移動(dòng)計(jì)算技術(shù)--Ad-hoc概述-2014

移動(dòng)計(jì)算技術(shù)-_Ad_hoc概述_2014第一頁，共57頁。通信發(fā)展趨勢兩大發(fā)展趨勢無線/移動(dòng)IPIP第二頁，共57頁。WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：WLAN有兩種主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：自組織網(wǎng)絡(luò)，也稱對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，Adhoc網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（InfrastructureNetwork）第三頁，共57頁。FixedInfrastructure現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)（有固定基礎(chǔ)設(shè)施支持）交換機(jī)基站終端NoexistingInfrastructure

新型無線通信網(wǎng)絡(luò)（無預(yù)先的基礎(chǔ)設(shè)施支持）第四頁，共57頁。Adhoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史PRNET項(xiàng)目（1972）SURSAN項(xiàng)目（1983）MANET小組（1997）GloMo項(xiàng)目（1994）NTDR項(xiàng)目第五頁，共57頁。1972年分組無線網(wǎng)（PRNET）戰(zhàn)場環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信1983年抗毀自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（SURAN）支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境需要的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1994年全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GloMo）滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀星的移動(dòng)信息系統(tǒng)DARPA資助DefenseAdvancedResearchProjectAgencyAdhoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史第六頁，共57頁。1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc網(wǎng)絡(luò)”自組織、對(duì)等式、多跳無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)1997年IETF成立MANET工作組基于IP的無線多跳網(wǎng)絡(luò)路由2003年IRTF成立ANS研究組其它研究機(jī)構(gòu)ClosedAdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalabilityAdhoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史第七頁，共57頁。Adhoc網(wǎng)絡(luò)的起源IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)采用了“Adhoc網(wǎng)絡(luò)”一詞來描述這種特殊的自組織對(duì)等式多跳移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，Adhoc網(wǎng)絡(luò)就此誕生。AdHoc源于拉丁語，意思是“forthis”引申為“forthispurposeonly”，即“為某種目的設(shè)置的，特別的”意思，即Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種有特殊用途的網(wǎng)絡(luò)。第八頁，共57頁。Adhoc網(wǎng)絡(luò)的起源通常的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)是對(duì)固定有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和發(fā)展，它們需要固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，并且一般采用集中式的控制方式。但在某些特殊環(huán)境或緊急情況下，有中心的移動(dòng)通信技術(shù)并不能勝任。比如，戰(zhàn)場上部隊(duì)快速展開和推進(jìn)、發(fā)生地震等自然災(zāi)害后的搜索和營救、野外科考等。第九頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)的定義由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的(移動(dòng))終端節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)多跳臨時(shí)性自治系統(tǒng)每個(gè)(移動(dòng))終端同時(shí)具有路由器和主機(jī)兩種功能：作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議節(jié)點(diǎn)間路由通常由多跳(Hop)組成不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以在任何地方、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建多跳無線網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)或者對(duì)等網(wǎng)絡(luò)第十頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（1）獨(dú)立組網(wǎng)不需要任何預(yù)先網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)移動(dòng)/開機(jī)/關(guān)機(jī)節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送功率變化、無線信道干擾或者地形等因素影響自組織無控制中心節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度可能都是無法預(yù)測的第十一頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（2）多跳路由接收端和發(fā)送端可使用比兩者直接通信小得多的功率進(jìn)行通信，因此節(jié)省了能量消耗通過中間節(jié)點(diǎn)參與分組轉(zhuǎn)發(fā)，能夠有效降低對(duì)無線傳輸設(shè)備的設(shè)計(jì)難度和成本，同時(shí)擴(kuò)大了自組織網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍第十二頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（3）特殊的無線信道特征無線信道提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬比有線信道低得多競爭無線共享信道產(chǎn)生碰撞信號(hào)衰落、噪聲干擾以及信道之間的干擾等終端的局限性能量、存儲(chǔ)、計(jì)算等資源受限安全性差無線鏈路的開放性移動(dòng)性導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間信任關(guān)系的變化可擴(kuò)展性不強(qiáng)節(jié)點(diǎn)之間的相互干擾造成網(wǎng)絡(luò)容量下降各節(jié)點(diǎn)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增加而下降存在單向無線信道終端發(fā)射功率的不同及地形環(huán)境的影響第十三頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)與Sensor網(wǎng)絡(luò)Sensor網(wǎng)絡(luò)可以看作是一種特殊類型的AdHoc網(wǎng)絡(luò)各個(gè)無線節(jié)點(diǎn)靜態(tài)地隨機(jī)分布在某一區(qū)域。傳感器負(fù)責(zé)收集區(qū)域內(nèi)的傳感信號(hào)，將它們發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)具有更大的處理能力，能進(jìn)一步處理信息，并且具有更大的發(fā)送范圍，可將信息送往某個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)（Internet）并且到達(dá)最終的用戶與一般AdHoc網(wǎng)絡(luò)相比：節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、分布稠密節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源進(jìn)一步受限第十四頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)單跳與多跳研究重點(diǎn)不同通信模式不同主要研究集中在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層移動(dòng)終端的所有通信必須經(jīng)過無線接入點(diǎn)進(jìn)行無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡(luò)，不存在路由問題AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容主要以路由協(xié)議為核心的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)終端的通信是對(duì)等的第十五頁，共57頁。移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)與移動(dòng)IPMANET移動(dòng)IP第十六頁，共57頁。

移動(dòng)自組網(wǎng)——MANETs

在某些特殊環(huán)境下或緊急請況下，如何應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)共同的要求移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

自然災(zāi)害時(shí)，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施不可用進(jìn)行科學(xué)考察、探險(xiǎn)、沒有可用的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)場上，如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程的協(xié)同通信

動(dòng)態(tài)的、快速部署不依賴或很少依賴現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)第十七頁，共57頁。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的組成方式

移動(dòng)終端式移動(dòng)路由式

邏輯上移動(dòng)終端到達(dá)固定網(wǎng)絡(luò)的路由器只有一跳的距離固定互聯(lián)網(wǎng)要解決移動(dòng)中接入所需要的定位和地址管理問題

移動(dòng)路由器和移動(dòng)終端組成一個(gè)獨(dú)立的無線互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端永久性或臨時(shí)性地與移動(dòng)路由器相連移動(dòng)自組網(wǎng)——MANETs第十八頁，共57頁。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的研究主要兩個(gè)分支

聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)JTRS（JointTacticalSystem）移動(dòng)專網(wǎng)工作組MANET（MobileadhocNetworks）

美國國防部，1996年主要研究用于構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IFTF），1997年利用多跳無線網(wǎng)構(gòu)造一個(gè)基于IP的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，并通過實(shí)現(xiàn)IP與固定互聯(lián)網(wǎng)的無線連接移動(dòng)自組網(wǎng)——MANETs第十九頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題(1)特殊的信道共享方式共享信道隱藏節(jié)點(diǎn)問題/暴露節(jié)點(diǎn)問題動(dòng)態(tài)變化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋫鹘y(tǒng)路由協(xié)議花較高代價(jià)獲取的路由信息可能已經(jīng)陳舊有限的無線傳輸帶寬減少節(jié)點(diǎn)之間的交換的消息減少控制消息帶來的額外開銷有限的能量能量管理機(jī)制，各層考慮能量控制，包括網(wǎng)絡(luò)層路由安全問題無線信道的開放性更容易受到各種攻擊移動(dòng)性使得節(jié)點(diǎn)的信任關(guān)系不斷變化由于節(jié)點(diǎn)資源受限，安全機(jī)制應(yīng)該是分布式的RTS/CTS，CSMA/CA網(wǎng)絡(luò)路由時(shí)需考慮第二十頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題(2)網(wǎng)絡(luò)管理拓?fù)涔芾泶_定將一組節(jié)點(diǎn)組織成網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制移動(dòng)性管理跟蹤網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置服務(wù)質(zhì)量管理多跳拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)使得服務(wù)質(zhì)量保證更加困難自動(dòng)配置…第二十一頁，共57頁。隨著我國電信市場競爭的加劇，找準(zhǔn)和開拓新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)成了電信運(yùn)營商和設(shè)備提供商在市場中掌握先機(jī)的關(guān)鍵。采用移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的MESH無線區(qū)域網(wǎng)等業(yè)務(wù)被認(rèn)為是未來的業(yè)務(wù)熱點(diǎn)之一。甚至有人稱：就象IP網(wǎng)絡(luò)改造傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)一樣，移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可能對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營模式帶來劃時(shí)代的影響。AdHoc自組織無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)意義深遠(yuǎn)第二十二頁，共57頁。自組織功能Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十三頁，共57頁。動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋀i-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十四頁，共57頁。自動(dòng)最佳路由選擇最佳路由備選替換路由有線回傳Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十五頁，共57頁。自動(dòng)路由保護(hù)/恢復(fù)Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十六頁，共57頁。最佳路由備選替換路由有線回傳Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi無縫漫游----支持移動(dòng)IP功能第二十七頁，共57頁。方便擴(kuò)展Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi第二十八頁，共57頁。AdHoc網(wǎng)絡(luò)與ISO模型第二十九頁，共57頁。AdHoc在未來無線通信中的應(yīng)用研究表明大型的獨(dú)立AdHoc實(shí)用性不高，它在路由方面開銷較大，并且存在安全問題，傳輸速率也比較低。小型的AdHoc網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為使用范圍廣泛，在家庭、會(huì)議及一些個(gè)人通信領(lǐng)域有很大的商業(yè)潛力。而802.11和藍(lán)牙技術(shù)也使得小型AdHoc易于配置。第三十頁，共57頁。自組網(wǎng)的應(yīng)用1、城域無線通信（無線寬帶接入、小區(qū)覆蓋等）2、企業(yè)局域網(wǎng)：展覽中心、體育場、旅游區(qū)、大型倉庫、港口、建筑、煤礦、石油/化工、環(huán)保、….3、應(yīng)急/救援通信系統(tǒng)4、工業(yè)自動(dòng)化控制5、智能交通6、傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)7、家庭安全監(jiān)測系統(tǒng)8、戰(zhàn)場偵察網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)地監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、信息中繼9、各種遠(yuǎn)程監(jiān)測/監(jiān)控系統(tǒng)（如環(huán)保、水文、地質(zhì)、資源保護(hù)、研究等）10、公安/交警/消防11、……….第三十一頁，共57頁?；赪LAN的

ADHOC自組織無線網(wǎng)絡(luò)

iiiiiii第三十二頁，共57頁。基于WLAN的自組織無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAX第三十三頁，共57頁?；赪LAN的移動(dòng)自組網(wǎng)IEEE802.11b/g（2.4GHz）、IEEE802.11（5GHz）每個(gè)節(jié)點(diǎn)200—2000m覆蓋范圍64/128位WEP加密（或WAPI）（可根據(jù)需要增加不同層次的加密功能）高帶寬，11--54M/s或更高（IEEE802.11n）面向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(Dataserviceoriented)的網(wǎng)絡(luò)支持VoWi-Fi網(wǎng)絡(luò)可靠性高組網(wǎng)非常方便通用性和兼容性強(qiáng)成本優(yōu)勢豐富的終端支持第三十四頁，共57頁。和其它寬帶網(wǎng)絡(luò)的集成Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAXWi-FiWi-FiWi-Fi第三十五頁，共57頁。方便的寬帶無線接入方案Internet光纖骨干網(wǎng)MESHWi-Fi接入網(wǎng)有線或WiMAX第三十六頁，共57頁。在城域中的運(yùn)用第三十七頁，共57頁。與其他移動(dòng)通信技術(shù)的結(jié)合第三十八頁，共57頁。移動(dòng)現(xiàn)場辦案AP和終端都可移動(dòng)“網(wǎng)格化布警”

第三十九頁，共57頁?，F(xiàn)場布控/緊急通信第四十頁，共57頁。寬帶無線小區(qū)接入第四十一頁，共57頁。校園/醫(yī)院/大型企業(yè)寬帶無線專網(wǎng)高帶寬網(wǎng)絡(luò)自愈功能很強(qiáng)無縫漫游成本低不用布線，布網(wǎng)方便擴(kuò)展性強(qiáng)第四十二頁，共57頁。巨大的成本優(yōu)勢不到3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用的1/10高帶寬（IEEE802.11n）安裝/維護(hù)費(fèi)用低第四十三頁，共57頁。自組網(wǎng)的局限性

無法保證始終提供可靠的網(wǎng)絡(luò)連通性自組網(wǎng)技術(shù)目前尚處在研究階段，最終能否為用戶接受而應(yīng)用到通訊市場還不太明朗自組網(wǎng)的擴(kuò)展性還有待于進(jìn)一步探討由于數(shù)據(jù)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)而帶來傳輸延遲還很大網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（Qos）還很難保障存在安全感隱患第四十四頁，共57頁。自組織網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)方法

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行自組網(wǎng)的性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)可以隨意設(shè)置和調(diào)整不同研究成果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性

OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件是目前世界上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)仿真開發(fā)和應(yīng)用平臺(tái)在美軍的戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的建模與仿真中，

OPNET已逐漸成為通用的仿真平臺(tái)在美軍的未來的戰(zhàn)斗系統(tǒng)中FCS通信子系統(tǒng)的研制中，也使用OPNET作為仿真平臺(tái)第四十五頁，共57頁。無線自組網(wǎng)的研究重點(diǎn)MAC---碰撞/沖突避免、隱藏和暴露終端問題網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)（自動(dòng)組網(wǎng)，相鄰發(fā)現(xiàn)等）自組織路由協(xié)議的設(shè)計(jì)和開發(fā)（自動(dòng)路由建立、維護(hù)和恢復(fù)等）QoS保證功率控制與管理網(wǎng)絡(luò)的信息安全第四十六頁，共57頁。實(shí)現(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議服務(wù)質(zhì)量管理功率控制傳輸層性能AdHoc網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全問題網(wǎng)絡(luò)管理感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接高度自適應(yīng)性能量、服務(wù)質(zhì)量等約束信道接入技術(shù)節(jié)能機(jī)制多個(gè)AdHoc網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)AdHoc內(nèi)部節(jié)點(diǎn)訪問Internet第四十七頁，共57頁。RFBBPMAC/LLCNewNetworkLevelApplicationLevelAdHocSubnet傳輸LevelCoreTechnology一般需要多層次協(xié)議層協(xié)調(diào)工作、綜合考慮。第四十八頁，共57頁。ExistingMANETprotocolsMANETroutingprotocolsdiscoverrouteson-demand(re-active)Maintainupdatedroutes(pro-active)SourceroutingTabledrivenVariationofdistantvector?Variationsoflinkstaterouting?DSRAODV,ABR,TORADSDV、CGSROLSR先應(yīng)式路由按需路由混合式路由（Hybrid）ZRP(局部先應(yīng)，廣域按需）其它：功率感知路由、地理位置信息路由、

QoS路由、多播路由、可擴(kuò)展路由第四十九頁，共57頁。無線自組網(wǎng)的研究重點(diǎn)節(jié)能設(shè)計(jì)

能源對(duì)于自組網(wǎng)來說是一個(gè)十分寶貴的資源用于維持網(wǎng)絡(luò)通信所產(chǎn)生的能源開銷+移動(dòng)終端正常運(yùn)行所產(chǎn)生的能源開銷軍事應(yīng)用以及充電困難的環(huán)境下，用戶不可能攜帶大量電池和對(duì)電池進(jìn)行充電即使攜帶備用電池和有充電條件也沒有時(shí)間來操作第五十頁，共57頁。無線自組網(wǎng)的研究重點(diǎn)安全問題

自組網(wǎng)本身固有的一些特點(diǎn)使得其具有如下的安全問