移动计算技术-_Ad_hoc概述_2014年

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1、移动计算技术 Ad hoc概述 通信发展趋势 n两大发展趋势 n n 无线无线/ /移动移动 n n IPIP IP WLAN的拓扑结构： nWLAN有两种主要拓扑结构： 1.自组织网络，也称对等网络，Ad hoc网 络 2.基础结构网络（Infrastructure Network ） Fixed InfrastructureFixed Infrastructure 现有无线通信网络（有固定基础设施支持）现有无线通信网络（有固定基础设施支持） 交换机 基站 终端 No existing InfrastructureNo existing Infrastructure 新型无线通信网络（无预先

2、的基础设施支持）新型无线通信网络（无预先的基础设施支持） Ad hoc网络的发展历史 PRNET项目 （1972） SURSAN项目 （1983） MANET小组 （1997） GloMo项目 （1994） NTDR项目 n1972年分组无线网（PRNET） n战场环境下的数据通信 n1983年抗毁自适应网络（SURAN ） n支持大规模网络 n适应战场快速变化环境需要的自适应网 络协议 n1994年全球移动通信系统（ GloMo） n满足军事应用需要的、可快速展开、高 抗毁星的移动信息系统 DARPA资助 Defense Advanced Research Project Agency Ad

3、 hoc网络的发展历史 n1991年IEEE 802.11首次提出“Ad Hoc网络” n自组织、对等式、多跳无线移动通信网络 n1997年IETF成立MANET工作组 n基于IP的无线多跳网络路由 n2003年IRTF成立ANS研究组 n其它研究机构 Closed Ad Hoc：For the specific purpose only MANET：Mobile Ad-hoc Networks ANS：Ad Hoc Networks Scalability Ad hoc网络的发展历史 Ad hoc网络的起源 nIEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网 络”一词来描述这种特殊的自组

4、织对等式 多跳移动通信网络，Ad hoc网络就此诞 生。 nAd Hoc源于拉丁语，意思是“for this”引 申为“for this purpose only”，即“为某种 目的设置的，特别的”意思，即Ad hoc网 络是一种有特殊用途的网络。 Ad hoc网络的起源 n通常的移动网络和无线通信技术是对固 定有线网络的补充和发展，它们需要固 定基础设施的支持，并且一般采用集中 式的控制方式。 n但在某些特殊环境或紧急情况下，有中 心的移动通信技术并不能胜任。比如， 战场上部队快速展开和推进、发生地震 等自然灾害后的搜索和营救、野外科考 等。 Ad Hoc网络的定义 n由一组带有无线通信收发

5、装置的(移动)终端节点组成的一 个多跳临时性自治系统 n每个(移动)终端同时具有路由器和主机两种功能：作为主 机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终 端需要运行相应的路由协议 n节点间路由通常由多跳(Hop)组成 n不需要网络基础设施，可以在任何地方、任何地点快速构 建 多跳无线网络、自组织网络、无固定设施的网络或者对等网络 Ad Hoc网络的特点（1） n独立组网 n不需要任何预先网络基础设施 n动态拓扑 n节点移动/开机/关机 n节点无线发送功率变化、无线信道干扰或者地形等因素 影响 n自组织 n无控制中心 n节点故障不会影响到整个网络 节点之间通过无线连接形成的网络拓扑结构随

6、时可能 发生变化，而且变化的方式和速度可能都是无法预测的 Ad Hoc网络的特点（2） n多跳路由 n接收端和发送端可使用比 两者直接通信小得多的功 率进行通信，因此节省了 能量消耗 n通过中间节点参与分组转 发，能够有效降低对无线 传输设备的设计难度和成 本，同时扩大了自组织网 络的覆盖范围 Ad Hoc网络的特点（3） n特殊的无线信道特征 n无线信道提供的网络带宽比有线信道低得多 n竞争无线共享信道产生碰撞 n信号衰落、噪声干扰以及信道之间的干扰等 n终端的局限性 n能量、存储、计算等资源受限 n安全性差 n无线链路的开放性 n移动性导致节点之间信任关系的变化 n可扩展性不强 n节点之间

7、的相互干扰造成网络容量下降 n各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下降 n存在单向无线信道 n终端发射功率的不同及地形环境的影响 Ad Hoc网络与Sensor网络 nSensor网络 n可以看作是一种特殊类型的Ad Hoc网络 n各个无线节点静态地随机分布在某一区域。传感器 负责收集区域内的传感信号，将它们发到网关节点 n网关具有更大的处理能力，能进一步处理信息，并 且具有更大的发送范围，可将信息送往某个大型网 络（Internet）并且到达最终的用户 p与一般Ad Hoc网络相比： p节点数量多、分布稠密 p节点的能量、计算、存储等资源进一步受限 Ad Hoc网络与无线局域网 n单跳与多跳

8、n研究重点不同 n通信模式不同 主要研究集中在物 理层和数据链路层 移动终端的所有通信必 须经过无线接入点进行 无线局域网为单跳网 络，不存在路由问题 Ad Hoc网络的研究 内容主要以路由协议 为核心的网络层设计 Ad Hoc网络中移动 终端的通信是对等的 移动Ad Hoc网络(MANET)与移动IP MANET 移动IP 移动自组网MANETs n 在某些特殊环境下或紧急请况下，如何应用网络 n 共同的要求 n移动互联网 自然灾害时，现有的网络设施不可用 进行科学考察、探险、没有可用的网络 战场上，如何实现动态过程的协同通信 动态的、快速部署 不依赖或很少依赖现有的有线网络 n移动互联网的

9、组成方式 移动终端式 移动路由式 逻辑上移动终端到达固定网络的路由器只有一跳 的距离 固定互联网要解决移动中接入所需要的定位和地 址管理问题 移动路由器和移动终端组成一个独立的无线互联 网 移动终端永久性或临时性地 与移动路由器相连 移动自组网MANETs n移动互联网的研究主要两个分支 联合战术无线网络系统JTRS（Joint Tactical System） 移动专网工作组MANET（Mobile ad hoc Networks ） 美国国防部，1996年 主要研究用于构建战术移动互联网 互联网工程任务组（IFTF），1997年 利用多跳无线网构造一个基于IP的移动互联网，并 通过实现IP

10、与固定互联网的无线连接 移动自组网MANETs Ad Hoc网络所面临的问题(1) n特殊的信道共享方式 n共享信道 n隐藏节点问题/暴露节点问题 n动态变化网络拓扑 n传统路由协议花较高代价获取的路由信息可能已经陈旧 n有限的无线传输带宽 n减少节点之间的交换的消息 n减少控制消息带来的额外开销 n有限的能量 n能量管理机制，各层考虑能量控制，包括网络层路由 n安全问题 n无线信道的开放性更容易受到各种攻击 n移动性使得节点的信任关系不断变化 n由于节点资源受限，安全机制应该是分布式的 RTS/CTS，CSMA/CA 网络路由时需考虑 Ad Hoc网络所面临的问题(2) n网络管理 n拓扑管

11、理 n确定将一组节点组织成网络的机制 n移动性管理 n跟踪网络中移动节点的位置 n服务质量管理 n多跳拓扑动态变化的移动Ad Hoc网络使 得服务质量保证更加困难 n自动配置 n n随着我国电信市场竞争的加剧，找准和开拓新 的业务增长点成了电信运营商和设备提供商在 市场中掌握先机的关键。 n采用移动Ad Hoc网络技术的MESH无线区域网 等业务被认为是未来的业务热点之一。 n甚至有人称：就象IP网络改造传统电信网络一 样，移动Ad Hoc网络技术可能对现有移动通信 网络的结构和运营模式带来划时代的影响。 Ad Hoc自组织无线网络技术意义深远 自组织功能 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi

12、Wi-Fi Wi-FiWi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi 动态变化的网络拓扑 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-FiWi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi 自动最佳路由选择 最佳路由 备选替换路由 有线回传 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi 自动路由保护/恢复 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-F

13、i Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi 最佳路由 备选替换路由 有线回传 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi 无缝漫游无缝漫游-支持移动支持移动IPIP功能功能 方便扩展方便扩展 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-FiWi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-FiWi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Ad Hoc网络与ISO模型

14、 Ad Hoc 在未来无线通信中的应 用 n研究表明大型的独立Ad Hoc实用性不高 ，它在路由方面开销较大，并且存在安 全问题，传输速率也比较低。 n小型的Ad Hoc网络被认为使用范围广泛 ，在家庭、会议及一些个人通信领域有 很大的商业潜力。而802.11和蓝牙技术 也使得小型Ad Hoc易于配置。 自组网的应用 1、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等） 2、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、港 口、建筑、煤矿、石油/化工、环保、. 3、应急/救援通信系统 4、工业自动化控制 5、智能交通 6、传感器监测网络 7、家庭安全监测系统 8、战场侦察网络、战地监测网络、信息中继

15、 9、各种远程监测/监控系统（如环保、水文、地质、资源 保 护、研究等） 10、公安/交警/消防 11、. 基于WLAN的 AD HOC自组织无线网络 i i i i i i i 基于WLAN的自组织无线网络架构 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-FiWi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Internet 3G/HSDPA/WiMAX 基于基于WLANWLAN的移动自组网的移动自组网 nIEEE802.11b/g（2.4GHz）、IEEE802.11（5GHz） n每个节点2002000m覆盖范围 n64/128位WEP加密（或WAPI）（可根据需要 增加不同层

16、次的加密功能） n高带宽，11-54M /s或更高（IEEE802.11n） n面向数据业务(Data service oriented )的网络 n支持VoWi-Fi n网络可靠性高 n组网非常方便 n通用性和兼容性强 n成本优势 n丰富的终端支持 和其它宽带网络的集成 Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-FiWi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Internet 3G/HSDPA/WiMAX Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi 方便的宽带无线接入方案方便的宽带无线接入方案 Internet 光纤骨干网光纤骨干网 MESH Wi-Fi 接入网 有线或WiMAX 在城域中的运用 与其他移动通信技术的结合 移动现场办案移动现场办案 APAP和终端都可移动和终端都可移动 “ “网格化布警网格化布警” ” 现场布控/紧急通信 宽带无线小区接入宽带无线小区接入 校园校园/ /医院医院/ /大型企业宽带无线专网大型企业宽带无线专网 n n 高带宽高带宽 n n 网络自