1、第6章 无线自组织网络2本章内容简介Ad Hoc网络概述 MANET体系结构和协议原理MANET的其它技术Ad Hoc网络的应用3Ad Hoc网络概述lAd Hoc网络的背景Ad Hoc网络源于军事通信的需要，其前身是分组无线网(Packet Radio Network) 1972年DARPA启动分组无线网项目，主要研究分组无线网的应用1993年，DAPRA启动可存活性自适应网络项目20世纪90年代开始，Ad Hoc网络的研究得到长足进展4lAd Hoc网络的研究成果包含以下几个方面：新的路由协议，例如AODV、DSDV、ZRP等介质访问控制(MAC)协议，例如RTS/CTS/ACKAd Ho
2、c网络与蜂窝网络相结合多播或组播协议、地址分配、TCP协议、节能控制、安全性、分布式算法、QoS等用蓝牙节点组建Ad Hoc网络5l移动Ad Hoc网络的定义Ad Hoc网络是由若干个无线终端构成一个临时性的、无中心的网络，网络中亦不需要任何基础设施。移动Ad Hoc网络(又称移动多跳网或移动对等网)是一种特殊的在不借助任何中间网络设备的情况下，可在有限范围内实现多个移动终端临时互联互通的网络。 6l移动Ad Hoc网络中，每个节点既可作为主机，也可作为中间路由设备。节点作为主机，可运行相关应用程序，以获取或处理数据；节点作为路由器，需运行相关路由协议，进行路由发现、路由维护等常见操作，对收到
3、的并非发给自身的分组予以转发。7一个简单的MANET网络 8lMANET的特点拓扑结构动态变化无固定通信设施，网络节点随机移动 资源有限节点的能量和网络带宽有限 多跳通信实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信 安全性较低无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁 9MANET体系结构和协议原理lMANET的结构通常MANET的拓扑结构可分两种：对等式结构和分级结构网关节点内部节点簇头簇MANET的对等式结构 MANET的单频分级结构 10l分级结构网络分单频分级和多频分级单频分级中所有节点使用同一频率通信，需要网关节点支持多频分级网络中，不同级采用不同通信频率l对等式网络结构所有节点完全对等，
4、源节点与目标节点通信时存在多条路径，健壮性好，相对比较安全缺点是可扩充性略差11lMANET的协议层次上层应用协议传输层网络层数据链路层物理层应用层网络层数据链路层物理层表示层会话层传输层MANET协议层次ISO/OSI层次结构12物理层，根据实际应用需要设计MANET物理层数据链路层，分为MAC子层和LLC子层 网络层，主要进行邻居发现、分组路由、拥塞控制、网络互联等 传输层，为应用层提供可靠的端到端服务 应用层，提供面向用户的各种应用服务 13lMANET的路由协议MANET的路由协议通常分为两大类：表驱动路由协议、按需路由协议表驱动路由协议又称先验式，每个节点维护一张包含到达其它节点路由
5、信息的路由表，代表性的有：WRP、DSDV、FSR、OLSR等按需路由协议也称反应式，需发送数据时才查找路由，代表性的有：AODV、TORA、DSRP、SSR等14lDSDV路由协议基于Bellman Ford算法，是距离向量协议的改进之一；路由表通过序列号区分路由的新旧；快速反应拓扑的变化；延迟了对不稳定路由节点的广播通告；不能适应快速变化的网络；资源开销可能被浪费；多数路由信息可能从未使用；源和目标之间只提供一条不支持单向连接的路由；15DSDV的路由表项包括：目标地址、到达目标节点的度量值(最小跳数)、去往目标节点的下一跳、目标节点相关序列号；DSDV中使用了两类更新报文：完全转存(通告
6、全部信息)、递增更新(仅通告更新信息)；DSDV路由选择的依据为序列号或度量值；16lWRP路由协议WRP路由协议在网络节点中保存路由信息每个节点的路由表项信息包括：距离、路由、链路开销和重传消息列表(MRL) WRP的算法收敛快，避免路由中的环路WRP比大多数协议需要更大内存，还依赖周期性的Hello消息，也要占用一定带宽。17lCGSR路由协议以DSDV为基础,比DSDV更有效使用分簇路由结构和启发式路由选择机制指定了簇头和网关节点适合大规模MANET，可扩展性较好簇头节点的稳定性、可靠性对全网性能影响较大18l典型表驱动路由协议实例ACBD(a)ACBD(b)DSDV路由协议示例 19l
7、图(a)中节点A和节点B起始路由表目标节点下一跳跳计数DB2目标节点下一跳跳计数DD1节点A的路由表 节点B的路由表 l图(b)中节点D移动到新位置，节点B的路由更新目标节点下一跳跳计数DA3更新后节点B的路由表 路由环回现象产生，即A或B想要向D发送的数据会在A和B之间来回转发，无法到达真正的目标。 20l包含序号的路由更新，解决环回现象目标节点下一跳跳计数序列号DB21000目标节点下一跳跳计数序列号DD11000(a)中节点A初始路由表 (a)中节点B初始路由表 21l节点D移动到(b)图所示位置目标节点下一跳跳计数序列号D 1001(b)中节点A路由表更新目标节点下一跳跳计数序列号D
8、1001(b)中节点B路由表更新目标节点下一跳跳计数序列号DD11001(b)中节点C路由表更新22l由于A和C会周期性交换路由信息，当A收到C的路由更新后，在序列号相同时，则会根据DV算法来判断是否更新路由。显然，A会更新路由。当A想发送报文给D时，会把下一跳信息设置为C，这样就可成功发送。23lAODV路由协议基于传统距离向量路由机制，算法简单清晰。使用目标序列号防止循环发生，解决了无穷计数问题，易于编程实现。支持中间主机回答，能使源主机快速获得路由，但可能会有过时路由。周期性广播报文，需要消耗一定的能量和网络带宽。 24lDSR仅在需要通信的节点间维护路由，减少了路由维护代价路由缓冲可进
9、一步减少路由发现的开销路由缓冲使得在一次路由发现过程中，产生多个到达目标的路径支持非对称传输信道模式25l典型按需路由协议实例ABCEFDGAODV示例网络拓扑 26ABFDGRREQ逆向路径CEB接收RREQ并创建逆向路由 27ABCEFDGRREQ逆向路径D接收RREQ并创建逆向路由 28BCEFDGRREQ逆向路径AF接收RREQ并创建逆向路由 29BCEFDGRREQRREPAG返回RREP给A 30l典型路由协议的分析比较路由协议类别表驱动按需路由协议DSDV/CGSR/WRPAODV/DSR/TORA路由获取时延低高控制开销高低能耗高低带宽开销高低表驱动和按需方式路由协议的性能比较
10、 31路由协议AODVDSRTORAABR整体复杂性中等中等高高开销低中等中等高拓扑结构平面平面平面平面多路径支持否是是否按需路由协议性能比较 32MANET的其它技术lMANET的IP地址分配基于伙伴系统的分布式动态地址分配协议改进的DHCP 协议 基于硬件地址的IP地址分配 lMANET的QoS传统的时延、带宽、分组丢失率、时延抖动等能量消耗和服务覆盖范围33Ad Hoc网络的应用Ad HocNetwork 1InternetAd Hoc网关Ad Hoc网关Ad HocNetwork 2APAPAd Hoc与因特网集成 34Ad HocNetwork 1Ad HocNetwork 2基站蜂窝网络服务区 Ad Hoc网关Ad Hoc网关Ad Hoc网络与蜂窝网络集成
