物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)-MANET

物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)-MANET第一頁，共34頁。蜂窩移動通信網(wǎng)絡移動終端和固定基站互相通信移動終端不具備路由功能基站負責路由和交換功能?基站充當接入有線網(wǎng)絡的網(wǎng)關(guān)移動自組網(wǎng)

mobileadhocnetwork第二頁，共34頁。WLAN移動節(jié)點配備無線網(wǎng)網(wǎng)卡移動節(jié)點通過接入點與固定網(wǎng)絡連接WLAN工作在鏈路層，對網(wǎng)絡層透明對網(wǎng)絡層來說WLAN是一個單跳網(wǎng)絡WLAN第三頁，共34頁。特殊環(huán)境（空曠）臨時會議/緊急情況科學考察/探險/軍事戰(zhàn)場接入網(wǎng)絡服務商所需的時間和成本現(xiàn)有服務和架構(gòu)的性能或者能力用戶可遠離網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施而保持與網(wǎng)絡的連接

移動互聯(lián)網(wǎng)的需求第四頁，共34頁。源自軍事領(lǐng)域20世紀70年代分組無線網(wǎng)（PRNET）1983年的抗毀自適應網(wǎng)絡（SURAN）1994年的全球移動信息系統(tǒng)（GloMo）IEEE802.11首次提出“adhoc”IETF1997年成立MANET工作組IRTF在2003成立了ANS研究組MANET:mobileadhocnetworkANS:adhocnetworkscalability移動互聯(lián)網(wǎng)的起源第五頁，共34頁。移動Adhoc網(wǎng)絡/多跳無線網(wǎng)絡由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點組成網(wǎng)絡中每個終端可以自由移動、地位相等是一個多跳、臨時、無中心網(wǎng)絡不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡設施的支持可以在任何時候、任何地點快速構(gòu)建

adhoc:forthespecificpurposeonly移動Adhoc網(wǎng)絡第六頁，共34頁。具備移動通信網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡的特點網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化無中心網(wǎng)絡的自組性多跳組網(wǎng)方式有限的無線傳輸帶寬移動終端的自主性安全性差?網(wǎng)絡的可擴展性不強存在單向的無線信道生存時間短MANET的特點第七頁，共34頁。與常規(guī)移動通信網(wǎng)絡比較不需要網(wǎng)絡通信基礎(chǔ)設施支持不依賴基站進行通信分組交換機制數(shù)據(jù)通信業(yè)務為主拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化MANET與傳統(tǒng)網(wǎng)絡與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡比較固定網(wǎng)絡中主機位置基本不變固定網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)一般比較復雜adhoc網(wǎng)絡規(guī)模相對較小adhoc網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單adhoc網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)快速變化與分組無線網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、紅外網(wǎng)絡比較單跳與多跳研究重點不同主要研究內(nèi)容是在網(wǎng)絡的物理層和DL通信模式不同移動終端的所有通信

都要經(jīng)過接入點進行第八頁，共34頁。實現(xiàn)MANET的關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議服務質(zhì)量功率控制安全問題Adhoc網(wǎng)絡互聯(lián)傳輸層服務的性能感知網(wǎng)絡拓撲的變化維護網(wǎng)絡拓撲的連接高度自適應路由廣播和組播信道接入技術(shù)能耗節(jié)約機制第九頁，共34頁。MANET多跳通信與路由要求第十頁，共34頁。平面路由無需建立具有特殊cluster頭功能節(jié)點的層次結(jié)構(gòu)；不劃分區(qū)域以及所謂的區(qū)內(nèi)/外不同路由所有的節(jié)點在路由機制中地位平等?尋址方式是平面的層次路由節(jié)點功能不同尋址方式是分層進行的地理信息輔助路由利用地理信息進行路由選擇MANET路由分類第十一頁，共34頁。先應式路由機制傳統(tǒng)的分布式最短路徑路由協(xié)議鏈路狀態(tài)或者距離向量所有節(jié)點連續(xù)更新“可達”信息每個節(jié)點維護到網(wǎng)絡中所有節(jié)點的路由所有路由都已經(jīng)存在并且隨時可用路由請求的延遲低路由開銷大OLSR、TBRPF

MANET路由分類表驅(qū)動路由第十二頁，共34頁。DV的固有缺點無法發(fā)現(xiàn)路由回路“無窮計算”問題DSDV(Destination-sequenceddistancevector)

沒有全局拓撲視圖主動先應式路由每個節(jié)點維護到所有已知目的地的路由信息路由信息必須定期更新即使網(wǎng)絡拓撲沒有變化也有通信開銷維護的路由可能從來不用MANET路由分類DSDV第十三頁，共34頁。MANET路由分類DVRDistanceVectorRouting第十四頁，共34頁。Thecount-to-infinityproblem.DVR的問題

第十五頁，共34頁。保持了DV算法的簡單性確保無路由回路新的路由表帶有目標序列號對于拓撲變化能快速反應當路由表發(fā)生重大變化時立即啟動routeadvertisement但是延遲不穩(wěn)定路由的通告(減緩路由波動)

DSDV協(xié)議特點與優(yōu)點Sequencenumber由目標節(jié)點確定，用來保證不出現(xiàn)路由回環(huán)Installtime該表項創(chuàng)建時間(用來刪除表中過時路由信息)Stabledata用來緩解路由波動DSDV路由表優(yōu)點非常簡單（幾乎與DV算法一致）通過目的地賦予的序號值來防止出現(xiàn)路由回環(huán)不存在路由發(fā)現(xiàn)帶來的延遲缺點不能有節(jié)點睡眠開銷可能白費多數(shù)路由信息從不使用第十六頁，共34頁。向每個鄰居通告自己的路由信息目標地址metric=到目標的跳計數(shù)目的地的序號設置序號的規(guī)則每次通告遞增自己的目標序號（只用偶數(shù)值）如果一個節(jié)點不再可達(timeout)，則將該節(jié)點的序號遞增1(奇數(shù)值)并置metric=∞將收到的路由更新信息與自己的路由表比較選擇目標序號大的路由(這樣能確保使用的總是來自目的地的最新路由信息)如果目標序號相同，則選擇具有較好metric值的路由。DSDV路由通告DSDV路由選擇第十七頁，共34頁。DSDV實例第十八頁，共34頁。在源端需要時候通過路由發(fā)現(xiàn)過程來確定路由控制信息采用泛洪（flooding）方式路由請求延遲高路由開銷低兩種實現(xiàn)技術(shù)源路由（報文頭攜帶完整的路由信息）hop-hop路由DSR、AODV

按需路由路由發(fā)現(xiàn)和維護都是按需進行的不需要周期性地通告路由不需要感測鏈路狀態(tài)不需要鄰居檢測不依賴于任何底層協(xié)議按需路由特點路由發(fā)現(xiàn)和維護都是按需進行的不需要周期性地通告路由不需要感測鏈路狀態(tài)不需要鄰居檢測不依賴于任何底層協(xié)議按需路由優(yōu)點第十九頁，共34頁。DynamicSourceRoutingprotocol

基于源路由概念的按需自適應路由協(xié)議允許節(jié)點動態(tài)發(fā)現(xiàn)到任何目的地sourceroute中間節(jié)點不必存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組所需的路由信息采用Cache存放路由信息允許網(wǎng)絡完全自我組織和自我配置因其簡單而有效成為首選協(xié)議網(wǎng)絡開銷較小存在陳舊路由

動態(tài)源路由第二十頁，共34頁。Routediscovery機制由需要發(fā)送數(shù)據(jù)給目標節(jié)點D的源節(jié)點S使用；該過程只在S需要發(fā)送數(shù)據(jù)并且不知道到D的路由時才啟動；

Routemaintenance機制S在給D發(fā)送數(shù)據(jù)時要能檢測出由于網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化導致源路由中斷的情況；當前的源路由不能用時S切換到另一條已知的路由或者重新發(fā)起routediscovery尋找新路由；DSR協(xié)議組成第二十一頁，共34頁。多路徑獲得的途徑作為routediscovery的響應；“偷聽”到其他路由控制包和數(shù)據(jù)包中的路由信息；為任何目的地緩存多條路由；多路徑的作用如果正在使用的一條路徑中斷，節(jié)點可立即切換到另一條緩存的路由；多條路由的緩存可避免每次路由中斷后執(zhí)行routediscovery；DSR多路徑思想第二十二頁，共34頁。DSR支持單向鏈路和非對稱路由天線不同傳播模式不同干擾源不同

DSR支持不同類型無線網(wǎng)絡的互聯(lián)有的節(jié)點使用短程無線電有的節(jié)點使用長途無線電DSR將所有節(jié)點都看成MANET網(wǎng)絡中的一個節(jié)點DSR路由可集成到標準Internet路由中DSR路由可集成到MobileIP路由中DSR單向鏈路支持能力第二十三頁，共34頁。源節(jié)點A將路由請求（RREQ）消息局部廣播發(fā)送Routediscovery的發(fā)起者ARoutediscovery的目標ERequestidList(初始為空)：用來記錄路由發(fā)現(xiàn)包經(jīng)過的節(jié)點所有位于A無線傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點都將收到該路由請求包ROUTEREQUEST

DSR路由發(fā)現(xiàn)1第二十四頁，共34頁。如果目標節(jié)點E收到該請求包，給請求源A回答一個RREP消息List：拷貝自RREQ

路由請求源收到RREP消息后在本地RouteCache中緩存路由信息

DSR路由發(fā)現(xiàn)2第二十五頁，共34頁。重復請求包的檢測如果中間節(jié)點收到了來自同一個源（A）請求id相同的請求包；如果中間節(jié)點收到的請求包中路由記錄已經(jīng)包含本節(jié)點；則中間節(jié)點丟棄該請求包；中間節(jié)點對于未處理過的請求包將自己的地址填入請求包的list位置；將該請求包作為本地廣播分組發(fā)送給鄰居；DSR路由發(fā)現(xiàn)3第二十六頁，共34頁。無窮迭代的路由發(fā)現(xiàn)過程如果目標端在routecache中沒有找到去往路由請求源的路由信息，并且網(wǎng)絡存在單向鏈路;則需要發(fā)起新一輪routediscovery過程;

DSR規(guī)定目標端（E）可使用RREQ消息中記錄的路由作為返回的RREP的源路由；DSR規(guī)定目標端在發(fā)起逆向返回到源端的新一輪routediscovery時，在RREQ中“捎帶”RREP消息；DSR路由發(fā)現(xiàn)4第二十七頁，共34頁。路由的維護每個節(jié)點確保使用源路由發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組被路由中的下一跳接收；如果沒有收到下一跳的確認則不斷重發(fā)（至最大重試次數(shù)）；如何確保數(shù)據(jù)報被逐跳轉(zhuǎn)發(fā)？鏈路級的確認（IEEE802.11）;被動確認（B偵聽C向D轉(zhuǎn)發(fā)）;要求DSR軟件返回確認;

DSR路由維護第二十八頁，共34頁。如果數(shù)據(jù)分組被重發(fā)了最大次數(shù)仍然沒有收到下一跳的確認，則節(jié)點（C）要向分組的源端發(fā)送ROUTEERROR消息，并指明中斷的鏈路；分組的源端（A）將該路由從路由緩存中刪除；如果源端路由緩存中存在另一條到目標的路由則重發(fā)此分組；否則，重新開始routediscovery過程；

DSR路由維護第二十九頁，共34頁。節(jié)點不需要周期性地發(fā)送路由廣播分組無須維持到全網(wǎng)所有節(jié)點的路由信息節(jié)省了電池能量和網(wǎng)絡帶寬，尤其是當沒有節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡中沒有通信開銷。

僅需要維護路徑上節(jié)點之間的路由能完全地消除路由環(huán)路能同時提供多條路由可用于單向信道中間節(jié)點的應答使源節(jié)點快速獲得路由

會引起過時路由問題每個分組都需要攜帶完整的路由信息造成開銷增大降低了網(wǎng)絡帶寬的利用率不適合網(wǎng)絡直徑大的自組網(wǎng)網(wǎng)絡可擴展性不強DSR協(xié)議優(yōu)點DSR協(xié)議缺點第三十頁，共34頁。分級體系一些節(jié)點組成一個cluster或者zone這些cluster或者zone組成較大的super-cluster或者super-zone

Cluster和zone的不同cluster內(nèi)所有節(jié)點都與clusterhead直接通信，cluster內(nèi)節(jié)點間的通信一般是兩跳。zone的大小沒有限制，zone內(nèi)節(jié)點的通信可多跳。無線分級路由的基本思想把節(jié)點劃分為不同的cluster/zone，并對內(nèi)外節(jié)點指定不同功能;設計目的減少參與路由計算的節(jié)點數(shù)，降低交換路由信息的通信開銷，縮短路由表的長度和維護開銷。通過