6移动通信技术-移动自组网

Wirelessadhocnetworks无线自组织adhoc网络通信发展趋势•两大发展趋势（1）无线/移动（2）IPIPFixedInfrastructure有固定基础设施支持交换机基站终端NoexistingInfrastructure无预先基础设施蜂窝移动通信的特点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，基站相当于接入有线网络的网关Adhoc网络特点移动节点配置无线适配器无基站等基础设施移动终端具有路由能力网络中每个终端可以自由移动、地位相等多跳、临时、无中心、拓扑变化、分组业务可以可以在任何时候、任何地点快速构建随着电信市场竞争的加剧，找准和开拓新业务增长点成为运营商和设备提供商在市场中掌握先机的关键。采用AdHoc网络技术的MESH无线区域网等业务被认为是未来重要业务热点。甚至有人称：就象IP网络改造传统电信网络一样，AdHoc网络将对现有移动通信网络的结构和运营模式带来划时代影响。AdHoc自组织无线网络意义AdHoc无线网络概念一组有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳、临时、自创建（Self-Creating)、自组织(Self-Organizing)、自管理（Self-Administering)系统。不依赖预设基础设施而临时组建。移动终端具有路由功能，可经无线连接成任意网络拓扑。可独立工作，可与Internet或蜂窝网络连接。一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！Adhoc应用特殊环境通信需求临时会议/科学考察/探险/临时救助/军事战场Adhoc的关键技术路由协议服务质量Adhoc网络互连传输层服务性能资源管理/功率控制安全问题ס感知拓扑结构变化ס保证拓扑连接ס自适应路由ס广播/组播ס节点能耗技术ס信道接入技术Adhoc的多跳通信需要通信的两点可能不在相互无线覆盖范围内需要其它节点临时承担路由器转发节点移动后需要发现新路由ABCDADHOC路由面临的问题路由信息不易获得1、定期交换路由信息开销大2、网络资源有限3、节点资源有限（电池供电）路由信息可能过期1、节点随时移动2、无线传播变化大常规路由技术不适用adhoc好的路由算法•路由算法是网络层协议，它既试图使网络通过量最大，又试图使分组时延最小。•路由算法常很复杂，表现在：1）路由算法需所有节点互相协调，而不像链路层和高层那样仅涉及对等模块间协调；2）须处理链路和节点故障，对业务重定向，并对系统维持的数据库进行更新。3)达到高性能，部分区域拥塞时，能修正路由。•在高负载时，在相同时延下，可增加网络通过量；在轻负荷和中等负荷时，可减少每个分组平均时延。好的路由算法•理想路由算法应具有如下一些特点：1)算法必须是正确的和完整的。2)算法在计算上应简单。3)算法应能适应通信量和网络拓扑的变化。4)算法应是公平的。5)算法应是最佳的。Adhoc两种典型路由技术表驱动路由技术(Proactive)按需驱动路由技术(Reactive)OLSRDSDVFSRAODVTORASSR表驱动（Table-driven）路由•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，随时请求随时用•路由开销大•OLSR：按需（On-demand）路由•在源端需要时经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按需路由的路由发现路由发现源节点A将路由请求（RREQ）消息广播发送Routediscovery的发起者ARoutediscovery的目标EList(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路由发现（2/4）•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中缓存路由信息路由发现（3/4）•重复请求包的检测处理–若中间节点收到了来自同源”请求id”相同的请求包；–若中间节点收到的请求包中路由记录已包含本节点；–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–将自己地址填入请求包list；–请求包作为广播分组送给邻居；ABCEFD•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–路由中断时，重新寻找路由延迟大按需操作路由的特点评价adhoc路由协议指标•端-端的数据吞吐量和延迟–反映了数据报的传输质量•路由请求的时间–有数据需要发送到发送出去的时间–路由协议的效率–路由控制信息与数据信息的比率–路由协议的性能在不同的网络中表现不同无线传感器网络WSN-WirelessSensorNetworks•WSN由大量具有感知、计算及无线通信能力的微小节点组成，目的是监视环境，通信是手段。•传感器节点部署在要监视的区域中，采集指定的环境参数，并将数据发送到汇聚节点供分析。ABCDE汇聚节点传感器节点监测区域卫星互联网用户管理节点传感器节点的组成•传感器节点一般由传感模块、处理模块、无线通信模块和能量供应模块组成。•其节点已可做得很小，称智能尘埃（smartdust）。模数转换AC/DC传感器模块能量单元处理器存储器收发器传感模块处理模块通信模块•廉价：节点期望价在一美元左右•体积小：火柴盒、硬币或更小•重量轻：小于100克•能量有限：五号电池或纽扣电池供电•无线通信：无线电、红外、蓝牙、超声波等，带宽低，干扰大•计算能力：几百兆赫兹处理器•存储能力：几兆或几百兆的存储空间•感知能力：具有一个或几个传感器•软件环境：TinyOS是专门开发的OS传感器节点的特点传感器网络的特点•节点固定或只有较小的活动性•数量大，密度高，拓扑动态变化•节点同构，或只有少量特殊节点；•分布式：多节点经分布式算法协同工作；•自组织：WSN部署不需外界干预；•资源受限，特别是能量非常有限；•以数据为中心，节点具有数据处理能力；•与应用紧密耦合的网络传感器网络与移动自组网的区别•节点规模：–adhoc：节点数量几十或上百，节点密度小–wsn：高出好几个数量级，节点密度大（冗余）•拓扑变化原因：–adhoc：节点运动–wsn：节点休眠调度、环境干扰或节点故障•节点处理能力：–adhoc：较强–wsn：十分有限传感器网络的应用•传感器网络在环境监视方面的优势：–部署大量传感器节点，可得长时间、近距离、高分辨率环境数据，传统监视设备无法得到。–节点计算和存储能力允许节点执行数据过滤、压缩等操作，也可执行一些特定应用任务。–节点间通信能力允许相互协同完成更复杂任务，如目标跟踪。–通过任务的重新分配可改变WSN用途。（1）监视红杉树的小气候•在一棵红杉树的不同位置安装无线气象站进行数据采集，如光辐射、温度、湿度、气压，形成森林气候一个样本。•可在森林不同地方（如中心处、迎风面、背风面、向阳面等）部署WSN，然后利用长距离上行链路将数据发送到汇聚节点。实验结果片段（2）监视地下结构的改变将节点固定在坑顶和坑壁上形成规则网状网络（蜂窝状），节点预先设置好位置，每个节点都知道自己邻居，定期与邻居交换信标。坍塌时，坍塌区域内的节点发生移位，在网络中形成空洞。当节点发现它的一些邻居消失时（收不到信标），判断自己成为空洞的一个边界节点，向汇聚节点报告自己的位置。汇聚节点计算空洞区域。（3）WSN在军事中的应用WSN具有快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性特点，非常适合军事应用。经飞机或炮弹直接将传感器节点散播到敌方阵地或关键部位，或在公共隔离带部署WSN，就能隐蔽且近距离准确收集敏感信息。例：传感器网络已经成为美军事C4ISRT系统必不可少的一部分。WSN需要解决的问题网络的自组织、自配置（节点定位、时间同步、自动校准、拓扑控制等）通信协议（MAC、路由协议）分布式数据管理（数据采集、存储、查询、获取等）各种应用特定的数据融合处理节省能耗应贯穿到所有设计中。