水声通信组网技术水声网络路由分解

2020/5/2
第五讲 水声网络路由
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1.水声网络路由概述
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第五讲 水声网络路由
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1.水声网络路由概述
水下通信网络是指将水下和水面结点如各种水下传感 器、水下航行器、水面浮标、水面船只舰艇等互联起 来的网络。通过该网络，其中的任意两个结点之间可 以随时进行信息交互。网络中结点可以移动，随时加 入或离开网络，网络不需要任何固定基础设置支持， 结点之间独立组网，这种网络又称为水下Ad Hoc网络， 或水下自组织网络。
• 缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模
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2 路由协议的分类 ——分级路由协议
• 网络由多个簇组成 • 结点分为两种类型：普通结点和簇头结点。 • 处于同一簇的簇头结点和普通结点共同维护所在
簇内部的路由信息，簇头结点负责所管辖簇的拓 扑信息的压缩和摘要处理，并与其它簇头结点交 换处理后的拓扑信息
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1.水声网络路由概述
路由问题 • 解决网络中结点如何将分组从源结点正确的发送
到目的结点的问题 • 即结点如何对分组进行转发的问题 路由协议 • 路由算法：在获知网络拓扑和链路状态的条件下，
选择源结点到达目的结点的路径的法则。如最小 代价路由选择算法（代价可以为时延、距离、能 耗等） • 路由策略：解决路由的选择如何适应网络拓扑和 状态变化的问题
• 在一定程度上抑制了簇思想在自组织网中的研究
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2 路由协议的分类
• 按路由发现的策略划分，MANET路由协议可分为 三类：
– 主动路由协议（global/proactive routing protocol） – 被动路由协议(on-demand/reactive routing
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1.水声网络路由概述 ——Ad Hoc网络路由
网络拓扑动态变化的特性使得传统的有线网路由 协议产生大量的控制信息。不仅会消耗掉原本非 常有限的带宽资源，而且还会增加信道竞争，大 量消耗便携终端的能量。
网络结构与现有蜂窝网和无线局域网的显著区别， 使得这些无线网络的路由协议也无法应用于Ad Hoc网络中
➢ (2) 有限的传输带宽 ➢ (3) 结点能耗受限 Ad Hoc网络路由协议应具备： ① 强的自适应性 ② 开销小 ③ 算法简单有效 ④ 并应考虑如何节省能源等
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2 路由协议的分类
• 按路由结构分类：平面(flat)路由协议 分级(cluster-based)的路由协议
可以通过无线声链路构成任意拓扑 这种网络建立快捷、灵活 可广泛应用于水下军事防御、海洋环境监测和保护、
海洋地质灾害预报、矿产资源勘探等场合
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Seaweb 2005 UUV Experiments Monterey Bay, May 9-11, July 20-22
Iridium satellite constellation
GPS satellite constellation
Racom buoy gateway node
Shipboard command center
ARIES UUV
NPS
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ห้องสมุดไป่ตู้
SLOCUM UUV
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constellation of 6 Seaweb repeater nodes
– 优点：适合大规模的自组织环境，可扩展性较好； – 缺点：簇头结点的可靠性和稳定性对全网性能影响较
大，支持结点在不同簇之间漫游产生一定的开销
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• 已提出的自组织网路由协议大多是基于平面路由 思想
• 自组织网目前主要以一种末端网络形式存在，应 用规模都较小，使用簇思想的作用不明显
fixed on seabed
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1.水声网络路由概述
——水下通信网络的特点
独立组网：Ad Hoc特性 无中心：组网无需任何预先架设的网络设施或中
心结点
动态拓扑：结点移动，结点加入与离开 多跳路由：源与目的之间由多段声链路组成，结
点同时具有终端和转发的功能
高延时：与无线电信号相比声信号传播时延很大 带宽有限：声信道环境恶劣 能耗受限：结点一般都是一次性能源供给
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1. 水声网络路由概述 2. 路由协议的分类
按路由结构分类：
平面路由协议 分级的路由协议
按路由发现策略分类：
主动路由协议 被动路由协议 混合路由协议
按路由信息的存放方式分类 ：源逐路跳由路由
按是否依赖定位分类：
基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
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因此，现有的有线和无线路由协议都不适合在 Ad Hoc网络中运行，要针对Ad Hoc网络的特性对 其路由协议设计。
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1.水声网络路由概述
——网络特性为路由协议的设计提出了新的问题和挑战
➢ (1) 动态变化的网络拓扑，使得常规路由协议 需要花费很长的时间和较大的代价才能达到 收敛状态
• 按是否依赖定位分类：基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
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2 路由协议的分类 ——平面路由协议
• 所有结点在形成和维护路由信息的责任上是等同 的。路由协议的逻辑视图是平面结构，结点的地 位是平等的。
• 优点：不存在特殊结点，路由协议的鲁棒性较好， 通信流量平均的分散在网络中，不需要结点移动 性管理
• 按路由发现策略分类： 主动路由协议（global/proactive routing protocol） 被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol) 混合路由协议(hybrid routing protocol)
• 按路由信息的存放方式分类 ：源路由（source routing） 逐跳路由(hop-by-hop)
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3. 三种典型的路由协议
DSR (Dynamic Source Routing) AODV (Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing) OLSR (Optimized Link State Routing)
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