第6章-無線自組織網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)課件

第6章無線自組織網(wǎng)絡(luò)2本章內(nèi)容簡(jiǎn)介

☆A(yù)dHoc網(wǎng)絡(luò)概述

☆MANET體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理

☆MANET的其它技術(shù)

☆A(yù)dHoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

3AdHoc網(wǎng)絡(luò)概述AdHoc網(wǎng)絡(luò)的背景 ☆A(yù)dHoc網(wǎng)絡(luò)源于軍事通信的需要，其前身是分組無線網(wǎng)(PacketRadioNetwork)

☆1972年DARPA啟動(dòng)分組無線網(wǎng)項(xiàng)目，主要研究分組無線網(wǎng)的應(yīng)用

☆1993年，DAPRA啟動(dòng)可存活性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目

☆20世紀(jì)90年代開始，AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究得到長足進(jìn)展4AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究成果包含以下幾個(gè)方面：

☆新的路由協(xié)議，例如AODV、DSDV、ZRP等

☆介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議，例如RTS/CTS/ACK

☆A(yù)dHoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合

☆多播或組播協(xié)議、地址分配、TCP協(xié)議、節(jié)能控制、安全性、分布式算法、QoS等

☆用藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)組建AdHoc網(wǎng)絡(luò)5移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的定義

☆A(yù)dHoc網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)無線終端構(gòu)成一個(gè)臨時(shí)性的、無中心的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中亦不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施。

☆移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)(又稱移動(dòng)多跳網(wǎng)或移動(dòng)對(duì)等網(wǎng))是一種特殊的在不借助任何中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下，可在有限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)終端臨時(shí)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。

6移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可作為主機(jī)，也可作為中間路由設(shè)備。

☆節(jié)點(diǎn)作為主機(jī)，可運(yùn)行相關(guān)應(yīng)用程序，以獲取或處理數(shù)據(jù)；

☆節(jié)點(diǎn)作為路由器，需運(yùn)行相關(guān)路由協(xié)議，進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)等常見操作，對(duì)收到的并非發(fā)給自身的分組予以轉(zhuǎn)發(fā)。7一個(gè)簡(jiǎn)單的MANET網(wǎng)絡(luò)

8MANET的特點(diǎn) ☆拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化 無固定通信設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng) ☆資源有限 節(jié)點(diǎn)的能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬有限 ☆多跳通信 實(shí)現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡(luò)間的源與目標(biāo)主機(jī)間的通信 ☆安全性較低 無線信道易受竊聽、篡改、偽造等攻擊的威脅9MANET體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理MANET的結(jié)構(gòu) 通常MANET的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分兩種：對(duì)等式結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)簇頭簇MANET的對(duì)等式結(jié)構(gòu)MANET的單頻分級(jí)結(jié)構(gòu)10分級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分單頻分級(jí)和多頻分級(jí) ☆單頻分級(jí)中所有節(jié)點(diǎn)使用同一頻率通信，需要網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)支持 ☆多頻分級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，不同級(jí)采用不同通信頻率對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ☆所有節(jié)點(diǎn)完全對(duì)等，源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)存在多條路徑，健壯性好，相對(duì)比較安全 ☆缺點(diǎn)是可擴(kuò)充性略差11MANET的協(xié)議層次上層應(yīng)用協(xié)議傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層表示層會(huì)話層傳輸層MANET協(xié)議層次ISO/OSI層次結(jié)構(gòu)12 ●物理層，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要設(shè)計(jì)MANET物理層

●數(shù)據(jù)鏈路層，分為MAC子層和LLC子層

●網(wǎng)絡(luò)層，主要進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)、分組路由、擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等

●傳輸層，為應(yīng)用層提供可靠的端到端服務(wù)

●應(yīng)用層，提供面向用戶的各種應(yīng)用服務(wù)13MANET的路由協(xié)議

MANET的路由協(xié)議通常分為兩大類：表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議 ☆表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議又稱先驗(yàn)式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張包含到達(dá)其它節(jié)點(diǎn)路由信息的路由表，代表性的有：WRP、DSDV、FSR、OLSR等 ☆按需路由協(xié)議也稱反應(yīng)式，需發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才查找路由，代表性的有：AODV、TORA、DSRP、SSR等14DSDV路由協(xié)議 ☆基于BellmanFord算法，是距離向量協(xié)議的改進(jìn)之一； ☆路由表通過序列號(hào)區(qū)分路由的新舊； ☆快速反應(yīng)拓?fù)涞淖兓?☆延遲了對(duì)不穩(wěn)定路由節(jié)點(diǎn)的廣播通告； ☆不能適應(yīng)快速變化的網(wǎng)絡(luò)； ☆資源開銷可能被浪費(fèi)； ☆多數(shù)路由信息可能從未使用； ☆源和目標(biāo)之間只提供一條不支持單向連接的路由；15

●DSDV的路由表項(xiàng)包括：目標(biāo)地址、到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的度量值(最小跳數(shù))、去往目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的下一跳、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相關(guān)序列號(hào)；

●DSDV中使用了兩類更新報(bào)文：完全轉(zhuǎn)存(通告全部信息)、遞增更新(僅通告更新信息)；

●DSDV路由選擇的依據(jù)為序列號(hào)或度量值；16WRP路由協(xié)議

☆WRP路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中保存路由信息

☆每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)信息包括：距離、路由、鏈路開銷和重傳消息列表(MRL)

☆WRP的算法收斂快，避免路由中的環(huán)路

☆WRP比大多數(shù)協(xié)議需要更大內(nèi)存，還依賴周期性的Hello消息，也要占用一定帶寬。17CGSR路由協(xié)議 ☆以DSDV為基礎(chǔ),比DSDV更有效 ☆使用分簇路由結(jié)構(gòu)和啟發(fā)式路由選擇機(jī)制 ☆指定了簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) ☆適合大規(guī)模MANET，可擴(kuò)展性較好 ☆簇頭節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性、可靠性對(duì)全網(wǎng)性能影響較大18典型表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議實(shí)例ACBD(a)ACBD(b)DSDV路由協(xié)議示例19圖(a)中節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B起始路由表目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)DB2目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)DD1節(jié)點(diǎn)A的路由表

節(jié)點(diǎn)B的路由表

圖(b)中節(jié)點(diǎn)D移動(dòng)到新位置，節(jié)點(diǎn)B的路由更新目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)DA3更新后節(jié)點(diǎn)B的路由表

路由環(huán)回現(xiàn)象產(chǎn)生，即A或B想要向D發(fā)送的數(shù)據(jù)會(huì)在A和B之間來回轉(zhuǎn)發(fā)，無法到達(dá)真正的目標(biāo)。

20包含序號(hào)的路由更新，解決環(huán)回現(xiàn)象目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)序列號(hào)DB21000目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)序列號(hào)DD11000(a)中節(jié)點(diǎn)A初始路由表(a)中節(jié)點(diǎn)B初始路由表21節(jié)點(diǎn)D移動(dòng)到(b)圖所示位置目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)序列號(hào)D∞1001(b)中節(jié)點(diǎn)A路由表更新目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)序列號(hào)D∞1001(b)中節(jié)點(diǎn)B路由表更新目標(biāo)節(jié)點(diǎn)下一跳跳計(jì)數(shù)序列號(hào)DD11001(b)中節(jié)點(diǎn)C路由表更新22由于A和C會(huì)周期性交換路由信息，當(dāng)A收到C的路由更新后，在序列號(hào)相同時(shí)，則會(huì)根據(jù)DV算法來判斷是否更新路由。顯然，A會(huì)更新路由。當(dāng)A想發(fā)送報(bào)文給D時(shí)，會(huì)把下一跳信息設(shè)置為C，這樣就可成功發(fā)送。23AODV路由協(xié)議

☆基于傳統(tǒng)距離向量路由機(jī)制，算法簡(jiǎn)單清晰。

☆使用目標(biāo)序列號(hào)防止循環(huán)發(fā)生，解決了無窮計(jì)數(shù)問題，易于編程實(shí)現(xiàn)。

☆支持中間主機(jī)回答，能使源主機(jī)快速獲得路由，但可能會(huì)有過時(shí)路由。

☆周期性廣播報(bào)文，需要消耗一定的能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬。24DSR ☆僅在需要通信的節(jié)點(diǎn)間維護(hù)路由，減少了路由維護(hù)代價(jià) ☆路由緩沖可進(jìn)一步減少路由發(fā)現(xiàn)的開銷 ☆路由緩沖使得在一次路由發(fā)現(xiàn)過程中，產(chǎn)生多個(gè)到達(dá)目標(biāo)的路徑 ☆支持非對(duì)稱傳輸信道模式25典型按需路由協(xié)議實(shí)例ABCEFDGAODV示例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?6ABFDGRREQ逆向路徑CEB接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由

27ABCEFDGRREQ逆向路徑D接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由

28BCEFDGRREQ逆向路徑AF接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由

29BCEFDGRREQRREPAG返回RREP給A

30典型路由協(xié)議的分析比較路由協(xié)議類別表驅(qū)動(dòng)按需路由協(xié)議DSDV/CGSR/WRPAODV/DSR/TORA路由獲取時(shí)延低高控制開銷高低能耗高低帶寬開銷高低表驅(qū)動(dòng)和按需方式路由協(xié)議的性能比較

31路由協(xié)議AODVDSRTORAABR整體復(fù)雜性中等中等高高開銷低中等中等高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)平面平面平面平面多路徑支持否是是否按需路由協(xié)議性能比較

32MANET的其它技術(shù)MANET的IP地址分配

☆基于伙伴系統(tǒng)的分布式動(dòng)態(tài)地址分配協(xié)議

☆改進(jìn)的DHCP協(xié)議

☆基于硬件地址的IP地址分配MANET的QoS

☆傳統(tǒng)的時(shí)延、帶寬、分組丟失率、時(shí)延抖動(dòng)等

☆能量消耗和服務(wù)覆蓋范圍

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