第05次课-移动计算技术--Ad-hoc概述-(2009-revised)

授课教师：赵蕴龙Email：[e-mail]移动计算技术——MANETs专题：Adhoc综述通信发展趋势两大发展趋势无线/移动IPIPFixedInfrastructure现有无线通信网络（有固定基础设施支持）交换机基站终端NoexistingInfrastructure新型无线通信网络（无预先的基础设施支持）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。AdHoc自组织无线网络技术意义深远HistoryofadhocnetworkTheearliestmobilead-hocnetworks(MANETs)werecalled“packetradionetworks,andweresponsoredbyDARPA(美國國防部高等研究計劃局)intheearly1970s.SURAN〈SurvivableAdaptiveNetwork〉wasproposedbyDARPAin1983tosupportalargerscalenetwork.Ad-hocwasusedtodescribethatkindofnetworkbyIEEE802.11standardcommittee(委員會).Mobilead-hocnetworkwasalsobenamedasMANETbyIETF.移动自组网——MANETs在某些特殊环境下或紧急请况下，如何应用网络共同的要求移动互联网自然灾害时，现有的网络设施不可用进行科学考察、探险、没有可用的网络战场上，如何实现动态过程的协同通信动态的、快速部署不依赖或很少依赖现有的有线网络移动互联网的组成方式移动终端式移动路由式•逻辑上移动终端到达固定网络的路由器只有一跳的距离•固定互联网要解决移动中接入所需要的定位和地址管理问题•移动路由器和移动终端组成一个独立的无线互联网•移动终端永久性或临时性地与移动路由器相连移动自组网——MANETs移动互联网的研究主要两个分支联合战术无线网络系统JTRS（JointTacticalSystem）移动专网工作组MANET（MobileadhocNetworks）•美国国防部，1996年•主要研究用于构建战术移动互联网•互联网工程任务组（IFTF），1997年•利用多跳无线网构造一个基于IP的移动互联网，并通过实现IP与固定互联网的无线连接移动自组网——MANETs自组网的基本概念一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的、临时性自创建（Self-Creating)、自组织(Self-Organizing)、自管理（Self-Administering)系统。不依赖预设的基础设施而临时组建。移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet或蜂窝无线网络连接。一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！自组网的基本概念adhoc特殊的，与众不同的最初在802.11规范中提出，本意主要指缺少基础通讯构件（lackofinfrastructure），而不具有多跳自组网络的含义随着对adhoc网络技术的不断研究与发展，adhoc的含义也逐渐发生变化，由最初的“特殊”转变成“多跳无线通讯网络”（multi-hopwirelessnetworks）含义自组网的基本概念自组网中，终端的功能作为主机，用户终端需要运行面向用户的应用作为路由器，用户终端需要运行相应的路由协议，根据路由测略和路由表参与数据分组转发工作和路由维护工作•编辑器、浏览器等自组网的特点不需要基础设施的支持（Infrastructure）自组织性和自管理性（Self-organizingandSelf-managing）移动性（Mobility）网络拓扑结构的动态变化（Networktopologychanges）•节点的移动、节点的加入和退出和路由的失败•网络连连接频繁的或突然的终端和建立自组网的特点节点具有主机和路由器双重身份（Nodeisahostandarouter）多跳性（Multi-hop）能源受限（Powerconstraint）网络的可扩展性不强异构性（Heterogeneity）自组织功能Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi动态变化的网络拓扑Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi自动最佳路由选择最佳路由备选替换路由有线回传Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi自动路由保护/恢复Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi最佳路由备选替换路由有线回传Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无缝漫游----支持移动IP功能方便扩展Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi自组网的应用1、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等）2、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、港口、建筑、煤矿、石油/化工、环保、….3、应急/救援通信系统4、工业自动化控制5、智能交通6、传感器监测网络7、家庭安全监测系统8、战场侦察网络、战地监测网络、信息中继9、各种远程监测/监控系统（如环保、水文、地质、资源保护、研究等）10、公安/交警/消防11、……….基于WLAN的ADHOC自组织无线网络iiiiiii基于WLAN的自组织无线网络架构Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAX基于WLAN的移动自组网IEEE802.11b/g（2.4GHz）、IEEE802.11（5GHz）每个节点200—2000m覆盖范围64/128位WEP加密（或WAPI）（可根据需要增加不同层次的加密功能）高带宽，11--54M/s或更高（IEEE802.11n）面向数据业务(Dataserviceoriented)的网络支持VoWi-Fi网络可靠性高组网非常方便通用性和兼容性强成本优势丰富的终端支持和其它宽带网络的集成Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAXWi-FiWi-FiWi-Fi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WiMAX在城域中的运用与其他移动通信技术的结合移动现场办案AP和终端都可移动“网格化布警”现场布控/紧急通信宽带无线小区接入校园/医院/大型企业宽带无线专网高带宽网络自愈功能很强无缝漫游成本低不用布线，布网方便扩展性强国外应用情况蜂窝型Wi-Fi网络已经在美国一些城市部署和即将开始部署，如Michigan州的GrandHaven去年8月完成了Wi-Fi网络覆盖，成为了全美国第一座WiFi城市。Chaska,Minnesota（密尼苏达州）也已经建成覆盖全市的蜂窝型Wi-Fi网络，并投入运营。Philadelphia（费城）投资700万—1000万美圆搭建覆盖整个城市135平方英里的范围，为整个城市提供一个基于IEEE802.11b的Wi-Fi宽带无线网络，为目前世界上规模最大的蜂窝型Wi-Fi城域无线宽带网络。同时，美国其它一些大城市，如Madison、Boston、CulverCity等都在计划当中。Anaheim,Portland;Minneapolis;ArlingtonandBrookline.2005年台北市和Nortel合作，建立了覆盖整个城市的蜂窝型Wi-Fi网络。英国（BT）、澳大利亚、新西兰等。FranceTelecom'sMESHWi-FiNetworkFranceTelecom'sresearchersareundertakingalife-sizetrialofmeshWiFitechnologyontheSupéleccampusintheParisregion.Asarealalternativetobringwirelessbroadbandtopublicmobileorhomeaccess,meshWiFirepresentsamajorstakefortemporaryevents.Thistechnologyisalsoespeciallysuitableforthecoverageofairports,shoppingcentres,parksandlimitedbutdenseurbanzones(metropolitannetworks),sinceitisasolutionthatcanberolledoutfasterandatalowercost.ThetrialshoulddrawtoacloseattheendofDecember2006.台北市MESHWi-Fi网络NortelsolutionHave10,000wirelessaccesspointsinservicebyyear-end2005toprovidecoverageforTaipeiCity,anareaof272squarekilometerswhere90percentofTaipei's2.65millionpeoplelive.巨大的成本优势不到3G网络建设费用的1/10高带宽（IEEE802.11n）安装/维护费用低自组网的局限性无法保证始终提供可靠的网络连通性自组网技术目前尚处在研究阶段，最终能否为用户接受而应用到通讯市场还不太明朗自组网的扩展性还有待于进一步探讨由于数据的多跳转发而带来传输延迟还很大网络的服务质量（Qos）还很难保障存在安全感隐患自组织网络的评价方法计算机仿真技术进行自组网的性能评价实验结果可以重现实验参数可以随意设置和调整不同研究成果的实验数据具有可比性OPNET网络仿真软件是目前世界上最先进的网络仿真开发和应用平台在美军的战术互联网的建模与仿真中，OPNET已逐渐成为通用的仿真平台在美军的未来的战斗系统中FCS通信子系统的研制中，也使用OPNET作为仿真平台无线自组网的研究重点MAC---碰撞/冲突避免、隐藏和暴露终端问题网络自组织技术（自动组网，相邻发现等）自组织路由协议的设计和开发（自动路由建立、维护和恢复等）QoS保证功率控制与管理网络的信息安全RFBBPMAC/LLCNewNetworkLevelApplicationLevelAdHocSubnet传输LevelCoreTechnology一般需要多层次协议层协调工作、综合考虑。ExistingMANETprotocolsMANETroutingprotocolsdiscoverrouteson-demand(re-active)Maintainupdatedroutes(pro-active)SourceroutingTabledrivenVariationofdistantvector?Variationsoflinkstaterouting?DSRAO