移动自组织网络2011

第八章移动自组织网络概要1.无线网络的发展2.什么是移动自组织网络？3.移动自组织网络的应用4.移动自组织网络的关键技术5.移动计算网络的最新发展6.中国移动自组织网络的发展一、无线网络的发展无线通信无线通信是现代通信领域中增长最迅速和发展最具潜力的。无线通信涉及蜂窝移动通信、卫星通信、数字广播和无线局域网。无线技术的发展：蜂窝通信网1G:模拟话音业务，电路交换2G:数字化音业务，数字的电路交换2.5G:增强的数字分组交换业务3G:无线Internet业务，交互视频，CD质量的语音4G:宽带无线接入，完全无缝，全IP网络无线技术的发展：无线局域网等802.1x蓝牙技术HomeRFHiperLAN红外网络（IrDA）802.11系列无线局域网1、二战期间：美国陆军利用无线电信号传输资料,2、1971年，美国夏威夷大学创造了第一个基于分组技术的无线电通讯网络(ALOHNET网络)，是最早的无线局域网络,3、1997年，IEEE推出了其无线局域网络的第一个标准802.11,4、1999年9月，IEEE推出了IEEE802.11a标准和IEEE802.11b标准，5、2003年初，IEEE将推出IEEE802.11g标准。802.11/11a/11b/11g规范介质访问控制层(MAC)无线介质访问，网络连接，数据验证和保密物理层(PHY)物理层提供管理，与MAC原语通讯，物理层实体的发送和接收802.11a/b/g的简单比较世界的Internet人口(2000年末)国名Internet人口（百万人）比例（%）美国135.736.2日本26.97.18德国19.15.10英国17.94.77中国15.84.20全世界合计约3亿7490万人。（美国eTForecasts公司。）未来的Internet由以下部分组成：有线的全光纤的骨干网，移动蜂窝数字网络，结构化的无线局域网，无框架的移动自组织网络。未来的Internet移动蜂窝网络移动自组织网络固定网络BSCBSCBSC无线局域网络二、什么是移动自组织网络？移动自组织网络又称移动Ad-hoc网络（MANET：MobileAd-hocNETwork）、对等的（Peer-To-Peer）移动计算网络、或无框架的移动网络。采用无线通信技术，通过结点转发，实现网络内部节点之间的通信。移动自组织网络的特点多跳（multi-hop）,无基础设施（infrastructure-less）,自组织（self-organized）,每个移动节点在需要通信时可以自发发起一个网络或者参加已经存在的网络，也可以自由退出一个网络，节点移动（nodemobility），网络中的移动结点都是平等的，互相作为其邻居结点的路由器，动态拓扑（dynamictopology）。为什么移动自组织网络？移动计算网络发展迅速：人们对移动服务信息内容和形式的需求的增加，移动数据业务和多媒体业务在通信中的比重越来越多。为什么移动自组织网络？（续）现有移动计算网络的限制：蜂窝数字分组数据（CDPD:CellulardigitalPacketData）都需要基站作为中继和管理中心，传统的Internet都需要设置网关和服务器，最新的移动IP，无论是在IPv4还是Ipv6中，都需要固定主机用作本地代理（HomeAgent）,在有框架（Infrastructure）的无线局域网中，也需要有接入点(AccessPoint)来完成网络管理和数据中继的功能。优点1、快速组网2、廉价组网难点1、动态的拓扑需要高性能的路由算法2、无线信道误码率高3、带宽受限4、移动终端的功耗5、移动信息安全IEEE802.11b中的Ad-hoc模式IEEE802.11b中的工作模式1Adhoc网络简介---网络结构Adhoc网络简介---网络结构三、移动自组织网络的应用一个移动自组织网络T1T2MH1MH1MH3MH3MH4MH4移动自组织网络的应用场合临时、突发场合，如：军事行动、灾害抢险、医疗救助、会议室活动、视频点播等。军事应用1981年：美国就为海军特谴部队提出了一种高频自组织网，1991年：美国又研究了一种“改进型高频数据网”，充分应用了短波自组织网技术，1994年：美国抗毁自适应系统演示，以宽带技术为基础，改善了战术通信的机动性和生存能力，近年来：美、英、法、荷兰等国的单兵作战系统，未来的单兵通信系统：宽带化的、手持或便携式个人移动终端。军事应用（续）自组织网技术正是建立完善的单兵通信系统的核心技术，它对发展单兵作战系统起到了关键的作用。民用和商用灾害抢险、医疗救护、科学考察、会议室环境、建立无线信息家电网络。移动自组织网络的应用简介四、移动自组织网络的关键技术移动自组织网络标准移动自组织网络在物理层和媒质介入控制层应用到的802.11无线局域网系列标准主要有IEEE802.11、IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g。网络层标准移动自组织网络的网络层的研究才刚刚开始，没有全球统一的标准系统，IEEE802.11b标准只是规定了有一种无结构的工作方式，没有具体的协议内容，Internet工程任务组(IETF)于1996年成立的移动Adhoc网络工作组(MANET)，其主要目标就是针对移动自组织网络，开发基于IP协议的路由、多播（multicast）机制。MANET关键技术涉及通信、计算机、网络和信息安全等学科的最先进技术，是最新科学技术与人类生活需要相结合的产物。MANET关键技术移动自组织网络路由协议移动自组织网络中的移动代理技术移动自组织网络中的多播算法移动自组织网络的QoS策略基于IP的移动自组织网络移动自组织网络的安全协议MANET网络现存的问题网络结构、点到点通信的动态路由、点到多点通信的动态多播、管理和安全。研究MANET的开始点准确地描述网络的构成和拓扑:在MANET中，每一个移动用户都在随机地移动着，而且可以自发地登录/登出网络，所以网络的拓扑结构频繁地变化着由于拓扑的不断变化，路由信息也必须不断更新移动自组织网络的网络结构平坦型（flat），分层（hierarchy），多层（multi-hierarchy）。取决于网络规模，移动特性，业务类型等，服务于网络的路由和管理功能。MANET的网络结构（续）平坦型的结构可以利用多条路由，消除路由瓶颈，但网络规模受限；分层的结构可以简化网络拓扑结构，减少路由信息，但会加大网络建立时的控制开销，存在非最佳路由，并且随着网络平均移动速度的增加，因频繁的拓扑变化可能导致网络崩溃。MANET路由协议作为移动自组织网络的关键技术之一，直接决定了整个网络的性能；路由协议分类有多种方法：网络规模、移动特点、路由产生途径等按路由信息产生方式1、表驱动(table-driven)路由协议（又称为先验式（proactive）路由协议）、2、随选（on-demand）路由协议（又称为后验式（reactive）路由协议）、3、混合式（Hybrid）路由协议。表驱动路由协议基于路由表的路由协议，要求每一个移动节点保留一个或多个表格来存储路由信息,每当检测到网络拓扑发生变化时，该节点发送路由更新消息给整个网络,收到路由更新消息的节点便更新自己的路由表内容。随选路由协议指当一个节点需要通信时才触发路由查找过程，因此每一个移动节点并不用保存实时的路由信息，等到获得所需的路由时，才开始发送数据分组。混合式路由协议是对上两种类型的折中，把路由刷新只限制在局部范围内，对于远的节点，采用随选式路由协议，如区域路由协议（ZRP）等。MANET组播(multicast)协议组播作为一种高效的数据分组发送方式，特别是用于MANET这种资源有限的系统中。移动终端发送分组给一组移动终端，以一次发送代替多次发送给单一接受终端；它可以减少网络负载，节省网络带宽。。无线电波的广播特性，使它更适合于多播传输。移动多播可以用于FTP服务、语音会议、电视会议以及其它的点对多点/多点对多点的多媒体通信。MANET组播协议分类按照数据包传递方式分为基于树（tree）的多播协议基于网格（mesh）的多播协议树vs.网格现有树多播方式由于周期性/触发性的路由表刷新而引入了控制开销，而且多播树的生成造成一定的时延，在网格多播方式中，每个移动节点保留一定数量的相邻节点的信息，称为网格信息。这样的多播就会有多条传输路径，不会因为一个连接的断开而使传输中断。现有的网格多播方式，在快速移动的环境中因控制开销的增加会出现网络拥塞。QoS和信息安全目前的MANET路由协议，还不能提供QoS的保证，目前的安全策略，有安全认证、SSID、WEP协议等，一部分WLAN安全策略可用于MANET。需要适合于MANET的信息安全策略。五、移动计算网络的最新发展SHAKESHAringmultiplepathsprocedureforaclustertypenetworKEnvironmentCN优点：提高数据传送速率增加网络有效带宽MN=MobileNodeCN=CorrespondentNodeClusterlink无线通信信道的共享MNMNMNInternet实验结果02040608010012014016018002468Sizeoffile(M)Transfertime(S)withoutSHAKEwithSHAKE基于代理（MMA）的移动多播算法移动多播代理（MobileMulticastAgent）：代替移动节点构成多播组，简化了多播组的构成，树的结构，这样就可以减少网络负载，简化树的发现和维护。其代价是在通信开始前必须建立框架（spine），路由不一定是最优的，而且spine节点（MMA）的负担加重。概观接收节点多播代理发送节点移动主机某时刻的多播树MulticasttreewithMMAMulticasttreewithAODV结论节点的移动要求额外的控制信令来完成多播树的修补即获得节点的位置信息。同AODV多播操作相比，明显的，控制分组的数量降低了。研究热点MulticastQoSSupportPower-awareroutingLocation-aidedroutingSecurityAuthentication中国移动自组织网络的发展中国移动自组织网络的发展“十五”863计划信息技术领域通信技术主题个人通信专题：基于3G技术的移动自组织网络研究未来无线通信通用环境(FuTURE)研究项目中国高技术研究发展计划（863计划）通信主题重大项目,主要目标是面向未来10年无线通信领域的发展趋势与需求，研究Beyond3G/4G新一代蜂窝通信空中接口技术，建立关键技术验证系统，支持面向未来的无线通信新业务未来无线通信通用环境(FuTURE)研究项目推进国际合作，对形成新一代无线与移动通信知识产权和体制标准方面做出较大贡献，使中国移动通信技术研究与国际先进水平同步发展，为实现中国未来无线通信产业的跨越式发展创造条件。中国FuTURE项目总体专家委员会负责中国未来移动通信的科研管理与技术协调。FuTURE项目的近期研究重点为:面向Beyond3G/4G的无线传输技术,移动自组织网络技术,多天线无线通信环境技术等。服务和服务质量决定MANET未来服务种类服务质量服务价格信息安全调查1:对WLAN的支持(A)支持60票约占58%(B)反对21票约占20%(C)无所谓21票约占20%调查2：获得无线网卡使用权方式(A)系里出部分钱资助，自己出大部分购买?11票约占15%(B)系里购买，自己租用；50票约占69%(C)自己想办法。11票约占15%调查3：可以接受的无限网卡价格(A)500￥以下；53票约占72%(B)500-1000￥；12票约占16%(C)1000-1500￥；4票约占5%(D)1500-20