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无线自组织网络概述(PPT 72页)

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无线自组网络

无线自组网络

无线自组网络无线自组织网络由不需要任何基础设施的一组具有动态组网能力的节点组成，这种网络适应了军事和商用中对网络和设备移动性的要求，而引起了人们的关注，并在20世纪90年代以后获得了广泛的研究和发展。

与其他通信网络相比，无线自组织网络具有带宽有限、链路容易改变、节点的移动性以及由此带来的网络拓扑的动态性、物理安全有限、受设备限制等特点。

正是由于这些区别，无线自组织网络协议栈也产生了比传统网络协议栈更高的要求：适应移动分布节点随机收发行为的媒体接入控制(MAC)协议，基于动态拓扑结果的高效、稳健的路由算法，便利的异构网络互联技术，有效的功率控制，合理的跨层信息交互、多层协同设计，可靠的安全机制等等。

1 MAC协议MAC协议是无线自组织网络协议的重要组成部分，是分组在无线信道上发送和接收的主要控制者。

目前，在无线自组织网络中MAC协议面临着隐藏终端、暴露终端，信道分配，单向链路，广播扩散等问题。

1.1 隐藏终端、暴露终端问题如图1所示，节点A、B、C都工作在同一个信道上，当节点A向节点B发送分组时，载波侦听机制无法阻止节点C发送数据，造成信号在节点B处冲突。

节点C是隐藏在节点A的覆盖范围之外的、却又能对节点A的发送形成冲突的节点，这种在发送节点覆盖范围以外的、存在着潜在冲突的节点问题就是信道访问中的隐藏终端问题。

隐藏终端问题会大大降低信道的通信能力。

另外还有一种情况也会降低信道的通信能力，即所谓的暴露终端问题。

如图2所示，当节点B向节点A发送分组时，节点C侦听到节点B在发送分组，所以推迟发送分组。

这种推迟是毫无必要的，因为节点C向节点D发送分组和节点B向节点A发送分组并不冲突，此时节点C是节点B的暴露终端。

这种因发送节点在其覆盖范围内，感知到有其他节点在传输，而进行不必要的发送延迟就是暴露终端问题。

IEEE 802.11中提出的请求发送/准备接受/确认(RTS/CTS/ACK)握手机制，以及目前在很多研究中提出的控制信道-数据信道协作的方式，可以在一定程度上解决隐藏终端问题，但对于暴露终端问题，目前还没有充分有效的解决方式。

无线自组织网络路由协议概述

无线自组织网络路由协议概述

无线自组织网络路由协议概述唐敏赵贵摘要：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应。

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。

无线自组织网络

无线自组织网络

摘要Ad Hoc网络是近年来发展起来的一种无线移动分组网络，它具有动态变化的拓扑结构，网络中的节点可以任意移动，也可以动态的加入或退出网络。

Ad Hoc网络无任何中心和固定基础设施，网络中各个节点的地位平等，每个节点都具有主机与路由器的双重功能，形成了一个以中间主机节点为中继的多跳的分布式网络结构。

路由技术是Ad Hoc网络的关键技术，也是影响网络整体性能最重要的因素之一。

与单跳的无线网络不同，移动Ad Hoc网络中节点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要路由协议进行分组转发决策。

无线信道变化的不规则性，节点的移动、加入、退出等都会引起网络拓扑结构的动态变化。

路由协议的作用就是在这种环境中，监控网络拓扑结构变化，交换路由信息，定位目的节点位置，产生、维护和选择路由，并根据选择的路由转发数据，提供网络的连通性。

本文首先介绍移动Ad Hoc网络的概念、产生、定义，详细总结了移动Ad Hoc 网络的特点、应用场合和研究热点。

然后对Ad Hoc网络体系结构和信道接入协议进行了介绍。

第三章对Ad Hoc网络的路由协议进行了研究分析，并对DSDV、DSR和AODV协议进行了详细的分析研究。

最后，介绍了Ad Hoc网络的分簇算法，详细说明了AOW算法。

关键词：Ad Hoc，自组织网络，AODV，分簇算法ABSTRACTAd hoc network is a kind of wireless and mobile network developed in recent years. It has a dynamic and variable topology, each node not only can move but can join or exit the network freely. It has no center and fix e d infrastructure distributed multi-hop structure，all nodes have an equal status and act as two roles-router and node itself.Routing technique is the key technique of the Ad Hoc network, but also one of the most important factors affect the performance of the whole network. It is different from single hop wireless network，mobile Ad hoc network nodes intercommunicate according to multi-hops data store-forward，which need the support of routing protocol packet forwarding decisions. The regular change of bandwidth and node motivation，pass in and out will lead to the dynamic changes of network topology. The routing protocols will monitor the changing topology，exchange routing information，locate the position of destination nodes，product, select and maintain routing, According to the selected routing and forwarding data to provide network connectivity.In this paper, first of all, introduces the concept, produce, definition of the MANET, summarizes the characteristics, applications, and research focus of the MANET. And then the Ad Hoc network architecture and the channel access protocol is introduced. In chapter 3, we researches and analysis routing protocol of the Ad Hoc network, and carried out a detailed analysis of the DSDV, DSR and AODV protocol. At last, introduces clustering algorithm of the Ad Hoc network, and detailed description of the AOW algorithm.KEY WORDS：Ad Hoc network, self-organizing network, AODV, clustering algorithm目录第一章绪论 (4)1.1A D H OC网络概述 (4)1.1.1 Ad Hoc网络的产生 (5)1.1.2 Ad Hoc网络的定义 (5)1.1.3 Ad Hoc网络的特点 (6)1.1.4 Ad Hoc网络的应用场合 (8)1.2A D H OC网络研究的主要问题 (9)1.3论文的主要研究内容 (10)第二章体系结构与信道接入 (10)2.1节点结构 (10)2.2网络结构 (11)2.3A D H OC协议栈 (13)2.4A D H OC网络体系结构的跨层设计 (13)2.4.1 设计策略 (13)2.4.2 设计方法 (14)2.4.3 跨层设计的优势与挑战 (15)2.5信道接入协议 (15)2.5.1简介 (15)2.5.2面临的问题 (15)2.5.3协议的分类 (18)第三章路由协议的设计 (19)3.1A D H OC网络路由协议的分类 (20)3.1.1平面式路由协议和分级式路由协议 (20)3.1.2表驱动路由协议和按需路由协议 (20)3.1.3 评价路由协议的标准 (21)3.1.4 各类路由协议之间的性能比较 (21)3.2几种典型的A D H OC网络路由协议 (23)3.2.1 DSDV路由协议 (23)3.2.2 DSR路由协议 (24)3.2.3 AODV路由协议 (27)第四章AD HOC网络的分簇算法 (30)4.1概述 (30)4.2基本概念和目标 (31)4.3A D H OC网络中分簇算法的分类和比较 (32)4.3.1 基于节点ID的分簇算法 (32)4.3.2 最高节点度分簇算法 (33)4.3.3 最低节点移动性分簇算法 (33)4.4自适应按需加权分簇算法（AOW） (33)4.4.1一般介绍 (33)4.4.2 AOW算法的特点和目标 (34)4.4.3算法描述 (35)4.4.4网络初始化和簇维护策略 (36)4.5基于分簇结构的A D H OC网络路由协议 (36)4.5.1 CBRP (37)4.5.2 CEDAR (37)4.5.3 ZHLS (37)总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第一章绪论1.1 Ad Hoc网络概述Ad Hoc网络是一种特殊的无线移动通信网络。

无线自组织网络概述

无线自组织网络概述

无线自组织网络概述无线自组织网络（Wireless Ad Hoc Network）是指一种无需基础设施的网络通信模式，节点之间通过无线信号直接通信，形成一个分布式的网络系统。

与传统的无线网络不同，无线自组织网络中的节点不依赖于中心节点或者基础设施节点来完成通信，而是通过互相协作的方式建立和维护网络连接。

1.分布式结构：无线自组织网络中的节点分布在空间上不同的地方，相互之间没有固定的物理连接。

每个节点在网络中具有相同的地位，没有中心节点或者主节点。

2.自组织性：无线自组织网络是一种自组织的网络结构，节点可以自主地加入或离开网络。

当新节点加入网络时，它会与周围的节点相互协调，建立连接。

同样地，当一些节点离开网络时，网络中的其他节点会自动调整来保持网络的连通性。

3.自适应性：无线自组织网络可以根据环境变化自动调整网络结构和路由路径。

当网络中有节点故障或者节点出现移动时，其他节点会自动调整自己的路由路径，保证网络的鲁棒性和可用性。

4.低成本：无线自组织网络不需要额外的基础设施节点或者网络设备，节点之间通过无线信号进行通信。

这样可以大大降低网络的成本，并且提高了网络的灵活性和可扩展性。

5.安全性：无线自组织网络通常部署在无信任环境中，因此对网络安全要求较高。

无线自组织网络采用了一些安全机制来保护网络的数据通信，如身份验证、加密和密钥管理等。

在无线自组织网络中，通信主要分为两种方式：单跳通信和多跳通信。

在单跳通信中，两个节点直接通过无线信号进行通信；而在多跳通信中，数据需要通过中间节点进行转发才能到达目的节点。

为了实现无线自组织网络中的数据传输，需要设计有效的路由协议和拓扑控制算法来管理网络连接和路由选择。

目前，最常用的无线自组织网络协议是Ad Hoc On-Demand Distance Vector（AODV）协议和Dynamic Source Routing（DSR）协议。

AODV协议是一种基于距离向量的路由协议，它通过节点之间的路由请求和应答来构建和维护路由路径。

物联网通信技术第7章 自组织网络

物联网通信技术第7章 自组织网络
在分级网络中，簇头节点负责簇间数据的转发
单频分级结构
多频分级结构
7.2.3 自组织网络协议栈
1.物理层
物理信道成型 物理层同步 高吞吐量技术的采用与改造 安全性的提高
2.数据链路层
主要实现网络节点的寻址、流量控制、差错控 制、业务汇聚、QoS保障机制等。
一般把链路层分成MAC子层和逻辑链路子层 MAC子层治理和协调多个用户共享可用频谱资
7.3.3 功率控制
功率控制是指通过调整信号的发射功率，在保 证一定通信质量的前提下尽量降低信号发射功 率。
由于Ad hoc网络的特殊性，如果对它进行功率 控制，不但可以降低网络的能量消耗，还可以 减少对邻近节点的干扰，提高信道的空间复用 度，从而提高整个网络的容量。
理想的Ad hoc网络功率控制方 法需满足要求
源，需要解决MAC层同步、网络组织与治理、 多路复用与竞争解决、路由维护与邻居发现、 安全性等问题 逻辑链路层(LLC)实现流量控制、差错控制和业 务汇聚。
3.网络层
多跳路由协议
单播路由 组（广）播路由
邻居节点维护
4.传输层
传输层负责排序接收的数据并将其送交相应的 应用程序，检测分组的错误和重传分组
3种QoS模型
集成服务模型：可采用资源预留协议为每个流 预留端到端的网络资源
区分服务模型：将网络分为边缘和核心两部分， 前者主要负责业务的分类、标记等，后者主要 利用IP数据包头中的服务类型字段（ToS）， 把服务模型对资源预留协议的使用限制在用户 网络侧
集成区分服务模型：对集成服务和区分服务的 综合，融合了两者的特点，它既可以控制每流 服务的细粒度，又可以根据不同的业务类型提 供相应的服务，是一种更优化的服务模型
7.3 自组织网络的关键技术

第6章 无线自组织网络要点

第6章 无线自组织网络要点

●物理层，根据实际应用需要设计MANET物理层 ●数据链路层，分为MAC子层和LLC子层 ●网络层，主要进行邻居发现、分组路由、拥塞 控制、网络互联等 ●传输层，为应用层提供可靠的端到端服务 ●应用层，提供面向用户的各种应用服务
12

MANET的路由协议
MANET的路由协议通常分为两大类：表驱动路 由协议、按需路由协议 ☆表驱动路由协议又称先验式，每个节点维护一 张包含到达其它节点路由信息的路由表，代表性 的有：WRP、DSDV、FSR、OLSR等 ☆按需路由协议也称反应式，需发送数据时才查 找路由，代表性的有：AODV、TORA、DSRP、 SSR等
☆节点作为主机，可运行相关应用程序，以获取
或处理数据；
☆节点作为路由器，需运行相关路由协议，进行
路由发现、路由维护等常见操作，对收到的并非 发给自身的分组予以转发。
6
A
B
C
一个简单的MANET网络
7

MANET的特点
☆拓扑结构动态变化 无固定通信设施，网络节点随机移动 ☆资源有限 节点的能量和网络带宽有限 ☆多跳通信 实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信 ☆安全性较低 无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁
4

移动Ad Hoc网络的定义 ☆Ad Hoc网络是由若干个无线终端构成一个临时
性的、无中心的网络，网络中亦不需要任何基础 设施。
☆移动Ad Hoc网络(又称移动多跳网或移动对等
网)是一种特殊的在不借助任何中间网络设备的情 况下，可在有限范围内实现多个移动终端临时互 联互通的网络。
5

移动Ad Hoc网络中，每个节点既可作为主机，也 可作为中间路由设备。
13

DSDV路由协议

自组织神经网络概述(PPT 70页)

自组织神经网络概述(PPT 70页)

x1
4
-32 -180
5
11 -180
w1
6 7
24 -180 24 -130
8
34 -130
w2
9
34 -100
10
44 -100
11
40.5 -100
12
40.5 -90
13
43 -90
14
43 -81
15
47.5 -81
16
42
-81
x2
x4
9
34 -100
10
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47.5 -81
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42
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w2
x2
x4
17
42 -80.5
18
43.5 -80.5
19
43.5 -75
20
48.5 -75
x5
训练 次数
40.5 -100
12
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47.5 -81
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42 -80.5
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43.5 -80.5
19
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20
48.5 -75
4.2自组织特征映射神经网络 （Self-Organizing feature Map）
第四章 自组织神经网络
4.1竞争学习的概念与原理 4.2自组织特征映射神经网络
第四章 自组织神经网络

无线自组织网络概述

无线自组织网络概述
23
表驱动路由协议——DSDV路由协议
☆基于Bellman Ford算法，是距离向量协议的改进 之一；
☆路由表通过序列号区分路由的新旧，能消除路 由环路，提高了算法效率；
☆快速反应拓扑的变化；
☆延迟了对不稳定路由节点的广播通告；
●缺点：不能适应快速变化的网络；资源开销可 能被浪费；多数路由信息可能从未使用；目标之 间只提供一条不支持单向连接的路由；
D
∞
序列号 1001
(b)中节点B路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
∞
序列号 1001
(b)中节点C路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
D
1
序列号 1001
由于A和C会周期性交换路由信息，当A收到C的 路由更新后，在序列号相同时，则会根据DV算法 来判断是否更新路由。显然，A会更新路由。当A 想发送报文给D时，会把下一跳信息设置为C，这
协议原理：当某一移动节点要发送分组时，先查询本地高 速路由缓冲区，如存在路由，直接发送数据，否则发送一 个含源、目标地址的路由请求分组，启动路由发现过程。
中间节点收到该请求后，也查询本地缓冲区，如无到达目 标地址的路径，则将本节点地址加入请求分组后转发，直 至目标节点或有到达目标节点路由的中间节点。该节点返 回一个路由应答分组，包含了从源到目标路径上所有节点 的序列。每个发送的数据分组都将包含发回的路径序列， 于是中间节点不再需要保存路由信息，也不需要周期性路 由广播和邻居发现。
☆资源有限
一方面是节点的能量有限，而移动会消耗更多能 量，降低网络性能；另一方面，网络带宽相对有 限，信号间的冲突和干扰使得带宽远低于理论值。
MANET的特点
☆多跳通信 实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信。 两个节点的通信可以是点对点的方式；如果二者 距离超出无线信号覆盖范围，则需中间节点进行 分组的转发，称之为多跳路由。 ☆安全性较低 无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁， 如果路由协议或无线信道遭受恶意攻击或干扰， 整个网络可能中断正常工作。

无线网络基本知识PPT课件

无线网络基本知识PPT课件
首字母的缩写.
WiMAX 是一个基于标准的技术，它使得无线网宽带成为替代有线（Cable）， DSL的另外一种“最后一英里”的接入方式。WiMAX 提供固定（fixed）,非固定 （ nomadic）, 便携（portable）， 移动（mobile） 无线宽带连接。同时， 在一个基战无需“直线可视 ”.一个典型的 蜂窝半径为3～10公里。
同 “Pre-G”一样, 在Pre-N 竞争中领先的厂商，会继续在802.11n 市场中继续领先
2010已经投放市场
什么是 MIMO?
MIMO 是 Multiple In Multiple Out的首字母缩写
多个数据流同时通过无线方式（ 20 Mhz 信道）进行发送和接收。
MIMO (Multiple-In, Multiple-Out), 交替的使用智能天线。MIMO是一个很广的概念，它是用来 描述在无线网环境下使用多根天线，高级信号处理技术，在多个路径，多障碍物的环境中提高传 输性能的技术
2004年9月开始认证
Wi-Fi Multimedia（ Wi-Fi 多媒体） -- WMM
IP语音 (VoIP), 视频流以及交互式网络游戏对网络延时和数据流量下降非常敏感。 在传输时需要采用QoS.
为了良好的传输效果，Wi-Fi 联盟开始为WMM (Wi-Fi多媒体）认证。并将其作为 即将到来的基于802.11的IEEE 802.11e QoS 的一部分。WMM将不同应用划分为不 同的优先级，并将Wi-Fi高品质用户服务质量从数据连通模式，向复杂的环境下的 语音，音乐及视频应用方面移植。 WMM定义了四种访问类别（语音，视频，尽力而为传输，后台传输），从而对不同 的流量赋予不同的优先级。基于WMM的Wi－Fi网络同时支持老式的设备（不支持 WMM功能的设备）。WMM访问类别中的“尽力而为传输”同老式设备的数据传输具 有相同的优先级。

移动自组网ppt课件共116页

移动自组网ppt课件共116页
服务质量保证：
困难：网络的动态性（链路质量、带宽、路由不稳定） 及分布式控制很难保证传输质量。
网络安全：
困难：分布式认证与密钥管理，防御入侵。
1. 移动自组网的单播路由技术
因特网中的路由技术利用了静态网络拓扑的特性：
网络拓扑信息在节点间主动传播，每个节点可以使用较 低代价的算法预先计算好该拓扑下的路由；
基于拓扑的路由：基于节点的连接关系计算路由表： 基于地理位置的路由：根据节点的地理位置进行转
发决策，不需要路由表。
按照触发路由计算的条件，基于拓扑的路由 分为：
先应式路由：主动维护到网络中所有节点的路由。 反应式（按需）路由：仅当节点间需要通信时才建
立路由。
1.1 先应式路由协议--DSDV
节点地址中隐含了路由线索（网络号）。
这两种技术均不适合移动自组网：
节点移动使得拓扑信息的有效性降低； 永久性的节点地址无法包含动态的位置信息。
对移动自组网有用的拓扑假设是：
物理上靠近的节点在网络拓扑上也可能靠近。
移动自组网路由协议分类
移动自组网单播路由协议的分类
取决于路由决策所依据的信息：
移动自组网ppt课件
幽默来自智慧，恶语来自无能
移动自组网
分组网技术的发展
军用 ARPANET
民用 无线分组网 ALOHANET
民用 因特网 Internet
民用 局域网 Ethernet
军用
无线分组网 PRNET
军用
移动自组网 （Ad Hoc）
民用 IEEE 802.11
WLAN
军用/民用 无线传感器网 络（WSN）
临时性：专为某个特殊目的而建立，一般只是临 时性的。
当节点可移动时，称为移动自组网。

自组织网络

自组织网络

Ad hoc使用的是属于多跳共享的广播信 道，因此会引来很多的问题，如隐终端和 暴露终端的问题
隐终端：在接收节点的通信范围内，在发送 节点的通信范围以外的节点。
暴露终端：在发送节点的通信范围内，在接 收节点的通信范围外的节点
• 隐终端： • 暴露终端：
• MAC协议的分类 （1）按接入方式：随机接入，受控接入， 混合接入
• 只要在以上的2和3区域区域发送数据，当 受到RTS后直接发送CTS不用检测信道， 这种可以解决暴露终端的问题，很难知道 该节点处在哪个区域
• 造成隐终端和发送终端的根本原因是： 1、潜在的发送端无法知道当前正在接受节
点的位置 2、正在接收消息的节点接收信息能量的大
小
基于此，提出了IABT协议
• 使用有向天线的优点： 1、扩大传输范围，减少了传输跳数，降低 时延
2、提高接收质量 3、增加空间复用，提高系统容量
• 原有的隐终端问题：
原有的暴露终端的问题
使用有向天线引入的隐终端问题 “S/OCTS的握手 机制来协商通信，接收端能通知的范围依 然是o-o,存在过度保护，隐终端，还有聋问 题，引入了FFT-DMAC协议
采用两对忙音来
第一种：全向发送，进入聋状态，发送 FFT1+，离开聋状态，发送FFT1-
第二种：有向忙音，由接收端向发送端发送， 发送端发送之前，发送FFT2+，完毕后发 送FFT2-来通知这个方向的节点
IABT协议
一个基于忙音的可感知干扰的MAC协议。 忙音：一组有着特定单频的正弦信号。 忙音计算公式是：
其中fs是当前接收端发出的忙音的频率，f1， f2是忙音所占用频带的低端和高端频率，Pt是当 前接收端能够容忍的噪声能量，Pmax是发送端的 最大发送能量。

自组织无线网络技术简介

自组织无线网络技术简介

Existing MANET protocols
discover routes Source routing on-demand (re-active) Variation of distant vector? 按需路由
MANET routing protocols Table driven
DSR AODV, ABR, TORA DSDV、CGSR
adhoc网络结构每个簇由一个簇头和多个簇成员组成使用多频的两级结构uavadhoc优点节点覆盖范围较小缺点流量管理节点数目多移动性强的环境下维持网络最新拓扑的控制开销大抗毁性好缺点closter头是瓶颈减少路由协议开销路由不一定最短adhocadhoc节点移动要发现新路由多跳通信adhoc由于移动和分区很难将信息分发到一个没有固定成员网络的所有节点采用泛洪技术的链路状态协议造成额外的通信和控制开销常规路由协议周期性地路由更新消耗大量的网络带宽和节点能源无线终端功率的差异以及无线信道的干扰导致单向信道的存在adhoc网络三个不断变化的基本特征网络的使用模式adhoc利用地理信息进行路由选择ondemand反应式reactive路由dsraodvtabledriven先应式proactive路由这些cluster或者zone可组成较大的supercluster或者superzonecluster内所有节点都与clusterhead直接通信cluster内节点间的通信一般是两跳

移动ad hoc网络基础知识


WLAN
移动节点配备无线网网卡 移动节点通过接入点与固定网络连接 WLAN工作在链路层，对网络层透明 对网络层来说WLAN是一个单跳网络
的依 现赖 有于 网类 络似 基基 础站 设或 施接 。入 点

第6章无线自组织网络

第6章无线自组织网络
•11
MANET体系结构和协议原理
MANET的结构
由于MANET具有的特殊性，实际组建网络时 ，必须充分考虑网络的应用规模，扩展性和可靠 性、实时性等要求，再选择合适的网络拓扑结构 。
通常MANET的拓扑结构可分两种：对等式结 构和分级结构
对等式结构
☆所有节点完全对等，源节点与目标节点通信时 存在多条路径，健壮性好，相对比较安全 ☆缺点是可扩充性略差，因为每个节点都需要知 道到达其他节点的路由。
•ISO/OSI层次结构 •应用层 •表示层 •会话层 •传输层 •网络层
•数据链路层
•物理层
MANET各协议层次具体功能
●物理层，根据实际应用需要设计MANET物理 层。首先是通信频段的选择，目前通常采用 2.4GHz的ISM免许可的频段。其次，物理层必 须选择相应的无线通信机制，以实现良好的收 、发信功能。 物理层设备可使用多频段、多模式的无线传输 方式。
•6
移动AANET)(又称移动多跳网或移
动对等网)是一种特殊的在不借助任何中间网络设 备的情况下，可在有限范围内实现多个移动终端 临时互联互通的网络。 可看做是一组带有无线收 发装置的移动终端所组成的一个临时性多跳自治 系统。
MANET中，每个节点既可作为主机，也可作为 中间路由设备。
缺点：维护分级结构需要节点执行簇头选举算法 ，而簇头节点可能会成为网络瓶颈。
☆从对等式结构和分级结构的比对中可以看出， 当网络规模较小时，可采用简单的对等式结构； 网络规模较大时，应采用分级结构。
•16
MANET的协议层次
•MANET协议层次 •上层引用协议
•传输层
•网络层 •数据链路层
•物理层
•MANET的对等式结构
分级结构网络
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10
• MANET的特点 ☆多跳通信 实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信。 两个节点的通信可以是点对点的方式；如果二者 距离超出无线信号覆盖范围，则需中间节点进行 分组的转发，称之为多跳路由。 ☆安全性较低 无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁， 如果路由协议或无线信道遭受恶意攻击或干扰， 整个网络可能中断正常工作。
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• WRP路由协议 ☆WRP路由协议在网络节点中保存路由信息 ☆每个节点的路由表项信息包括：距离、路由、 链路开销和重传消息列表(MRL) ☆WRP的算法收敛快，避免路由中的环路 ☆WRP比大多数协议需要更大内存，还依赖周期 性的Hello消息，也要占用一定带宽。
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• CGSR（分簇网关交换路由协议） ☆以DSDV为基础,比DSDV更有效 ☆使用分簇路由结构和启发式路由选择机制 ☆指定了簇头和网关节点，一个节点发送分组时， 首先到达发送节点的簇头，然后簇头节点将该分组 通过网关节点转发给另一个簇头节点。不断重复直 至分组到达目标。 ☆适合大规模MANET，可扩展性较好 ☆簇头节点的稳定性、可靠性对全网性能影响较大
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• 典型表驱动路由协议实例
C
C
D
A
A
B
D
(a)
B (b)
DSDV路由协议示例
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• 图(a)中节点A和节点B起始路由表
节点A的路由表 目标节点 下一跳
D
B
跳计数 2
节点B的路由表 目标节点 下一跳
D
D
跳计数 1
图(b)中节点D移动到新位置，节点B的路由更新
更新后节点B的路由表
目标节点 下一跳
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• MANET的路由协议 ☆按需路由协议也称反应式，需发送数据时才查 找路由。节点平时不维护路由信息，只有需向目 标发送报文时，源节点才会在网络中发起路由查 找，找到相应路由。
常用的按需路由协议有：自组织按需距离向量协 议AODV、时间序列路由协议TORA、动态源路由 协议DSRP、信号稳定路由协议SSR等
MANET的单频分级结构
簇
内部节点
簇头
网关节点
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• 分级网络结构的优势与缺点 ➢分级结构中，簇成员的功能较简单，有效减少了
路由控制信息的数量，使资源开销相对较小，从 而获得了较好的扩充性。 ➢缺点：维护分级结构需要节点执行簇头选举算法， 而簇头节点可能会成为网络瓶颈。 ☆从对等式结构和分级结构的比对中可以看出， 当网络规模较小时，可采用简单的对等式结构； 网络规模较大时，应采用分级结构。
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• Ad Hoc网络的研究成果包含以下几个方面：
☆新的路由协议。主要以广播或组播方式建立网络路由，
基本原则是尽量避免广播风暴。例如自组织按需距离向量 协议AODV、目标序列距离向量协议DSDV、区域路由协 议ZRP等路由协议。
☆介质访问控制(MAC)协议，主要解决隐藏和暴露节点问
题，包括RTS/CTS方案、控制信道和数据信道分裂的双信 道方案、基于定向天线的MAC协议等
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●DSDV的路由表项包括：目标地址、到达目标节 点的度量值(最小跳数)、去往目标节点的下一跳、 目标节点相关序列号； ●DSDV中使用了两类更新报文：完全转存(通告 全部信息)、递增更新(仅通告更新信息)； ●DSDV路由选择的依据为序列号或度量值。节点 对比更新信息和节点的路由表，选择序列号值大 的路由信息进行更新；序列号相同时，选择度量 值最佳（如最小跳数）的；
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• 按需路由协议——AODV路由协议
☆AODV是应用最广泛的按需路由协议之一，它 是DSDV算法的改进，但中间节点不需维护路由。 AODV采用逐跳路由转发分组，同时加入了组播 路由协议扩展，从路由查找回复RREP. 整个通信过程是对称的，路由可逆，所以AODV 不支持单向路由。
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• 典型按需路由协议实例
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• MANET的协议层次
MANET协议层次 上层引用协议
传输层
网络层 数据链路层
物理层
ISO/OSI层次结构 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层 物理层
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MANET各协议层次具体功能
●物理层，根据实际应用需要设计MANET物理 层。首先是通信频段的选择，目前通常采用 2.4GHz的ISM免许可的频段。其次，物理层必须 选择相应的无线通信机制，以实现良好的收、发 信功能。 物理层设备可使用多频段、多模式的无线传输 方式。
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• DSR动态源路由协议
☆核心：每个移动节点维护一个存放路由的快速缓冲区。
协议原理：当某一移动节点要发送分组时，先查询本地高 速路由缓冲区，如存在路由，直接发送数据，否则发送一 个含源、目标地址的路由请求分组，启动路由发现过程。
中间节点收到该请求后，也查询本地缓冲区，如无到达目 标地址的路径，则将本节点地址加入请求分组后转发，直 至目标节点或有到达目标节点路由的中间节点。该节点返 回一个路由应答分组，包含了从源到目标路径上所有节点 的序列。每个发送的数据分组都将包含发回的路径序列， 于是中间节点不再需要保存路由信息，也不需要周期性路 由广播和邻居发现。
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• Ad Hoc网络的研究成果包含以下几个方面：
☆Ad Hoc网络与蜂窝网络相结合，拓展其应用范围，提高
系统吞吐量
☆其他相关技术，多播或组播协议、地址分配、TCP协议、
节能控制、安全性、分布式算法、QoS等
☆用蓝牙节点组建Ad Hoc网络。应用蓝牙技术可组成微微
网（Piconet），再通过桥（Bridge）节点互联，即可形成 多跳Ad Hoc网络，可称为蓝牙散射网（Scatternet）。
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MANET各协议层次具体功能
●数据链路层，分为MAC子层和LLC子层。 MAC子层决定了链路层的绝大部分功能。多跳 无线网络基于共享访问传输介质，需要MAC层 利用CSMA/CA和RTS/CTS机制解决隐藏节点和 暴露节点问题。 LLC子层负责向网络提供统一服务，以屏蔽底 层不同的MAC方法。
跳计数
D
A
3
路由环回现象产生，即A或B想要向D发送的数据 会在A和B之间来回转发，无法到达真正的目标。
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• 包含序号的路由更新，解决环回现象
目标节点 D
(a)中节点A初始路由表
下一跳
跳计数
B
2
序列号 1000
目标节点 D
(a)中节点B初始路由表
下一跳
跳计数
D
1
序列号 1000
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• 节点D移动到(b)图所示位置
按需路由较表驱动路由的开销小，但传输延迟大
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• 表驱动路由协议——DSDV路由协议 ☆基于Bellman Ford算法，是距离向量协议的改进 之一； ☆路由表通过序列号区分路由的新旧，能消除路 由环路，提高了算法效率； ☆快速反应拓扑的变化； ☆延迟了对不稳定路由节点的广播通告； ●缺点：不能适应快速变化的网络；资源开销可 能被浪费；多数路由信息可能从未使用；目标之 间只提供一条不支持单向连接的路由；
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MANET各协议层次具体功能
●网络层，主要进行邻居发现、分组路由、拥塞 控制、网络互联等。 一个好的网络层路由协议应该满足以下要求： 分布式运行方式；提供无环回路由；按需进行 协议操作；可靠的安全性；提供休眠操作和单向 链路的支持。
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MANET各协议层次具体功能
●传输层，为应用层提供可靠的端到端服务，隔 离上层与通信子网，并根据网络层特性来高效利 用网络资源，包括寻址、复用、流控、按序交付、 重传控制、拥塞控制等。 ●上层引用协议，提供面向用户的各种应用服务， 包括有严格时延和丢包率要求的实时应用（紧急 控制信息）、基于RTP/RTCP（实时传输协议/实 时传输控制协议）的音视频应用、无任何服务质 量保障的数据包业务等。
(b)中节点A路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
∞
序列号 1001
(b)中节点B路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
∞
Hale Waihona Puke 序列号 1001(b)中节点C路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
D
1
序列号 1001
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• 由于A和C会周期性交换路由信息，当A收到C的 路由更新后，在序列号相同时，则会根据DV算法 来判断是否更新路由。显然，A会更新路由。当A 想发送报文给D时，会把下一跳信息设置为C，这 样就可成功发送。
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A
B
C
一个简单的MANET网络
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• MANET的特点 ☆拓扑结构动态变化 无固定通信设施和中央管理设备，网络节点随机 移动，拓扑中的各节点位置时时变化；无线发射 装置发送功率的变化、环境影响、信号间的互相 干扰等，都会造成网络拓扑结构的动态变化。 ☆资源有限 一方面是节点的能量有限，而移动会消耗更多能 量，降低网络性能；另一方面，网络带宽相对有 限，信号间的冲突和干扰使得带宽远低于理论值。
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• MANET的路由协议 MANET的路由协议通常分为两大类：表驱动路由 协议、按需路由协议 ☆表驱动路由协议又称先验式，每个节点维护一 张包含到达其它节点路由信息的路由表，代表性 的有：无线路由协议WRP、目标序列距离向量协 议DSDV、鱼眼域状态路由协议FSR、优化链路状 态路由协议OLSR等
第6章 无线自组织网络
金光,江先亮
本章内容简介
☆Ad Hoc网络概述 ☆MANET体系结构和协议原理 ☆MANET的其它技术 ☆Ad Hoc网络的应用 ☆MANET的仿真
2
Ad Hoc网络概述
• Ad Hoc网络
☆无线自组织（Ad Hoc）网络又称无线对等网， 是由若干个无线终端构成的一个临时的、无中心 的网络，网络中也不需要任何基础设施。这种特 殊的网络具有其独特的优点和用途，可便捷地实 现相互连接和资源共享。