无线自组网中的管理技术浅析

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能量的消耗和节点的移动可能造成网络常常被分割成 几个部分，在出现分割时，要求管理协议必须足够健 壮意识应该情况发生。 产生单向无线链路和安全性差等问题，协议应能易于 适应不同环境特性对安全的不同要求。管理协议必须 实现对数据的保密传输和用户的认证过程。 管理协议应能满足交互操作需要，与现有相关协议兼 容。 信号质量动态变化，信号的衰落和干扰可能导致链路 质量的周期性波动，网络的拓扑结构发生变化。但网 络的物理布局没有发生变化。网络管理协议必须能区 别这种情况。
MAC层的功率控制
对原有的MAC协议进行适当修改 多信道功率控制协议：将控制报文和广播报文在控制信道 上用最大功率发送，而数据报文和ACK则在数据信道上用 最小必须功率发送。[Yu-Chee Tseng01] 基于延时约束的多址接入功率控制：信道很差但允许较大 延时时使用低功率；信道和延时一般时用较高功率，延时 约束很高时用最高功率。[S.kandukuri00]
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无线自组网的概念
无线自组网是一种新型的网络，是由一组带 有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时 性自治系统，无网络中心，可以随时随地不 需要现有信息基础网络设施的支持，快速构 建的一个移动通信网络。
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自组网特点：对等连接、多跳、动态性、自动配 置、移动性、无网管中心、电源能力有限
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移动终端的特点
重传避免机制 本地化的报文丢失处理 节能的差错控制机制
网络层
分配路由中继负载 基于电池能量状态的路由选择 压缩控制报头 高效的路由重配置技术
MAC层
逐跳重传的优化 冲突避免 接收节点旁路 多信道多级功率分配 时隙分配
链路层
高效的编码技术 阵列天线技术 多包接收
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管理Ad Hoc网络面临的问题
网络管理协议的一个重要任务是使网管知道网络的拓 扑结构。 大多数节点使用电池供电，所以要保证网络管理的负 荷限制在最小值以节省能源。 节点随时可能与网络分离，要求网络管理协议能够及 时觉察节点的离开和加入，更新拓扑结构。 无线环境下信号质量变化大。 通常应用于军事，安全保密至关重要。
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分类、区别及其应用领域
无线自组网的应用领域
军事应用 移动会议 家庭联网 紧急服务
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无线自组网中的管理技术
网络管理 分群算法 路由技术 移动管理 拓扑控制 能量保护
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无线自组网中的管理技术
无线自组网中的网络管理
节点终端物理配置的复杂度差异较大，不能发挥同样 的作用。 网络的拓扑结构频繁发生变化，网络管理服务器需要 知道网络的当前拓扑情况，并周期性地收集连接性信 息，需要自动对网络进行动态重新配置。 终端节点运行受限，需要尽量降低对电池能量的消耗， 减少节点的处理开销及协议分组传输以节省资源；一 方面必须满足网络的实际业务要求，这就需要对协议 性能及协议造成的开销进行平衡。
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功率控制是指在通信过程中选择一个最恰当的功率 电平级以减少不必要的传输能量消耗。主动能量保 护机制。
功率控制影响物理层的链路质量 功率控制影响MAC层的带宽和空间重用度 功率控制影响网络层的可选路由和转接跳数 功率控制影响传输层的拥塞事件
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基于拓扑特性的功率控制
主要集中于找到一个最优的传送功率来控制整个网络或至 少是网络一部分的连通性。 节点级：[Ramanathan00] [Roger01] 路径级：[Tamer00] 全网络级：[V.Rodoplu99]
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无线自组网中的管理技术
网络管理结构的分类
集中式(依赖于少量的中心控制管理站，中心控制管理 站负责收集网络中所有节点的信息，并控制整个网络， 要求中心节点具有很强的处理能力) 分布式(多个控制管理站，每个控制管理站管理着各自 的子网，控制管理站之间用点到点的方式进行通信 ) 分层式(有若干个中间控制管理站来实现控制管理任务， 每个中间站都有其管理范围，负责收集自己范围内的 信息，并把信息送到上级管理站，同级管理站之间是 不能通信的)
节点多，节点随机密集分布； 由于节点的移动或者节点之间的可达性发生变化，较易 发生故障； 网络的拓扑结构频繁发生变化； 节点只有有限的计算、存储和通信能力。
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移动Ad Hoc网络(MANET)
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分类、区别及其应用领域
无线自组网与其它通信系统的区别
网络的自组性 动态的拓扑结构 有限的无线传输带宽 主机能源受限 安全性差的网络 分布式控制网络 存在单向的无线信道 生存时间短
需求驱动距离矢量路由算法AODV (Ad Hoc On - demand Distance Vector routing) ;动态源路由协议DSR (Dynamic Source Routing protocol) ;临时需求路由算法 TORA( Temporally Ordered Routing Algorithm) 。
路由表的更新是通过节点存储转发的数据包(头) 中的信息学习得 到的。 节点在发送数据包时,首先从Cache 中寻找路由,只有当Cache 中 无相关路由时才通过泛洪( Float) 搜索临时路径,搜索成功后又将本 次路由存储于Cache 中,以备下次使用。 后应式路由的数据包传输延时较大,但路由表信息交换和控制信息 的开销却大大减少,可有效地减少网络带宽和节点能量的消耗。
两种角色可能同时扮演； 没有传统蜂窝网中的固定机站，没有WLAN中的AP
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措施：功率管理和功率控制
功率管理是指当节点处于空闲状态时，让设备进入睡眠状态 已达到减少能量消耗的目的。 被动的能量保护机制。
网卡类型
WaveLAN(11M) WaveLAN(2M) Proxim RangeLAN27410 Smart Spread
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基于拓扑控制的功率管理策略
通过保持一个始终处于活跃状态的节点集合构成一个网络 虚拟主干，通过网络虚拟主干保证网络的一般连通性，分 组在通过网络虚拟主干时无延迟开销，因此在实现能量保 护的同时得到了有效的数据传输。粗粒度能量保护机制。 生成虚拟主干的方法： 基于地理信息的“虚拟格栅”策略：将网络分为若干 个格栅子区间，划分的原则是保证同一格栅内的节点 在向前传送报文这一功能上是等同的，相互协调以确 定由谁进入睡眠模式及睡眠的时间。 分布式和随机生成的“虚拟格栅”策略：节点通过交 换Hello信报决定自己是进入睡眠模式还是加入“虚拟 主干”成为“协调员”。如果一个非“协调员”节点 的两个邻居既不能直接通信也不能通过一个或两个 “协调员”通信，自动成为“协调员” 。
目标：在降低能量消耗和无线干扰的前提下， 控制网络节点间的通信链路和结点的传输范围， 以提高全网的生命周期和效率，
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拓扑控制
分类
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无线自组网中的管理技术
能量保护
移动节点本身由有限寿命的电池供电，为了延长 节点的工作时间，要求尽量减小节点的能量消耗 。 能量保护策略比一般无线网络更加困难，原因：
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无线自组网的发展趋势
相应标准的制定 基于可适应策略控制的自组网 民用和商业领域的应用逐步扩大
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谢谢！
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目的序号距离矢量算法DSV (Destination - Sequenced Distance - Vector routing) ;无线路由协议算法WRP (Wireless Routing Protocol) ;全局状态路由算法 GSR( Global State Routing)
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反应式路由 又称按需(On - demand) 路由。 特点:
。
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无线自组网中的管理技术
路由技术
先应式(Proactive) 和反应式(Reactive) 先应式路由 又称表驱动( Table - driven) 路由。 特点:
网络中各个节点无论是否有数据包发送,都需路由表的维护。 具有较小的时延。 在网络拓扑动态变化频繁时,路由表的维护需消耗大量的网络 带宽资源和电源的能量。
CNR管理是军方标准MIL-STD-188-220B协议的一部分，对网 络各层都有详细的规范。
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无线自组网中的管理技术
网络管理的分群算法
算法考虑了单向链路和节点的相对移动性，提高了网络管理的灵 活性和可扩展性，为Ad Hoc网络的网络管理提出了一种新方法。 群首负责管理由多个代理节点按一定的算法和规则集结成的群， 并接受中心管理者的管理和控制。群首间以及代理之间也存在信 息交互，中心管理者可以根据需求直接越级管理各代理节点
电源/mA
4.74 4.74 5
发送模式/mA 接收模式/mA
284 ຫໍສະໝຸດ Baidu80 265 190 204 130
空闲模式
156mA 178mA N/A
睡眠模式/mA
10 14 2
5
150
80
N/A
5
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MAC层的功率管理策略
根据监测当前是否有以本节点为目的节点的帧到来作为依 据。细粒度的能量保护途径。 PAMAS (Power Aware Multi-Access Protocol) 策略：当没有数据要发送且某个邻居节点正在发送数据时， 该节点关闭发射机； 当一个邻居在发送，另一个邻居在接收，该节点关闭电台。 关闭时间由接收到的RTS (Return to Sender)中携带的数据 长度决定。 考虑到在关闭发射机期间，可能有邻居开始发送数据，所 以开启发射机后要执行二进制查找式探测算法来决定是否 还需关闭以及关闭多长时间。 可选策略：只关闭数据信道的发射机，而保持控制信道处 于激活状态，节点可以随时监听信道，及时唤醒电台。
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无线自组网中的管理技术
自组网中网络管理协议
ANMP(自组网管理协议)扩展的SNMP
缺陷：忽略了网络中存在单向链路特性和节点的相对移动性 缺陷
Terminodes计划
面向商业环境 强调了节点的对等性、自组织性和协作性，提出了相应的网络 管理解决方案：自定位算法、移动管理和虚拟货币等。
CNR--战斗网无线电台管理
在自组网中，节点兼备主机和路由器两种角色。一方面， 节点作为主机运行相关的协同应用程序；另一方面，节 点作为路由器需要运行相关的路由协议，进行路由发现、 路由维护等常见的路由操作，对接收到的不是自己的分 组需要进行分组转发。
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分类、区别及其应用领域
无线自组网的分类
无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)
无线自组网中的管理 技术浅析
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目 录
无线自组网的概念 分类、区别及其应用领域 管理技术 发展趋势
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无线自组网的起源
其前身是分组无线网(Packet Radio Network) 1972年，美国DARPA (Defense Advanced Research Project Agency)启动了分组无线网(PRNET, Packet Radio NET)项目， 研究其在战场环境下数据通信中的应用。 1983年，DARPA启动了可生存自适应网络SURAN (Survivable Adaptive Network)，研究如何将PRNET的成果加以扩展，以适 应更大规模的网络，开发自适应网络协议。 1994年，DARPA启动了全球移动信息系统，旨在满足军事应用 需要，可快速展开高抗毁性的移动信息系统。 1997年成立的IEEE802.11标准委员会采用“Ad Hoc网络”一词 来描绘这种特殊的对等无线移动网络。
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网络层的功率控制
通过改变发射功率来动态调整网络的拓扑结构和选路，使 全网的性能最优。调整频率相对较低，避免路由失效。 S.Narayanaswamy的结论： 路由的能耗随着功率级的降低而降低 节点的吞吐量随功率级的降低而降低 MAC层的冲突随着功率级的降低而降低
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各协议层的能量保护策略
传输层
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无线自组网中的管理技术
移动管理机制
也称移动跟踪或位置管理，是提供移动通信的 关键技术之一，主要用于在移动环境下实时地 提供节点的标识符和它的位置之间的映射。 分级状态路由（HSR） 骨干协议（Backbone Protocol），简称B-协议
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无线自组网中的管理技术
拓扑控制
重要性
主机能量迅速耗尽 增加路由计算的复杂度 无线干扰，降低网络效率