第6章 移动自组织网络

链路状态算法 距离矢量算法
主动式路由协议
1.带目的地序列号的距离矢量协议（DSDV） 2.最优化链路状态路由协议(OLSR) 3.基于反向路径转发的拓扑分发协议 (TBRPF）
按需路由协议
1．Ad Hoc按需距离矢量路由协议(AODV) 2．基于节点间相互关系的路由协议(ABR) 3．源动态路由协议(DSR)


地雷都配备了无线通信和自组织联网模块，通过某种方式散布(飞 机、导弹等)，组成自组织网络。 地雷阵遭到敌方的坦克突破之后，各个地雷节点通过无线方式传 递拓扑结构变化的信息，然后各节点通过自动弹跳功能迅速自愈， 使通信网络重新连通，形成新一轮的地雷阵。 如此反复，直到系统无法重构为止再全部自行引爆。 作用：限制敌军机动能力，延缓敌军进攻或撤退速度，在一定时 间内封锁特定领域。



特殊环境（空旷） 灾难(地震、水灾、强风暴) 科学考察/探险/军事战场 接入网络服务商所需的时间和成本 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

移动互联网的起源




源自军事领域 20世纪70年代分组无线网（PRNET） 战场环境下的数据通信 1983年的抗毁自适应网络（SURAN） 支持大规模网络 适应战场快速变化环境需要的自适应网络协议 1994年的全球移动信息系统（GloMo） 满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁性的移 动信息系统 IEEE802.11首次提出“ad hoc” IETF1997年成立MANET工作组 IRTF（互联网研究工作组）在2003成立了ANS 研究 组

2003年， “无所不在的跳蚤市场”的应用


在“无所不在的跳蚤市场”中，每个用户既是买方又是卖方， 他们将自己需要购买或者想要抛售的商品信息注册到MANET 便携设备的相应存储区域。 在任何时间、任何地点，MANET设备通过无线通信模块和周 围的节点取得联系，进行匹配扫描。当扫描到条件匹配的买 卖双方时，便携设备就会报警通知用户对方节点的信息，从 而买卖双方可以启动相应的处理程序进行实物交易
移动Ad hoc网络

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
Wi-Fi Direct标准是指允许无线网络中的设备无需通过无线路由器即可相 互连接。与蓝牙技术类似，这种标准允许无线设备以点对点形式互连，而且 在传输速度与传输距离方面则比蓝牙有大幅提升

6.2 MANET协议设计

MAC层 在移动Ad Hoc网络中，节点移动、无线 信道脆弱、缺乏中心协调机制是在设计 MAC协议时必须仔细考虑的问题。
Ad Hoc MAC协议分类
竞争协议(Contention Protocol) 分配协议(Allocation Protocol ) 竞争协议和分配协议的组合协议(也称混合 协议(Hybrid Protocol))。



S. Corson, J. Macher, Mobile Ad hoc Networking (MANET): Routing Protocol Performance Issues and Evaluation Considerations, RFC 2501, January 1999 C. Perkins, E. Belding-Royer, et al., Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing, RFC 3561, July 2003 David B. Johnson, et al., The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks (DSR), draft-ietf-manet-dsr-10.txt, July 2004 I. Chakeres, C. Perkins, Dynamic MANET On-demand (DYMO) Routing, draft-ietf-manet-dymo-06.txt, October 2006 T. Clausen, et al., Optimized Link State Routing Protocol (OLSR), RFC 3626, October 2003 R. Ogier, et al., Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF), RFC 3684, February 2004 S. Basagni et al, Mobile Ad Hoc Networking, IEEE Press (John Wiley & Sons), 2004
混合类协议
1.混合时分多址访问协议(HTDMA) 2.TDMA和CSMA的混合协议 3.ADAPT协议 4.ABROAD协议 5.AGENT协议 6.Meta-协议
Ad Hoc的网络结构

集中式控制结构：

普通节点设备简单，中心控制节点设备复杂， 有较强的处理能力，负责路由和实施流量控 制。
平面结构 分级结构
第六章 移动自组织网络
6.1 MANET概述 6.2 MANET协议设计 6.3 MANET路由 6.4 MANET功率控制
参考资料

IETF Mobile Ad-hoc Networks (MANET) Working Group

http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html
GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing)协议


网络节点都知道自身地理位置并被统一 编址，产生数据的节点在数据包中写入 目的地的地理位置。 任何收到数据的节点向以直线距离计算 最靠近目的节点的邻节点转发数据。

分布式控制结构：


平面结构的ad hoc

适应于中小规模的ad hoc网络

分级结构的ad hoc网络



网络划分为一到多个簇，每个簇由一个簇头 和多个簇成员构成； 簇头形成高一级的网络，又可以在分簇，再 组成更高一级的网络； 簇头可以指定，也可以由算法产生；
分级结构的ad hoc
MANET与其他无线网络

与分组无线网、无线局域网、 比较

单跳与多跳 主要研究内容是在网络的物 理层和DL 移动终端的所有通信 都要经过接入点进行

研究重点不同


通信模式不同

应用案例

2000年～2003年，美国国防部高级研究规划署（DARPA） 资助了一项名为“自愈式雷场系统”的研究项目，系统采 用智能化的移动反坦克地雷阵来挫败敌人对地雷防线的突 破。

缺点：


在源和目的节点对之间建立并使用一条单路 径。由于节点移动性、节点失败以及无线信 道的动态特征，单路径中的链路可能会临时 失效从而导致路径不可达，而寻找替代路径 的开销大。
位置辅助路由(Location Aided Routing, LAR)工作流程



LAR假设节点可以通过GPS定位设备获取自 身位置信息，并且知道其它节点运动的平均 速度。 路由请求时，源节点根据目的节点历史位置 和移动速度为目的节点D计算一个可能区域， 并指定一个地理上的请求范围，并将此信息 附在路由请求分组中。 只有位于请求范围内的中间节点才进行路由 请求的转发，从而减少路由请求的影响范围。
MANET与传统蜂窝网络

与常规移动通信网络比较


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网络拓扑结构快速变化
蜂窝移动通信网络


移动终端和固定基 站互相通信 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
WLAN

WLAN


移动节点配备无线网网卡 移动节点通过接入点与固定网络连接 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


簇头：负责簇间信息的转发，维护到达其他簇的 路由；知道网络中所有节点与簇的所属关系，知 道所属簇成员的位置。 簇成员：不需要维护负责的路由信息。

分级结构ad hoc优点：


良好的可扩充性，网络规模不受限制； 使路由信息局部化， 减少路由协议的开销； 节点定位比平面结构简单。
簇头的选举算法增加了计算复杂性； 簇头可能成为网络瓶颈。
6.1 移动自组织网络（Mobile Ad hoc NETwork, MANET）概述



移动Ad Hoc网络由一组无线移动节点组成，是 一种不需要依靠现有固定通信网络基础设施的、 能够迅速展开使用的网络体系，所需人工干预 最少，是没有任何中心实体、自组织、自愈的 网络。 各个网络节点相互协作、通过无线链路进行通 信、交换信息，实现信息和服务的共享。 网络节点能够动态地、随意地、频繁地进入和 离开网络，而常常不需要事先示警或通知，而 且不会破坏网络中其他节点的通信。
竞争类MAC协议
1．ALOHA协议 2．载波侦听多址访问协议(CSMA) 3．基于控制分组握手的访问控制协议
(1)多址访问与碰撞回避(MACA)协议 (2)MACAW协议 (3)FAMA协议 (4)IEEE 802.11 MAC协议 (5)MACA-BI协议
分配类协议
两种截然不同的分配协议是静态分配协议 (Static Allocation Protocol)和动态分配协议 Dynamic Allocation Protocol)，其区别在于计 算传输时间安排的方法不同。 静态分配协议使用集中式传输时间安排算法，该 算法事先为每个节点静态地分配一个固定的传 输时间安排。这种传输时间安排等效于以太网 接口卡的MAC地址分配。（缺点？） 动态分配协议使用分布式传输时间安排算法，该 算法按需地计算传输时间安排。
混合路由协议
1．域路由协议(ZRP) 2．抢先式路由协议
AODV协议工作流程

路由建立：



当某节点需要发送数据到一个新的目的节点 时，它将广播一个带有TTL生存时间的RREQ （路由请求消息）来尝试找到一条到目的节 点的路由； 如果RREQ消息到达目的节点，这条路由将 被找到。另外一种情况下，路由也可以找到， 就是RREQ到达了一个中间节点，该中间节 点有到目的节点的路由。 路由找到后，则向源节点发送RREP消息， 此时路由建立完毕。

分级结构的缺点：


移动Ad Hoc网络的网络层
1 Ad Hoc路由协议分类 根据网络节点获取路由信息的方法来对移动Ad Hoc网络的路由算法进行分类

表格驱动类路由协议(又称主动式路由协议) 源节点初始化按需驱动类路由协议(又称反应式路由协 议)

根据网络节点使用的、用于计算优先路由的信 息类型来对路由算法进行分类
。
网络中每个终端可以自由移动、地位相等 是一个多跳、临时、无中心网络 不需要现有信息基础网络设施的支持 可以在任何时候、任何地点快速构建 ad hoc:for the specific purpose only
MANET特点

具备移动通信网络和计算机网络的特点 网络拓扑动态变化 无中心网络的自组性 多跳组网方式 有限的无线传输带宽(根据网络的不同) 移动终端的自主性 安全性差 网络的可扩展性不强 存在单向的无线信道 生存时间短
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路由维护：

百度文库

当一条链接断开时，一条RERR消息被用来 通知其他节点发生了连接断裂，RERR消息 指出了不能再到达的目的节点。 于是源节点就重新发起路由查找的过程。

优点：


思路简单易行； 链路失效能够被立即报告，路由可重新建立； 节点只存储需要的路由，减少了内存的需求 和不必要的复制 路由表中仅维护一条到指定的目的节点的路 由，并且采用了超时删除路由的机制，因此 即使路由未失效，在超过时限后也将被删除。