移动自组网

移动自组网mobileadhocnetwork主要内容•MANET概述•MANET路由概述•主动路由&DSDV•按需路由&DSR•层次路由概述蜂窝移动通信网络–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•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移动互联网的需求•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•连接移动互联网的起源•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Adhoc网络•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:forthespecificpurposeonlyMANET特点•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与传统蜂窝网络•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与固定网络•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MANET与其他无线网络•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MANET应用现状与前景实现MANET关键技术MANET多跳通信MANET路由面临的问题常规路由协议是否可用？MANET对路由协议的需求MANET路由协议分类•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•路由开销大•OLSR、TBRPFDV协议能够适应MANET？•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DistanceVectorRoutingExampleDistanceVectorRoutingProblemThecount-to-infinityproblem.DSDV协议特点•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路由表•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–用来缓解路由波动路由通告•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=∞路由选择•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实例对拓扑变化的响应•立即通告–有关新路由、链路中断、metric变化的信息立即传播给邻居•完全/增量更新–FullUpdate•发送自己路由表的全部路由信息–incrementalUpdate•仅发送路由表中有变化的表项(使得可用一个分组完成更新)增加一个新节点路由环路与无穷计算立即通告DSDV总结•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按需（On-demand）路由•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按需操作的优点•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动态源路由协议•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DSR协议组成•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的多路径思想•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的单向链路支持能力•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路由中路由发现（1/4）•源节点A将路由请求（RREQ）消息局部广播发送–Routediscovery的发起者A–Routediscovery的目标E–Requestid–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ROUTEREQUEST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–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；路由发现（4/4）•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；路由维护•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;路由维护•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协议优点•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DSR协议缺点•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–网络可扩展性不强分级体系•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。分级路由协议概念•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。–通过分区策略产生较为稳定的子网，减少拓扑结构变化对路由协议带来的影响分级路由协议的优缺点•优点–拓扑结构细节通过节点的层层聚合被隐藏起来大大降低大型网络的存储要求。–路由信息分层传播需要在全局传播的路由信息较少–有限的链路状态维护–按需建立路由•缺点–分级路由协议的移动管理比较复杂–某些节点（clusterhead/gateway）比其他节点承担更多的通信和计算负载。评价MANET路由协议的指标•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