移動自組織網(wǎng)絡(luò)

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IP網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)的發(fā)展：無線局域網(wǎng)等802.1x藍牙技術(shù)HomeRFHiperLAN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，美國夏威夷大學創(chuàng)造了第一個基于分組技術(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)的第一個標準802.11,4、1999年9月，IEEE推出了IEEE802.11a標準和IEEE802.11b標準，5、2003年初，IEEE將推出IEEE802.11g標準。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)驗證和保密物理層(PHY)

物理層提供管理，與MAC原語通訊，物理層實體的發(fā)送和接收802.11a/b/g的簡單比較世界的Internet人口(2000年末)國名Internet人口（百萬人）比例（%）美國135.736.2日本26.97.18德國19.15.10英國17.94.77中國15.84.20全世界合計約3億7490萬人。（美國eTForecasts公司。）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

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)

移動自組織

網(wǎng)絡(luò)

固定網(wǎng)絡(luò)

BSC

BSC

BSC

無線局域

網(wǎng)絡(luò)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：MobileAd-hocNETwork）、對等的（Peer-To-Peer）移動計算網(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)點轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點之間的通信。移動自組織網(wǎng)絡(luò)的特點多跳（multi-hop）,無基礎(chǔ)設(shè)施（infrastructure-less）,自組織（self-organized）,

每個移動節(jié)點在需要通信時可以自發(fā)發(fā)起一個網(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網(wǎng)絡(luò)，

節(jié)點移動（nodemobility），網(wǎng)絡(luò)中的移動結(jié)點都是平等的，互相作為其鄰居結(jié)點的路由器，動態(tài)拓撲（dynamictopology）。為什么移動自組織網(wǎng)絡(luò)？移動計算網(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)有移動計算網(wǎng)絡(luò)的限制：蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD:CellulardigitalPacketData）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，都需要固定主機用作本地代理（HomeAgent）,在有框架（Infrastructure）的無線局域網(wǎng)中，也需要有接入點(AccessPoint)來完成網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)中繼的功能。

優(yōu)點1、快速組網(wǎng)2、廉價組網(wǎng)難點1、動態(tài)的拓撲需要高性能的路由算法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1Adhoc網(wǎng)絡(luò)簡介---網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Adhoc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)用一個移動自組織網(wǎng)絡(luò)T1T2MH1MH1MH3MH3MH4MH4移動自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合

臨時、突發(fā)場合，如：軍事行動、災(zāi)害搶險、醫(yī)療救助、會議室活動、視頻點播等。軍事應(yīng)用1981年：美國就為海軍特譴部隊提出了一種高頻自組織網(wǎng)，1991年：美國又研究了一種“改進型高頻數(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、醫(yī)療救護、科學考察、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)標準移動自組織網(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)系列標準主要有

IEEE802.11、

IEEE802.11b、

IEEE802.11a、

IEEE802.11g。網(wǎng)絡(luò)層標準移動自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層的研究才剛剛開始，沒有全球統(tǒng)一的標準系統(tǒng)，IEEE802.11b標準只是規(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Adhoc網(wǎng)絡(luò)工作組(MANET)，其主要目標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）機制。MANET關(guān)鍵技術(shù)涉及通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)和信息安全等學科的最先進技術(shù)，是最新科學技術(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)、點到點通信的動態(tài)路由、點到多點通信的動態(tài)多播、管理和安全。

研究MANET的開始點準確地描述網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和拓撲:在MANET中，每一個移動用戶都在隨機地移動著，而且可以自發(fā)地登錄/登出網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)頻繁地變化著由于拓撲的不斷變化，路由信息也必須不斷更新

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)拓撲結(jié)構(gòu)，減少路由信息，但會加大網(wǎng)絡(luò)建立時的控制開銷，存在非最佳路由，并且隨著網(wǎng)絡(luò)平均移動速度的增加，因頻繁的拓撲變化可能導致網(wǎng)絡(luò)崩潰。MANET路由協(xié)議作為移動自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接決定了整個網(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、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（又稱為先驗式（proactive）路由協(xié)議）、2、隨選（on-demand）路由協(xié)議（又稱為后驗式（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，要求每一個移動節(jié)點保留一個或多個表格來存儲路由信息,每當檢測到網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化時，該節(jié)點發(fā)送路由更新消息給整個網(wǎng)絡(luò),收到路由更新消息的節(jié)點便更新自己的路由表內(nèi)容。隨選路由協(xié)議指當一個節(jié)點需要通信時才觸發(fā)路由查找過程，因此每一個移動節(jié)點并不用保存實時的路由信息，等到獲得所需的路由時，才開始發(fā)送數(shù)據(jù)分組?；旌鲜铰酚蓞f(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)，對于遠的節(jié)點，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對多點/多點對多點的多媒體通信。MANET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延，在網(wǎng)格多播方式中，每個移動節(jié)點保留一定數(shù)量的相鄰節(jié)點的信息，稱為網(wǎng)格信息。這樣的多播就會有多條傳輸路徑，不會因為一個連接的斷開而使傳輸中斷?，F(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，有安全認證、SSID、WEP協(xié)議等，一部分WLAN安全策略可用于MANET。需要適合于MANET的信息安全策略。

五、移動計算網(wǎng)絡(luò)的最新發(fā)展SHAKE

SHAringmultiplepathsprocedureforaclustertypenetworKEnvironmentCN優(yōu)點：提高數(shù)據(jù)傳送速率增加網(wǎng)絡(luò)有效帶寬MN=MobileNodeCN=CorrespondentNodeClusterlink無線通信信道的共享MNMNMNInternet實驗結(jié)果基于代理（MMA）的移動多播算法移動多播代理（MobileMulticastAgent）：

代替移動節(jié)點構(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)負載，簡化樹的發(fā)現(xiàn)和維護。

其代價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（MMA）的負擔加重。概觀接收節(jié)點多播代理發(fā)送節(jié)點移動主機某時刻的多播樹MulticasttreewithMMAMulticasttreewithAODV結(jié)論節(jié)點的移動要求額外的控制信令來完成多播樹的修補即獲得節(jié)點的位置信息。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MulticastQoSSupportPower-awareroutingLocation-aidedroutingSecurityAuthentication中國移動自組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中國移動自組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展“十五”863計劃信息技術(shù)領(lǐng)域通信技術(shù)主題個人通信專題：

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)研究項目中國高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）通信主題重大項目,主要目標是面向未來10年無線通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與需求，研究Beyond3G/4G新一代蜂窩通信空中接口技術(shù)，建立關(guān)鍵技術(shù)驗證系統(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)研究項目推進國際合作，對形成新一代無線與移動通信知識產(chǎn)權(quán)和體制標準方面做出較大貢獻，使中國移動通信技術(shù)研究與國際先進水平同步發(fā)展，為實現(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項目總體專家委員會負責中國未來移動通信的科研管理與技術(shù)協(xié)調(diào)。FuTURE項目的近期研究重點為:面向Beyond3G/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)價格信息安全調(diào)查1:對WLAN的支持