物联网核心技术-MANET

物联网核心技术-MANET第一页，共34页。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移动自组网

mobileadhocnetwork第二页，共34页。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WLAN第三页，共34页。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

移动互联网的需求第四页，共34页。源自军事领域20世纪70年代分组无线网（PRNET）1983年的抗毁自适应网络（SURAN）1994年的全球移动信息系统（GloMo）IEEE802.11首次提出“adhoc”IETF1997年成立MANET工作组IRTF在2003成立了ANS研究组MANET:mobileadhocnetworkANS:adhocnetworkscalability移动互联网的起源第五页，共34页。移动Adhoc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

adhoc:forthespecificpurposeonly移动Adhoc网络第六页，共34页。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移动终端的自主性安全性差ˆ网络的可扩展性不强存在单向的无线信道生存时间短MANET的特点第七页，共34页。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与传统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adhoc网络规模相对较小adhoc网络的拓扑结构比较简单adhoc网络拓扑结构快速变化与分组无线网、无线局域网、红外网络比较单跳与多跳研究重点不同主要研究内容是在网络的物理层和DL通信模式不同移动终端的所有通信

都要经过接入点进行第八页，共34页。实现MANET的关键技术路由协议服务质量功率控制安全问题Adhoc网络互联传输层服务的性能感知网络拓扑的变化维护网络拓扑的连接高度自适应路由广播和组播信道接入技术能耗节约机制第九页，共34页。MANET多跳通信与路由要求第十页，共34页。平面路由无需建立具有特殊cluster头功能节点的层次结构；不划分区域以及所谓的区内/外不同路由所有的节点在路由机制中地位平等€寻址方式是平面的层次路由节点功能不同寻址方式是分层进行的地理信息辅助路由利用地理信息进行路由选择MANET路由分类第十一页，共34页。先应式路由机制传统的分布式最短路径路由协议链路状态或者距离向量所有节点连续更新“可达”信息每个节点维护到网络中所有节点的路由所有路由都已经存在并且随时可用路由请求的延迟低路由开销大OLSR、TBRPF

MANET路由分类表驱动路由第十二页，共34页。DV的固有缺点无法发现路由回路“无穷计算”问题DSDV(Destination-sequenceddistancevector)

没有全局拓扑视图主动先应式路由每个节点维护到所有已知目的地的路由信息路由信息必须定期更新即使网络拓扑没有变化也有通信开销维护的路由可能从来不用MANET路由分类DSDV第十三页，共34页。MANET路由分类DVRDistanceVectorRouting第十四页，共34页。Thecount-to-infinityproblem.DVR的问题

第十五页，共34页。保持了DV算法的简单性确保无路由回路新的路由表带有目标序列号对于拓扑变化能快速反应当路由表发生重大变化时立即启动routeadvertisement但是延迟不稳定路由的通告(减缓路由波动)

DSDV协议特点与优点Sequencenumber由目标节点确定，用来保证不出现路由回环Installtime该表项创建时间(用来删除表中过时路由信息)Stabledata用来缓解路由波动DSDV路由表优点非常简单（几乎与DV算法一致）通过目的地赋予的序号值来防止出现路由回环不存在路由发现带来的延迟缺点不能有节点睡眠开销可能白费多数路由信息从不使用第十六页，共34页。向每个邻居通告自己的路由信息目标地址metric=到目标的跳计数目的地的序号设置序号的规则每次通告递增自己的目标序号（只用偶数值）如果一个节点不再可达(timeout)，则将该节点的序号递增1(奇数值)并置metric=∞将收到的路由更新信息与自己的路由表比较选择目标序号大的路由(这样能确保使用的总是来自目的地的最新路由信息)如果目标序号相同，则选择具有较好metric值的路由。DSDV路由通告DSDV路由选择第十七页，共34页。DSDV实例第十八页，共34页。在源端需要时候通过路由发现过程来确定路由控制信息采用泛洪（flooding）方式路由请求延迟高路由开销低两种实现技术源路由（报文头携带完整的路由信息）hop-hop路由DSR、AODV

按需路由路由发现和维护都是按需进行的不需要周期性地通告路由不需要感测链路状态不需要邻居检测不依赖于任何底层协议按需路由特点路由发现和维护都是按需进行的不需要周期性地通告路由不需要感测链路状态不需要邻居检测不依赖于任何底层协议按需路由优点第十九页，共34页。DynamicSourceRoutingprotocol

基于源路由概念的按需自适应路由协议允许节点动态发现到任何目的地sourceroute中间节点不必存储转发分组所需的路由信息采用Cache存放路由信息允许网络完全自我组织和自我配置因其简单而有效成为首选协议网络开销较小存在陈旧路由

动态源路由第二十页，共34页。Routediscovery机制由需要发送数据给目标节点D的源节点S使用；该过程只在S需要发送数据并且不知道到D的路由时才启动；

Routemaintenance机制S在给D发送数据时要能检测出由于网络拓扑动态变化导致源路由中断的情况；当前的源路由不能用时S切换到另一条已知的路由或者重新发起routediscovery寻找新路由；DSR协议组成第二十一页，共34页。多路径获得的途径作为routediscovery的响应；“偷听”到其他路由控制包和数据包中的路由信息；为任何目的地缓存多条路由；多路径的作用如果正在使用的一条路径中断，节点可立即切换到另一条缓存的路由；多条路由的缓存可避免每次路由中断后执行routediscovery；DSR多路径思想第二十二页，共34页。DSR支持单向链路和非对称路由天线不同传播模式不同干扰源不同

DSR支持不同类型无线网络的互联有的节点使用短程无线电有的节点使用长途无线电DSR将所有节点都看成MANET网络中的一个节点DSR路由可集成到标准Internet路由中DSR路由可集成到MobileIP路由中DSR单向链路支持能力第二十三页，共34页。源节点A将路由请求（RREQ）消息局部广播发送Routediscovery的发起者ARoutediscovery的目标ERequestidList(初始为空)：用来记录路由发现包经过的节点所有位于A无线传输范围内的节点都将收到该路由请求包ROUTEREQUEST

DSR路由发现1第二十四页，共34页。如果目标节点E收到该请求包，给请求源A回答一个RREP消息List：拷贝自RREQ

路由请求源收到RREP消息后在本地RouteCache中缓存路由信息

DSR路由发现2第二十五页，共34页。重复请求包的检测如果中间节点收到了来自同一个源（A）请求id相同的请求包；如果中间节点收到的请求包中路由记录已经包含本节点；则中间节点丢弃该请求包；中间节点对于未处理过的请求包将自己的地址填入请求包的list位置；将该请求包作为本地广播分组发送给邻居；DSR路由发现3第二十六页，共34页。无穷迭代的路由发现过程如果目标端在routecache中没有找到去往路由请求源的路由信息，并且网络存在单向链路;则需要发起新一轮routediscovery过程;

DSR规定目标端（E）可使用RREQ消息中记录的路由作为返回的RREP的源路由；DSR规定目标端在发起逆向返回到源端的新一轮routediscovery时，在RREQ中“捎带”RREP消息；DSR路由发现4第二十七页，共34页。路由的维护每个节点确保使用源路由发送/转发的数据分组被路由中的下一跳接收；如果没有收到下一跳的确认则不断重发（至最大重试次数）；如何确保数据报被逐跳转发？链路级的确认（IEEE802.11）;被动确认（B侦听C向D转发）;要求DSR软件返回确认;

DSR路由维护第二十八页，共34页。如果数据分组被重发了最大次数仍然没有收到下一跳的确认，则节点（C）要向分组的源端发送ROUTEERROR消息，并指明中断的链路；分组的源端（A）将该路由从路由缓存中删除；如果源端路由缓存中存在另一条到目标的路由则重发此分组；否则，重新开始routediscovery过程；

DSR路由维护第二十九页，共34页。节点不需要周期性地发送路由广播分组无须维持到全网所有节点的路由信息节省了电池能量和网络带宽，尤其是当没有节点要发送数据时，网络中没有通信开销。

仅需要维护路径上节点之间的路由能完全地消除路由环路能同时提供多条路由可用于单向信道中间节点的应答使源节点快速获得路由

会引起过时路由问题每个分组都需要携带完整的路由信息造成开销增大降低了网络带宽的利用率不适合网络直径大的自组网网络可扩展性不强DSR协议优点DSR协议缺点第三十页，共34页。分级体系一些节点组成一个cluster或者zone这些cluster或者zone组成较大的super-cluster或者super-zone

Cluster和zone的不同cluster内所有节点都与clusterhead直接通信，cluster内节点间的通信一般是两跳。zone的大小没有限制，zone内节点的通信可多跳。无线分级路由的基本思想把节点划分为不同的cluster/zone，并对内外节点指定不同功能;设计目的减少参与路由计算的节点数，降低交换路由信息的通信开销，缩短路由表的长度和维护开销。通过