無線自組織網(wǎng)絡(luò)概述

1、第6章 無線自組織網(wǎng)絡(luò),無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press2本章內(nèi)容簡介Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)概述 MANET體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理MANET的其它技術(shù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用MANET的仿真無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press3Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)概述lAd Hoc網(wǎng)絡(luò) 無線自組織（Ad Hoc）網(wǎng)絡(luò)又稱無線對等網(wǎng)，是由若干個無線終端構(gòu)成的一個臨時的、無中心的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中也不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施。這種特殊的網(wǎng)絡(luò)具有其獨特的優(yōu)點和

2、用途，可便捷地實現(xiàn)相互連接和資源共享。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press4Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)概述lAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的背景Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)源于軍事通信的需要，其前身是分組無線網(wǎng)(Packet Radio Network) 1972年美國國防部高級研究計劃署（DARPA）啟動分組無線網(wǎng)項目，主要研究分組無線網(wǎng)的應(yīng)用1993年，DAPRA啟動可存活性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)項目20世紀90年代開始，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究得到長足進展無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghu

3、a University Press5lAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究成果包含以下幾個方面： 新的路由協(xié)議。主要以廣播或組播方式建立網(wǎng)絡(luò)路由，基本原則是盡量避免廣播風(fēng)暴。例如自組織按需距離向量協(xié)議AODV、目標序列距離向量協(xié)議DSDV、區(qū)域路由協(xié)議ZRP等路由協(xié)議。介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議，主要解決隱藏和暴露節(jié)點問題，包括RTS/CTS方案、控制信道和數(shù)據(jù)信道分裂的雙信道方案、基于定向天線的MAC協(xié)議等無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press6lAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究成果包含以下幾個方面：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)

4、絡(luò)相結(jié)合，拓展其應(yīng)用范圍，提高系統(tǒng)吞吐量 其他相關(guān)技術(shù)，多播或組播協(xié)議、地址分配、TCP協(xié)議、節(jié)能控制、安全性、分布式算法、QoS等用藍牙節(jié)點組建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用藍牙技術(shù)可組成微微網(wǎng)（Piconet），再通過橋（Bridge）節(jié)點互聯(lián)，即可形成多跳Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，可稱為藍牙散射網(wǎng)（Scatternet）。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press7l移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的定義移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)(又稱移動多跳網(wǎng)或移動對等網(wǎng))是一種特殊的在不借助任何中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下，可在有限范圍內(nèi)實現(xiàn)

5、多個移動終端臨時互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。 可看做是一組帶有無線收發(fā)裝置的移動終端所組成的一個臨時性多跳自治系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press8lMANET中，每個節(jié)點既可作為主機，也可作為中間路由設(shè)備。節(jié)點作為主機，可運行相關(guān)應(yīng)用程序，以獲取或處理數(shù)據(jù)；節(jié)點作為路由器，需運行相關(guān)路由協(xié)議，進行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護等常見操作，對收到的并非發(fā)給自身的分組根據(jù)其目標地址予以轉(zhuǎn)發(fā)。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press9一個

6、簡單的MANET網(wǎng)絡(luò) 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press10lMANET的特點拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化無固定通信設(shè)施和中央管理設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨機移動，拓撲中的各節(jié)點位置時時變化；無線發(fā)射裝置發(fā)送功率的變化、環(huán)境影響、信號間的互相干擾等，都會造成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。 資源有限一方面是節(jié)點的能量有限，而移動會消耗更多能量，降低網(wǎng)絡(luò)性能；另一方面，網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有限，信號間的沖突和干擾使得帶寬遠低于理論值。 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua Unive

7、rsity Press11lMANET的特點多跳通信實現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡(luò)間的源與目標主機間的通信。兩個節(jié)點的通信可以是點對點的方式；如果二者距離超出無線信號覆蓋范圍，則需中間節(jié)點進行分組的轉(zhuǎn)發(fā)，稱之為多跳路由。安全性較低無線信道易受竊聽、篡改、偽造等攻擊的威脅，如果路由協(xié)議或無線信道遭受惡意攻擊或干擾，整個網(wǎng)絡(luò)可能中斷正常工作。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press12MANET體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議原理lMANET的結(jié)構(gòu) 由于MANET具有的特殊性，實際組建網(wǎng)絡(luò)時，必須充分考慮網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用規(guī)模，擴展性和可靠性、實時性

8、等要求，再選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。 通常MANET的拓撲結(jié)構(gòu)可分兩種：對等式結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press13l對等式結(jié)構(gòu)所有節(jié)點完全對等，源節(jié)點與目標節(jié)點通信時存在多條路徑，健壯性好，相對比較安全缺點是可擴充性略差，因為每個節(jié)點都需要知道到達其他節(jié)點的路由。MANET的對等式結(jié)構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press14l分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)通常會被分為多個簇。每個簇由一個簇頭和多

9、個簇成員組成。各個簇的簇頭形成高一級的網(wǎng)絡(luò)，高一級網(wǎng)絡(luò)可以再分簇，以形成更高一級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級。 簇頭節(jié)點負責(zé)簇內(nèi)節(jié)點間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，簇頭可由算法自動生成，也可以預(yù)先指定。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press15l分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分單頻分級和多頻分級單頻分級中所有節(jié)點使用同一頻率通信，需要網(wǎng)關(guān)節(jié)點支持多頻分級網(wǎng)絡(luò)中，不同級采用不同通信頻率。低級網(wǎng)絡(luò)的通信范圍一般低于高級節(jié)點。網(wǎng)關(guān)節(jié)點內(nèi)部節(jié)點簇頭簇MANET的單頻分級結(jié)構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsi

10、nghua University Press16l分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢與缺點分級結(jié)構(gòu)中，簇成員的功能較簡單，有效減少了路由控制信息的數(shù)量，使資源開銷相對較小，從而獲得了較好的擴充性。缺點：維護分級結(jié)構(gòu)需要節(jié)點執(zhí)行簇頭選舉算法，而簇頭節(jié)點可能會成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸。 從對等式結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)的比對中可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時，可采用簡單的對等式結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，應(yīng)采用分級結(jié)構(gòu)。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press17lMANET的協(xié)議層次上層引用協(xié)議傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層表示層會

11、話層傳輸層MANET協(xié)議層次ISO/OSI層次結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press18物理層，根據(jù)實際應(yīng)用需要設(shè)計MANET物理層。首先是通信頻段的選擇，目前通常采用2.4GHz的ISM免許可的頻段。其次，物理層必須選擇相應(yīng)的無線通信機制，以實現(xiàn)良好的收、發(fā)信功能。 物理層設(shè)備可使用多頻段、多模式的無線傳輸方式。lMANET各協(xié)議層次具體功能無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press19數(shù)據(jù)鏈路層，分為MAC子層和

12、LLC子層。 MAC子層決定了鏈路層的絕大部分功能。多跳無線網(wǎng)絡(luò)基于共享訪問傳輸介質(zhì)，需要MAC層利用CSMA/CA和RTS/CTS機制解決隱藏節(jié)點和暴露節(jié)點問題。 LLC子層負責(zé)向網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一服務(wù)，以屏蔽底層不同的MAC方法。lMANET各協(xié)議層次具體功能無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press20網(wǎng)絡(luò)層，主要進行鄰居發(fā)現(xiàn)、分組路由、擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等。 一個好的網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議應(yīng)該滿足以下要求： 分布式運行方式；提供無環(huán)回路由；按需進行協(xié)議操作；可靠的安全性；提供休眠操作和單向鏈路的支持。lMANET各

13、協(xié)議層次具體功能無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press21傳輸層，為應(yīng)用層提供可靠的端到端服務(wù)，隔離上層與通信子網(wǎng)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層特性來高效利用網(wǎng)絡(luò)資源，包括尋址、復(fù)用、流控、按序交付、重傳控制、擁塞控制等。上層引用協(xié)議，提供面向用戶的各種應(yīng)用服務(wù)，包括有嚴格時延和丟包率要求的實時應(yīng)用（緊急控制信息）、基于RTP/RTCP（實時傳輸協(xié)議/實時傳輸控制協(xié)議）的音視頻應(yīng)用、無任何服務(wù)質(zhì)量保障的數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)等。lMANET各協(xié)議層次具體功能無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,

14、 Tsinghua University Press22lMANET的路由協(xié)議MANET的路由協(xié)議通常分為兩大類：表驅(qū)動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議表驅(qū)動路由協(xié)議又稱先驗式，每個節(jié)點維護一張包含到達其它節(jié)點路由信息的路由表，代表性的有：無線路由協(xié)議WRP、目標序列距離向量協(xié)議DSDV、魚眼域狀態(tài)路由協(xié)議FSR、優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OLSR等無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press23lMANET的路由協(xié)議按需路由協(xié)議也稱反應(yīng)式，需發(fā)送數(shù)據(jù)時才查找路由。節(jié)點平時不維護路由信息，只有需向目標發(fā)送報文時，源節(jié)點才會在網(wǎng)

15、絡(luò)中發(fā)起路由查找，找到相應(yīng)路由。 常用的按需路由協(xié)議有：自組織按需距離向量協(xié)議AODV、時間序列路由協(xié)議TORA、動態(tài)源路由協(xié)議DSRP、信號穩(wěn)定路由協(xié)議SSR等 n按需路由較表驅(qū)動路由的開銷小，但傳輸延遲大無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press24l表驅(qū)動路由協(xié)議DSDV路由協(xié)議基于Bellman Ford算法，是距離向量協(xié)議的改進之一；路由表通過序列號區(qū)分路由的新舊，能消除路由環(huán)路，提高了算法效率；快速反應(yīng)拓撲的變化；延遲了對不穩(wěn)定路由節(jié)點的廣播通告；缺點：不能適應(yīng)快速變化的網(wǎng)絡(luò)；資源開銷可能被浪費；

16、多數(shù)路由信息可能從未使用；目標之間只提供一條不支持單向連接的路由；無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press25DSDV的路由表項包括：目標地址、到達目標節(jié)點的度量值(最小跳數(shù))、去往目標節(jié)點的下一跳、目標節(jié)點相關(guān)序列號；DSDV中使用了兩類更新報文：完全轉(zhuǎn)存(通告全部信息)、遞增更新(僅通告更新信息)；DSDV路由選擇的依據(jù)為序列號或度量值。節(jié)點對比更新信息和節(jié)點的路由表，選擇序列號值大的路由信息進行更新；序列號相同時，選擇度量值最佳（如最小跳數(shù)）的；無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原

17、理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press26l典型表驅(qū)動路由協(xié)議實例ACBD(a)ACBD(b)DSDV路由協(xié)議示例 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press27l圖(a)中節(jié)點A和節(jié)點B起始路由表目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)DB2目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)DD1節(jié)點A的路由表 節(jié)點B的路由表 l圖(b)中節(jié)點D移動到新位置，節(jié)點B的路由更新目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)DA3更新后節(jié)點B的路由表 路由環(huán)回現(xiàn)象產(chǎn)生，即A或B想要向D發(fā)送的數(shù)據(jù)會在A和B之間來回轉(zhuǎn)發(fā)，無法到達真正的目標。 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

18、平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press28l包含序號的路由更新，解決環(huán)回現(xiàn)象目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)序列號DB21000目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)序列號DD11000(a)中節(jié)點A初始路由表 (a)中節(jié)點B初始路由表 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press29l節(jié)點D移動到(b)圖所示位置目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)序列號D 1001(b)中節(jié)點A路由表更新目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)序列號D 1001(b)中節(jié)點B路由表更新目標節(jié)點下一跳跳計數(shù)序列號D

19、D11001(b)中節(jié)點C路由表更新無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press30l由于A和C會周期性交換路由信息，當(dāng)A收到C的路由更新后，在序列號相同時，則會根據(jù)DV算法來判斷是否更新路由。顯然，A會更新路由。當(dāng)A想發(fā)送報文給D時，會把下一跳信息設(shè)置為C，這樣就可成功發(fā)送。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press31lWRP路由協(xié)議WRP路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中保存路由信息每個節(jié)點的路由表項信息包括：距離、路由、鏈路開銷和重

20、傳消息列表(MRL) WRP的算法收斂快，避免路由中的環(huán)路WRP比大多數(shù)協(xié)議需要更大內(nèi)存，還依賴周期性的Hello消息，也要占用一定帶寬。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press32lCGSR（分簇網(wǎng)關(guān)交換路由協(xié)議）以DSDV為基礎(chǔ),比DSDV更有效使用分簇路由結(jié)構(gòu)和啟發(fā)式路由選擇機制指定了簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點，一個節(jié)點發(fā)送分組時，首先到達發(fā)送節(jié)點的簇頭，然后簇頭節(jié)點將該分組通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)給另一個簇頭節(jié)點。不斷重復(fù)直至分組到達目標。適合大規(guī)模MANET，可擴展性較好簇頭節(jié)點的穩(wěn)定性、可靠性對全網(wǎng)性能影響較大無線

21、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press33l按需路由協(xié)議AODV路由協(xié)議AODV是應(yīng)用最廣泛的按需路由協(xié)議之一，它是DSDV算法的改進，但中間節(jié)點不需維護路由。AODV采用逐跳路由轉(zhuǎn)發(fā)分組，同時加入了組播路由協(xié)議擴展，從路由查找回復(fù)RREP. 整個通信過程是對稱的，路由可逆，所以AODV不支持單向路由。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press34l典型按需路由協(xié)議實例ABCEFDGAODV示例網(wǎng)絡(luò)拓撲 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 &

22、 Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press35ABFDGRREQ逆向路徑CEB接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press36ABCEFDGRREQ逆向路徑D接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press37BCEFDGRREQ逆向路徑AF接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)

23、技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press38BCEFDGRREQRREPAG返回RREP給A 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press39lAODV路由協(xié)議的特點基于傳統(tǒng)距離向量路由機制，算法簡單清晰。使用目標序列號防止循環(huán)發(fā)生，解決了無窮計數(shù)問題，易于編程實現(xiàn)。支持中間主機回答，能使源主機快速獲得路由，但可能會有過時路由。周期性廣播報文，需要消耗一定的能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬。 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua

24、 University Press40lDSR動態(tài)源路由協(xié)議核心：每個移動節(jié)點維護一個存放路由的快速緩沖區(qū)。 協(xié)議原理：當(dāng)某一移動節(jié)點要發(fā)送分組時，先查詢本地高速路由緩沖區(qū)，如存在路由，直接發(fā)送數(shù)據(jù)，否則發(fā)送一個含源、目標地址的路由請求分組，啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。 中間節(jié)點收到該請求后，也查詢本地緩沖區(qū)，如無到達目標地址的路徑，則將本節(jié)點地址加入請求分組后轉(zhuǎn)發(fā)，直至目標節(jié)點或有到達目標節(jié)點路由的中間節(jié)點。該節(jié)點返回一個路由應(yīng)答分組，包含了從源到目標路徑上所有節(jié)點的序列。每個發(fā)送的數(shù)據(jù)分組都將包含發(fā)回的路徑序列，于是中間節(jié)點不再需要保存路由信息，也不需要周期性路由廣播和鄰居發(fā)現(xiàn)。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 &

25、 Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press41lDSR動態(tài)源路由協(xié)議的優(yōu)點：僅在需要通信的節(jié)點間維護路由，減少了路由維護代價路由緩沖可進一步減少路由發(fā)現(xiàn)的開銷路由緩沖使得在一次路由發(fā)現(xiàn)過程中，會產(chǎn)生多個到達目標的路徑支持非對稱傳輸信道模式無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press42l典型路由協(xié)議的分析比較路由協(xié)議類別表驅(qū)動按需路由協(xié)議DSDV/CGSR/WRPAODV/DSR/TORA路由獲取時延低高控制開銷高低能耗高低帶寬開銷高低表驅(qū)動和按

26、需方式路由協(xié)議的性能比較 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press43路由協(xié)議AODVDSRTORAABR整體復(fù)雜性中等中等高高開銷低中等中等高拓撲結(jié)構(gòu)平面平面平面平面多路徑支持否是是否按需路由協(xié)議性能比較 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press44MANET的其它技術(shù)lMANET的IP地址分配技術(shù)基于伙伴系統(tǒng)的分布式動態(tài)地址分配協(xié)議，通過地址池為節(jié)點分配IP地址，最初整個網(wǎng)絡(luò)僅一個節(jié)點，擁有整個IP地址池，之后進入網(wǎng)

27、絡(luò)的節(jié)點“見面分一半”，與最初的節(jié)點互為伙伴。改進的DHCP 協(xié)議，每部分網(wǎng)絡(luò)選一個領(lǐng)導(dǎo)，領(lǐng)導(dǎo)扮演DHCP服務(wù)器的角色。基于硬件地址的IP地址分配，采用硬件MAC地址的已知網(wǎng)絡(luò)前綴和后綴組成。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press45MANET的其它技術(shù)lMANET的QoS除傳統(tǒng)的時延、帶寬、分組丟失率、時延抖動等指標外，還需要有“能量消耗”和“服務(wù)覆蓋范圍”兩個QoS屬性加入。 QoS路由：一種基于網(wǎng)絡(luò)可用資源和業(yè)務(wù)流的QoS要求來選擇路徑的路由機制。 QoS路由是用來查找滿足QoS要求的路徑，將傳統(tǒng)最

28、短路徑轉(zhuǎn)為一條最優(yōu)路徑。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press46Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用l獨立的Ad Hoc網(wǎng)分為兩種： 大型Ad Hoc獨立網(wǎng)絡(luò)特殊場合如軍事 小型Ad Hoc獨立網(wǎng)絡(luò)家庭、商務(wù)會議區(qū)、醫(yī)院等小范圍場合l另外，在實際應(yīng)用中， 也可作為末端子網(wǎng)接入其他固定或移動的通信網(wǎng)絡(luò)，與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)之外的主機進行通信，稱之為與其他網(wǎng)絡(luò)集成。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press47Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用Ad

29、HocNetwork 1InternetAd Hoc網(wǎng)關(guān)Ad Hoc網(wǎng)關(guān)Ad HocNetwork 2APAPAd Hoc與因特網(wǎng)集成 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press48Ad HocNetwork 1Ad HocNetwork 2基站蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū) Ad Hoc網(wǎng)關(guān)Ad Hoc網(wǎng)關(guān)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)集成 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press49MANET的仿真lAd Hoc網(wǎng)絡(luò)仿真主要模塊無線信道模

30、塊，Channel/WirelessChannel無線傳輸模塊，Propagation/TwoRayGround無線物理接口模塊，Phy/WirelessPhy無線局域網(wǎng)MAC層模塊，Mac/802_11天線模塊，Antenna/OmniAntennaAd Hoc路由協(xié)議，AODV和DSR無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press50lAODV協(xié)議仿真仿真背景AODV是應(yīng)用最廣泛的按需路由協(xié)議之一，它是DSDV算法的改進，但中間節(jié)點不需維護路由。針對AODV路由協(xié)議仿真，NS2中已有豐富的模塊，能夠滿足一般的

31、仿真需求，這里的仿真實驗無需修改仿真模塊。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press51lAODV協(xié)議仿真仿真拓撲仿真拓撲如圖所示，共用到13個移動節(jié)點，節(jié)點8將與節(jié)點2相互通信。0346719581121210AODV/DSR仿真實驗拓撲圖 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press52仿真代碼 AODV的仿真代碼見電子資源和教材6.5.1節(jié) AODV仿真代碼注釋可見教材134頁使用nam工具觀察仿真動畫無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

32、& Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press53起初節(jié)點8開始向周圍節(jié)點即鄰居廣播RREQ信息，如圖所示節(jié)點8廣播RREQ信息 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press54廣播擴散 廣播信息繼續(xù)擴散，可以看到，現(xiàn)在有多節(jié)點在廣播無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press55節(jié)點8發(fā)現(xiàn)節(jié)點2 經(jīng)過多點路由請求廣播后，節(jié)點8已經(jīng)找到了目標節(jié)點2的位置無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

33、平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press56當(dāng)節(jié)點2依靠鄰居節(jié)點的廣播，接收到節(jié)點8的RREQ后，反悔RREP消息給節(jié)點8以建立通信。首先按照路由搜索到的路徑返回RREP給節(jié)點12，然后收到的RREP信息的節(jié)點繼續(xù)按照路由搜索到的路徑（2-12-10-8）依次將RREP消息返回給節(jié)點8，如下面3圖展示了整個過程。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press57節(jié)點12發(fā)送RREP 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原

34、理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press58鄰居節(jié)點繼續(xù)發(fā)送RREP 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press59節(jié)點8收到RREP消息 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗, Tsinghua University Press60 當(dāng)節(jié)點8獲得到節(jié)點2的路由以后，則按照該路徑開始傳送FTP信息。而收到源自于節(jié)點8的信息后，節(jié)點2會向原路徑返回ACK信息，此時雙方建立連接。在AODV中這條路由會一直被維護。下面2圖顯示了數(shù)據(jù)通信建立的過程。無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 & Jiang, 無線