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1、移动Ad Hoc网络,,提纲,概述体系结构MANET路由概述,移动无线网络,蜂窝移动通信网络移动终端和固定基站通信移动终端不具备路由功能基站负责路由和交换功能基站充当接入有线网络的网关,移动无线网络,WLAN移动节点配备无线网卡移动节点通过AP与固定网络连接WLAN工作在链路层，对网络层透明对网络层来说WLAN是一个单跳网络,移动互联网的需求,特殊环境临时会议/紧急情况科学考察/探险/军事战场接入网络服务上必须的时间和成本现有服务和架构的性能或者能力用户可远离网络基础设施而保持与网络的连接,移动互联网的研究活动,IEEE 802.11首次提出“ad hoc”自组织、对等式、多跳无线移动通信网络
2、Internet工作组IETF 1997年成立MANET工作组利用多跳无线网构造基于IP的移动互联网IRTF在2003年成立了ANS研究组其他学术/商业团体大学、军队和工业界的研究项目商业系统：FireTide、MeshNetworks、SkyPilot Network、Tropos Networks,移动ad hoc网络（MANET）,移动Ad hoc网络/多跳无线网络由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成网络中每个移动终端自由移动网络中所有移动终端地位相等可以在任何时候、任何地点快速构建不需要现有信息基础网络设施的支持是一个多跳、临时、无中心网络,MANET网络的特点1,具备移动通信
3、网络和计算机网络的双重特点移动通信和计算机网络相结合报文交换采用分组交换机制移动终端是配有无线收发设备的移动便携式终端移动终端兼备双重角色作为主机要运行面向用户的应用程序作为路由器要运行相应的路由协议终端之间路由通过多个中间节点转发完成,MANET网络的特点2,网络拓扑动态变化用户终端随意移动移动节点的开机/关机无线电发送功率变化无线信道间互相干扰地形等综合因素影响,MANET网络的特点3,无中心网络的自组性无控制中心每个节点地位平等节点随时加入/离开网络任何节点故障不会影响整个网络具有更强鲁棒性和抗毁性,MANET网络的特点4,多跳组网方式接收端和发送端可使用比两者直接通信小的多的功率进行通
4、信-大大节约能量的消耗中间节点参与分组转发-能有效降低对无线传输设备的设计难度和成本，同时扩大自组网络覆盖范围,MANET网络的特点5,有限的无线传输带宽无线信道能提供的网络带宽比有线信道要低很多竞争共享无线信道产生的碰撞信号衰减、噪声干扰以及信道之间干扰等移动终端的自主性自组网络的移动终端之间存在某种协同工作关系每个终端都将承担为其它终端进行分组转发的义务,MANET网络的特点6,安全性差无线链路使网络容易受到链路层的攻击节点漫游时缺乏物理保护移动性使节点之间的信任关系经常变化网络的可扩展性不强节点之间的相互干扰造成网络容量下降各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下降存在单向的无线信道无线终端
5、发送功率的不同以及地形环境的影响生存时间短,MANET与常规的移动通信网络,与常规的移动通信网络比较不需要网络通信基础设施支持不依赖基站进行通信分组交换机制数据通信业务为主拓扑结构动态变化,MANET与传统固定网络,与传统固定网络比较固定网络中主机位置基本不变固定网络结构一般比较复杂Ad hoc网络规模相对较小Ad hoc网络的拓扑结构比较简单Ad hoc网络的拓扑结构快速变化,MANET面临的问题1,特殊的信道共享方式共享信道隐藏终端/暴露终端动态变化的网络拓扑常规路由协议花较高代价（带宽、能源、CPU等）获得的路由信息可能已经陈旧有限的无线传输带宽减少节点之间交互的信息量减少控制信息带来的
6、附加开销,MANET面临的问题2,节能问题功率控制电池供电安全问题无线信道更容易受到各种攻击缺乏物理保护使得攻击可能来自内部移动性使得节点之间的信任关系不断变化安全策略应具有可扩展性,MANET面临的问题3,网络管理拓扑管理确定一种将一组节点组织成网络的机制移动性管理跟踪网络内移动节点的位置服务质量保证多跳拓扑动态变化的MANET服务质量保证仍然是个问题地址自动配置,影响ad hoc网络的主要因素,无线通信技术受限于底层无线通信技术的性能（传输率、延迟、吞吐量）节点密度密度越高传输路径的跳数越多，受网络拓扑变化的影响就越明显节点移动速度速度越高节点间的拓扑结构的稳定性越差，路由计算和交换负载越
7、大通信负荷和通信模式流量特性和分布将直接影响到网络的吞吐性能,实现MANET的关键技术,路由协议服务质量功率控制安全问题Ad hoc网络的互联Ad hoc网络的资源管理传输层服务的性能,MANET体系结构,MANET节点结构,主机：面向移动用户，完成数据处理等功能路由器：负责路由选择、转发用户数据报功能无线收发装置：完成数据传输功能,MANET网络结构,平面结构（完全分布式）所有节点的地位平等层次结构（分层分布式）网络被划分为簇（cluster）每个簇由一个簇头和多个簇成员组成簇头可形成更高一级的网络,平面结构的优缺点,优点简单所有节点能力相同健壮只要存在多条路径就能通信相对安全节点覆盖范围较
8、小缺点路由开销大可扩充性差,层次结构的优缺点,优点Cluster成员功能简单路由信息局部化节点定位简单可扩展性好抗毁性好缺点Cluster头需要选择所有传输都通过头Cluster头是瓶颈,MANET路由概述,MANET路由概述,通信两点可能不在相互的无线传输范围内需要其他节点承担路由器的转发工作节点移动需要发现新路由,MANET路由概述,多条链组成路径,移动导致路径变化,MANET路由面临的困难,路由信息不易获得定期交换路由信息或者按需搜索路由的开销大网络资源有限，并且必须被所有节点共享节点资源（电池、CPU等）也是有限的也许不可能收集齐所有的路由信息路由信息不完整移动和分区很难将信息分发到一
9、个没有固定成员网络的所有节点路由信息可能过期不可能连续地或者立即交换信息节点随时移动无线传播变化很大,常规路由协议是否可用？,常规路由协议不是为高移动性和低带宽网络设计的DV算法存在“无穷计算”问题和慢收敛采用洪泛技术的（链路状态）协议造成额外的通信和控制开销常规路由协议周期性的路由更新消耗大量的网络带宽和节点能源当网络节点失效和网络分区时形成路由回路无线终端功率的差异以及无线信道的干扰导致单向信道的存在,Ad hoc网络对路由协议的要求,收敛迅速提供无环路由避免无穷计算控制管理开销小对终端无过高要求支持单向信道尽量简单实用,路由机制必须适应网络三个不断变化的基本特征移动节点的总体密度节点到节
10、点的拓扑网络的使用模式,Ad hoc路由协议分类,平面路由无需建立具有特殊cluster头功能节点的层次结构不划分区域以及所谓的区内/外不同路由所有的节点在路由机制中地位平等寻址方式是平面的层次路由节点功能不同寻址方式是分层进行的地理信息辅助路由利用地理信息进行路由选择,按需（on-demand）路由协议,反应式（reactive）路由在源端需要时候通过路由发现过程来确定路由控制信息采用洪泛（flooding）方式路由请求延迟高路由开销低两种实现技术源路由（报文头携带完整的路由信息）逐跳路由（类似现有的Internet路由）,表驱动（table driven）路由,先应式（proactive）
11、路由传统的分布式最短路径路由协议链路状态或者距离向量所有节点连续更新“可达”信息每个节点维护到网络中所有节点的路由所有路由都已经存在并且随时可用路由请求的延迟低路由开销高,两种路由机制的权衡,路由发现的延迟主动协议因全程维护所有的路由而具备低延迟按需协议因只在需要时才发现所需路由而导致高延迟路由发现/维护的开销按需协议因只在需要时才维护路由而具备低开销主动协议因连续更新路由可能导致（不一定）高开销那种途径表现更好取决于流量和移动模式,分层路由协议,层次（hierarchical）路由一些节点组成一个cluster或则zone这些cluster或则zone可组成较大的super cluster或
12、则super zoneCluster和zone的不同Cluster内所有节点都与cluster head直接通信，cluster内节点间的通信一般是两跳Zone的大小没有限制，zone内节点的通信可多跳ZRP,两层路由协议概念描述,分层路由协议的优缺点,优点网络拓扑结构的细节通过节点的层层聚合都被隐藏起来，因此大大降低大型网络的存储要求路由信息分层传播，需要在全局传播的路由信息较少有限的链路状态维护缺点分层路由协议的移动管理比较复杂某些节点（cluster head/gateway）比其他节点承担更多的通信和计算负载,评价MANET路由协议的指标,端-端的数据吞吐量和延迟反映了数据报的传输质量路由请求的时间有数据需要发送到发送出去的时间路由协议的效率路由控制信息与数据信息的比率,
