移短距離無線通信-動自組網(wǎng)

1、1第五章第五章 移動自組織和無線傳感器網(wǎng)絡移動自組織和無線傳感器網(wǎng)絡mobile ad hoc network2移動自組織網(wǎng)絡移動自組織網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡3 移動自組織網(wǎng)絡移動自組織網(wǎng)絡mobile ad hoc network4l概述概述l體系結構體系結構lAd Hoc網(wǎng)絡路由網(wǎng)絡路由l服務質量和能量意識服務質量和能量意識5一、概述一、概述6基于預先架設網(wǎng)絡基礎設施的無線網(wǎng)絡基于預先架設網(wǎng)絡基礎設施的無線網(wǎng)絡l 蜂窩網(wǎng)絡蜂窩網(wǎng)絡 移動終端通過基站接入移動終端通過基站接入移動通信網(wǎng)絡移動通信網(wǎng)絡l 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 移動終端通過無線接入移動終端通過無線接入點接入點接入Inte

2、rnet依賴于基站、無線接入點等現(xiàn)有基礎設施網(wǎng)絡依賴于基站、無線接入點等現(xiàn)有基礎設施網(wǎng)絡7自組織網(wǎng)絡的應用需求自組織網(wǎng)絡的應用需求l臨時會議臨時會議/緊急情況緊急情況l科學考察科學考察/探險探險/軍事戰(zhàn)軍事戰(zhàn)場場l接入網(wǎng)絡服務商所需的接入網(wǎng)絡服務商所需的時間和成本時間和成本l現(xiàn)有服務和架構的性能現(xiàn)有服務和架構的性能或者能力或者能力l遠離網(wǎng)絡基礎設施而希遠離網(wǎng)絡基礎設施而希望保持與網(wǎng)絡的連接望保持與網(wǎng)絡的連接無網(wǎng)絡基礎設施可用無網(wǎng)絡基礎設施可用不想使用網(wǎng)絡設施不想使用網(wǎng)絡設施網(wǎng)絡基礎設施范圍外網(wǎng)絡基礎設施范圍外自自組組織織網(wǎng)網(wǎng)絡絡8自組織網(wǎng)絡的起源自組織網(wǎng)絡的起源l 1972年分組無線網(wǎng)（年分組

3、無線網(wǎng)（PRNET）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l 1983年抗毀自適應網(wǎng)絡（年抗毀自適應網(wǎng)絡（SURAN）支持大規(guī)模網(wǎng)絡支持大規(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)適應戰(zhàn)場快速變化環(huán)境需要的自適應網(wǎng)絡協(xié)議絡協(xié)議l 1994年全球移動通信系統(tǒng)（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)抗毀星的移動信息系統(tǒng)DARPA資助資助Defense Advanced Research Project Agency9自組織網(wǎng)絡研究自組織網(wǎng)絡研究l 1991年年IEEE 802.11首次提出首次提出“Ad Hoc網(wǎng)絡

4、網(wǎng)絡”自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡l 1997年年IETF成立成立MANET工作組工作組基于基于IP的無線多跳網(wǎng)絡路由的無線多跳網(wǎng)絡路由l 2003年年IRTF成立成立ANS研究組研究組l 其它研究機構其它研究機構Ad Hoc：For the specific purpose onlyMANET：Mobile Ad-hoc NetworksANS：Ad Hoc Networks Scalability10Ad Hoc網(wǎng)絡的定義網(wǎng)絡的定義l 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)點組終端節(jié)點組成的一個多跳臨時性自治系

5、統(tǒng)成的一個多跳臨時性自治系統(tǒng)l 每個每個(移動移動)終端同時具有路由器和主機兩種功能：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)議作為路由器，終端需要運行相應的路由協(xié)議l 節(jié)點間路由通常由多跳節(jié)點間路由通常由多跳(Hop)組成組成l 不需要網(wǎng)絡基礎設施，可以在任何地方、任何地不需要網(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11IEEE802.11bIEEE802.

6、11b中的中的Ad-hocAd-hoc模式模式12Ad Hoc網(wǎng)絡的特點（網(wǎng)絡的特點（1）l獨立組網(wǎng)獨立組網(wǎng)不需要任何預先網(wǎng)絡基礎設施不需要任何預先網(wǎng)絡基礎設施l動態(tài)拓撲動態(tài)拓撲節(jié)點移動節(jié)點移動/開機開機/關機關機節(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等因素影響l自組織自組織無控制中心無控制中心節(jié)點故障不會影響到整個網(wǎng)絡節(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發(fā)生變化，而且變化的方式和速度可能都是無法預測的13Ad

7、 Hoc網(wǎng)絡的特點（網(wǎng)絡的特點（2）l多跳路由多跳路由接收端和發(fā)送端可使用比兩接收端和發(fā)送端可使用比兩者直接通信小得多的功率進者直接通信小得多的功率進行通信，因此節(jié)省了能量消行通信，因此節(jié)省了能量消耗耗通過中間節(jié)點參與分組轉發(fā)，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能夠有效降低對無線傳輸設備的設計難度和成本，同時備的設計難度和成本，同時擴大了自組織網(wǎng)絡的覆蓋范擴大了自組織網(wǎng)絡的覆蓋范圍圍14Ad Hoc網(wǎng)絡的特點（網(wǎng)絡的特點（3）l 特殊的無線信道特征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)生碰撞競爭無線共享信

8、道產(chǎn)生碰撞信號衰落、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 終端的局限性終端的局限性能量、存儲、計算等資源受限能量、存儲、計算等資源受限l 安全性差安全性差無線鏈路的開放性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移動性導致節(jié)點之間信任關系的變化l 可擴展性不強可擴展性不強節(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)的增加而下降各節(jié)點吞吐量隨網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù)的增加而下降l 存在單向無線信道存在單向無線信道終端發(fā)射功率的不同及地形環(huán)境的影響終端發(fā)射功率的不同及地形環(huán)境的影響15與傳統(tǒng)蜂窩移動通信網(wǎng)絡比較與傳統(tǒng)蜂窩移

9、動通信網(wǎng)絡比較l不需要網(wǎng)絡通信基礎設施支持不需要網(wǎng)絡通信基礎設施支持l不依賴基站進行通信不依賴基站進行通信l分組交換機制分組交換機制l數(shù)據(jù)通信業(yè)務為主數(shù)據(jù)通信業(yè)務為主l拓撲結構動態(tài)變化拓撲結構動態(tài)變化16與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡比較與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡比較l固定網(wǎng)絡中主機位置基本不變固定網(wǎng)絡中主機位置基本不變l固定網(wǎng)絡結構一般比較復雜固定網(wǎng)絡結構一般比較復雜lad hoc網(wǎng)絡規(guī)模相對較小網(wǎng)絡規(guī)模相對較小lad hoc網(wǎng)絡的拓撲結構比較簡單網(wǎng)絡的拓撲結構比較簡單lad hoc網(wǎng)絡拓撲結構快速變化網(wǎng)絡拓撲結構快速變化17Ad Hoc網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)l單跳與多跳單跳與多跳l研究重點不同研究重點不同l

10、通信模式不同通信模式不同主要研究集中在物主要研究集中在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層理層和數(shù)據(jù)鏈路層移動終端的所有通信必移動終端的所有通信必須經(jīng)過無線接入點進行須經(jīng)過無線接入點進行無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡，不存在路由問題絡，不存在路由問題Ad Hoc網(wǎng)絡的研究網(wǎng)絡的研究內容主要以路由協(xié)議內容主要以路由協(xié)議為核心的網(wǎng)絡層設計為核心的網(wǎng)絡層設計Ad Hoc網(wǎng)絡中移動網(wǎng)絡中移動終端的通信是對等的終端的通信是對等的18移動移動Ad Hoc網(wǎng)絡網(wǎng)絡(MANET)與移動與移動IPMANET移動移動IP19Ad Hoc網(wǎng)絡所面臨的問題網(wǎng)絡所面臨的問題(1)l 特殊的信道共享方式特殊的信道共享方式 共享信道

11、共享信道 隱藏節(jié)點問題隱藏節(jié)點問題/暴露節(jié)點問題暴露節(jié)點問題l 動態(tài)變化網(wǎng)絡拓撲動態(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l 有限的無線傳輸帶寬有限的無線傳輸帶寬 減少節(jié)點之間的交換的消息減少節(jié)點之間的交換的消息 減少控制消息帶來的額外開銷減少控制消息帶來的額外開銷l 有限的能量有限的能量 能量管理機制，各層考慮能量控制，包括網(wǎng)絡層路由能量管理機制，各層考慮能量控制，包括網(wǎng)絡層路由l 安全問題安全問題 無線信道的開放性更容易受到各種攻擊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移動性使得節(jié)點的信任

12、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)絡路由時需考慮網(wǎng)絡路由時需考慮20Ad Hoc網(wǎng)絡所面臨的問題網(wǎng)絡所面臨的問題(2)l網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡管理拓撲管理拓撲管理l確定將一組節(jié)點組織成網(wǎng)絡的機制確定將一組節(jié)點組織成網(wǎng)絡的機制移動性管理移動性管理l跟蹤網(wǎng)絡中移動節(jié)點的位置跟蹤網(wǎng)絡中移動節(jié)點的位置服務質量管理服務質量管理l多跳拓撲動態(tài)變化的移動多跳拓撲動態(tài)變化的移動Ad Hoc網(wǎng)絡使得服務質量保網(wǎng)絡使得服務質量保證更加困難證更加困難自動配置自動配置21實現(xiàn)實現(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡的關鍵技術網(wǎng)絡的關鍵技術l路由協(xié)議路由協(xié)議

13、l服務質量管理服務質量管理l功率控制功率控制l傳輸層性能傳輸層性能lAd Hoc網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)絡互聯(lián)l安全問題安全問題l網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡管理p感知網(wǎng)絡拓撲結構的變化感知網(wǎng)絡拓撲結構的變化p維護網(wǎng)絡拓撲的連接維護網(wǎng)絡拓撲的連接p高度自適應性高度自適應性p能量、服務質量等約束能量、服務質量等約束p信道接入技術信道接入技術p節(jié)能機制節(jié)能機制p多個多個Ad Hoc網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)絡互聯(lián)pAd Hoc內部節(jié)點訪問內部節(jié)點訪問Internet22二、體系結構二、體系結構23節(jié)點結構節(jié)點結構l主機：運行應用程序，完成數(shù)據(jù)處理等功主機：運行應用程序，完成數(shù)據(jù)處理等功能能l路由器：運行路由協(xié)議，完成路由選擇、路由器：運行路由

14、協(xié)議，完成路由選擇、轉發(fā)分組等功能轉發(fā)分組等功能l無線收發(fā)裝置：完成數(shù)據(jù)傳輸功能無線收發(fā)裝置：完成數(shù)據(jù)傳輸功能24網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構l 平面結構平面結構所有節(jié)點地位平等所有節(jié)點地位平等l 層次結構層次結構網(wǎng)絡被劃分為簇（網(wǎng)絡被劃分為簇（Cluster）每個簇由簇首節(jié)點每個簇由簇首節(jié)點(Cluster Head)和簇成員和簇成員節(jié)點節(jié)點(Cluster Member)構構成成簇首節(jié)點可形成更高一級簇首節(jié)點可形成更高一級的網(wǎng)絡的網(wǎng)絡平面結構平面結構層次結構層次結構25平面結構和層次結構比較平面結構和層次結構比較平面結構平面結構層次結構層次結構完全分布式的網(wǎng)絡完全分布式的網(wǎng)絡多個簇組成的網(wǎng)絡多個簇組成

15、的網(wǎng)絡所有節(jié)點的地位是平等的所有節(jié)點的地位是平等的節(jié)點被分為簇首和簇成員，簇首預先指定或節(jié)點被分為簇首和簇成員，簇首預先指定或者由選擇算法產(chǎn)生者由選擇算法產(chǎn)生不存在網(wǎng)絡瓶頸，可存在多條路徑，網(wǎng)絡健不存在網(wǎng)絡瓶頸，可存在多條路徑，網(wǎng)絡健壯性好壯性好簇首節(jié)點可能成為網(wǎng)絡瓶頸，所有到簇外的簇首節(jié)點可能成為網(wǎng)絡瓶頸，所有到簇外的通信必須通過簇首節(jié)點進行通信必須通過簇首節(jié)點進行可擴展性差，每個節(jié)點都需要知道到達所有可擴展性差，每個節(jié)點都需要知道到達所有其它節(jié)點的路由，適用于中小規(guī)模的網(wǎng)絡其它節(jié)點的路由，適用于中小規(guī)模的網(wǎng)絡可擴展性好，簇內路由信息局部化，適用于可擴展性好，簇內路由信息局部化，適用于大規(guī)模

16、網(wǎng)絡大規(guī)模網(wǎng)絡26網(wǎng)絡協(xié)議棧網(wǎng)絡協(xié)議棧l 基于基于TCP/IP體系體系結構結構l 與與Internet互聯(lián)互聯(lián)l 傳統(tǒng)路由協(xié)議需傳統(tǒng)路由協(xié)議需要修改，以適應要修改，以適應網(wǎng)絡拓撲結構動網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化態(tài)變化l 傳輸層實現(xiàn)適應傳輸層實現(xiàn)適應于無線網(wǎng)絡的端于無線網(wǎng)絡的端到端可靠服務到端可靠服務l Ad Hoc網(wǎng)絡多用網(wǎng)絡多用于能量受限的環(huán)于能量受限的環(huán)境，能量管理尤境，能量管理尤為重要，因此各為重要，因此各層都定義相應的層都定義相應的節(jié)能機制節(jié)能機制可選功能可選功能27Ad Hoc網(wǎng)絡中的跨層設計網(wǎng)絡中的跨層設計l 嚴格分層的體系結構嚴格分層的體系結構(OSI參考參考模型，模型，TCP/IP模

17、型模型) 協(xié)議的設計缺乏足夠的適應性，協(xié)議的設計缺乏足夠的適應性，不能滿足不能滿足Ad Hoc網(wǎng)絡動態(tài)變化網(wǎng)絡動態(tài)變化的需求，特別是在能量或者的需求，特別是在能量或者QoS等約束條件下等約束條件下l 跨層體系結構跨層體系結構任意層之間能夠進行信息交互任意層之間能夠進行信息交互協(xié)作協(xié)作l 在動態(tài)環(huán)境下，根據(jù)能量或者在動態(tài)環(huán)境下，根據(jù)能量或者QoS等約束條件自適應調節(jié)等約束條件自適應調節(jié)l 避免重復的功能，減少開銷避免重復的功能，減少開銷l 減少反應時間，快速適應網(wǎng)絡動減少反應時間，快速適應網(wǎng)絡動態(tài)變化態(tài)變化28三、三、Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡路由網(wǎng)絡路由29Ad Hoc路由概述路由概述l需要

18、進行通信的兩個節(jié)點可能不在需要進行通信的兩個節(jié)點可能不在相互的無線信號范圍內相互的無線信號范圍內l需要其它節(jié)點承擔轉發(fā)工作需要其它節(jié)點承擔轉發(fā)工作l節(jié)點移動后需要重新建立新的路由節(jié)點移動后需要重新建立新的路由多跳路由多跳路由移動移動30傳統(tǒng)的路由協(xié)議不適用于傳統(tǒng)的路由協(xié)議不適用于Ad Hoc網(wǎng)絡網(wǎng)絡l 動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲結構節(jié)點加入、離開、移動等節(jié)點加入、離開、移動等路由算法還未收斂路由算法還未收斂,網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構就發(fā)生變化就發(fā)生變化l 有限的系統(tǒng)帶寬、能量等資源有限的系統(tǒng)帶寬、能量等資源周期性地公告路由信息嚴重降低周期性地公告路由信息嚴重降低系統(tǒng)的性能系統(tǒng)的性

19、能l 間歇性的網(wǎng)絡分割間歇性的網(wǎng)絡分割傳統(tǒng)路由協(xié)議容易形成路由回路傳統(tǒng)路由協(xié)議容易形成路由回路l 單向的無線傳輸信道單向的無線傳輸信道傳統(tǒng)路由協(xié)議一般假設鏈路是對傳統(tǒng)路由協(xié)議一般假設鏈路是對稱的稱的p適應網(wǎng)絡動態(tài)變適應網(wǎng)絡動態(tài)變化化p減少路由開銷減少路由開銷p引入按需路由引入按需路由p在路由時考慮能在路由時考慮能量等約束條件量等約束條件31路由協(xié)議路由協(xié)議Ad Hoc路由協(xié)議路由協(xié)議表驅動路由表驅動路由先驗式先驗式(Proactive)按需路由按需路由反應式反應式(Reactive)32表驅動（表驅動（Table Driven）路由）路由l先驗式先驗式(Proactive)路由路由傳統(tǒng)的分布式

20、最短路徑路由協(xié)議傳統(tǒng)的分布式最短路徑路由協(xié)議l鏈路狀態(tài)或者距離向量鏈路狀態(tài)或者距離向量l所有節(jié)點周期性更新所有節(jié)點周期性更新“可達可達”信息信息每個節(jié)點維護到網(wǎng)絡中所有其它節(jié)點的路由每個節(jié)點維護到網(wǎng)絡中所有其它節(jié)點的路由所有路由都已存在并且隨時可用所有路由都已存在并且隨時可用DSDV、OLSR、TBRPF路由延時小，但是路由開銷大路由延時小，但是路由開銷大33按需按需(On-demand)路由路由l 反應式反應式(Reactive)路由路由 源節(jié)點根據(jù)需要通過路由發(fā)現(xiàn)過程來源節(jié)點根據(jù)需要通過路由發(fā)現(xiàn)過程來確定路由確定路由 控制消息采用泛洪（控制消息采用泛洪（Flooding）方式）方式l 兩種

21、實現(xiàn)技術兩種實現(xiàn)技術 源路由（分組攜帶完整的路由信息）源路由（分組攜帶完整的路由信息） 逐跳（逐跳（Hop-by-Hop）路由）路由l DSR、AODV、DYMO路由延時大，但是路由開銷小路由延時大，但是路由開銷小34Ad Hoc路由協(xié)議的性能指標路由協(xié)議的性能指標l 端到端數(shù)據(jù)吞吐量和延時端到端數(shù)據(jù)吞吐量和延時反映了數(shù)據(jù)的傳輸質量反映了數(shù)據(jù)的傳輸質量l 路由獲取時間路由獲取時間有數(shù)據(jù)要發(fā)送到發(fā)送出去的時間有數(shù)據(jù)要發(fā)送到發(fā)送出去的時間l 亂序分組發(fā)送率亂序分組發(fā)送率衡量無連接路由協(xié)議應用于需要有序發(fā)送的傳輸層協(xié)議衡量無連接路由協(xié)議應用于需要有序發(fā)送的傳輸層協(xié)議例如例如TCP時的性能時的性能l

22、路由協(xié)議的效率路由協(xié)議的效率路由控制消息路由控制消息/發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)路由協(xié)議的性能在不同環(huán)境表現(xiàn)不同路由協(xié)議的性能在不同環(huán)境表現(xiàn)不同,因此需要根據(jù)環(huán)境特點使用不同的路由協(xié)議因此需要根據(jù)環(huán)境特點使用不同的路由協(xié)議35四、服務質量和能量意識四、服務質量和能量意識36Ad Hoc路由中的服務質量路由中的服務質量l與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比，更困難與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比，更困難網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化資源受約束資源受約束l擴展路由協(xié)議支持擴展路由協(xié)議支持QoS基于表驅動的基于表驅動的QoS路由協(xié)議路由協(xié)議按需按需QoS路由協(xié)議路由協(xié)議37Ad Hoc路由中的能量意識路由中的能量意識lAd Hoc網(wǎng)絡環(huán)境下節(jié)點的

23、能量受限網(wǎng)絡環(huán)境下節(jié)點的能量受限l基于能量約束的路由協(xié)議基于能量約束的路由協(xié)議最小化每消息能量消耗最小化每消息能量消耗l考慮每跳之間消耗的能量固定考慮每跳之間消耗的能量固定(T為常數(shù)為常數(shù))，該約束實際，該約束實際上與最小跳數(shù)一致上與最小跳數(shù)一致最大化網(wǎng)絡生存時間最大化網(wǎng)絡生存時間l保證所有節(jié)點協(xié)同工作的時間盡量的長保證所有節(jié)點協(xié)同工作的時間盡量的長111( ,)(1)kjiiieT n nkT38信息安全信息安全l目前的安全策略，有安全認證和協(xié)議等，目前的安全策略，有安全認證和協(xié)議等，l一部分一部分WLANWLAN安全策略可用于安全策略可用于MANETMANET。l需要適合于需要適合于MAN

24、ETMANET的信息安全策略。的信息安全策略。 39一個移動自組織網(wǎng)絡T1T2MH1MH1MH3MH3MH4MH440移動自組織網(wǎng)絡的應用場合移動自組織網(wǎng)絡的應用場合 臨時、突發(fā)場合，如：臨時、突發(fā)場合，如：軍事行動、軍事行動、災害搶險、災害搶險、醫(yī)療救助、醫(yī)療救助、會議室活動會議室活動 、視頻點播等。視頻點播等。41軍事應用軍事應用l 19811981年：美國就為海軍特譴部隊提出了一種高頻自組織網(wǎng)，年：美國就為海軍特譴部隊提出了一種高頻自組織網(wǎng)，l 19911991年：美國又研究了一種年：美國又研究了一種“改進型高頻數(shù)據(jù)網(wǎng)改進型高頻數(shù)據(jù)網(wǎng)”，充分，充分應用了短波自組織網(wǎng)技術，應用了短波自組織

25、網(wǎng)技術，l 19941994年：美國抗毀自適應系統(tǒng)演示，以寬帶技術為基礎，年：美國抗毀自適應系統(tǒng)演示，以寬帶技術為基礎，改善了戰(zhàn)術通信的機動性和生存能力，改善了戰(zhàn)術通信的機動性和生存能力，l 近年來：美、英、法、荷蘭等國的單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)，近年來：美、英、法、荷蘭等國的單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)，l 未來的單兵通信系統(tǒng)：未來的單兵通信系統(tǒng)：寬帶化的、手持或便攜式個人移動終端。寬帶化的、手持或便攜式個人移動終端。42移動自組織網(wǎng)絡的應用簡介43無線傳感器網(wǎng)絡44無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡lWSN-Wireless Sensor Networksl基礎基礎微電子技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及微電子技術、嵌入式計

26、算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術。無線通信技術、分布式信息處理技術。l解釋解釋1由部署在監(jiān)測區(qū)域內的大量微型、低成本、由部署在監(jiān)測區(qū)域內的大量微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方低功耗的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。式形成一個多跳的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。網(wǎng)關網(wǎng)關大規(guī)模、自組織、隨機部署、環(huán)境復雜、傳感器節(jié)大規(guī)模、自組織、隨機部署、環(huán)境復雜、傳感器節(jié)點資源有限、網(wǎng)絡拓撲經(jīng)常變化點資源有限、網(wǎng)絡拓撲經(jīng)常變化 無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡46l解釋解釋2：傳感器網(wǎng)絡是由一組傳感器以特定方傳感器網(wǎng)絡是由一組傳感器以特定方式構成的無線網(wǎng)絡，其目的是

27、協(xié)作地式構成的無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。者。l傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素：傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素：傳感器，感知對象，觀察者傳感器，感知對象，觀察者l傳感器網(wǎng)絡的基本功能傳感器網(wǎng)絡的基本功能協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息信息47 傳感器網(wǎng)絡覆蓋傳感器網(wǎng)絡覆蓋感知對象區(qū)域感知對象區(qū)域 每個傳感器完成其臨近感知對象的觀測每個傳感器完成其臨近感知對象的觀測 多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大觀測任務觀測任務 使用多

28、跳路由算法向用戶報告使用多跳路由算法向用戶報告觀測結果觀測結果SinkInternet或或通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星48傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構任務管理中心任務管理中心 匯聚節(jié)點匯聚節(jié)點監(jiān)測區(qū)域監(jiān)測區(qū)域sink -匯聚點匯聚點sensor node -傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點sensor field -監(jiān)測區(qū)域監(jiān)測區(qū)域49傳感器網(wǎng)絡的實體傳感器網(wǎng)絡的實體l傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點功能：采集、處理、控制和通信等功能：采集、處理、控制和通信等網(wǎng)絡功能：兼顧節(jié)點和路由器網(wǎng)絡功能：兼顧節(jié)點和路由器資源受限：存儲、計算、通信、能量資源受限：存儲、計算、通信、能量l匯聚點匯聚點(Sink

29、)節(jié)點節(jié)點功能：連接傳感器網(wǎng)絡與功能：連接傳感器網(wǎng)絡與Internet等外部網(wǎng)絡等外部網(wǎng)絡，實現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉換，發(fā)布，實現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉換，發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務，轉發(fā)收集到的數(shù)據(jù)。管理節(jié)點的監(jiān)測任務，轉發(fā)收集到的數(shù)據(jù)。特點：連續(xù)供電、功能強、數(shù)量少等特點：連續(xù)供電、功能強、數(shù)量少等50數(shù)字世界數(shù)字世界傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)傳感數(shù)據(jù)物理世界物理世界無線傳感網(wǎng)絡無線傳感網(wǎng)絡-51無線傳感網(wǎng)絡在新一代網(wǎng)絡中的角色無線傳感網(wǎng)絡在新一代網(wǎng)絡中的角色52節(jié)點的結構節(jié)點的結構傳感器傳感器應用程序應用程序無線通信無線通信內內 存存CPU電電 源源網(wǎng)絡中的網(wǎng)關網(wǎng)絡中

30、的網(wǎng)關（基站）（基站）（較強的處理、通信能力）（較強的處理、通信能力）網(wǎng)絡中的節(jié)點網(wǎng)絡中的節(jié)點（簡單處理、短距離通信）（簡單處理、短距離通信）53傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點l傳感器模塊：信息采集、數(shù)據(jù)轉換傳感器模塊：信息采集、數(shù)據(jù)轉換l處理器模塊：控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡協(xié)議處理器模塊：控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡協(xié)議l無線通訊模塊：無線通信，交換控制信息無線通訊模塊：無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)和收發(fā)采集數(shù)據(jù)l能量供應模塊：提供能量能量供應模塊：提供能量54工作流程示意圖工作流程示意圖代理代理Sink 結點結點 用戶用戶傳感器結點傳感器結點 詢問詢問Internet55工作流程示意圖工作流程示意圖傳感

31、器結點傳感器結點代理代理Sink 節(jié)點節(jié)點 用戶用戶詢問結果詢問結果Internet56現(xiàn)代微型傳感器現(xiàn)代微型傳感器57傳感器網(wǎng)絡的特點傳感器網(wǎng)絡的特點l 大規(guī)模網(wǎng)絡：地理區(qū)域大；部署密集大規(guī)模網(wǎng)絡：地理區(qū)域大；部署密集提高信噪比；提高監(jiān)測精度；增強容錯性；減少盲區(qū)提高信噪比；提高監(jiān)測精度；增強容錯性；減少盲區(qū)l 自組織網(wǎng)絡：不確定性；拓撲結構變化自組織網(wǎng)絡：不確定性；拓撲結構變化l 資源受限：計算、存儲、通訊、能量資源受限：計算、存儲、通訊、能量l 動態(tài)拓撲：節(jié)點故障；通訊故障；移動性；節(jié)點動態(tài)拓撲：節(jié)點故障；通訊故障；移動性；節(jié)點加入加入l 可靠網(wǎng)絡：適應環(huán)境條件；魯棒性、容錯性可靠網(wǎng)絡：

32、適應環(huán)境條件；魯棒性、容錯性l 應用相關：沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺應用相關：沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺l 以數(shù)據(jù)為中心以數(shù)據(jù)為中心58傳感器節(jié)點的限制傳感器節(jié)點的限制l電源能量有限電源能量有限l通信能力有限通信能力有限l計算和存儲能力有限計算和存儲能力有限59傳感器網(wǎng)絡與傳感器網(wǎng)絡與ad hoc的不同的不同WSN結點數(shù)量更為龐大結點數(shù)量更為龐大多數(shù)節(jié)點為靜止多數(shù)節(jié)點為靜止節(jié)點分布更為密集節(jié)點分布更為密集能量約束能量約束結點更容易出錯結點更容易出錯拓撲結構變化頻繁拓撲結構變化頻繁Ad hoc幾十至上百個節(jié)點幾十至上百個節(jié)點局域網(wǎng)局域網(wǎng)節(jié)點全移動節(jié)點全移動結構變化（移動）結構變化（移動）能量可連續(xù)提供能

33、量可連續(xù)提供點到點通信點到點通信60Ad Hoc網(wǎng)絡與網(wǎng)絡與Sensor網(wǎng)絡網(wǎng)絡lSensor網(wǎng)絡網(wǎng)絡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)域內的傳感信號，將它們發(fā)到網(wǎng)關器負責收集區(qū)域內的傳感信號，將它們發(fā)到網(wǎng)關節(jié)點節(jié)點網(wǎng)關具有更大的處理能力，能進一步處理信息，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（型網(wǎng)絡（Internet）并且到達最終的用戶）并且到達最終的用戶p與一般與一般

34、Ad Hoc網(wǎng)絡相比：網(wǎng)絡相比：p節(jié)點數(shù)量多、分布稠密節(jié)點數(shù)量多、分布稠密p節(jié)點的能量、計算、存儲等資源進一步受限節(jié)點的能量、計算、存儲等資源進一步受限61 傳感器網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡戰(zhàn)場評估戰(zhàn)場評估 生活習性監(jiān)測生活習性監(jiān)測 地震監(jiān)測地震監(jiān)測 深海監(jiān)控深海監(jiān)控 醫(yī)療狀況監(jiān)控醫(yī)療狀況監(jiān)控 目標跟蹤和檢測目標跟蹤和檢測小區(qū)安全監(jiān)控小區(qū)安全監(jiān)控 v 無線傳感器網(wǎng)絡應用無線傳感器網(wǎng)絡應用精細農業(yè)精細農業(yè) 森林火災監(jiān)控森林火災監(jiān)控6263環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測646566WSN的應用的應用醫(yī)療護理醫(yī)療護理 用于人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)用于人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內醫(yī)生和患者的行動，醫(yī)院的藥物控醫(yī)院內

35、醫(yī)生和患者的行動，醫(yī)院的藥物管理等。管理等。 例：一個可以成像的特殊發(fā)送器芯片與例：一個可以成像的特殊發(fā)送器芯片與精巧設計的超低功率無線技術結合，就可精巧設計的超低功率無線技術結合，就可以實現(xiàn)可用于一個胃腸道診斷的微型吞服以實現(xiàn)可用于一個胃腸道診斷的微型吞服攝像膠囊?；颊咄滔戮S攝像膠囊。患者吞下維C C片大小的成像膠囊片大小的成像膠囊后，膠囊經(jīng)過食道、胃和小腸時就可將圖后，膠囊經(jīng)過食道、胃和小腸時就可將圖象廣播出來。膠囊由一個攝象機、象廣播出來。膠囊由一個攝象機、LEDLED、電、電池、特制芯池、特制芯 片和天線組成。（如圖）片和天線組成。（如圖）67WSN的應用的應用68智能家居智能家居 家電和家具中嵌入傳家電和家具中嵌入傳感器節(jié)點，通過無線網(wǎng)感器節(jié)點，通過無線網(wǎng)絡與絡與InternetInternet連在一起連在一起。為人提供人性化的家。為人提供人性化的家居環(huán)境。居環(huán)境。