无线多跳网络(WMN).
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无线多跳网络介绍
Introduction to Wireless Multi-hop Networks
由磊 天津大学 电子信息工程学院 2010-3-26
youlei@
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系结构
无线多跳网络的应用 无线多跳网络设计的关键技术
研究方向和总结
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系结构
无线多跳网络设计的应用 无线多跳网络设计的关键技术
研究方向和总结
无线多跳网络的概念 无线单跳网络
BS
VS.
无线多跳网络
MS
MS
无线单跳网络中所有源节点的数据报文只能发送给在其 通信范围内的一个集中式节点（如基站），由该节点通 过有线方式转发到目的节点。（如蜂窝网络，WiFi无 线局域网络）
无线多跳网络常见类型 移动ad hoc网络 无线mesh网络 无线传感器网络 无线中继网络
1. 移动ad hoc网络
由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成 网络中每个移动终端自由移动 网络中所有移动终端地位相等 可以在任何时候、任何地点快速构建 不需要现有信息基础网络设施的支持 是一个多跳、临时、无中心网络
Direct Transmission
BS
RS
MS
Relaying Transmission
无线多跳网络的历史发展（1）
移动Ad hoc网络是其他多跳的基础。
20世纪70年代，美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了 “战场环境中的无线分组数据网”项目，研究在战场环境下利用 分组无线网进行数据通信。 1983年和1994年，DARPA又分别于启动了抗干扰自适应网络 SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和全球移动信息系统 GloMo(GlobleMobile Information Systems)项目，对能够满足军 事应用需要的移动通信系统进行更深入的研究。 后来，IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描 述这种特殊的自组织无中心多跳无线网络结构，Ad hoc网络由此 诞生。 无线mesh网络 由ad hoc 网络发展而来 本世纪初期被提出，是军用转民用的典型技术 主要用于宽带无线局域网或城域网的扩展覆盖、灵活低成本组网 和维护等 。
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系பைடு நூலகம்构
无线多跳网络的历史发展（3）
标准化工作： Ad hoc: IEEE 802.11, IETF MANET Mesh: IEEE 802.11s, 802.16-2004 Sensor: IEEE802.15.4、ZigBee、 IETF 6LoW-PAN 中继： IEEE 802.16e-2005
4 无线中继网络
基于中继的无线网络是由多个与特定基站关联的低成本无线中 继组成，一般小规模较少。 为了便于控制和降低传输时延，基站与其控制范围内的中继采 用树形路由，中继到基站最大跳数一般限制在2-3跳。 部署中继有两个作用：增加基站的覆盖范围和提高基站所辖小 区的接入容量。
应用：未来移动通信网络性能增强
无线多跳网络的历史发展（2）
无线传感器网络
由美国DARPA资助的项目（如分布式传感器）发展而来 随着无线通信的发展，在上世纪90年代末被提出 本世纪前十年出现了一系列的丰富的研究成果 是物联网的基础技术之一
美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展报告中将无线 传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大 技术之一。 传感器网络被列为未来3大高科技产业一。 美国的《技术评论》将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术 《商业周刊》 预测的未来4大新技术中，无线传感器网络也列入 其中等
无线多跳网络中源节点的数据报文通过多个相继的无线 链路，以无线多跳的方式发送到目的节点。
4
无线多跳网络的优势和特点（1）
为什么要用无线多跳网络？ 功率一定，提高传输速率 传输速率一定，节省功率 简单举例
1400 m
0.01 0.009 Direct Transmission Only Relay Transmission Only
2000 m
Power assumption of MSs /W
0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 200 400 600
800 1000 1200 Distance to BS /m
1400
1600
1800
2000
无线多跳网络的优势和特点（2） 即时通信 容易部署 节省能量或带宽资源 自组织能力 容错性强，具有自愈能力 组网成本低
应用： 宽带家庭网络互连 社区网络互连 企业网络互连 城域网络互连
3 无线传感器网络
各个无线节点静态地随机分布在某一个区域。传感器负责收集区域内 的声音、电磁或地震信号等多种信号，将它们发送到网关节点。 网关具有更大的处理能力，能进一步处理信息；并有更大的发送范围 ，可将信息送往某个大型网络使远程用户检测到该信息。 Sensor数量多、分布稠密、网络拓扑经常变化、能量、计算能力和 存储空间有限 应用： 军事 环境观测和预报系统 医疗护理 智能家居 建筑物状态监控
MS
应用 特殊环境（空旷） 临时会议/紧急情况 科学考察/探险/军事战场 接入网络服务商比需的时间和成本 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
2.无线mesh网络
由mesh路由器和mesh客户端组成 mesh路由器：相对静态部署、组成无线多跳骨干网络 无线多跳骨干网络与外部网络（Internet）通过网关相连。 mesh客户端：与相邻的mesh路由器进行无线通信 以无线多跳方式扩展传统无线移动通信网络覆盖范围、同时可 以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性
Introduction to Wireless Multi-hop Networks
由磊 天津大学 电子信息工程学院 2010-3-26
youlei@
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系结构
无线多跳网络的应用 无线多跳网络设计的关键技术
研究方向和总结
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系结构
无线多跳网络设计的应用 无线多跳网络设计的关键技术
研究方向和总结
无线多跳网络的概念 无线单跳网络
BS
VS.
无线多跳网络
MS
MS
无线单跳网络中所有源节点的数据报文只能发送给在其 通信范围内的一个集中式节点（如基站），由该节点通 过有线方式转发到目的节点。（如蜂窝网络，WiFi无 线局域网络）
无线多跳网络常见类型 移动ad hoc网络 无线mesh网络 无线传感器网络 无线中继网络
1. 移动ad hoc网络
由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成 网络中每个移动终端自由移动 网络中所有移动终端地位相等 可以在任何时候、任何地点快速构建 不需要现有信息基础网络设施的支持 是一个多跳、临时、无中心网络
Direct Transmission
BS
RS
MS
Relaying Transmission
无线多跳网络的历史发展（1）
移动Ad hoc网络是其他多跳的基础。
20世纪70年代，美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了 “战场环境中的无线分组数据网”项目，研究在战场环境下利用 分组无线网进行数据通信。 1983年和1994年，DARPA又分别于启动了抗干扰自适应网络 SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和全球移动信息系统 GloMo(GlobleMobile Information Systems)项目，对能够满足军 事应用需要的移动通信系统进行更深入的研究。 后来，IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描 述这种特殊的自组织无中心多跳无线网络结构，Ad hoc网络由此 诞生。 无线mesh网络 由ad hoc 网络发展而来 本世纪初期被提出，是军用转民用的典型技术 主要用于宽带无线局域网或城域网的扩展覆盖、灵活低成本组网 和维护等 。
主要内容
无线多跳网络的概述 无线多跳网络体系பைடு நூலகம்构
无线多跳网络的历史发展（3）
标准化工作： Ad hoc: IEEE 802.11, IETF MANET Mesh: IEEE 802.11s, 802.16-2004 Sensor: IEEE802.15.4、ZigBee、 IETF 6LoW-PAN 中继： IEEE 802.16e-2005
4 无线中继网络
基于中继的无线网络是由多个与特定基站关联的低成本无线中 继组成，一般小规模较少。 为了便于控制和降低传输时延，基站与其控制范围内的中继采 用树形路由，中继到基站最大跳数一般限制在2-3跳。 部署中继有两个作用：增加基站的覆盖范围和提高基站所辖小 区的接入容量。
应用：未来移动通信网络性能增强
无线多跳网络的历史发展（2）
无线传感器网络
由美国DARPA资助的项目（如分布式传感器）发展而来 随着无线通信的发展，在上世纪90年代末被提出 本世纪前十年出现了一系列的丰富的研究成果 是物联网的基础技术之一
美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展报告中将无线 传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大 技术之一。 传感器网络被列为未来3大高科技产业一。 美国的《技术评论》将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术 《商业周刊》 预测的未来4大新技术中，无线传感器网络也列入 其中等
无线多跳网络中源节点的数据报文通过多个相继的无线 链路，以无线多跳的方式发送到目的节点。
4
无线多跳网络的优势和特点（1）
为什么要用无线多跳网络？ 功率一定，提高传输速率 传输速率一定，节省功率 简单举例
1400 m
0.01 0.009 Direct Transmission Only Relay Transmission Only
2000 m
Power assumption of MSs /W
0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 200 400 600
800 1000 1200 Distance to BS /m
1400
1600
1800
2000
无线多跳网络的优势和特点（2） 即时通信 容易部署 节省能量或带宽资源 自组织能力 容错性强，具有自愈能力 组网成本低
应用： 宽带家庭网络互连 社区网络互连 企业网络互连 城域网络互连
3 无线传感器网络
各个无线节点静态地随机分布在某一个区域。传感器负责收集区域内 的声音、电磁或地震信号等多种信号，将它们发送到网关节点。 网关具有更大的处理能力，能进一步处理信息；并有更大的发送范围 ，可将信息送往某个大型网络使远程用户检测到该信息。 Sensor数量多、分布稠密、网络拓扑经常变化、能量、计算能力和 存储空间有限 应用： 军事 环境观测和预报系统 医疗护理 智能家居 建筑物状态监控
MS
应用 特殊环境（空旷） 临时会议/紧急情况 科学考察/探险/军事战场 接入网络服务商比需的时间和成本 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
2.无线mesh网络
由mesh路由器和mesh客户端组成 mesh路由器：相对静态部署、组成无线多跳骨干网络 无线多跳骨干网络与外部网络（Internet）通过网关相连。 mesh客户端：与相邻的mesh路由器进行无线通信 以无线多跳方式扩展传统无线移动通信网络覆盖范围、同时可 以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性