无线自组织网络概述(PPT 72页)

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• MANET的特点 ☆多跳通信 实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信。 两个节点的通信可以是点对点的方式；如果二者 距离超出无线信号覆盖范围，则需中间节点进行 分组的转发，称之为多跳路由。 ☆安全性较低 无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁， 如果路由协议或无线信道遭受恶意攻击或干扰， 整个网络可能中断正常工作。
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• WRP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。
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• CGSR（分簇网关交换路由协议） ☆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，一个节点发送分组时， 首先到达发送节点的簇头，然后簇头节点将该分组 通过网关节点转发给另一个簇头节点。不断重复直 至分组到达目标。 ☆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
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• 典型表驱动路由协议实例
C
C
D
A
A
B
D
(a)
B (b)
DSDV路由协议示例
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• 图(a)中节点A和节点B起始路由表
节点A的路由表 目标节点 下一跳
D
B
跳计数 2
节点B的路由表 目标节点 下一跳
D
D
跳计数 1
图(b)中节点D移动到新位置，节点B的路由更新
更新后节点B的路由表
目标节点 下一跳
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• MANET的路由协议 ☆按需路由协议也称反应式，需发送数据时才查 找路由。节点平时不维护路由信息，只有需向目 标发送报文时，源节点才会在网络中发起路由查 找，找到相应路由。
常用的按需路由协议有：自组织按需距离向量协 议AODV、时间序列路由协议TORA、动态源路由 协议DSRP、信号稳定路由协议SSR等
MANET的单频分级结构
簇
内部节点
簇头
网关节点
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• 分级网络结构的优势与缺点 ➢分级结构中，簇成员的功能较简单，有效减少了
路由控制信息的数量，使资源开销相对较小，从 而获得了较好的扩充性。 ➢缺点：维护分级结构需要节点执行簇头选举算法， 而簇头节点可能会成为网络瓶颈。 ☆从对等式结构和分级结构的比对中可以看出， 当网络规模较小时，可采用简单的对等式结构； 网络规模较大时，应采用分级结构。
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• Ad Hoc网络的研究成果包含以下几个方面：
☆新的路由协议。主要以广播或组播方式建立网络路由，
基本原则是尽量避免广播风暴。例如自组织按需距离向量 协议AODV、目标序列距离向量协议DSDV、区域路由协 议ZRP等路由协议。
☆介质访问控制(MAC)协议，主要解决隐藏和暴露节点问
题，包括RTS/CTS方案、控制信道和数据信道分裂的双信 道方案、基于定向天线的MAC协议等
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●DSDV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 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。节点 对比更新信息和节点的路由表，选择序列号值大 的路由信息进行更新；序列号相同时，选择度量 值最佳（如最小跳数）的；
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• 按需路由协议——AODV路由协议
☆AODV是应用最广泛的按需路由协议之一，它 是DSDV算法的改进，但中间节点不需维护路由。 AODV采用逐跳路由转发分组，同时加入了组播 路由协议扩展，从路由查找回复RREP. 整个通信过程是对称的，路由可逆，所以AODV 不支持单向路由。
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• 典型按需路由协议实例
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• MANET的协议层次
MANET协议层次 上层引用协议
传输层
网络层 数据链路层
物理层
ISO/OSI层次结构 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层 物理层
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MANET各协议层次具体功能
●物理层，根据实际应用需要设计MANET物理 层。首先是通信频段的选择，目前通常采用 2.4GHz的ISM免许可的频段。其次，物理层必须 选择相应的无线通信机制，以实现良好的收、发 信功能。 物理层设备可使用多频段、多模式的无线传输 方式。
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• DSR动态源路由协议
☆核心：每个移动节点维护一个存放路由的快速缓冲区。
协议原理：当某一移动节点要发送分组时，先查询本地高 速路由缓冲区，如存在路由，直接发送数据，否则发送一 个含源、目标地址的路由请求分组，启动路由发现过程。
中间节点收到该请求后，也查询本地缓冲区，如无到达目 标地址的路径，则将本节点地址加入请求分组后转发，直 至目标节点或有到达目标节点路由的中间节点。该节点返 回一个路由应答分组，包含了从源到目标路径上所有节点 的序列。每个发送的数据分组都将包含发回的路径序列， 于是中间节点不再需要保存路由信息，也不需要周期性路 由广播和邻居发现。
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• Ad Hoc网络的研究成果包含以下几个方面：
☆Ad Hoc网络与蜂窝网络相结合，拓展其应用范围，提高
系统吞吐量
☆其他相关技术，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。应用蓝牙技术可组成微微
网（Piconet），再通过桥（Bridge）节点互联，即可形成 多跳Ad Hoc网络，可称为蓝牙散射网（Scatternet）。
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MANET各协议层次具体功能
●数据链路层，分为MAC子层和LLC子层。 MAC子层决定了链路层的绝大部分功能。多跳 无线网络基于共享访问传输介质，需要MAC层 利用CSMA/CA和RTS/CTS机制解决隐藏节点和 暴露节点问题。 LLC子层负责向网络提供统一服务，以屏蔽底 层不同的MAC方法。
跳计数
D
A
3
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。
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• 包含序号的路由更新，解决环回现象
目标节点 D
(a)中节点A初始路由表
下一跳
跳计数
B
2
序列号 1000
目标节点 D
(a)中节点B初始路由表
下一跳
跳计数
D
1
序列号 1000
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• 节点D移动到(b)图所示位置
按需路由较表驱动路由的开销小，但传输延迟大
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• 表驱动路由协议——DSDV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，能消除路 由环路，提高了算法效率； ☆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； ●缺点：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；目标之 间只提供一条不支持单向连接的路由；
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MANET各协议层次具体功能
●网络层，主要进行邻居发现、分组路由、拥塞 控制、网络互联等。 一个好的网络层路由协议应该满足以下要求： 分布式运行方式；提供无环回路由；按需进行 协议操作；可靠的安全性；提供休眠操作和单向 链路的支持。
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MANET各协议层次具体功能
●传输层，为应用层提供可靠的端到端服务，隔 离上层与通信子网，并根据网络层特性来高效利 用网络资源，包括寻址、复用、流控、按序交付、 重传控制、拥塞控制等。 ●上层引用协议，提供面向用户的各种应用服务， 包括有严格时延和丢包率要求的实时应用（紧急 控制信息）、基于RTP/RTCP（实时传输协议/实 时传输控制协议）的音视频应用、无任何服务质 量保障的数据包业务等。
(b)中节点A路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
∞
序列号 1001
(b)中节点B路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
∞
Hale Waihona Puke 序列号 1001(b)中节点C路由表更新 目标节点 下一跳 跳计数
D
D
1
序列号 1001
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• 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。
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A
B
C
一个简单的MANET网络
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• MANET的特点 ☆拓扑结构动态变化 无固定通信设施和中央管理设备，网络节点随机 移动，拓扑中的各节点位置时时变化；无线发射 装置发送功率的变化、环境影响、信号间的互相 干扰等，都会造成网络拓扑结构的动态变化。 ☆资源有限 一方面是节点的能量有限，而移动会消耗更多能 量，降低网络性能；另一方面，网络带宽相对有 限，信号间的冲突和干扰使得带宽远低于理论值。
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• MANET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信息的路由表，代表性 的有：无线路由协议WRP、目标序列距离向量协 议DSDV、鱼眼域状态路由协议FSR、优化链路状 态路由协议OLSR等
第6章 无线自组织网络
金光,江先亮
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 ☆MANET的仿真
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Ad Hoc网络概述
• Ad Hoc网络
☆无线自组织（Ad Hoc）网络又称无线对等网， 是由若干个无线终端构成的一个临时的、无中心 的网络，网络中也不需要任何基础设施。这种特 殊的网络具有其独特的优点和用途，可便捷地实 现相互连接和资源共享。