无线自组织网络

LOGO无线自组织网络指导老师：蒋阳讲解人：孟普本节课内容：1.介绍几种QoS路由协议2.AODV的改进方法课程大纲无线自组织网络概述1.无线自组织网络的概念及特点2.无线自组织网络的发展历程3无线自组织网络的应用领域无线自组织网络的组网技术无线自组织网络的主要研究领域2023/2/5无线自组织网络即MANET(MobileAdHocNetwork)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。1.什么是无线自组织网络？2023/2/52.为什么要发展无线自组织网络？随着我国电信市场竞争的加剧，找准和开拓新的业务增长点成了电信运营商和设备提供商在市场中掌握先机的关键。采用移动AdHoc网络技术的MESH无线区域网等业务被认为是未来的业务热点之一。甚至有人称：就象IP网络改造传统电信网络一样，移动AdHoc网络技术可能对现有移动通信网络的结构和运营模式带来划时代的影响。2023/2/5

1.无线自组织网络的概念及特点无线自组织网络是由具有无线通信能力移动节点组成的、具有任意和临时性网络拓扑的动态自组织网络系统，其中每个节点即可作为主机也可作为路由器使用。2023/2/5NoexistingInfrastructure无线自组网（无预先的基础设施支持）FixedInfrastructure现有无线通信网络（有固定基础设施支持）交换机基站终端2023/2/5与通常网络相比，无线自组织网络具有以下特点：

1.网络的自组织性：在任何时刻，任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，能快速构建起一个移动通信网络2.动态的网络拓扑结构3.多跳的通信路由4.有限的无线通信宽带5.有限的主机能源6.网络的分布式特点7.生存周期短8.安全性较差9.移动节点的局限性2023/2/52.无线自组织网络的发展历程军事，美国DARPA1972年，分组无线网（PacketRadioNetwork）1993年，高残存性自适应网络（SURAN,SURvivableAdaptiveNetwork）

1994年，全球移动信息系统

（GloMo,GlobleMobileInformationSystems）

1996年，联合战术无线网系统JTRS（JointTacticalRadioSystem）2023/2/5民用，IETF&IEEE1991年，IETF成立了移动Adhoc网络工作组(MANET)

1999年，RFC2501给出了MANET的应用场合2000年,IETF在公布了一系列的有关Adhoc路由的草案2000年，IEEE成立Adhoc技术分委员会2023/2/52023/2/53.无线自组织网络的应用领域军事应用移动会议紧急和突发场合偏远野外地区临时场合动态场合和分布式系统个人通信商业应用其他应用2023/2/5军事应用2023/2/5应用前景自组织网络商业：物联网无线城市智能家居会议会展抗震救灾军事应用2023/2/5二.无线自组织网络的组网技术AdHoc单独组网网内节点进行通信，不与基础网络设施相连混合组网AdHoc与Internet整合AdHoc与蜂窝网整合2023/2/5和其它宽带网络的集成Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAXWi-FiWi-FiWi-Fi2023/2/5方便的宽带无线接入方案Internet光纤骨干网MESHWi-Fi接入网有线或WiMAX2023/2/5三.无线自组织网络的主要研究领域信道接入（MAC协议）：困难：多跳共享广播信道的介质访问控制。路由协议：困难：网络拓扑的动态变化导致路由信息收集困难，路由算法难收敛，路由经常中断需要重建。服务质量保证（QoS）：困难：网络的动态性（链路质量、带宽、路由不稳定）及分布式控制很难保证传输质量。网络安全：困难：分布式认证与密钥管理，防御入侵。2023/2/5移动自组网的路由技术因特网中的路由技术利用了静态网络拓扑的特性：网络拓扑信息在节点间主动传播，每个节点可以使用较低代价的算法预先计算好该拓扑下的路由；节点地址中隐含了路由线索（网络号）。这两种技术均不适合移动自组网：节点移动使得拓扑信息的有效性降低；永久性的节点地址无法包含动态的位置信息。对移动自组网有用的拓扑假设是：物理上靠近的节点在网络拓扑上也可能靠近2023/2/5MANETroutingprotocolsdiscoverrouteson-demand(re-active)Maintainupdatedroutes(pro-active)SourceroutingTabledrivenVariationofdistantvector?Variationsoflinkstaterouting?DSRAODV,ABR,TORADSDV、CGSROLSR先应式路由反应式（按需）路由混合式路由（Hybrid）ZRP(局部先应，广域按需）其它：功率感知路由、地理位置信息路由、

QoS路由、多播路由、可扩展路由2023/2/5几种无线路由协议AODV（反应式路由协议）DSR（反应式路由协议）DSDV（表驱动路由协议）先验式路由协议又称为表驱动路由协议，在这种路由协议中，每个节点维护一张包含到达其它节点的路由信息的路由表。当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送更新消息，收到更新消息的节点将更新自己的路由表，以维护一致的、及时的、准确的路由信息，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由。因此这种路由协议的时延较小，但是路由协议的开销较大；按需路由协议反应式路由协议，又称为按需路由协议，是一种当需要发送数据时才查找路由的路由算法。在这种路由协议中，节点不需要维护及时准确的路由信息，当向目的节点发送报文时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。与先验式路由协议相比，反应式路由协议的开销较小，但是数据报传送的时延较大。在Adhoc网络中单纯采用先验式或反应式路由协议都不能完全解决路由问题。混合式路由协议在高速动态变化的Adhoc网络中，使用单纯的先验式路由协议会产生大量的控制报文，并且很多控制报文经常是无用的；如果单独采用反应式路由协议，需要为每个报文查找路由，这也是不合理的（特别是当连续向某个目的节点发送多个报文时）。由此可见，应用结合先验式和反应式路由协议优点的混合式路由协议是一种较好的折衷方案。在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路由信息，并可缩小路由控制消息传播的范围，当目标节点较远时，使用按需路由协议通过查找发现路由，这样既可以减少路由协议的开销，时延特性也得到了改善。反应式路由协议——AODVAd-hocOn-demandDistanceVector（AODV）也是基于距离矢量的路由协议，但是仅当需要一条路由通信时，才由源节点启动路由发现过程。与DSDV相比，不在活跃路径上的节点不维护任何路由信息，也不参与任何周期性的路由表交换，因此可极大地减小路由消息的开销。2023/2/5AODV的基本思想当源节点希望向某个目的节点发送数据，但当前路由表中并无该节点的路由信息时，启动路由发现过程；源节点向其邻居广播一个RREQ（路由请求）消息，进行路由探测；每个收到RREQ消息的节点向其邻居扩散该消息，直至消息到达一个知晓目的节点路由的节点（中间节点或目的节点）；该中间节点或目的节点向源节点发送一个RREP（路由响应）消息，当RREP消息到达源节点时，建立起源节点到目的节点的路由。2023/2/5要解决的问题如何使RREP返回源节点：所有转发RREQ消息的节点要记录到源节点的路径（反向路径）；如何区分路由的新旧：路由序号。RREQ消息包含<源地址，源序号，广播ID，目的地址，目的序号，跳数>6个域：<源地址，广播ID>二元组唯一标识一个RREQ源序号：用于维护反向路径的新鲜性目的序号：可被源节点接受的正向路径的新鲜程度跳数：每次转发RREQ时，将跳数加12023/2/5RREQ的处理和反向路径建立源节点发送一个RREQ消息；邻居节点收到RREQ后，有三种可能：该RREQ已收到过：丢弃该消息；路由表中有到目的节点的路由，且该路由的目的序号不小于RREQ的目的序号：向收到RREQ的邻居发送一个RREP消息；其余情况：将RREQ的跳数加1，继续向邻居转发RREQ，并建立到源节点的反向路径（记录RREQ到来的前一跳邻居）。2023/2/5RREP的处理和正向路径建立RREP消息包含<源地址，目的地址，目的序号，跳数，生存时间>；收到RREP消息后：若为第一个RREP拷贝，建立到目的节点的正向路径（记录RREP到来的邻居节点），记录目的节点的最新序号，向源节点传播；若非第一个RREP，仅当目的序号大于之前的RREP，或目的序号相同但跳数更小时，才更新路由表项并传播新的RREP，否则丢弃RREP2023/2/5路由表管理每个路由表项除包含常见的目的地址、下一跳、跳数等信息之外，还包括：目的序号：所有路由用目的序号进行标记；过期时间：该路由表项未被使用的时间；活跃邻居集合：在最近一段时间内向目的节点发送/转发过分组的邻居；正向及反向路径的超时时间：在该时间之后路由失效。每条反向路径有一个路由请求过期定时器，用于清除不在RREP传输路径上的节点保存的反向