移動自組織網(wǎng)絡(luò)ppt課件

1、第八章移動自組織網(wǎng)絡(luò),概要,1.無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 2.什么是移動自組織網(wǎng)絡(luò)？ 3.移動自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 4.移動自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 5.移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的最新發(fā)展 6.中國移動自組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,一、無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,無線通信,無線通信是現(xiàn)代通信領(lǐng)域中增長最迅速和發(fā)展最具潛力的。 無線通信涉及蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字廣播和無線局域網(wǎng),無線技術(shù)的發(fā)展：蜂窩通信網(wǎng),1G: 模擬話音業(yè)務(wù)，電路交換 2G: 數(shù)字化音業(yè)務(wù)，數(shù)字的電路交換 2.5G: 增強(qiáng)的數(shù)字分組交換業(yè)務(wù) 3G: 無線Internet業(yè)務(wù)，交互視頻，CD質(zhì)量的語音 4G: 寬帶無線接入，完全無縫，全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò),無線技術(shù)的發(fā)展：無線局域網(wǎng)等,

2、802.1x 藍(lán)牙技術(shù) HomeRF HiperLAN 紅外網(wǎng)絡(luò)（IrDA,802.11系列無線局域網(wǎng),1、二戰(zhàn)期間：美國陸軍利用無線電信號傳輸資料, 2、1971年，美國夏威夷大學(xué)創(chuàng)造了第一個(gè)基于分組技術(shù)的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)(ALOHNET網(wǎng)絡(luò))，是最早的無線局域網(wǎng)絡(luò), 3、1997年，IEEE推出了其無線局域網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)802.11, 4、1999年9月，IEEE推出了IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)， 5、2003年初，IEEE將推出IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn),802.11/11a/11b/11g規(guī)范,介質(zhì)訪問控制層(MAC)無線介質(zhì)訪問，網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)驗(yàn)證和保

3、密 物理層(PHY)物理層提供管理，與MAC原語通訊，物理層實(shí)體的發(fā)送和接收,802.11a/b/g的簡單比較,世界的Internet人口(2000年末,未來的Internet,由以下部分組成：有線的全光纖的骨干網(wǎng)，移動蜂窩數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)化的無線局域網(wǎng)，無框架的移動自組織網(wǎng)絡(luò),未來的Internet,二、什么是移動自組織網(wǎng)絡(luò),移動自組織網(wǎng)絡(luò),又稱移動Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)（MANET：Mobile Ad-hoc NETwork）、對等的（Peer-To-Peer）移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、或無框架的移動網(wǎng)絡(luò)。 采用無線通信技術(shù)，通過結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的通信,移動自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),多跳（multi-h

4、op）, 無基礎(chǔ)設(shè)施（infrastructure-less）, 自組織（self-organized）,每個(gè)移動節(jié)點(diǎn)在需要通信時(shí)可以自發(fā)發(fā)起一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或者參加已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)，也可以自由退出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)， 節(jié)點(diǎn)移動（node mobility）， 網(wǎng)絡(luò)中的移動結(jié)點(diǎn)都是平等的，互相作為其鄰居結(jié)點(diǎn)的路由器， 動態(tài)拓?fù)洌╠ynamic topology,為什么移動自組織網(wǎng)絡(luò),移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速： 人們對移動服務(wù)信息內(nèi)容和形式的需求的增加，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)在通信中的比重越來越多,為什么移動自組織網(wǎng)絡(luò)？（續(xù),現(xiàn)有移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的限制： 蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD: Cellular digital P

5、acket Data）都需要基站作為中繼和管理中心， 傳統(tǒng)的Internet都需要設(shè)置網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器， 最新的移動IP，無論是在IPv4還是Ipv6中，都需要固定主機(jī)用作本地代理（Home Agent）, 在有框架（Infrastructure）的無線局域網(wǎng)中，也需要有接入點(diǎn)(Access Point)來完成網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)中繼的功能,優(yōu)點(diǎn),1、快速組網(wǎng) 2、廉價(jià)組網(wǎng),難點(diǎn),1、動態(tài)的拓?fù)湫枰咝阅艿穆酚伤惴?2、無線信道誤碼率高 3、帶寬受限 4、移動終端的功耗 5、移動信息安全,IEEE802.11b中的Ad-hoc模式,IEEE802.11b中的工作模式1,Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)簡介-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),

6、Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)簡介-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),三、移動自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,一個(gè)移動自組織網(wǎng)絡(luò),移動自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合,臨時(shí)、突發(fā)場合，如： 軍事行動、 災(zāi)害搶險(xiǎn)、 醫(yī)療救助、 會議室活動 、 視頻點(diǎn)播等,軍事應(yīng)用,1981年：美國就為海軍特譴部隊(duì)提出了一種高頻自組織網(wǎng)， 1991年：美國又研究了一種“改進(jìn)型高頻數(shù)據(jù)網(wǎng)”，充分應(yīng)用了短波自組織網(wǎng)技術(shù)， 1994年：美國抗毀自適應(yīng)系統(tǒng)演示，以寬帶技術(shù)為基礎(chǔ)，改善了戰(zhàn)術(shù)通信的機(jī)動性和生存能力， 近年來：美、英、法、荷蘭等國的單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)， 未來的單兵通信系統(tǒng)：寬帶化的、手持或便攜式個(gè)人移動終端,軍事應(yīng)用（續(xù),自組織網(wǎng)技術(shù)正是建立完善的單兵通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，它對

7、發(fā)展單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)起到了關(guān)鍵的作用,民用和商用,災(zāi)害搶險(xiǎn)、 醫(yī)療救護(hù)、 科學(xué)考察、 會議室環(huán)境、 建立無線信息家電網(wǎng)絡(luò),移動自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用簡介,四、移動自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),移動自組織網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),移動自組織網(wǎng)絡(luò)在物理層和媒質(zhì)介入控制層應(yīng)用到的802.11無線局域網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEE802.11、IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g,網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn),移動自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層的研究才剛剛開始，沒有全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)， IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)只是規(guī)定了有一種無結(jié)構(gòu)的工作方式，沒有具體的協(xié)議內(nèi)容， Internet工程任務(wù)組(IETF)于1996年成立的移動Ad ho

8、c網(wǎng)絡(luò)工作組(MANET) ，其主要目標(biāo)就是針對移動自組織網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)基于IP協(xié)議的路由、多播（multicast）機(jī)制,MANET關(guān)鍵技術(shù),涉及通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和信息安全等學(xué)科的最先進(jìn)技術(shù)，是最新科學(xué)技術(shù)與人類生活需要相結(jié)合的產(chǎn)物,MANET關(guān)鍵技術(shù),移動自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 移動自組織網(wǎng)絡(luò)中的移動代理技術(shù) 移動自組織網(wǎng)絡(luò)中的多播算法 移動自組織網(wǎng)絡(luò)的QoS策略 基于IP的移動自組織網(wǎng)絡(luò) 移動自組織網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議,MANET網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存的問題,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、 點(diǎn)到點(diǎn)通信的動態(tài)路由、 點(diǎn)到多點(diǎn)通信的動態(tài)多播、 管理和安全,研究MANET的開始點(diǎn),準(zhǔn)確地描述網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和拓?fù)? 在MANET中，每一個(gè)移動用

9、戶都在隨機(jī)地移動著，而且可以自發(fā)地登錄/登出網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁地變化著 由于拓?fù)涞牟粩嘧兓?，路由信息也必須不斷更?移動自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),平坦型（flat）， 分層（hierarchy）， 多層（multi-hierarchy）。 取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，移動特性，業(yè)務(wù)類型等， 服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)的路由和管理功能,MANET的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（續(xù),平坦型的結(jié)構(gòu)可以利用多條路由，消除路由瓶頸，但網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限； 分層的結(jié)構(gòu)可以簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少路由信息，但會加大網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)的控制開銷，存在非最佳路由，并且隨著網(wǎng)絡(luò)平均移動速度的增加，因頻繁的拓?fù)渥兓赡軐?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰,MANET路由協(xié)議,作為移動自組織網(wǎng)絡(luò)的

10、關(guān)鍵技術(shù)之一，直接決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能 ； 路由協(xié)議分類有多種方法：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、移動特點(diǎn)、路由產(chǎn)生途徑等,按路由信息產(chǎn)生方式,1、表驅(qū)動(table-driven)路由協(xié)議（又稱為先驗(yàn)式（proactive）路由協(xié)議）、 2、隨選（on-demand）路由協(xié)議（又稱為后驗(yàn)式（reactive）路由協(xié)議）、 3、混合式（Hybrid）路由協(xié)議,表驅(qū)動路由協(xié)議,基于路由表的路由協(xié)議， 要求每一個(gè)移動節(jié)點(diǎn)保留一個(gè)或多個(gè)表格來存儲路由信息, 每當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，該節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由更新消息給整個(gè)網(wǎng)絡(luò), 收到路由更新消息的節(jié)點(diǎn)便更新自己的路由表內(nèi)容,隨選路由協(xié)議,指當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要通信時(shí)才觸發(fā)路由查找過

11、程， 因此每一個(gè)移動節(jié)點(diǎn)并不用保存實(shí)時(shí)的路由信息，等到獲得所需的路由時(shí)，才開始發(fā)送數(shù)據(jù)分組,混合式路由協(xié)議,是對上兩種類型的折中， 把路由刷新只限制在局部范圍內(nèi)，對于遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，采用隨選式路由協(xié)議， 如區(qū)域路由協(xié)議（ZRP）等,MANET組播(multicast)協(xié)議,組播作為一種高效的數(shù)據(jù)分組發(fā)送方式，特別是用于MANET這種資源有限的系統(tǒng)中。移動終端發(fā)送分組給一組移動終端，以一次發(fā)送代替多次發(fā)送給單一接受終端；它可以減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。 。 無線電波的廣播特性，使它更適合于多播傳輸。 移動多播可以用于FTP服務(wù)、語音會議、電視會議以及其它的點(diǎn)對多點(diǎn)/多點(diǎn)對多點(diǎn)的多媒體通信,MANET

12、組播協(xié)議分類,按照數(shù)據(jù)包傳遞方式分為基于樹（tree）的多播協(xié)議基于網(wǎng)格（mesh）的多播協(xié)議,樹 vs. 網(wǎng)格,現(xiàn)有樹多播方式由于周期性/觸發(fā)性的路由表刷新而引入了控制開銷，而且多播樹的生成造成一定的時(shí)延， 在網(wǎng)格多播方式中，每個(gè)移動節(jié)點(diǎn)保留一定數(shù)量的相鄰節(jié)點(diǎn)的信息，稱為網(wǎng)格信息。 這樣的多播就會有多條傳輸路徑，不會因?yàn)橐粋€(gè)連接的斷開而使傳輸中斷。 現(xiàn)有的網(wǎng)格多播方式，在快速移動的環(huán)境中因控制開銷的增加會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞,QoS和信息安全,目前的MANET路由協(xié)議，還不能提供QoS的保證， 目前的安全策略，有安全認(rèn)證、SSID、WEP協(xié)議等， 一部分WLAN安全策略可用于MANET。 需要適合于

13、MANET的信息安全策略,五、移動計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的最新發(fā)展,SHAKESHAring multiple paths procedure for a cluster type networK Environment,CN,優(yōu)點(diǎn)：提高數(shù)據(jù)傳送速率 增加網(wǎng)絡(luò)有效帶寬,MN=Mobile Node CN=Correspondent Node,Cluster link,無線通信信道的共享,MN,MN,MN,Internet,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,基于代理（MMA）的移動多播算法,移動多播代理（Mobile Multicast Agent）： 代替移動節(jié)點(diǎn)構(gòu)成多播組，簡化了多播組的構(gòu)成，樹的結(jié)構(gòu)，這樣就可以減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，簡

14、化樹的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)。其代價(jià)是在通信開始前必須建立框架（spine），路由不一定是最優(yōu)的，而且spine節(jié)點(diǎn)（MMA）的負(fù)擔(dān)加重,概觀,某時(shí)刻的多播樹,Multicast tree with MMA,Multicast tree with AODV,結(jié)論,節(jié)點(diǎn)的移動要求額外的控制信令來完成多播樹的修補(bǔ)即獲得節(jié)點(diǎn)的位置信息。 同AODV多播操作相比，明顯的，控制分組的數(shù)量降低了,研究熱點(diǎn),Multicast QoS Support Power-aware routing Location-aided routing Security Authentication,中國移動自組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,中國移動自

15、組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,十五”863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域通信技術(shù)主題個(gè)人通信專題： 基于3G技術(shù)的移動自組織網(wǎng)絡(luò)研究,未來無線通信通用環(huán)境(FuTURE)研究項(xiàng)目,中國高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）通信主題重大項(xiàng)目, 主要目標(biāo)是面向未來10年無線通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與需求， 研究Beyond 3G/4G新一代蜂窩通信空中接口技術(shù)，建立關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)，支持面向未來的無線通信新業(yè)務(wù),未來無線通信通用環(huán)境(FuTURE)研究項(xiàng)目,推進(jìn)國際合作，對形成新一代無線與移動通信知識產(chǎn)權(quán)和體制標(biāo)準(zhǔn)方面做出較大貢獻(xiàn)， 使中國移動通信技術(shù)研究與國際先進(jìn)水平同步發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)中國未來無線通信產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展創(chuàng)造條件,中國FuTURE項(xiàng)目總體專家委員會,負(fù)責(zé)中國未來移動通信的科研管理與技術(shù)協(xié)調(diào)。 FuTURE項(xiàng)目的近期研究重點(diǎn)為: 面向Beyond 3G/4G的無線傳輸技術(shù),移動自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多天線無線通信環(huán)境技術(shù)等,服務(wù)和服務(wù)質(zhì)量決定MANET未來,服務(wù)種類 服務(wù)質(zhì)量 服務(wù)價(jià)格 信息安全,調(diào)查1:對WLAN的支持,A) 支持60 票 約占 58% (B) 反對21 票 約占 20% (C) 無所謂21 票 約占 20,調(diào)查2：獲得無線網(wǎng)卡使用權(quán)方式,A)系里出部分錢資助，自己出大部分購買? 11 票 約占 15% (B) 系里購