Adhoc网络物理层关键技术

《信息技术导论》论文题目:移动Ad hoc网络关键技术与问题研究专业班级：*********学号：*********姓名：Crainax联系方式：*********移动Ad hoc网络关键技术与问题研究Crainax（华中科技大学电子科学与技术系，武汉 430074）摘要：Ad hoc（点对点）模式：Ad-hoc模式就和以前的直连双绞线概念一样，是P2P的连接，所以也就无法与其它网络沟通了，一般无线终端设备像PMP、PSP、DMA等用的就是ad-hoc 模式，该网络是一种有特殊用途的对等式网络。

本文首先介绍了Ad hoc网络，以及移动Ad hoc 网络关键技术，然后对Ad hoc网络的设计进行了研究，给出了Ad hoc的两种网络结构。

最后对Ad hoc网络面临的安全问题进行了深入分析，并对这些问题的影响提出了安全策略，笔者最终引出对未来Ad hoc网络的格局假设。

关键词：Ad hoc网络，网络结构，路由协议，移动通信一、引言：随着人们对移动通信要求的增强，蜂窝移动通信系统得到了迅速普及。

i但蜂窝移动通信系统是集中式控制的（有中心的），网络的运行要基于预先架设好的网络设施。

这两个特点使得蜂窝移动通信系统对有些特殊场合来说并不适用。

例如，战场上部队快速展开和推进、发生地震或水灾后的营救。

这些场合的通信不能依赖于任何预先架设的网络设施，基于健壮性考虑也不能采取有中心的控制方式。

此时，需要一种特殊的通信系统。

这种通信系统的运行不能基于任何预先架设好的网络设施，要能实现临时快速自动组网，结点要能移动。

Ad hoc网络的出现满足了这些要求。

大家都知道最简单的莫过于两台安装有无线网卡的计算机实施无线互联，其中一台计算机连接Internet就可以共享带宽。

如下图1所示，一个基于Ad-Hoc结构的无线局域网便完成了组建。

图1Ad-Hoc结构的无线局域网二、Ad hoc网络介绍Ad hoc网络是一种有特殊用途的对等式网络。

Ad Hoc网络综述摘要：Ad Hoc 网络是一种新型、多跳、自组织的无线网络，借助于多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离，网络节点能够动态地、随意地、频繁地进入和离开网络，从而拓宽网络的覆盖范围，为用户提供各种服务、传输各种业务。

由于Ad Hoc网络是一种新型的无线移动网络，因其独特的组网特性，使得安全问题成为其发展的最大束缚。

路由协议的安全是自组网安全的一个重要部分。

文中扼要介绍了Ad Hoc 网络的发展历史、概念、主要特点、国内外的研究现状及 Ad Hoc 网络的应用，并指出了Ad Hoc 网络管理面临的问题，重点论述了移动Ad Hoc网络中的安全问题，介绍了多种安全路由的协议和方案，并对其中的三种按需安全路由协议进行了比较，最后提出进一步研究Ad Hoc网络路由安全应注意的问题。

关键词：Ad Hoc网络；无线移动网络；网络安全；安全路由协议；1.引言Ad Hoc网络是一种具有多跳性，无需任何基站支撑的无线自组织移动网络。

在未来移动通信领域，由于Ad Hoc网络无需基站支撑因而具有架设方便等优点，它将广泛应用于移动办公、移动漫游等方面；特别是未来军事战争中,将是不可缺少的无线通信网络。

Ad Hoc网络具有自组织性和拓扑动态变化的特点。

目前Ad Hoc 网络的研究热点问题为路由协议、服务质量、MAC 协议、与蜂窝移动通信系统的整合、安全性问题。

Ad Hoc 网络既可以作为一种独立的网络运行，也可以作为当前具有固定设施网络的一种补充形式，在恶劣环境中支持移动节点之间的数据、语音、图像和图形等业务的无线传输，应用范围可以覆盖工业、商业、医疗、家庭、办公环境、军事等各种场合。

本篇综述概括了2004-2009年的关于Ad hoc网络的发展历程、前景、设计理念、网络安全设计以及安全路由协议等方面的参考文献，集中了关于Ad hoc网络的最新技术理念。

2.概述Ad Hoc自组网作为一种新型的无线移动网络，不像传统的无线网，它不依赖于任何固定设施，而是通过移动节点间的相互协作保持网络互联。

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。

Ad Hoc网络技术随着人们对摆脱有线网络束缚、随时随地能够实行自由通信的渴望，近几年来无线网络通信得到了迅速的发展。

人们能够通过配有无线接口的便携计算机或个人数字助理来实现移动中的通信。

当前的移动通信大多需要有线基础设施(如基站)的支持才能实现。

为了能够在没有固定基站的地方实行通信，一种新的网络技术——AdHoc网络技术应运而生。

AdHoc网络不需要有线基础设备的支持，通过移动主机自由的组网实现通信。

AdHoc网络的出现推动了人们实现在任意环境下的自由通信的进程，同时它也为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有效的解决方案。

1AdHoc网络的概念AdHoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。

AdHoc网络最初应用于军事领域，它的研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目，该项目由DARPA资助，其后，又在1983年和1994年实行了抗毁可适合网络SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和世界移动信息系统GloMo(GlobalInformationSystem)项目的研究。

因为无线通信和终端技术的持续发展，AdHoc网络在民用环境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区实行临时通信时，能够很方便地通过搭建AdHoc 网络实现。

在AdHoc网络中，当两个移动主机(如图1中的主机A和B)在彼此的通信覆盖范围内时，它们能够直接通信。

但是因为移动主机的通信覆盖范围有限，如果两个相距较远的主机(如图1中的主机A和C)要实行通信，则需要通过它们之间的移动主机B的转发才能实现。

所以在AdHoc网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。

在AdHoc网络中，每个主机的通信范围有限，所以路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。

故AdHoc网络也被称为多跳无线网络。

其结构如图2所示。

AdHoc网络能够看作是移动通信和计算机网络的交叉。

AdHoc网络AdHoc网络是一个没有有线基础设施支持的移动网络。

在AdHoc网络中，所有的节点都是由移动主机构成的。

最初是应用于军事领域，是为了在战场环境下分组无线网络数据的通信。

AdHoc是一个拉丁词汇，在拉丁语中他的意思是“为了这个目的（forthispurpose）”。

Adhoc网络是一种独具特色的网络，作为一种新型的无线、多跳、无中心分布式控制网络，它无需网络基础设施，具有很强的自组织性、鲁棒性、抗毁性和容易构建的特点，其关键技术一直是研究的热点和难点。

文章主要对Adhoc网络的路由协议、服务质量、功率控制、安全问题和互联问题进行分析和探讨，最后展望了Adhoc网络的发展前景。

1、Adhoc网络特点随着移动通信技术的飞速发展和普及，人们对移动通信的需求越来越强烈，涌现出了众多的移动通信技术，Adhoc就是其中之一。

Adhoc网络是一种无线多跳网络，与传统的无线网络相比，它不依赖于任何固定的基础设施和管理中心，而是由一组自主的移动节点临时组成，通过移动节点间的相互协作和自我组织，保持网络连接和实现数据的传递，主要应用于军事战场、医疗抢险以及抗洪救灾等特殊紧急环境。

Adhoc网络组网灵活、快速，使用非常方便，但必须为Adhoc设计专门的协议和技术，因为传统固定网络和移动蜂窝网络中的技术和协议无法直接复制到Adhoc网络，这是由Adhoc网络自身特性决定的。

因此有必要对Adhoc网络的路由协议、服务质量和功率控制等关键技术进行探讨。

2、关键技术探讨2.1路由协议路由协议是Adhoc网络的重要组成部分，开发良好的路由协议是建立Adhoc网络的首要问题。

与传统网络的协议相比，Adhoc网络路由协议的开发更具挑战性，这是因为传统网络的路由方案都假设网络的拓扑结构是相对稳定的，而Adhoc网络的网络拓扑结构是不断变化的。

另外，传统网络的路由方案主要依靠大量的分布式数据库，这些数据库保存在某些网络节点和特定的管理节点中，而Adhoc网络中的节点不会长期存储路由信息，并且这些存储的路由信息也不总是可靠的。

Ad Hoc网络路由技术浅析作者：盛敏田野李建东未来移动通信网络除了以低成本达到高数据率外，还要求网络组网灵活，具有适应性和生存能力。

无线自组织网络(Ad hoc)[1-4]是一种没有预定的基础设施支撑的自组织可重构的多跳无线网络，可以作为蜂窝移动网络的有效加强。

因此，移动自组织网络将因其灵活性而在未来移动通信网络中扮演重要作用。

1 AdHoc网络路由协议Ad hoc网络中，由于通信半径的限制，网络节点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交互的，需要路由协议完成分组转发决策。

与传统路由协议相比，Ad hoc路由协议的设计面临着网络拓扑动态变化、带宽受限、信道容量变化、移动终端有限的可用资源等新的问题和挑战。

早在1996年，因特网工程任务组(IETF)就成立了移动Ad hoc网络工作小组(MANET WG)，其核心任务就是研究无线自组织网络环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。

IETF RFC2501详细给出了无线Ad hoc网络的应用场合、特征和性能要求。

目前，MANET WG已经公布了一系列的有关Ad hoc路由的草案，如动态源路由算法(DSR)、基于反向路径转发的拓扑分发协议(TBRPF)、优化链路状态路由算法(OLSR)、按需距离矢量路由算法(AODV)、临时按序路由算法(TORA)、区域路由算法(ZRP)；此外，研究还提出了许多Ad hoc路由协议，如目的序列距离矢量路由算法(DSDV)、无线路由协议(WRP)、陆标路由协议(LANMAR)、位置辅助路由(LAR)、鱼眼状态路由算法(FSR)。

这些路由协议根据所采用的基本路由机制的不同，可分为基于链路状态的路由协议、基于距离矢量的路由协议、源路由协议及反向链路协议；按照网络逻辑结构的不同，可分为平面结构的路由协议和分层结构的路由协议；按照路由发现策略的不同，可分为表驱动路由协议、按需路由协议以及混合路由协议。

2 大规模AdHoc网络中的路由技术Ad hoc网络规模性[5]的研究可以广义地定义为：研究当网络中有大量节点存在时，网络能否为分组提供可以接受的服务，它与网络大小、节点分布的密度、运行的环境(传播模型、地型环境等)及移动性相关。

第二章项目的总体设计２．１系统简要框架２．１．１网络仿真模型图２．１项目中网络仿真的工程场景图该场景中Ｓｏｕｒｃｅ为源节点，ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｎｏｄｅ为中间节点，ｍｏｂｉｌｅｎｏｄｅ为移动节点（图２．１中该节点上有一个红色箭头，表示节点移动的轨迹），ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ为目的节点。

图２．１中各节点下面的数字表示各节点对应的口地址（可自行配置）。

数据包从源节点产生并发出，中间经过中间节点和移动节点，最终到达目的节点。

该网络场景结构简单，但却满足各种仿真场景，既有中问节点，又有移动节点。

中闻节点和移动节点的作用都是用来转发数据包，但移动节点是可随时移动的，当移动节点移出其接收数据包或发送数据包的范围时．该节点就不能实现上述功能，将导致网络中断，从某种意义上说这也是自组织网的最大特性之一。

２．１．２节点模型图２－２单一节点内的分层结构图图２—２表示单一节点内部的分层图。

对应于计算机网络中的七层协议。

ＷｌａｎＡ，ｏｒｔｒｘ００和ｗｌａｎ＿ｐｏｒｔｔｘ００是物理层收发端Ｉ＝１，ｉｘ为收端，仅为发端，ｗｉｒｅｌｅｓｓ—ｌａｎｍａｃ为媒体介入控制层，ａｒｐ是地址解析协议层，负责ＭＡＣ和口间地址的互换，ｉｐ是路由层，负责路由表的建立，ｉｐ装，ｔｒａｆｓｒｃ对应计算机网络中的应用层．用来产生数据包，ｃｐｕ用来控制、协调各层。

图２－２中的箭头表示各层问数据包流动的方向。

２．１３进程模型１、ｉｐ＿ｄｉｓｐａｔｃｈ进程图２．３口进程图北京邮ＩＵ人学硕Ｊ’论立图２．３表示ＩＰ进程图，即ＩＰ内部的状态转移图，整个流程图用来实现ＩＰ层协议的功能。

用状态图能达到通俗易懂，结构清晰的效果，同时在实现功能上能节约时Ｉ’日Ｊ。

图２．３中的箭头表示各状态转移的方向，边上不同颜色的英文字母表示两种状态转移的条件，即只有满足该条件，才能实现从这一状态跳转到另一状态。

该进程是口层的父进程，负责与其它层面的通信以及唤起相应的子进程。

２、ｍａｎｅｔ进程图２－４口进程内ＭＡＮＥＴ进程图该进程是ｉｐ＿ｄｉｓｐａｔｃｈ进程的子进程，主要负责根据网络层配置的ＭＡＮＥＴ路由协议，来唤起正确的ＭＡＮＥＴ路由子进程。

无线Adhoc网络技术摘要：无线Adhoc网络是随着无线通信技术的快速发展而出现的一种新型网络。

文章详细介绍了无线Adhoc网络的由来、主要特征、关键技术和应用等方面，并展望了它的发展前景。

关键词：Adhoc网络；路由技术；安全问题；互联；分层自组网；多跳网ABSTRACT:Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechn ologies,thewirel essAdhocnetworkcomesupasanewtypeofnetwork.Thispaper describestheorigin,features,keytechnologiesandapplicationsoftheAdho cnetworkindetail,andforecastsitsdevelopmenttrends.KEYWORDS:Adhocnetwork;Routingtechnology;Securityproblem;Interconnection;Hierarchicalself-organizingnetworks;Multi-hopnetwork近几年，无线网络在支持移动性方面的发展非常迅速。

按照移动通信系统是否具有基础设施，可以把移动无线网络分成两类。

第1种类型是具有基础设施的网络。

移动节点借助于通信范围内最近的基站实现通信。

在这样的网络里，移动节点相当于移动终端，它不具备路由功能，而只有移动交换机负责路由和交换功能。

这种类型网络的典型例子有蜂窝无线系统、办公室无线局域网等。

移动无线网络的第2种类型是一种无基础设施的移动网络，也就是无线Adhoc网(见图1)。

它是一种自治的无线多跳网，整个网络没有固定的基础设施，也没有固定的路由器，所有节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。

在这种环境中，由于终端的无线覆盖范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助于其它节点进行分组转发。