第61講AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、無線自組網(wǎng)技術(shù) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)概述移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)l移動終端通過基站接入移動終端通過基站接入因特網(wǎng)因特網(wǎng)無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)l移動終端通過無線接入移動終端通過無線接入點(diǎn)接入因特網(wǎng)點(diǎn)接入因特網(wǎng)依賴于基站、無線接入點(diǎn)等現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)依賴于基站、無線接入點(diǎn)等現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò) 有基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)有基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求臨時會議臨時會議/緊急情況緊急情況科學(xué)考察科學(xué)考察/探險探險/軍事戰(zhàn)場軍事戰(zhàn)場接入網(wǎng)絡(luò)所需的時間和成本接入網(wǎng)絡(luò)所需的時間和成本較高較高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施的能力不現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施的能力不足足遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而希望保遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)

2、基礎(chǔ)設(shè)施而希望保持與網(wǎng)絡(luò)的連接持與網(wǎng)絡(luò)的連接無網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可用無網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可用不希望使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施不希望使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范圍之外網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范圍之外AdHoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的起源網(wǎng)絡(luò)的起源 源于軍事通信的需求源于軍事通信的需求1972年分組無線網(wǎng)（年分組無線網(wǎng)（PRNET）l戰(zhàn)場環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信戰(zhàn)場環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信1983年抗毀自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（年抗毀自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（SURAN）l支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)l適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境需要的自適應(yīng)網(wǎng)適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境需要的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議絡(luò)協(xié)議1994年全球移動通信系統(tǒng)（年全球移動通信系統(tǒng)（GloMo）l滿足軍事應(yīng)用需要的、可快

3、速展開、高滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀星的移動信息系統(tǒng)抗毀星的移動信息系統(tǒng)DARPA資助資助Defense Advanced Research Project AgencyAd HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究組織網(wǎng)絡(luò)的研究組織1991年年IEEE 802.11首次提出首次提出“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”l自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡(luò)自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡(luò)1997年年IETF成立成立MANET工作組工作組l基于基于IP的無線多跳網(wǎng)絡(luò)路由的無線多跳網(wǎng)絡(luò)路由2003年年IRTF成立成立ANS研究組研究組其它研究機(jī)構(gòu)其它研究機(jī)構(gòu)Ad Hoc：For the specific

4、purpose onlyMANET：Mobile Ad-hoc NetworksANS：Ad Hoc Networks ScalabilityAd HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的定義網(wǎng)絡(luò)的定義由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的(移動移動)終端節(jié)點(diǎn)組終端節(jié)點(diǎn)組成的一個多跳臨時性自治通信系統(tǒng)成的一個多跳臨時性自治通信系統(tǒng)每個終端同時具有路由器和主機(jī)兩種功能：作為主每個終端同時具有路由器和主機(jī)兩種功能：作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由機(jī)，終端需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議節(jié)點(diǎn)間路由通常由多跳節(jié)點(diǎn)間路由

5、通常由多跳(Hop)組成組成不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以在任何地方、任何地點(diǎn)不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以在任何地方、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建快速構(gòu)建多跳無線網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)或者對等網(wǎng)絡(luò)多跳無線網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)或者對等網(wǎng)絡(luò)筆記本電腦 車載臺移動終端Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)AHDBCFEG I雙向信道單向信道（a）物理結(jié)構(gòu)（b）邏輯結(jié)構(gòu)Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（1 1）獨(dú)立組網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)l不需要任何預(yù)先架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不需要任何預(yù)先架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施動態(tài)拓?fù)鋭討B(tài)拓?fù)鋖節(jié)點(diǎn)移動節(jié)點(diǎn)移動/開機(jī)開機(jī)/關(guān)機(jī)關(guān)機(jī)l節(jié)點(diǎn)無線

6、發(fā)送功率變化、無線信道干擾或者地形等節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送功率變化、無線信道干擾或者地形等因素影響因素影響自組織自組織l無控制中心無控制中心l節(jié)點(diǎn)故障不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時可能節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(yù)測的發(fā)生變化，而且變化的方式和速度可能都是無法預(yù)測的Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（2 2）多跳路由多跳路由l接收端和發(fā)送端使用比兩者接收端和發(fā)送端使用比兩者直接通信小得多的功率進(jìn)行直接通信小得多的功率進(jìn)行通信，因此節(jié)省了能量消耗通信，因此節(jié)省了能量消耗l通過中間

7、節(jié)點(diǎn)參與分組轉(zhuǎn)發(fā)，通過中間節(jié)點(diǎn)參與分組轉(zhuǎn)發(fā)，能夠有效降低對無線傳輸設(shè)能夠有效降低對無線傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)難度和成本，同時備的設(shè)計(jì)難度和成本，同時擴(kuò)大了自組織網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范擴(kuò)大了自組織網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍圍Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（3 3）特殊的無線信道特征特殊的無線信道特征l無線信道提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬比有線信道低得多無線信道提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬比有線信道低得多l(xiāng)競爭無線共享信道產(chǎn)生碰撞競爭無線共享信道產(chǎn)生碰撞l信號衰落、噪聲干擾以及信道之間的干擾等信號衰落、噪聲干擾以及信道之間的干擾等l存在單向無線信道存在單向無線信道終端的局限性終端的局限性l能量、存儲、計(jì)算等資源受限能量、存儲、計(jì)算等資源受

8、限安全性差安全性差l無線鏈路的開放性無線鏈路的開放性l移動性導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間信任關(guān)系的變化移動性導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間信任關(guān)系的變化可擴(kuò)展性不強(qiáng)可擴(kuò)展性不強(qiáng)l節(jié)點(diǎn)之間的相互干擾造成網(wǎng)絡(luò)容量下降節(jié)點(diǎn)之間的相互干擾造成網(wǎng)絡(luò)容量下降l各節(jié)點(diǎn)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增加而下降各節(jié)點(diǎn)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增加而下降A(chǔ)d HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)l可以看作是一種特殊類型的可以看作是一種特殊類型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)l各個無線傳感器隨機(jī)分布在某一區(qū)域，負(fù)責(zé)收集區(qū)各個無線傳感器隨機(jī)分布在某一區(qū)域，負(fù)責(zé)收集區(qū)域內(nèi)的傳感信號，將它們發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)域內(nèi)的傳感信號，將它們發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)

9、點(diǎn)l網(wǎng)關(guān)具有更大的處理能力，能進(jìn)一步處理信息，并網(wǎng)關(guān)具有更大的處理能力，能進(jìn)一步處理信息，并且可將信息送往到其他外部網(wǎng)絡(luò)（如且可將信息送往到其他外部網(wǎng)絡(luò)（如Internet）p與典型的與典型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相比：網(wǎng)絡(luò)相比：p節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、分布稠密、移動性較弱節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、分布稠密、移動性較弱p節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算、存儲等資源進(jìn)一步受限節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算、存儲等資源進(jìn)一步受限p以數(shù)據(jù)采集和傳遞為中心，采用廣播通信模式以數(shù)據(jù)采集和傳遞為中心，采用廣播通信模式Internet網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同研究重點(diǎn)不同研究重點(diǎn)不同通信模式不同通信模式不

10、同WLAN集中在物集中在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層理層和數(shù)據(jù)鏈路層WLAN中終端的通信必中終端的通信必須依賴須依賴AP進(jìn)行進(jìn)行無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡(luò)，不存在路由問題無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡(luò)，不存在路由問題Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)涉及網(wǎng)絡(luò)涉及TCP/IP協(xié)議棧各層協(xié)議棧各層Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中移動網(wǎng)絡(luò)中移動終端的通信是對等的終端的通信是對等的Internet無線接入點(diǎn)無線接入點(diǎn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的比較網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的比較由本身或公認(rèn)的無線節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，由本身或公認(rèn)的無線節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，通常采用分布式控制通常采用分布式控制由基站集中負(fù)責(zé)，無線節(jié)點(diǎn)必須先與基由基站集中負(fù)責(zé)，無線節(jié)點(diǎn)必須先與基站通信，再通過基站與目的節(jié)點(diǎn)通信站

11、通信，再通過基站與目的節(jié)點(diǎn)通信無線節(jié)點(diǎn)的控制管理無線節(jié)點(diǎn)的控制管理低容量、高誤碼的無線骨干網(wǎng)，低容量、高誤碼的無線骨干網(wǎng)，半雙工方式，同一信道在中繼節(jié)半雙工方式，同一信道在中繼節(jié)點(diǎn)的不同鏈路上不能同時使用點(diǎn)的不同鏈路上不能同時使用高速、可靠的有線骨干網(wǎng)，全雙工方式，高速、可靠的有線骨干網(wǎng)，全雙工方式，同一信道在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)前后的鏈路可復(fù)用同一信道在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)前后的鏈路可復(fù)用骨干網(wǎng)的特點(diǎn)骨干網(wǎng)的特點(diǎn)無線節(jié)點(diǎn)只有一部收發(fā)信機(jī)，半無線節(jié)點(diǎn)只有一部收發(fā)信機(jī)，半雙工方式，不易實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步雙工方式，不易實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步基站有多部收發(fā)信機(jī)，全雙工方式通信，基站有多部收發(fā)信機(jī)，全雙工方式通信，有專用硬件，易于實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同

12、步有專用硬件，易于實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步中繼節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)無線節(jié)點(diǎn)和無線骨干網(wǎng)無線節(jié)點(diǎn)和無線骨干網(wǎng)基站和有線骨干網(wǎng)基站和有線骨干網(wǎng)中繼設(shè)備中繼設(shè)備高高低低網(wǎng)絡(luò)健壯性網(wǎng)絡(luò)健壯性困難困難容易容易路由選擇和維護(hù)路由選擇和維護(hù)短短長長存在時間存在時間低低高高成本成本快快慢慢配置速度配置速度較差較差較好較好安全性和服務(wù)質(zhì)量安全性和服務(wù)質(zhì)量無無有有有無基礎(chǔ)設(shè)施支持有無基礎(chǔ)設(shè)施支持動態(tài)動態(tài)靜態(tài)靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多跳多跳單跳單跳無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)比較內(nèi)容比較內(nèi)容1、戰(zhàn)場偵察網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)地監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、快速反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)場偵察網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)地監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、快速反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2、區(qū)域性無線網(wǎng)：展

13、覽中心、體育場、旅游區(qū)、區(qū)域性無線網(wǎng)：展覽中心、體育場、旅游區(qū)、港口、建筑、煤礦、石油港口、建筑、煤礦、石油/化工、環(huán)保、化工、環(huán)保、.3、應(yīng)急、應(yīng)急/救援通信系統(tǒng)救援通信系統(tǒng)4、工業(yè)自動化控制、工業(yè)自動化控制 5、智能交通、智能交通6、傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程醫(yī)療7、家庭安全監(jiān)測系統(tǒng)、家庭安全監(jiān)測系統(tǒng)8、城域無線通信（無線寬帶接入、小區(qū)覆蓋等）、城域無線通信（無線寬帶接入、小區(qū)覆蓋等）9、各種遠(yuǎn)程監(jiān)測、各種遠(yuǎn)程監(jiān)測/監(jiān)控系統(tǒng)（如環(huán)保、水文、地質(zhì)、監(jiān)控系統(tǒng)（如環(huán)保、水文、地質(zhì)、資源資源 保護(hù)、研究等）保護(hù)、研究等）10、公安、公安/交警交警/消防消防.Ad HocAd H

14、oc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)面臨的問題網(wǎng)絡(luò)面臨的問題(1)(1)特殊的信道共享方式特殊的信道共享方式l共享信道共享信道l隱藏終端問題隱藏終端問題/暴露終端問題暴露終端問題動態(tài)變化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋖傳統(tǒng)路由協(xié)議花費(fèi)較高代價獲取的路由信息很可能已過時傳統(tǒng)路由協(xié)議花費(fèi)較高代價獲取的路由信息很可能已過時有限的無線傳輸帶寬有限的無線傳輸帶寬l減少節(jié)點(diǎn)之間的交互的消息減少節(jié)點(diǎn)之間的交互的消息l減少控制消息帶來的額外開銷減少控制消息帶來的額外開銷有限的能量有限的能量l能量管理機(jī)制，各層均要考慮能量控制能量管理機(jī)制，各層均要考慮能量控制安全問題安全問題l無線信道的開放性更容易受

15、到各種攻擊無線信道的開放性更容易受到各種攻擊l移動性使得節(jié)點(diǎn)的信任關(guān)系不斷變化移動性使得節(jié)點(diǎn)的信任關(guān)系不斷變化l節(jié)點(diǎn)資源受限節(jié)點(diǎn)資源受限l安全機(jī)制應(yīng)該是分布式的安全機(jī)制應(yīng)該是分布式的RTS/CTS，CSMA/CA網(wǎng)絡(luò)路由時需考慮網(wǎng)絡(luò)路由時需考慮隱藏終端與暴露終端問題ABC隱藏終端：隱藏終端：在接收者通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者的通信范圍外的終端隱終端隱終端暴露終端：暴露終端：在發(fā)送者通信范圍內(nèi)而在接收者通信范圍之外的終端暴露終端暴露終端ABCDAd HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)面臨的問題網(wǎng)絡(luò)面臨的問題(2)(2)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理l拓?fù)涔芾硗負(fù)涔芾韑確定將一組節(jié)點(diǎn)組織成網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制確定將一組節(jié)點(diǎn)組織成網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制

16、l移動性管理移動性管理l節(jié)點(diǎn)移動過程中保持服務(wù)不中斷、跟蹤節(jié)點(diǎn)位置等節(jié)點(diǎn)移動過程中保持服務(wù)不中斷、跟蹤節(jié)點(diǎn)位置等l服務(wù)質(zhì)量管理服務(wù)質(zhì)量管理l動態(tài)變化的移動動態(tài)變化的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)使得服務(wù)質(zhì)量保證更加困難網(wǎng)絡(luò)使得服務(wù)質(zhì)量保證更加困難l自動配置自動配置lAd Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議協(xié)議 路由算法路由算法 體系結(jié)構(gòu)和分簇算法體系結(jié)構(gòu)和分簇算法 QoS保障機(jī)制保障機(jī)制 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議 安全問題安全問題 網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 服務(wù)發(fā)現(xiàn)和激勵協(xié)作服務(wù)發(fā)現(xiàn)和激勵協(xié)作 Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 單主機(jī)多電臺單主機(jī)多電臺路由器路由器 主機(jī)主機(jī)路由器路由

17、器 主機(jī)主機(jī)單主機(jī)單電臺單主機(jī)單電臺 多主機(jī)多電臺多主機(jī)多電臺路由器路由器 主機(jī)主機(jī) 主機(jī)主機(jī) 主機(jī)主機(jī)路由器路由器 主機(jī)主機(jī) 主機(jī)主機(jī) 主機(jī)主機(jī) 多主機(jī)單電臺多主機(jī)單電臺 節(jié)點(diǎn)包括主機(jī)、路由器和電臺，節(jié)點(diǎn)包括主機(jī)、路由器和電臺，從物理結(jié)構(gòu)上節(jié)點(diǎn)分為：從物理結(jié)構(gòu)上節(jié)點(diǎn)分為： Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)需采用適合自身特點(diǎn)和應(yīng)用需求的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需采用適合自身特點(diǎn)和應(yīng)用需求的體系結(jié)構(gòu) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，并且節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有分布式控制結(jié)構(gòu)，并且節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有自組織性自組織性 三種基本結(jié)構(gòu)三種基本結(jié)構(gòu) 集集中式控制結(jié)構(gòu)中式控制結(jié)構(gòu) 全分布式控制結(jié)構(gòu)全分布式控制結(jié)構(gòu) 分層分布式控制結(jié)構(gòu)分層分布

18、式控制結(jié)構(gòu)一個關(guān)鍵問題是如何發(fā)現(xiàn)、收集和使用拓?fù)湫畔硇纬珊侠硪粋€關(guān)鍵問題是如何發(fā)現(xiàn)、收集和使用拓?fù)湫畔硇纬珊侠淼木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能和各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能和各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量 平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)地位平等，負(fù)載平衡性較好，不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比節(jié)點(diǎn)地位平等，負(fù)載平衡性較好，不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比較靈活、健壯，如較靈活、健壯，如PRN和和CNR 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)信息交互頻繁、處理能力弱，存儲和控制開銷大，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)信息交互頻繁、處理能力弱，存儲和控制開銷大，數(shù)據(jù)傳輸時延大、可擴(kuò)展性差，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限傳輸時延大、可擴(kuò)展性差，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限1 42 7 8

19、56 分級結(jié)構(gòu)結(jié)合了全分布式和分層中心式的優(yōu)點(diǎn)，開銷相對較小、分級結(jié)構(gòu)結(jié)合了全分布式和分層中心式的優(yōu)點(diǎn)，開銷相對較小、擴(kuò)展性好、便于管理、適合部隊(duì)梯次組網(wǎng)要求，可分為單頻分級和擴(kuò)展性好、便于管理、適合部隊(duì)梯次組網(wǎng)要求，可分為單頻分級和多頻分級結(jié)構(gòu)多頻分級結(jié)構(gòu) 普通節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)簇頭簇頭單頻分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單頻分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)骨干鏈路骨干鏈路普通鏈路普通鏈路低級低級高級高級簇頭簇頭簇成員簇成員頻率頻率2頻率頻率1多頻分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多頻分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)軍事通信中采用的分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)軍事通信中采用的分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1連連6連連2連連1 營營1 團(tuán)團(tuán)2 營營3連連 分層分布式結(jié)構(gòu)能夠滿足部隊(duì)不同層次梯隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)要求，

20、適應(yīng)各分層分布式結(jié)構(gòu)能夠滿足部隊(duì)不同層次梯隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)要求，適應(yīng)各層次梯隊(duì)業(yè)務(wù)流量的非對稱性。層次梯隊(duì)業(yè)務(wù)流量的非對稱性。 在軍事系統(tǒng)中，戰(zhàn)斗單元通常是成建制的，所以可以按照部隊(duì)建在軍事系統(tǒng)中，戰(zhàn)斗單元通常是成建制的，所以可以按照部隊(duì)建制來劃分簇，不同簇之間通信需要利用網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。制來劃分簇，不同簇之間通信需要利用網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)比較平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)比較平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)分級結(jié)構(gòu)分級結(jié)構(gòu)完全分布式的網(wǎng)絡(luò)完全分布式的網(wǎng)絡(luò)多個簇組成的網(wǎng)絡(luò)多個簇組成的網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的節(jié)點(diǎn)被分為簇首和簇成員，簇首節(jié)點(diǎn)被分為簇首和簇成員，簇首預(yù)先指定或者由選擇算法產(chǎn)生預(yù)先指定或者由

21、選擇算法產(chǎn)生不存在網(wǎng)絡(luò)瓶頸，可存在多條路不存在網(wǎng)絡(luò)瓶頸，可存在多條路徑，網(wǎng)絡(luò)健壯性好徑，網(wǎng)絡(luò)健壯性好簇首節(jié)點(diǎn)可能成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，所簇首節(jié)點(diǎn)可能成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，所有到簇外的通信必須通過簇首節(jié)有到簇外的通信必須通過簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)進(jìn)行可擴(kuò)展性差，每個節(jié)點(diǎn)需要知道可擴(kuò)展性差，每個節(jié)點(diǎn)需要知道到達(dá)所有其它節(jié)點(diǎn)的路由，適用到達(dá)所有其它節(jié)點(diǎn)的路由，適用于中小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)于中小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好，簇內(nèi)路由信息局部可擴(kuò)展性好，簇內(nèi)路由信息局部化，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò) 骨干鏈路骨干鏈路普通鏈路普通鏈路普通節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)簇頭簇頭 分布式網(wǎng)關(guān)分布式網(wǎng)關(guān)單向鏈路單向鏈路 最小節(jié)點(diǎn)最小節(jié)點(diǎn)ID分簇算法分

22、簇算法 最高節(jié)點(diǎn)度分簇算法最高節(jié)點(diǎn)度分簇算法 最低節(jié)點(diǎn)移動性分簇算法最低節(jié)點(diǎn)移動性分簇算法 無簇頭分簇算法無簇頭分簇算法 基于地理位置的分簇算法基于地理位置的分簇算法 基于信道接入的被動分簇算法基于信道接入的被動分簇算法 限制簇尺寸的分簇算法限制簇尺寸的分簇算法 組合加權(quán)分簇算法組合加權(quán)分簇算法 定量特征定量特征 網(wǎng)絡(luò)建立時間、節(jié)點(diǎn)加入時間、重配置時間網(wǎng)絡(luò)建立時間、節(jié)點(diǎn)加入時間、重配置時間 控制開銷、帶寬效率控制開銷、帶寬效率 、存儲空間、存儲空間 網(wǎng)絡(luò)情景網(wǎng)絡(luò)情景 定性特征定性特征 拓?fù)渫負(fù)?位置信息位置信息 、對拓?fù)渥兓姆磻?yīng)方式、對拓?fù)渥兓姆磻?yīng)方式 環(huán)境適應(yīng)能力、功率意識能力環(huán)境適應(yīng)能

23、力、功率意識能力 單信道或多信道、單信道或多信道、單向鏈路支持能力單向鏈路支持能力 安全性、服務(wù)質(zhì)量安全性、服務(wù)質(zhì)量 數(shù)據(jù)吞吐量、時延和丟失率數(shù)據(jù)吞吐量、時延和丟失率 路由獲取時間路由獲取時間 路由協(xié)議的效率路由協(xié)議的效率 鏈路利用率鏈路利用率 路由跳數(shù)路由跳數(shù) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通用協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)通用協(xié)議棧 物理層：物理層：擴(kuò)頻技術(shù)（擴(kuò)頻技術(shù)（DS-SS、HF-SS）、移動模型（）、移動模型（Random）、信道模型）、信道模型(Free Space) 應(yīng)用層：應(yīng)用層：實(shí)時業(yè)務(wù)、自適應(yīng)應(yīng)用、數(shù)據(jù)報業(yè)務(wù)實(shí)時業(yè)務(wù)、自適應(yīng)應(yīng)用、數(shù)據(jù)報業(yè)務(wù)移動定位、自動配置、安全策略移動定位、自動配置、安全策略 數(shù)據(jù)鏈路

24、層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（邏輯鏈路控制子層（LLC）：）：分組轉(zhuǎn)發(fā)分組轉(zhuǎn)發(fā)/確認(rèn)、差錯控制確認(rèn)、差錯控制媒體接入控制子層（媒體接入控制子層（MAC）：）：TDMA、CDMA、IEEE802.11、MACA功率控制、拓?fù)淇刂乒β士刂?、拓?fù)淇刂凭W(wǎng)絡(luò)互連層：網(wǎng)絡(luò)互連層：IPv4、IPv6、Mobile IP網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層：鄰居發(fā)現(xiàn)、路由協(xié)議（鄰居發(fā)現(xiàn)、路由協(xié)議（DSR、DSDV等）、等）、VC機(jī)制機(jī)制分簇（簇頭選擇和簇維護(hù)）分簇（簇頭選擇和簇維護(hù)） 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層：傳輸層：(W)TCP、UDP信令協(xié)議：信令協(xié)議：RSVP、INSIGNIA體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和原則體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和原則 Ad

25、 HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)為特定目的和臨時場合構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)為特定目的和臨時場合構(gòu)建的 嚴(yán)格的分層設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化并缺乏適應(yīng)性嚴(yán)格的分層設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化并缺乏適應(yīng)性 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用需求設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和應(yīng)用需求設(shè)計(jì) 需要采用基于應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)特征的跨層體系結(jié)構(gòu)，能夠在協(xié)議棧各層需要采用基于應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)特征的跨層體系結(jié)構(gòu)，能夠在協(xié)議棧各層支持自適應(yīng)和性能優(yōu)化支持自適應(yīng)和性能優(yōu)化 利用層間相關(guān)性，確定優(yōu)化目標(biāo)和層間交互信息的種類和方式，考利用層間相關(guān)性，確定優(yōu)化目標(biāo)和層間交互信息的種類和方式，考慮系統(tǒng)

26、的約束條件和網(wǎng)絡(luò)特性，并進(jìn)行合理折衷慮系統(tǒng)的約束條件和網(wǎng)絡(luò)特性，并進(jìn)行合理折衷 Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 Internet協(xié)議設(shè)計(jì)原則協(xié)議設(shè)計(jì)原則應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)原則網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)原則 InternetInternet中鏈路帶寬較高，瓶頸在路由器，強(qiáng)調(diào)相鄰對等實(shí)體之間中鏈路帶寬較高，瓶頸在路由器，強(qiáng)調(diào)相鄰對等實(shí)體之間的水平通信，而盡可能減少實(shí)體內(nèi)協(xié)議棧各層之間的垂直通信。的水平通信，而盡可能減少實(shí)體內(nèi)協(xié)議棧各層之間的垂直通信。 MANETMANET中

27、鏈路帶寬和能量非常稀少，通過增加協(xié)議棧各層的垂直交互中鏈路帶寬和能量非常稀少，通過增加協(xié)議棧各層的垂直交互來減少協(xié)議層對等實(shí)體之間的水平通信來減少協(xié)議層對等實(shí)體之間的水平通信Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計(jì)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計(jì)和優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)方法 通過分層將復(fù)雜的系統(tǒng)問題轉(zhuǎn)化為較易處理的局部問題通過分層將復(fù)雜的系統(tǒng)問題轉(zhuǎn)化為較易處理的局部問題 ，具有如下好處：具有如下好處： 分離抽象的功能和實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)分離抽象的功能和實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié) 較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性 便于分割和定制功能便于分割和定制功能 便于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和升級便于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和升級 有助于協(xié)議

28、的標(biāo)準(zhǔn)化工作有助于協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作 跨層設(shè)計(jì)方法的提出跨層設(shè)計(jì)方法的提出 傳統(tǒng)分層協(xié)議棧分離網(wǎng)絡(luò)控制功能，層間接口少，維護(hù)成本低；但傳統(tǒng)分層協(xié)議棧分離網(wǎng)絡(luò)控制功能，層間接口少，維護(hù)成本低；但是層間接口呆板，層間通信不方便，信息交互不及時，上層不能準(zhǔn)確是層間接口呆板，層間通信不方便，信息交互不及時，上層不能準(zhǔn)確了解底層狀況了解底層狀況 Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)稀少的資源和動態(tài)變化的拓?fù)浜托诺蕾|(zhì)量使得傳統(tǒng)分層網(wǎng)絡(luò)稀少的資源和動態(tài)變化的拓?fù)浜托诺蕾|(zhì)量使得傳統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)難以勝任，因?yàn)楦鲗有畔⒌姆蛛x和屏蔽限制了系統(tǒng)的靈活性，不結(jié)構(gòu)難以勝任，因?yàn)楦鲗有畔⒌姆蛛x和屏蔽限制了系統(tǒng)的靈活性，不利于提高協(xié)議效率

29、和優(yōu)化系統(tǒng)性能。因此，需要根據(jù)利于提高協(xié)議效率和優(yōu)化系統(tǒng)性能。因此，需要根據(jù)Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)自身網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)對分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和擴(kuò)充特點(diǎn)對分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和擴(kuò)充 為減少能耗、提供服務(wù)質(zhì)量保障和優(yōu)化系統(tǒng)性能，應(yīng)允許各協(xié)議層為減少能耗、提供服務(wù)質(zhì)量保障和優(yōu)化系統(tǒng)性能，應(yīng)允許各協(xié)議層和功能模塊之間根據(jù)需要及時方便交互信息，而不再局限于相鄰的層和功能模塊之間根據(jù)需要及時方便交互信息，而不再局限于相鄰的層和特定的信息流向，即采用一種新型的跨層協(xié)議棧和跨層設(shè)計(jì)方法和特定的信息流向，即采用一種新型的跨層協(xié)議棧和跨層設(shè)計(jì)方法 跨層設(shè)計(jì)方法的提出（續(xù)）跨層設(shè)計(jì)方法的提出（續(xù)） 當(dāng)前很多研究工

30、作是孤立的，只針對協(xié)議棧的某個層次，沒有考當(dāng)前很多研究工作是孤立的，只針對協(xié)議棧的某個層次，沒有考慮相互沖突的系統(tǒng)目標(biāo)，難以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的整體性能。慮相互沖突的系統(tǒng)目標(biāo)，難以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的整體性能。 能量保護(hù)、能量保護(hù)、QoSQoS支持、可靠性和安全性等問題涉及協(xié)議棧各層次，支持、可靠性和安全性等問題涉及協(xié)議棧各層次，各層獨(dú)立優(yōu)化不一定會使整個系統(tǒng)性能最優(yōu)各層獨(dú)立優(yōu)化不一定會使整個系統(tǒng)性能最優(yōu) Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)往往是為特定目的和應(yīng)用需求臨時構(gòu)建的。采用嚴(yán)格網(wǎng)絡(luò)往往是為特定目的和應(yīng)用需求臨時構(gòu)建的。采用嚴(yán)格分層設(shè)計(jì)方法缺乏適應(yīng)性和靈活性，不符合動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。分層設(shè)計(jì)方法缺乏適應(yīng)性和靈活

31、性，不符合動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。 為滿足為滿足Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的特殊要求，需要采取一種嶄新的跨層設(shè)計(jì)方網(wǎng)絡(luò)的特殊要求，需要采取一種嶄新的跨層設(shè)計(jì)方法：針對法：針對Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)多變和資源受限的特點(diǎn)，在充分考慮協(xié)議網(wǎng)絡(luò)動態(tài)多變和資源受限的特點(diǎn)，在充分考慮協(xié)議棧各層次關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，跨越協(xié)議棧各層實(shí)施聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化以提棧各層次關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，跨越協(xié)議棧各層實(shí)施聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化以提高資源使用效率和系統(tǒng)整體性能。高資源使用效率和系統(tǒng)整體性能。 跨層設(shè)計(jì)的概念和特征跨層設(shè)計(jì)的概念和特征 跨層設(shè)計(jì)并不摒棄分層，也不是各層功能的簡單組合，而是打破跨層設(shè)計(jì)并不摒棄分層，也不是各層功能的簡

32、單組合，而是打破嚴(yán)格分層約束的同時保持分層結(jié)構(gòu)，通過跨層交互協(xié)調(diào)各層的行為，嚴(yán)格分層約束的同時保持分層結(jié)構(gòu)，通過跨層交互協(xié)調(diào)各層的行為，以高效利用有限資源來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)以高效利用有限資源來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo) 跨層設(shè)計(jì)是一種綜合考慮協(xié)議棧不同層次，并允許任意層次和功跨層設(shè)計(jì)是一種綜合考慮協(xié)議棧不同層次，并允許任意層次和功能模塊之間交互信息以優(yōu)化系統(tǒng)性能的方法能模塊之間交互信息以優(yōu)化系統(tǒng)性能的方法 推薦在原有的分層協(xié)議棧上集成跨層設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，并將這種推薦在原有的分層協(xié)議棧上集成跨層設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，并將這種支持跨層交互的協(xié)議棧稱為跨層協(xié)議棧支持跨層交互的協(xié)議棧稱為跨層協(xié)議棧 各層在對網(wǎng)絡(luò)變化做出自適應(yīng)

33、調(diào)節(jié)的時候與其他層次相協(xié)調(diào)，通各層在對網(wǎng)絡(luò)變化做出自適應(yīng)調(diào)節(jié)的時候與其他層次相協(xié)調(diào)，通過利用層間共享的信息來采取適當(dāng)?shù)男袆樱瑥亩箙f(xié)議棧各層做出過利用層間共享的信息來采取適當(dāng)?shù)男袆?，從而使協(xié)議棧各層做出合理的反應(yīng)，以此來優(yōu)化整個系統(tǒng)合理的反應(yīng)，以此來優(yōu)化整個系統(tǒng) 跨層設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢跨層設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢 考慮考慮Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特性，提高資源使用效率網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特性，提高資源使用效率 基于變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用需求，跨越協(xié)議棧各層進(jìn)行協(xié)調(diào)才基于變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用需求，跨越協(xié)議棧各層進(jìn)行協(xié)調(diào)才能獲得最優(yōu)系統(tǒng)配置能獲得最優(yōu)系統(tǒng)配置 方便支持新業(yè)務(wù)，尤其是對網(wǎng)絡(luò)條件變化敏感的業(yè)務(wù)方便支持新業(yè)務(wù)，尤其是對

34、網(wǎng)絡(luò)條件變化敏感的業(yè)務(wù) 協(xié)調(diào)本地和全局行為，促使各層協(xié)議行動一致，消除冗余功能，協(xié)調(diào)本地和全局行為，促使各層協(xié)議行動一致，消除冗余功能，充分發(fā)揮各層協(xié)議的效用充分發(fā)揮各層協(xié)議的效用 鼓勵各層協(xié)議及功能模塊的協(xié)同合作，不同層可及時共享信鼓勵各層協(xié)議及功能模塊的協(xié)同合作，不同層可及時共享信息，有助于消除冗余，減少開銷；可以匹配應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)條息，有助于消除冗余，減少開銷；可以匹配應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)條件，通過跨層聯(lián)合優(yōu)化來改善系統(tǒng)性能和提高用戶滿意度：件，通過跨層聯(lián)合優(yōu)化來改善系統(tǒng)性能和提高用戶滿意度： 跨層設(shè)計(jì)的策略跨層設(shè)計(jì)的策略 跨層設(shè)計(jì)采用一種綜合協(xié)調(diào)的方法來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性，每層可跨層設(shè)計(jì)采用一

35、種綜合協(xié)調(diào)的方法來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性，每層可以對本地的變化和其他層反饋的信息做出合理反應(yīng)以對本地的變化和其他層反饋的信息做出合理反應(yīng) 不孤立地對每層進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是利用它們的相關(guān)性將各層協(xié)不孤立地對每層進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是利用它們的相關(guān)性將各層協(xié) 議集成到一個跨層體系結(jié)構(gòu)中。相關(guān)性涉及各層的自適應(yīng)性，系議集成到一個跨層體系結(jié)構(gòu)中。相關(guān)性涉及各層的自適應(yīng)性，系統(tǒng)約束條件以及應(yīng)用的需求。此外，上層協(xié)議應(yīng)避免執(zhí)行下層協(xié)統(tǒng)約束條件以及應(yīng)用的需求。此外，上層協(xié)議應(yīng)避免執(zhí)行下層協(xié)議已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能來減少開銷議已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能來減少開銷 在跨層協(xié)議棧中，每層的自適應(yīng)機(jī)制應(yīng)基于該層變化的時間在跨層協(xié)議棧中，每層的自適應(yīng)機(jī)制

36、應(yīng)基于該層變化的時間粒度來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化粒度來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化 每層的自適應(yīng)機(jī)制應(yīng)首先補(bǔ)償本層出現(xiàn)的變化，如果不能解每層的自適應(yīng)機(jī)制應(yīng)首先補(bǔ)償本層出現(xiàn)的變化，如果不能解決問題，則需要同其他層交互信息來共同適應(yīng)這種變化決問題，則需要同其他層交互信息來共同適應(yīng)這種變化 跨層設(shè)計(jì)的方法跨層設(shè)計(jì)的方法 不同方法各有優(yōu)勢，在實(shí)施跨層設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場合控不同方法各有優(yōu)勢，在實(shí)施跨層設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場合控制層間傳遞的信息和確定跨層交互的程度制層間傳遞的信息和確定跨層交互的程度 一是在優(yōu)化某一層協(xié)議時考慮其他協(xié)議層的相關(guān)參數(shù)，如路由一是在優(yōu)化某一層協(xié)議時考慮其他協(xié)議層的相關(guān)參數(shù)，如路由算法

37、將信道質(zhì)量和鏈路層擁塞信息作為選路依據(jù)算法將信道質(zhì)量和鏈路層擁塞信息作為選路依據(jù) 二是將關(guān)聯(lián)密切的協(xié)議進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如二是將關(guān)聯(lián)密切的協(xié)議進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如INORA就是就是一種將資源預(yù)約協(xié)議和路由協(xié)議集成在一起的信令機(jī)制一種將資源預(yù)約協(xié)議和路由協(xié)議集成在一起的信令機(jī)制 不同方法的區(qū)別主要在于層間耦合的程度，既可利用簡單的事不同方法的區(qū)別主要在于層間耦合的程度，既可利用簡單的事件通知機(jī)制（如鏈路層將鏈路狀況定期上報給網(wǎng)絡(luò)層）件通知機(jī)制（如鏈路層將鏈路狀況定期上報給網(wǎng)絡(luò)層） ，也可支，也可支持任意層次間的信息交流持任意層次間的信息交流 跨層設(shè)計(jì)的形式跨層設(shè)計(jì)的形式應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸層傳輸

38、層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層物理層物理層跨層跨層協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器（a）應(yīng)用層應(yīng)用層 中間件中間件傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層（b）物理層物理層（跨層協(xié)調(diào)器（跨層協(xié)調(diào)器）跨層跨層 協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器應(yīng)用應(yīng)用系統(tǒng)系統(tǒng) 資源資源底層底層 硬件硬件網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議協(xié)議（c） 圖圖(a)和和(b)均從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的角度來實(shí)施跨層設(shè)計(jì)，層間交互清晰。均從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的角度來實(shí)施跨層設(shè)計(jì)，層間交互清晰。前者允許任意層之間交互信息，跨層協(xié)調(diào)器相對獨(dú)立，對現(xiàn)有協(xié)議棧改前者允許任意層之間交互信息，跨層協(xié)調(diào)器相對獨(dú)立，對現(xiàn)有協(xié)議棧改動很少；后者需要借助于中間件層來實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用和傳輸層以下各層的動很少；后者需要借助于中間件層來

39、實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用和傳輸層以下各層的交互，沒有考慮傳輸層以下各層的跨層聯(lián)系，靈活性不夠。交互，沒有考慮傳輸層以下各層的跨層聯(lián)系，靈活性不夠。 圖圖(c)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來實(shí)施跨層設(shè)計(jì)，考慮影響系統(tǒng)性能的各種因素，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來實(shí)施跨層設(shè)計(jì)，考慮影響系統(tǒng)性能的各種因素，但它沒有沒有明確層間交互方式，不便于實(shí)現(xiàn)。但它沒有沒有明確層間交互方式，不便于實(shí)現(xiàn)。 跨層自適應(yīng)跨層自適應(yīng) 跨層自適應(yīng)調(diào)節(jié)是動態(tài)的層間聯(lián)合優(yōu)化，即層間自適應(yīng)，打破跨層自適應(yīng)調(diào)節(jié)是動態(tài)的層間聯(lián)合優(yōu)化，即層間自適應(yīng)，打破原有的分層思想，在一個分層框架內(nèi)，利用層與層的相互聯(lián)系進(jìn)行原有的分層思想，在一個分層框架內(nèi)，利用層與層的相互聯(lián)系進(jìn)行自適應(yīng)的優(yōu)

40、化自適應(yīng)的優(yōu)化 應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層物理層物理層跨層跨層自適應(yīng)自適應(yīng)系統(tǒng)約束系統(tǒng)約束條件條件優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)自適應(yīng)跨層協(xié)議棧自適應(yīng)跨層協(xié)議棧 從從跨層信息流動的方向可分為上層到下層的跨層調(diào)節(jié)和下層到跨層信息流動的方向可分為上層到下層的跨層調(diào)節(jié)和下層到上層的跨層反饋上層的跨層反饋 自適應(yīng)跨層協(xié)議棧各層可供交互的信息自適應(yīng)跨層協(xié)議棧各層可供交互的信息BER、節(jié)點(diǎn)位置、運(yùn)動模式、節(jié)點(diǎn)位置、運(yùn)動模式、SNR、發(fā)送功率、發(fā)送功率物理層物理層幀長、鄰居信息、節(jié)點(diǎn)密度、鏈路帶寬、接口隊(duì)列長度幀長、鄰居信息、節(jié)點(diǎn)密度、鏈路帶寬、接口隊(duì)列長度鏈路鏈路/MAC層層網(wǎng)絡(luò)接口、路由穩(wěn)定性和

41、質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁烤W(wǎng)絡(luò)接口、路由穩(wěn)定性和質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁烤W(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層RTT、擁塞窗口、重傳定時器、吞吐量、分組丟失率、擁塞窗口、重傳定時器、吞吐量、分組丟失率傳輸層傳輸層QoS約束、業(yè)務(wù)特性、服務(wù)器位置約束、業(yè)務(wù)特性、服務(wù)器位置應(yīng)用層應(yīng)用層 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)需要一種能夠方便地將跨層優(yōu)化算法和現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)需要一種能夠方便地將跨層優(yōu)化算法和現(xiàn)有分層協(xié)議棧無縫集成的跨層體系結(jié)構(gòu)。有分層協(xié)議棧無縫集成的跨層體系結(jié)構(gòu)?？鐚芋w系結(jié)構(gòu)跨層體系結(jié)構(gòu)對分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)充和增強(qiáng)，如創(chuàng)建可被各層訪問對分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)充和增強(qiáng)，如創(chuàng)建可被各層訪問的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫，每層協(xié)議均可在此狀態(tài)庫讀取或?qū)懭胂嗟木W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫，每層協(xié)

42、議均可在此狀態(tài)庫讀取或?qū)懭胂嚓P(guān)信息，并由協(xié)調(diào)實(shí)體負(fù)責(zé)信息的組織和交互關(guān)信息，并由協(xié)調(diào)實(shí)體負(fù)責(zé)信息的組織和交互 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)：保留和現(xiàn)有協(xié)議棧的接口，盡量少改動現(xiàn)有：保留和現(xiàn)有協(xié)議棧的接口，盡量少改動現(xiàn)有協(xié)議棧；便于跨層優(yōu)化算法的快速開發(fā)和應(yīng)用，減少跨協(xié)議棧；便于跨層優(yōu)化算法的快速開發(fā)和應(yīng)用，減少跨層機(jī)制的開銷；可移植性好，適應(yīng)多種系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；層機(jī)制的開銷；可移植性好，適應(yīng)多種系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；便于擴(kuò)展和升級，以滿足未來的需求。便于擴(kuò)展和升級，以滿足未來的需求。 跨層子系統(tǒng)負(fù)責(zé)跨層信息交互和跨層優(yōu)化，關(guān)鍵部件是跨層優(yōu)化器和網(wǎng)絡(luò)跨層子系統(tǒng)負(fù)責(zé)跨層信息交互和跨層優(yōu)化，關(guān)鍵部件是跨層優(yōu)化器和網(wǎng)絡(luò)

43、狀態(tài)庫。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫提供一個全局可訪問的信息存儲庫，跨層優(yōu)化器利用狀態(tài)庫。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫提供一個全局可訪問的信息存儲庫，跨層優(yōu)化器利用網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫收集的各層信息，并根據(jù)各層協(xié)議當(dāng)前所處的狀態(tài)來調(diào)用優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫收集的各層信息，并根據(jù)各層協(xié)議當(dāng)前所處的狀態(tài)來調(diào)用優(yōu)化算法及采取必要的行動，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)。算法及采取必要的行動，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提高應(yīng)用性能和改善用戶滿意度，協(xié)議棧之上的用戶也應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提高應(yīng)用性能和改善用戶滿意度，協(xié)議棧之上的用戶也應(yīng)參與系統(tǒng)優(yōu)化，提供額外的信息，甚至調(diào)控節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用的行為。參與系統(tǒng)優(yōu)化，提供額外的信息，甚至調(diào)控節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用的行為。應(yīng)用層應(yīng)用層

44、傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層物理層物理層安安全全需需求求服服務(wù)務(wù)質(zhì)質(zhì)量量要要求求能能量量管管理理用戶用戶/外部實(shí)體外部實(shí)體跨層優(yōu)化器跨層優(yōu)化器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)庫 事件通知事件通知 優(yōu)化行動優(yōu)化行動跨層子系統(tǒng)跨層子系統(tǒng) 分組頭信令管道分組頭信令管道 跨層信令機(jī)制在不同層之間快速、高效傳遞信息以減少跨跨層信令機(jī)制在不同層之間快速、高效傳遞信息以減少跨層優(yōu)化機(jī)制的開銷層優(yōu)化機(jī)制的開銷 常用的層間信令機(jī)制常用的層間信令機(jī)制 ICMP消息消息 本地配置信息庫本地配置信息庫 跨層信令通路（跨層信令通路（CLSP）：）：允許在不同的層之間直接進(jìn)行允許在不同的層之間直接進(jìn)行雙向信令交互的機(jī)制，以便于

45、各層的實(shí)時通信和協(xié)調(diào)。雙向信令交互的機(jī)制，以便于各層的實(shí)時通信和協(xié)調(diào)。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：逐層的信令傳遞引入較大的處理開銷和傳遞時延；信令消逐層的信令傳遞引入較大的處理開銷和傳遞時延；信令消息格式不夠靈活和通用，不能滿足節(jié)點(diǎn)內(nèi)上下行信令交互及節(jié)點(diǎn)息格式不夠靈活和通用，不能滿足節(jié)點(diǎn)內(nèi)上下行信令交互及節(jié)點(diǎn)間消息傳遞的要求間消息傳遞的要求跨層信令通路（跨層信令通路（CLSP） 基本思想：基本思想：在協(xié)議棧中引入本地帶外信令通道允許非相鄰的層之在協(xié)議棧中引入本地帶外信令通道允許非相鄰的層之間通過專用接口直接交互消息間通過專用接口直接交互消息 其他措施：其他措施：區(qū)別對待內(nèi)部區(qū)別對待內(nèi)部/外部消息，盡量將信令

46、維持在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，外部消息，盡量將信令維持在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，只在節(jié)點(diǎn)之間傳遞必要的消息。只在節(jié)點(diǎn)之間傳遞必要的消息。 實(shí)現(xiàn)方式：實(shí)現(xiàn)方式：采用事件觸發(fā)方式執(zhí)行，采用事件觸發(fā)方式執(zhí)行，提供了一種通用的跨層信令提供了一種通用的跨層信令框架，具體實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用情景相關(guān)框架，具體實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用情景相關(guān) 應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層物理層物理層概念模型概念模型 動機(jī)：動機(jī)：目前，在協(xié)議棧各層次都提出了許多支持目前，在協(xié)議棧各層次都提出了許多支持QoS的機(jī)制，但的機(jī)制，但這些機(jī)制往往是孤立的，沒有考慮彼此的聯(lián)系。為此，可以采用跨這些機(jī)制往往是孤立的，沒有考慮彼此的聯(lián)系。為此，可以采用跨層設(shè)計(jì)方法統(tǒng)籌考

47、慮各層協(xié)議的耦合特性，利用層間關(guān)聯(lián)和信息交層設(shè)計(jì)方法統(tǒng)籌考慮各層協(xié)議的耦合特性，利用層間關(guān)聯(lián)和信息交互來聯(lián)合優(yōu)化各層次的互來聯(lián)合優(yōu)化各層次的QoS保障機(jī)制，為用戶提供滿意的服務(wù)性能保障機(jī)制，為用戶提供滿意的服務(wù)性能 方法：方法： 應(yīng)用要適應(yīng)不可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并且通過監(jiān)視當(dāng)前傳遞的業(yè)應(yīng)用要適應(yīng)不可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并且通過監(jiān)視當(dāng)前傳遞的業(yè)務(wù)流量以決定當(dāng)前的資源要求務(wù)流量以決定當(dāng)前的資源要求 在跨層設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，協(xié)議棧各層可以進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)在跨層設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，協(xié)議棧各層可以進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)來優(yōu)化業(yè)務(wù)的性能來優(yōu)化業(yè)務(wù)的性能 通過組合調(diào)節(jié)發(fā)送功率、數(shù)據(jù)速率、重傳定時器、幀長、編通過組合調(diào)節(jié)發(fā)送功率、

48、數(shù)據(jù)速率、重傳定時器、幀長、編碼和調(diào)制來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況的變化，并通過區(qū)分分組優(yōu)先級以滿碼和調(diào)制來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況的變化，并通過區(qū)分分組優(yōu)先級以滿足高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的足高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的QoS要求要求 跨層跨層QoS模型需要考慮如何對上層應(yīng)用，信道接入機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)層和模型需要考慮如何對上層應(yīng)用，信道接入機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)與優(yōu)化。傳輸層協(xié)議進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)與優(yōu)化。 跨層跨層QoS模型需要確定合適的模型需要確定合適的QoS指標(biāo)，并且需要明確這些指標(biāo)的指標(biāo)，并且需要明確這些指標(biāo)的重要性和相互關(guān)系重要性和相互關(guān)系 跨層跨層QoS模型應(yīng)將不同層的模型應(yīng)將不同層的QoS指標(biāo)區(qū)分開來并分別進(jìn)行匹配指標(biāo)區(qū)分開來并

49、分別進(jìn)行匹配應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層MAC層層應(yīng)用層指標(biāo)應(yīng)用層指標(biāo) （時延、吞吐量）（時延、吞吐量）網(wǎng)絡(luò)層指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)層指標(biāo) （緩存、電量、穩(wěn)定性）（緩存、電量、穩(wěn)定性）MAC層指標(biāo)層指標(biāo) （鏈路（鏈路SNR與與BER）協(xié)議棧協(xié)議棧QoS指標(biāo)指標(biāo) 當(dāng)前存在的問題：當(dāng)前存在的問題： 大都僅考慮兩層聯(lián)合優(yōu)化，很少考慮三層以上的跨層優(yōu)化大都僅考慮兩層聯(lián)合優(yōu)化，很少考慮三層以上的跨層優(yōu)化 缺乏系統(tǒng)級的協(xié)調(diào)，很少考慮算法間的聯(lián)系和可能的沖突缺乏系統(tǒng)級的協(xié)調(diào)，很少考慮算法間的聯(lián)系和可能的沖突 缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，跨層系統(tǒng)難以維護(hù)和升級缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，跨層系統(tǒng)難以維護(hù)和升級 代價：代價： 降低了設(shè)計(jì)抽象和模塊化，增加協(xié)議設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性降低了設(shè)計(jì)抽象和模塊化，增加協(xié)議設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性 難以難以準(zhǔn)確預(yù)測層間交互的結(jié)果，并可能與現(xiàn)存的協(xié)議不匹配準(zhǔn)確預(yù)測層間交互的結(jié)果，并可能與現(xiàn)存的協(xié)議不匹配 通用性較低，同時實(shí)施多種跨層優(yōu)化還可能會造成沖突通用性較低，同時實(shí)施多種跨層優(yōu)化還可能會造成沖突 因此，跨層設(shè)計(jì)不是摒棄分層體系結(jié)構(gòu)本身，而是在其基礎(chǔ)上針因