及蜂窝移动网络不同，具有如下特点： 1.1独立组网 Ad Hoc网络具有独立组网能力，即网络的布设无需依赖于任何预先架设的网络设施。节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。 1.2无中心 Ad Hoc网络采用无中心结构，所有节点的地位平等，组成一个对等式网络，节点可以随时加入或离开网络，任意节点的故障不会影响整个网络的运行。与有中心网络相比，Ad Hoc网络具有很强的抗毁性。 1.3自组织 Ad Hoc网络没有严格的控制中心，所有节点通过分层的网络协议和分布式算法协调各自的行为。无中心和自组织特点使得Ad Hoc网络可以实现快速自动组网。 1.4多跳路由 与普通网络中的多跳不同，Ad Hoc网络中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。反过来，如果可以使 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910152092.8 (22)申请日 2019.02.28 (71)申请人 中国科学院国家空间科学中心 地址 100190 北京市海淀区中关村南二条1 号 (72)发明人 洪洁 张德海 (74)专利代理机构 北京方安思达知识产权代理 有限公司 11472 代理人 陈琳琳 王宇杨 (51)Int.Cl. H04L 12/751(2013.01) H04L 12/781(2013.01) H04W 40/04(2009.01) H04W 40/20(2009.01) (54)发明名称 一种移动自组织网络自适应路由协议的选 择方法 (57)摘要 本发明公开了一种移动自组织网络自适应 路由协议的选择方法，所述方法包括：定时感知 并计算网络的全网瞬时拓扑变化度；将所述全网 瞬时拓扑变化度与预先计算出的拓扑变化度门 限值/区间进行比较，确定节点的移动模型；基于 预先设定的策略，根据节点的移动模型选择相应 的路由协议。本发明的方法适用于高动态移动自 组织网络中复杂的任务场景；该方法能根据感知 到的拓扑变化结果，及时判断节点当前的移动模 式，并迅速做出调整策略；可以实现移动自组织 网络中路由协议与移动方式的有效匹配。权利要求书4页 说明书12页 附图8页CN 109787902 A 2019.05.21 C N 109787902 A 1.一种移动自组织网络自适应路由协议的选择方法，所述方法包括： 定时感知并计算网络的全网瞬时拓扑变化度； 将所述全网瞬时拓扑变化度与预先计算出的拓扑变化度门限值/区间进行比较，确定节点的移动模型； 基于预先设定的策略，根据节点的移动模型选择相应的路由协议。 2.根据权利要求1所述的移动自组织网络自适应路由协议的选择方法，其特征在于，所述定时感知并计算网络的全网瞬时拓扑变化度，具体包括： 从节点i的邻居节点中根据节点有效传输范围获取其所有的一跳邻居节点；所述节点i 为网络中的任一节点； 记录并更新节点i的邻居节点信息列表中所有的一跳邻居节点的信息； 基于邻居节点信息列表计算节点间的拓扑变化度、节点i与所有邻居的平均拓扑变化度，由此计算全网瞬时拓扑变化度。 3.根据权利要求2所述的移动自组织网络自适应路由协议的选择方法，其特征在于，所述从节点i的邻居节点中根据节点有效传输范围获取所有的一跳邻居节点，具体为：获取节点i及其邻居节点j的移动速度和位置： 节点i在t时刻的位置 为邻居节点j在t时刻的位置 为 节点i在时刻的瞬时速度向量为 节点j在t时刻的瞬时速度向量为 计算节点i与邻居节点j的距离并根据节点有效传输范围判断邻居j是否为节点i的一跳邻居； 节点i与邻居节点j之间的距离 为： 比较与节点i一跳传输距离d th的关系，由此判断邻居节点j是否属于节点i的一跳邻居节点集合N i ： 4.根据权利要求3所述的移动自组织网络自适应路由协议的选择方法，其特征在于，所述记录并更新节点i的邻居节点信息列表中所有的一跳邻居节点的信息；具体包括：所述邻居节点信息列表的表项包括：邻居节点序号、感知时刻、邻居新速度、邻居新位置、瞬时新距离、瞬时新相对速度、瞬时新夹角、邻居旧速度、邻居旧位置、瞬时旧距离、瞬时旧相对速度、瞬时旧夹角和邻居存在标志； 如果邻居节点信息列表中无节点j的任何信息，则添加该节点及其信息至邻居节点信息列表中；具体包括：添加邻居节点序号、感知时刻、邻居新速度、邻居新位置、瞬时新距离、瞬时新相速度和瞬时新夹角；将邻居存在志设置为true；其中： 瞬时新相对速度为t时刻节点i与节点j的速率之差： 权 利 要 求 书1/4页 2 CN 109787902 A 车载自组网（VANET） ——以先进的车间通信技术提供车辆协作式安全应用 【摘要】 随着机动车数量的增加，越来越多的交通事故给社会经济和生命安全带来严重威胁。交通安全问题不仅涉及车辆自身，更与交通环境密不可分。先进的车载自组网（VANET）技术为交通安全问题提供了一种新的解决途径。 目前，主动安全系统基于反应式机理，并依赖于自治传感器（雷达、激光雷达、摄像头等）在给定时间内的实时反馈。自治传感器的覆盖范围有限，缺乏协同性，并且存在盲区、适应性有限的问题。VANET将车间无线通信和高精度定位技术融合到车辆传感器组件中，可以提供超视距提前感知能力，在主动安全系统中引入预期或前馈行为，能够实现协作式驾驶应用。协作式安全系统使驾驶员有更长的反应时间避免进入危险驾驶情况，从而减少其它主动安全系统或被动安全系统的需求。 VANET所提供的超视距感知能力不仅有利于驾驶员和周围环境的安全，并且有利于节省油耗、增加舒适度以及减少环境（如路面结冰）带来的影响。同时，VANET具备与其它网络互连的能力，能够提供多种信息增值服务，为驾驶员提供娱乐型、舒适型应用。 【车载自组网】 图1 车载自组网（VANET） 车载自组网（VANET）是指在交通环境中车辆之间、车辆与固定接入点之间及车辆与行人之间相互通信组成的开放式移动Ad hoc网络，其目标是为了在道路上构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，提供无中心、自组织、支持多跳转发的数据传输能力，以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询、车间通信和Internet接入服务等应用。许多人将VANET视为无线自组织网络（Ad Hoc Network）的一种特殊的实际应用，不过，由于VANET 本身所具有的网络特点，例如拓扑高动态、时延要求严格、节点移动速度高、轨迹可预测、能量无限、定位准确等，还有其应用前景明朗且广阔，研究范围横跨智能交通系统领域、计算机网络领域以及无线通信领域三大传统研究领域，使得对VANET的研究吸引了许多学术界和工业界的注意。 车载自组网涉及到两个庞大的产业（汽车工业和通信产业），相关的主体很多，基本上可以分为：政府部门（如美国的交通部U.S.DOT和FCC，欧洲的EU），行业公司（通用、宝马、华为），标准化组织（美国的IEEE和机动工程协会SAE，欧洲的ETSI和跨行业的C2C-CC联盟），以及各研究机构。随着车载网络逐渐成为移动互联网的一部分，如Google等IT巨头也会参与进来，届时更多的商业公司将会借助互联网参与到VANET的市场中去。 网络架构 图2 VANET网络架构车载自组织网络的体系结构和通信协议研究
主动路由协议
自组织基本路由协议及混合型路由协议技术
第7章 路由协议配置
移动自组织通信网络技术概况及未来前景
车载自组织网络MAC层协议的研究
无线移动自组织网络
【CN109787902A】一种移动自组织网络自适应路由协议的选择方法【专利】
车载自组网(VANET)技术介绍
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