物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)第7章-自組織網(wǎng)絡(luò)課件

1、第7章 自組織網(wǎng)絡(luò)自組織網(wǎng)絡(luò)概述自組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)自組織網(wǎng)絡(luò)中的鏈路自適應(yīng)技術(shù)無(wú)線抗衰落和抗干擾技術(shù)自組織網(wǎng)絡(luò)的MAC層自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層7.1 自組織網(wǎng)絡(luò)概述無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)按照其組網(wǎng)控制方式一般分為兩類。一類是集中控制的，即有中心的，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行要依賴預(yù)先部署的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；另一類是無(wú)預(yù)先部署的固定設(shè)施可以利用，能夠臨時(shí)快速自動(dòng)組網(wǎng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通常稱為“無(wú)固定設(shè)施網(wǎng)”或“自組織網(wǎng)”，由于組網(wǎng)快速、靈活、方便，已經(jīng)得到了國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用8.1 自組織網(wǎng)絡(luò)概述定義特點(diǎn)應(yīng)用7.1.1 自組織網(wǎng)絡(luò)的定義因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)對(duì)自組織

2、網(wǎng)絡(luò)的定義是：一個(gè)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以看作是一個(gè)獨(dú)立的自治系統(tǒng)或者是一個(gè)對(duì)因特網(wǎng)的多跳無(wú)線擴(kuò)展。作為一個(gè)自治系統(tǒng)，它有自己的路由協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)治理機(jī)制；作為多跳無(wú)線擴(kuò)展，它應(yīng)該對(duì)因特網(wǎng)提供一種靈活、無(wú)縫的接入自組織網(wǎng)絡(luò)是由許多帶有無(wú)線收發(fā)裝置的通信終端(也稱為節(jié)點(diǎn)、站點(diǎn))構(gòu)成的一種多跳的臨時(shí)性自組織的自治系統(tǒng)。每個(gè)移動(dòng)終端兼具路由器和主機(jī)兩種功能7.1.2 自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)無(wú)中心節(jié)點(diǎn)自組織多跳路由動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活性帶來(lái)一些缺點(diǎn)：?jiǎn)蜗驘o(wú)線信道，傳輸帶寬較低，移動(dòng)終端受限，安全性差7.1.3 自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用沒(méi)有有線通信設(shè)施的地方，如沒(méi)有建立硬件通信設(shè)施或有線通信設(shè)施遭受破壞。需要分布式

3、特性的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境?，F(xiàn)有有線通信設(shè)施不足，需要臨時(shí)快速建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。作為生存性較強(qiáng)的后備網(wǎng)絡(luò)7.2 自組織網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議棧7.2.1 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)7.2.2 自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淦矫娼Y(jié)構(gòu)分級(jí)結(jié)構(gòu)1.平面結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)是完全對(duì)等的，原則上不存在瓶頸，所以比較健壯。它的缺點(diǎn)是可擴(kuò)充性差2.分級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成。這些簇頭形成了形成了高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，在高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級(jí)。在分級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)單頻分級(jí)結(jié)構(gòu)多頻分級(jí)結(jié)構(gòu)7.2.3 自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧1.物理層物理信道成型物理層同步高吞

4、吐量技術(shù)的采用與改造安全性的提高2.數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的尋址、流量控制、差錯(cuò)控制、業(yè)務(wù)匯聚、QoS保障機(jī)制等。一般把鏈路層分成MAC子層和邏輯鏈路子層MAC子層治理和協(xié)調(diào)多個(gè)用戶共享可用頻譜資源，需要解決MAC層同步、網(wǎng)絡(luò)組織與治理、多路復(fù)用與競(jìng)爭(zhēng)解決、路由維護(hù)與鄰居發(fā)現(xiàn)、安全性等問(wèn)題邏輯鏈路層(LLC)實(shí)現(xiàn)流量控制、差錯(cuò)控制和業(yè)務(wù)匯聚。3.網(wǎng)絡(luò)層多跳路由協(xié)議單播路由組（廣）播路由鄰居節(jié)點(diǎn)維護(hù)4.傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)排序接收的數(shù)據(jù)并將其送交相應(yīng)的應(yīng)用程序，檢測(cè)分組的錯(cuò)誤和重傳分組語(yǔ)音業(yè)務(wù)是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的常見(jiàn)業(yè)務(wù)。這就要使用到實(shí)時(shí)傳送協(xié)議/實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTP/RTCP)和信令控制

5、傳輸協(xié)議(SCTP)。5.應(yīng)用層應(yīng)用層的關(guān)注重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)效率問(wèn)題盡管鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的自適應(yīng)機(jī)制能夠?yàn)閼?yīng)用提供一定的QoS保障，但是這種QoS會(huì)隨著信道條件、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜陀脩粢蟮淖兓兓?，因此?yīng)用需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供的QoS進(jìn)行變化由于不同的應(yīng)用具有不同的QoS要求，它們可以互相協(xié)調(diào)以獲得可以接受的服務(wù)性能。7.3 自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議服務(wù)質(zhì)量功率控制安全問(wèn)題互聯(lián)問(wèn)題7.3.1 路由協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議相比，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的開(kāi)發(fā)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)锳d hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是不斷變化的，節(jié)點(diǎn)不會(huì)長(zhǎng)期存儲(chǔ)路由信息，并且這些存儲(chǔ)的路由信息也不總是可靠的。理想的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議必

6、須具備以下功能維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接。及時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。高度的自適應(yīng)性。7.3.2 服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量（QoS）指網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)流時(shí)必須滿足的一系列性能指標(biāo)，主要包括時(shí)延、可用帶寬、丟包率和抖動(dòng)等Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS支持主要面臨以下問(wèn)題無(wú)線信道的時(shí)變性。無(wú)線信道的帶寬受限。路由機(jī)制。有限的電池能量。3種QoS模型集成服務(wù)模型：可采用資源預(yù)留協(xié)議為每個(gè)流預(yù)留端到端的網(wǎng)絡(luò)資源區(qū)分服務(wù)模型：將網(wǎng)絡(luò)分為邊緣和核心兩部分，前者主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的分類、標(biāo)記等，后者主要利用IP數(shù)據(jù)包頭中的服務(wù)類型字段（ToS），把服務(wù)模型對(duì)資源預(yù)留協(xié)議的使用限制在用戶網(wǎng)絡(luò)側(cè)集成區(qū)分服務(wù)模型：對(duì)集成服務(wù)和區(qū)分服務(wù)的綜合，

7、融合了兩者的特點(diǎn)，它既可以控制每流服務(wù)的細(xì)粒度，又可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型提供相應(yīng)的服務(wù)，是一種更優(yōu)化的服務(wù)模型7.3.3 功率控制功率控制是指通過(guò)調(diào)整信號(hào)的發(fā)射功率，在保證一定通信質(zhì)量的前提下盡量降低信號(hào)發(fā)射功率。由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特殊性，如果對(duì)它進(jìn)行功率控制，不但可以降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，還可以減少對(duì)鄰近節(jié)點(diǎn)的干擾，提高信道的空間復(fù)用度，從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。理想的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)功率控制方法需滿足要求簡(jiǎn)單、高效、靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的度要盡量小，從而減小節(jié)點(diǎn)間的相互干擾，增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量。能實(shí)現(xiàn)功率路徑的最優(yōu)化，從而節(jié)約能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需使用局部的信息就可

8、以決定自己的傳輸半徑和傳輸功率。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)功率控制機(jī)制鏈路層功率控制：主要通過(guò)介質(zhì)控制（MAC）層上的協(xié)議來(lái)完成，發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)每個(gè)報(bào)文的目的節(jié)點(diǎn)距離、信道狀況等動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，以便提高網(wǎng)絡(luò)容量和降低節(jié)點(diǎn)的能量消耗網(wǎng)絡(luò)層功率控制：主要通過(guò)改變發(fā)射功率動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和選路，最終使全網(wǎng)性能達(dá)到最優(yōu)化混合功率控制：用網(wǎng)絡(luò)層的功率控制調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和選路，而在發(fā)送報(bào)文時(shí)，鏈路層功率控制根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)近調(diào)整發(fā)送功率。7.3.4 安全問(wèn)題機(jī)密性、完整性、認(rèn)證性、不可否認(rèn)性、可用性和訪問(wèn)控制在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中不允許存在一個(gè)可信任的密鑰管理中心進(jìn)行密鑰分配，因?yàn)閱我坏恼J(rèn)證中心節(jié)點(diǎn)極易成為網(wǎng)

9、絡(luò)的瓶頸，也是攻擊者的首選攻擊目標(biāo)7.3.5 互聯(lián)問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)不可避免要與其他網(wǎng)絡(luò)互連，特別是與Internet互連。由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與Internet的路由方式不一樣，如果要在它們之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫互連，就必須存在一種特殊的網(wǎng)關(guān)，它既能適應(yīng)Internet網(wǎng)絡(luò)的層次性路由機(jī)制，也能適應(yīng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的特定路由機(jī)制，并且能實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的通信7.4 自組織網(wǎng)絡(luò)中的鏈路自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)編碼調(diào)制自適應(yīng)幀長(zhǎng)控制與自適應(yīng)重傳機(jī)制多天線技術(shù)7.4.1 自適應(yīng)編碼調(diào)制實(shí)際的無(wú)線信道具有時(shí)變特性和衰落特性，因此無(wú)線信道的信道容量也是一個(gè)時(shí)變的隨機(jī)變量，自適應(yīng)編碼和調(diào)制根據(jù)信道的

10、情況確定當(dāng)前信道的容量，根據(jù)容量確定合適的編碼調(diào)制方式等，以便最大限度地發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)比較高的速率。1.自適應(yīng)調(diào)制自組織網(wǎng)絡(luò)必須具有自適應(yīng)改變其傳輸速率的能力，以便能靈活地為多種業(yè)務(wù)提供合適的傳輸速率 實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法 可變速率正交振幅調(diào)制（VR-QAM） 可變擴(kuò)頻增益碼分多址（VSG-CDMA） 多碼碼分多址（MC-CDMA） 2.自適應(yīng)編碼調(diào)制信道編碼能夠有效地減小功率來(lái)獲得給定的誤碼率，這在能量受限的自組織網(wǎng)絡(luò)的鏈路設(shè)計(jì)中尤為重要自適應(yīng)編碼的目的就是最小化能量，獲得高的頻譜效率。一般而言，自適應(yīng)編碼都是與調(diào)制相結(jié)合的可變速率自適應(yīng)格狀編碼調(diào)制（ATCQAM）通過(guò)改變碼率與調(diào)制的星座

11、圖來(lái)動(dòng)態(tài)地與信道匹配。接收端將估計(jì)的信道信息通過(guò)反饋鏈路發(fā)送到發(fā)送端，在信道條件好的時(shí)候，提高QAM的電平數(shù)，相反則降低QAM的電平數(shù)并增強(qiáng)差錯(cuò)保護(hù)能力，當(dāng)然系統(tǒng)的吞吐量也隨之下降 ATCQAM方案 7.4.2 自適應(yīng)幀長(zhǎng)控制與自適應(yīng)重傳機(jī)制在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)信道發(fā)生變化時(shí)，自適應(yīng)地調(diào)整幀長(zhǎng)是非常有益的。當(dāng)干擾增加時(shí)，誤碼率將增加，減小幀長(zhǎng)將減小誤幀率，從而增加應(yīng)用層的吞吐量當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度加快而導(dǎo)致多普勒頻移增加時(shí)，減小幀長(zhǎng)可以減少衰落幀的概率，這也能增加應(yīng)用層的吞吐量自適應(yīng)重傳方法是將出錯(cuò)報(bào)文與重傳的報(bào)文分集合并，充分利用出錯(cuò)的報(bào)文所攜帶的信息，從而進(jìn)一步提高對(duì)頻譜和能力資源的利用率，增量

12、冗余通過(guò)增加冗余信息直道解碼完全正確。當(dāng)接收端解碼失敗后，發(fā)送端發(fā)送額外的校驗(yàn)比特，接收端將這些比特與已接收到的數(shù)據(jù)塊合并，使得糾錯(cuò)的能力更強(qiáng)，從而使解碼正確7.4.3 多天線技術(shù)動(dòng)態(tài)天線分集智能天線多入多出1.動(dòng)態(tài)天線分集通過(guò)天線分集，接收端可以獲得發(fā)射端發(fā)出的同一信號(hào)的多個(gè)樣本，由此可以在接收端以更高的精確度恢復(fù)發(fā)送的信號(hào)。然而，天線分集也有缺點(diǎn)，它需要更多的信號(hào)處理，導(dǎo)致更大的功耗，同時(shí)還會(huì)增加硬件額外開(kāi)銷。在采用動(dòng)態(tài)分集技術(shù)條件下，根據(jù)接收端質(zhì)量評(píng)估認(rèn)為鏈路足夠可靠時(shí)，就采用一種形式相對(duì)簡(jiǎn)單的接收天線分集，可以是選擇分集或無(wú)分集模式。鏈路狀況變差時(shí)，接收機(jī)將采用一種魯棒但功耗更大的最大

13、比例分集合并模式，它在多個(gè)接收天線路徑上進(jìn)行信號(hào)處理，在檢測(cè)到鏈路質(zhì)量改善后，接收機(jī)就會(huì)將其配置重新恢復(fù)到較簡(jiǎn)單的分集模式。2.智能天線智能天線可以產(chǎn)生多個(gè)空間定向波束，動(dòng)態(tài)改變覆蓋區(qū)域形狀，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信息到達(dá)方向，自動(dòng)跟蹤用戶和應(yīng)用環(huán)境的變化，從而有效抑制干擾，提取用戶信號(hào)，提高鏈路性能和系統(tǒng)性能波束形成是智能天線的關(guān)鍵技術(shù)，是提高信噪比、增加用戶容量的保證。波束形成對(duì)陣列天線的波束幅度、波束指向和波束零點(diǎn)位置進(jìn)行控制，在期望方向保證高增益波束指向的同時(shí)，在干擾方向形成波束零點(diǎn)，并通過(guò)調(diào)節(jié)各陣元的加權(quán)幅度和加權(quán)相位來(lái)改變方向圖形狀。預(yù)多波束形成自適應(yīng)多波束形成3.多入多出多入多出（

14、MIMO）或多發(fā)多收天線（MTMRA）技術(shù)是無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。多入多出技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率對(duì)于多入多出系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多徑可以作為一個(gè)有利因素加以利用多入多出系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道多入多出系統(tǒng)原理傳輸信息流S(k)經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流Ci(k)（i=1，2，N），這N個(gè)子流由N個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。7.5 無(wú)線抗衰落和抗干擾技術(shù)無(wú)線交織技術(shù)信道均衡技術(shù)多用戶檢測(cè)技術(shù)7.5.1 無(wú)線交織技術(shù)一

15、條信息中的比特以非連續(xù)的方式被傳送，使得突發(fā)差錯(cuò)信道變?yōu)殡x散信道。這樣，即使出現(xiàn)差錯(cuò)，也僅是單個(gè)或者只有很短的比特出現(xiàn)錯(cuò)誤，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)突發(fā)脈沖甚至消息塊都無(wú)法被解碼，這時(shí)可再用信道編碼的糾錯(cuò)功能糾正差錯(cuò)，恢復(fù)原來(lái)的消息步驟（55矩陣存儲(chǔ)交織器）若輸入數(shù)據(jù)塊U經(jīng)過(guò)信道編碼后為 發(fā)送端交織存儲(chǔ)器為一個(gè)行列交織矩陣存儲(chǔ)器A1，它按列寫入，按行讀出，即寫入順序讀出順序步驟（55矩陣存儲(chǔ)交織器）交織器輸出后并送入突發(fā)信道的信號(hào)為假設(shè)在突發(fā)信道中收到兩個(gè)突發(fā)干擾，第一個(gè)突發(fā)干擾影響5位，產(chǎn)生于 ，第二個(gè)突發(fā)干擾影響4位，產(chǎn)生于 ，則突發(fā)信道輸出端的輸出信號(hào)表示為步驟（55矩陣存儲(chǔ)交織器）在接收端，將收到

16、突發(fā)干擾的信號(hào)送入去交織器，去交織器也是一個(gè)行列交織矩陣的存儲(chǔ)器A2，它是按行寫入，按列讀出經(jīng)過(guò)去交織存儲(chǔ)器去交織以后的輸出信號(hào)為7.5.2 信道均衡技術(shù)信道均衡是指接收端濾波器產(chǎn)生與信道相反的特性用來(lái)抵消信道時(shí)變多徑傳播特性引起的碼間干擾1.時(shí)域均衡時(shí)域均衡主要從時(shí)域響應(yīng)考慮，使包含均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)沖擊響應(yīng)滿足理想的無(wú)碼間干擾條件線性均衡器的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要實(shí)現(xiàn)方式為橫向?yàn)V波器非線性均衡包括判決反饋均衡（DFE）和最大似然序列估計(jì)（MLSE）判決反饋均衡器最大似然估計(jì)均衡器2.頻域均衡寬帶移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)速率往往高達(dá)100Mb/s1Gb/s，如果采用時(shí)域均衡器，算法復(fù)雜度很高多載波正

17、交頻分復(fù)用（OFDM）是一種并行傳輸技術(shù)，它在指定頻帶上設(shè)置K個(gè)等間隔的子載波，每個(gè)子載波被單獨(dú)調(diào)制，符號(hào)周期是同速率單載波系統(tǒng)的K倍，對(duì)符號(hào)間串?dāng)_的敏感性較單載波系統(tǒng)大大降低，從而能夠更有效地對(duì)抗多徑干擾7.5.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)在CDMA中的主要干擾類型包括加性高斯白噪聲、多址衰落干擾和多徑干擾。當(dāng)小區(qū)/扇區(qū)中同時(shí)通信的用戶數(shù)較多時(shí)，在這三類干擾中，多址干擾是最主要的干擾用戶檢測(cè)技術(shù)是抗多址干擾的根本方法之一不論是多徑衰落干擾還是多址干擾，其本質(zhì)上并不是純粹無(wú)用的白噪聲，而是有強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列信號(hào)，而且各用戶間與各條路徑間的相關(guān)函數(shù)都是已知的，因此從理論上看，完全有可能利用這些偽隨機(jī)

18、序列的已知接口信息和統(tǒng)計(jì)信息來(lái)進(jìn)一步消除這些干擾所帶來(lái)的負(fù)面影響，以達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的多用戶檢測(cè)器基本結(jié)構(gòu)7.6 自組織網(wǎng)絡(luò)的MAC層競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議分配協(xié)議混合協(xié)議7.6.1 競(jìng)爭(zhēng)類MAC協(xié)議競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議使用直接競(jìng)爭(zhēng)來(lái)決定信道訪問(wèn)權(quán)，并且通過(guò)隨機(jī)重傳來(lái)解決碰撞問(wèn)題ALOHA協(xié)議CSMA協(xié)議多路訪問(wèn)與碰撞回避協(xié)議忙音多址訪問(wèn)協(xié)議1.ALOHA協(xié)議純ALOHA當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有幀需要發(fā)送的時(shí)候，允許該節(jié)點(diǎn)立即發(fā)送，發(fā)送完幀就等待接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)其幀無(wú)法成功交付時(shí)，該節(jié)點(diǎn)等待一段隨機(jī)時(shí)間后，只是簡(jiǎn)單地重傳該幀。時(shí)隙ALOHA把時(shí)間分為離散的時(shí)間段，每段時(shí)間對(duì)應(yīng)一幀，強(qiáng)迫每個(gè)節(jié)點(diǎn)一直等到一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始

19、才發(fā)送其分組，縮短了分組易受碰撞的時(shí)間周期，從而使得ALOHA協(xié)議的信道利用率提高一倍。這種方法要求用戶時(shí)間的同步，方法之一是設(shè)置一個(gè)特殊的站點(diǎn)，在每段時(shí)間的開(kāi)始像時(shí)鐘一樣發(fā)送一個(gè)信號(hào)2.載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議（Carrier Sense Multiple Access ，CSMA）是一種允許多個(gè)設(shè)備在同一信道發(fā)送信號(hào)的協(xié)議，其中的設(shè)備監(jiān)聽(tīng)其它設(shè)備是否忙碌，只有在線路空閑時(shí)才發(fā)送。發(fā)送端情況看，又具體分為1-持續(xù)CSMA非持續(xù)CSMAp持續(xù)CSMA1-持續(xù)CSMA當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它首先監(jiān)聽(tīng)信道，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)上是否有其他的節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)信道空閑，則開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)；

20、如果檢測(cè)到信道忙，節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)直到信道空閑時(shí)，便將數(shù)據(jù)送出。若發(fā)生沖突，節(jié)點(diǎn)就等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間，然后重新開(kāi)始。非持續(xù)CSMA在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，節(jié)點(diǎn)會(huì)監(jiān)聽(tīng)信道的狀態(tài)，如果沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn)在發(fā)送，就立刻開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。但如果信道正在使用之中，該節(jié)點(diǎn)將不再繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)信道，而是等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后，再重復(fù)上述過(guò)程。p持續(xù)CSMA一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送之前，首先監(jiān)聽(tīng)信道，如果信道空閑，便以概率p傳送，而以概率q=1-p把該次發(fā)送推遲到下一個(gè)時(shí)隙。如果下一時(shí)隙仍然空閑，便再次以概率p傳送而以概率q把該次發(fā)送推遲到下一個(gè)時(shí)隙。此過(guò)程一直重復(fù)，直到發(fā)送成功或者另外一節(jié)點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送為止。3多路訪問(wèn)與碰撞回避協(xié)議多路訪問(wèn)與碰撞回

21、避協(xié)議（multiple access with collision avoidance，MACA）協(xié)議采用兩種固定長(zhǎng)度的短分組，即請(qǐng)求發(fā)送RTS和允許發(fā)送CTS。節(jié)點(diǎn)A需要對(duì)節(jié)點(diǎn)B發(fā)送的時(shí)候，首先給節(jié)點(diǎn)B發(fā)送一個(gè)RTS分組，RTS分組包含發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。節(jié)點(diǎn)B若接收到RTS分組，并且當(dāng)前不再退避之中，則立即應(yīng)答CTS分組，CTS分組也包含發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。節(jié)點(diǎn)A接收到CTS分組后，立即發(fā)送其數(shù)據(jù)。旁聽(tīng)到RTS分組的任何節(jié)點(diǎn)推遲其全部發(fā)送，直到有關(guān)CTS分組完成為止。旁聽(tīng)到CTS分組的任何節(jié)點(diǎn)推遲其發(fā)送，推遲時(shí)間等于預(yù)定數(shù)據(jù)發(fā)送所需的時(shí)間4.忙音多址訪問(wèn)協(xié)議忙音多址訪問(wèn)協(xié)議（busy-tone

22、multiple access，BTMA）把整個(gè)帶寬劃分為兩個(gè)獨(dú)立的信道。數(shù)據(jù)信道用于傳輸數(shù)據(jù)分組，占據(jù)大半帶寬?？刂菩诺烙糜趥鬏斕厥獾拿σ粜盘?hào)，表示在數(shù)據(jù)信道上有數(shù)據(jù)發(fā)送一個(gè)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)分組前，先收聽(tīng)控制信道上的忙音信號(hào)，如果控制信道空閑則開(kāi)始發(fā)送其數(shù)據(jù)分組，否則推遲發(fā)送。任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到數(shù)據(jù)信道上的發(fā)送動(dòng)作時(shí)就立即開(kāi)始往控制信道上發(fā)送忙音信號(hào)，一次繼續(xù)進(jìn)行，直到數(shù)據(jù)信道上的發(fā)送動(dòng)作停止為止。7.6.2 分配類協(xié)議分配協(xié)議分為靜態(tài)分配協(xié)議和動(dòng)態(tài)分配協(xié)議，其區(qū)別在于計(jì)算傳輸時(shí)間安排的方法不同。靜態(tài)分配協(xié)議事先為每個(gè)節(jié)點(diǎn)靜態(tài)地分配一個(gè)固定的傳輸時(shí)間，動(dòng)態(tài)分配協(xié)議使用分布式傳輸時(shí)間安排算法，按需分

23、配傳輸時(shí)間1.五步預(yù)留協(xié)議五步預(yù)留協(xié)議（the five-phase reservation protocol，F(xiàn)PRP）是一個(gè)單信道、基于TDMA的廣播傳輸時(shí)間安排協(xié)議網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制與其他節(jié)點(diǎn)互相競(jìng)爭(zhēng)以獲取TDMA廣播時(shí)隙，它通過(guò)很小的控制分組的5次廣播式的握手過(guò)程完成兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)間低沖突概率的TDMA時(shí)隙的分配。信道被分為預(yù)約信道和數(shù)據(jù)信道，節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)要傳送時(shí)，在預(yù)約信道通過(guò)控制分組的競(jìng)爭(zhēng)預(yù)約數(shù)據(jù)信道的信息時(shí)隙進(jìn)行業(yè)務(wù)傳送2.跳頻預(yù)留多址訪問(wèn)協(xié)議跳頻預(yù)留多址訪問(wèn)協(xié)議（hop-reservation multiple access，HRMA）利用極慢速跳頻擴(kuò)頻FHSS的時(shí)隙化屬性，

24、采用請(qǐng)求發(fā)送分組RTS和允許發(fā)送分組CTS的相互交互，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)跳頻頻率HRMA協(xié)議使用一個(gè)公共跳頻序列，允許一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)之間交換RTS分組/CTS分組的競(jìng)爭(zhēng)方式預(yù)留一個(gè)跳頻頻率，以便該節(jié)點(diǎn)對(duì)能夠在該預(yù)留頻率上無(wú)干擾地進(jìn)行通信。7.6.3 混合協(xié)議混合協(xié)議將競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議要素和分配協(xié)議要素綜合在一起，保持所組合的各個(gè)訪問(wèn)協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又避免所組合的各個(gè)協(xié)議的缺陷。一個(gè)混合協(xié)議的性能在輕載荷的時(shí)候近似表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議的性能，而在重載荷的時(shí)候近似表現(xiàn)為分配協(xié)議的性能。1混合時(shí)分多址訪問(wèn)協(xié)議混合時(shí)分多址訪問(wèn)協(xié)議（hybrid TDMA，HTDMA）是CSMA/CA、虛擬載波偵聽(tīng)RTS/CT

25、S和TDMA的混合協(xié)議。該協(xié)議同時(shí)做出兩個(gè)TDMA時(shí)間安排，每個(gè)時(shí)間安排用于不同的目的和同一個(gè)信道的不同部分。時(shí)間安排第一個(gè)時(shí)間安排是競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間安排，由一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)隙組成，分成4個(gè)時(shí)間片：第一個(gè)時(shí)間片是隨機(jī)等待時(shí)間，用于避免許多節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻同時(shí)進(jìn)行發(fā)送；第二個(gè)時(shí)間片是時(shí)隙請(qǐng)求時(shí)間，用于發(fā)送RTS分組；第三個(gè)時(shí)間片是時(shí)隙應(yīng)答時(shí)間，用于傳輸CTS分組；第四個(gè)時(shí)間片用于廣播傳輸時(shí)間安排更新，本時(shí)間片不是必需的。第二個(gè)時(shí)間安排用于用戶信息的傳輸，由多個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)隙組成，一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠按需地向其相鄰節(jié)點(diǎn)中的單個(gè)、多個(gè)、所有目標(biāo)發(fā)送信息而預(yù)留不等的時(shí)隙個(gè)數(shù)。2ADAPT協(xié)議ADAPT協(xié)議將每個(gè)時(shí)隙劃分成優(yōu)

26、先級(jí)時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段和發(fā)送時(shí)段。在優(yōu)先級(jí)時(shí)段，節(jié)點(diǎn)初始化一個(gè)與預(yù)定目的節(jié)點(diǎn)的碰撞回避握手，達(dá)到向外公布自己將要使用其分得時(shí)隙的目的。競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段用于節(jié)點(diǎn)需要在一個(gè)未分配時(shí)隙內(nèi)訪問(wèn)信道時(shí)競(jìng)爭(zhēng)該時(shí)隙，一個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)且僅當(dāng)在其優(yōu)先級(jí)時(shí)段內(nèi)信道保持為空閑的條件下才能夠進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)未分配時(shí)隙的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段成功完成了RTS/CTS控制分組握手過(guò)程之后就可以訪問(wèn)發(fā)送時(shí)段，所有在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段握手失敗的競(jìng)爭(zhēng)則按照指數(shù)退避算法來(lái)加以處理。發(fā)送時(shí)段用于發(fā)送分組，所有節(jié)點(diǎn)在其分得時(shí)隙的發(fā)送時(shí)段都可以訪問(wèn)信道。7.7 自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層主動(dòng)式路由協(xié)議按需路由協(xié)議7.6.1 主動(dòng)式路由協(xié)議表格驅(qū)動(dòng)類路由協(xié)議又稱為主動(dòng)式路由協(xié)議。主動(dòng)式路由協(xié)議盡力維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)至所有其他節(jié)點(diǎn)的一致最新路由信息，要求網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都建立和維護(hù)一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)路由信息的表格網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟坏┳兓蛘麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)傳播路由更新信息1目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)距離矢量路由協(xié)議目的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)距離矢量路由協(xié)議（Destination-Sequenced Distance-Vector Routing ，DSDV）在RIP的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成。DSDV協(xié)議通過(guò)給每個(gè)路由設(shè)定序列號(hào)避免了路由環(huán)路的產(chǎn)生每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一份路由表，表中的記錄有每一條記錄一個(gè)序列號(hào)，偶數(shù)序列號(hào)表示此鏈路存在，由目的地址對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)生成，奇數(shù)序列號(hào)表示鏈路已經(jīng)破損，由發(fā)現(xiàn)