ad hoc无线网络综述

1概述Adhoc网络定义根据IEEE的定义，Adhoc网络是一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络，也常被称为移动Adhoc网络。它由一组无线移动节点组成，是一种不需要依靠现有固定通信网络基础设施的、能够迅速展开使用的网络体系，所需人工干预最少，是没有任何中心实体、自组织、自愈的网络。在自组网中，每个用户终端不仅能移动，而且，兼有路由器和主机两种功能。一方面，作为主机，终端需要运行各种面向用户的应用程序；另一方面，作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据的分组转发和路由维护工作。AdHoc网络中的信息流采用分组数据格式，传输采用包交换机制，基于TCP/IP协议簇。所以说，AdHoc网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机通信网络的一种类型。Adhoc网络特点Adhoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。无中心Adhoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。自组织网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。多跳路由当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，Adhoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备完成的。动态拓扑Adhoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。 这些特点使得Adhoc网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别。

Adhoc网络分类Adhoc无线网络按照通信范围划分，分为三类：BAN、PAN以及WLAN。BAN的覆盖范围是2米，PAN约为10米，WLAN则达到几百米。其中对BAN以及PAN常用的技术是Bluetooth蓝牙技术，而在适用于家庭的WLAN技术是IEEE802.11。Adhoc网络现阶段研究方向军用/特定行业军用

无线分组网

(PRNFT)军用.无线自组网军用

无线分组网

(PRNFT)军用.无线自组网(Adhoc)无线传感器网络(WSN)无线IVksh网

CWMN)2应用技术到目前为止，ADHOC网络物理层主要参考来自构建无线局域网的各种标准，其中包括IEEE802.11系列、蓝牙、HiperLAN等标准定义的物理层。2.1蓝牙技术蓝牙概念蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PAD、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz频带，带宽为1Mb/s。蓝牙特点全球可用Bluetooth无线技术免费使用。Bluetooth技术在2.4GHz波段运行，该波段是一种无需申请许可证的工业、科技、医学 (ISM)无线电波段。除了设备费用外，您不需要为使用Bluetooth技术再支付任何费用。设备范围低功耗，小体积以及低成本的芯片解决方案使得 Bluetooth技术甚至可以应用于极微小的设备中。易于使用Bluetooth技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，且易于安装和设置。您不需要电缆即可实现连接。新用户使用亦不费力您只需拥有 Bluetooth品牌产品，检查可用的配置文件，将其连接至使用同一配置文件的另一 Bluetooth设备即可。蓝牙两种连接类型2.2IEEE802.11IEEE802.11特点802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，后推出IEEE802.11b，IEEE802.11a等标准。DCF（DistributedCoordinationFunction）分布协调功能802.11MAC支持两种操作模式：单点协调功能（PCF）和分布协调功能（DCF）。IEEE802.11DCF是IEEE802.11标准委员会制定的无线局域网信道接入协议，采用CSMA/CA机制，其工作原理如下：带有准备传送的新分组数据的移动站（包括AP）首先检测信道是否繁忙，如果信道在DIFS时序间隔（对于802.11网络为50Ms）内为空闲状态，那么移动站将开始准备传送分组数据。否则，移动站继续检测信道。如果信道在DIFS时序间隔内空闲，那么移动站：a）开始将信道时间分为多个时隙单元；b）生成以时隙为单位的随机退避间隔（randombackoffinterval）；c）继续检测信道。接着，在信道仍保持空闲的每个时隙中，退避间隔值减1。当间隔值为0时，移动站将开始传送分组数据。在退避期间，如果在一个时隙中检测到信道繁忙，那么退避间隔将保持不变（冻结），并且只当检测到在DIFS间隔及其下一时隙内信道持续保持空闲，才重新开始减少退避间隔值。当退避间隔为0，将再次传送分组数据。退避机制有助于避免冲突。CSMA/CA的基础是载波侦听，802.11根据WLAN的媒体特点提出了两种载波检测方法，检测信道是否繁忙。一种是基于物理层的载波检测CS，从接收射频或天线信号检测信号能量或根据接收信号的质量来估计信道的忙闲状态；另一种是虚拟CS方式，通过MAC报头或RTS/CTS中的NAV来实现。只要其中之一指示信道正在被使用，信道就被认为已处于忙状态。2.3超宽带无线电技术UWB概念UWB是通过对具有陡然上升和下降时间的冲击脉冲直接进行调制，从而具有GHz量级的带宽。UWB的本质特点：在极宽的频带中进行通信，并为避免对其它系统造成干扰，发射功率受到严格的限制。UWB特点解决了困扰传统无线技术多年的有关传输方面的重大难题，它开发了一个具有千兆赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。同时，它还具有对信道衰落不敏感、发射信号功率频谱密度低、截获能力低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。3路由问题3.1单播路由协议的分类根据网络节点获取路由信息的方法来对移动AdHoc网络的路由算法进行分类表驱动类路由协议（又称主动式路由协议）源节点初始化按需驱动类路由协议（又称反应式路由协议）根据网络节点能否进行地理定位对移动AdHoc网络的路由算法进行分类地理定位辅助路由协议非地理定位辅助路由协议根据网络逻辑视图对移动AdHoc网络的路由算法进行分类分层路由协议平面路由协议3.2表驱动及按需驱动路由协议的特点表驱动路由协议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图典型协议：OLSR、TBRPF按需驱动路由协议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典型协议：DSR、AODV3.2分层路由及平面路由协议的特点分层路由分层路由优点拓扑结构细节通过节点的层层聚合被隐藏起来9大大降低大型网络的存储要求路由信息分层传播9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分层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3.4典型协议的特点按需路由协议DSR(DynamicSourceRouting)DSR是最早采用按需路由思想的协议，使用源路由，采用Cache（缓冲器）存放路由信息，且中间节点不必存储转发分组所需的路由信息优点：采用源路由机制、避免了路由环路。它是一种按需路由协议、只有当两个节点间进行通信时，才会缓存路由纪录，因此相对主动路由来说，减小了路由维护的开销。通过采用路由缓存技术，减少路由请求信息对信道的占用缺点：随着路经跳数的增加，分组头长度线性增加、开销大路由请求分组RREQ采用洪泛发向全网扩散，导致网络负荷大来自邻居节点的RREQ分组在某个节点可能会发生碰撞解决办法是：在发送RREQ分组时引入随机时延当源节点发送路由请求分组RREQ时，可能会收到多个节点缓存的到达目的节点的路由信息，引起竞争。解决办法：若某节点听到其它节点发出的RREQ分组中路由信息含有较少跳数，此节点停止发送。当源节点发送路由请求分组RREQ时，可能会收到多个节点缓存的到达目的节点的路由信息，但有些路由信息可能是过时的。解决办法：引入定时器、链路断的情况应进行全网洪泛。AODV(AdHocondemanddistancevector)协议AODV对DSR进行了改进：参与通信过程的节点需要维护路由表，那些不在路径上的节点不保存路由信息。数据分组不需要包含从源到目的节点的路由信息，即采用逐跳转发分组方式，DSR是源路由方式。AODV中不需要缓存:路由表中只有一条到达目的节点的路径(当存在多跳路径时，只选择最新链路状态的路径)AODV支持组播功能，支持QOS，而且AODV使用IP地址，便于同internet连接。但是，AODVS于双向信道的假设工作，路由应答分组直接沿着路由请求的反方向回到源节点，因而不支持单向信道。优点基于传统的距离向量路由机制，思路简单易懂支持中间节点应答，能使源节点迅速获得路由，有效减少了广播数，但存在过时路由问题节点只存储需要的路由，减少了内存的需要和不必要的复制快速响应活跃在路径上的断链避免了路由环路具有网络的可扩充性缺点需要较长的路由建立时延4传输问题现存在的问题在adhoc无线网络中，TCP受无线传输错误、由相邻跳数的媒体接入竞争以及路由失败有关。其原因：前者是与有线信道相比，adhoc网络带宽窄，信道质量差，对协议的设计提出了新的要求；后者归于路由协议的移动性。解决方法增加网络反馈对按需路由协议，路由缓存会影响TCP的效率。为了节约有限的带宽，就要尽量减少节点间相互交互的信息量，减少控制信息带来的附加开销。能量敏感能量敏感概念能量是保证服务质量、TCP运行以及路由转发修复速度的前提。能量敏感问题是涉及多个层的。表示方法有两种：一种是用每个时间段电池消耗求和作为总表示，第二种是把电池消耗与延迟想结合，用最大延迟代替表示。针对能量节约因素，最直接的是功率控制。节能方法⑴尽力减少分组重传收发信机的高效使用设置优先级，根据节点供电能力调度分组发送⑷节点能耗的控制与管理(5)暂停组成单元的操作6QoS保证QoS(QualityofService)概念服务质量是指发送和接收信息的用户之同，以及用户与传输信息的集成服务网络之间关于信息传输质量的约定。其性能指标，主要包括时延、可用带宽、丢包率和抖动。功率消耗和服务覆盖范围是另外两个QoS属性，这两个属性对移动AdHoc网络很特别Adhoc无线网络中QoS现存问题Adhoc网络链路质量差、网络拓扑动态变化、信道访问存在竞争的特点使得QoS保障问题变得更加复杂。Adhoc网络的QoS支持主要面临以下问题：a)无线信道的时变性。b)无线信道的带宽受限。C)路由机制。d)有限的电池能量。两类典型模型特点INSIGNIA模型INSIGNIA(In-bandsignalinginadhocnetwork)带内信令系统是一种轻量级的、基于IP的、集成了软状态资源管理的、支持Qos的带内信令协议。优势：支持服务区分和应用的自适应性;使用备份路由或重路由来支持快速预约和快速恢复;软状态的分布式资源控制机制;路由、信令和分组转发功能的分离;支持多种路由协议和MAC协议，具有较好的通用性。与路由无关在有线网中，路由协议和资源管理是通过相互协作来满足端到端Qos要求的，二者不可避免会具有一定祸合。INSIGNIA被设计为与路由无关，即独立于路由协议的，信令协议应该能和任何路由协议一起提供端到端的Qos支持。不同的路由协议在对拓扑变化的反应上性能有所不同，但则SIGNIA的QoS框架却是用来护端到端的服务质量，并不直接对拓扑变化作出反应。。带内信令当网络拓扑变化时，INSIGNIA在理想情况下能够在两个连续IP报文的传送间隔内快速恢复“流状态”(now一state)，例如一个预留信息。顶sIGNIA的性能主要依赖于拓扑变化时路由协议重新计算路由的速度。理想情况下，在路由协议的缓存(cache)里有备用路由，那么路由协议重新得到新路由的速度非常快，假如此时新路径上有充足的资源，随着控制信息伴随着数据包的传送，那么“流状态”也会得到快速恢复，取SIGNIA此时的性能就是最好的。软状态管理在INSIGNIA系统中，维护QoS流的状态是极具特色的。INSIGNIA的软状态管理是一种完全的分布式的运行模式。总之，因为上述的主要特点，以及它支持快速预留、恢复和针对适应性服务的调整算法，INSIGNIA信令系统能够适应Adhoc网络的QOS需要，是Adhoc网络中较好的一个信令系统。下面简单介绍一下INSIGNIA信令系统。SWAN模型SWAN(ServicedifferentiationinstatelessWirelessAdhocNetworks)是-一个分布式、无状态的网络模型。SWAN无需使用信令或复杂的控制机制来更新流状态信息，中间节点不需要维护业务流状态信息。SWAN并不需要QoSMAC的支持，它建立在尽力而为MAC层上。网络拓扑的改变也不会影响SWAN的操作。SWAN模型中，分组首先经过一个分类器，分类器能够区分分组的类型，如果是尽力而为的分组，则送到整形器，整形器采用简单的漏桶机制，其目的是根据速率控制器计算出的可用带宽。调整尽力而为分组所占用的带宽，而实时流分组并不需要通过整形器。由于在SWAN模型中，中间节点不需要维护流的状态，因此该模型又被称为无状态模型。SWAN采用基于显式拥塞指示ECN的调节机制对实时会话进行调节，当阻塞发生后，根据ECN标志位，SWAN将重