移动自组织网络通信技术综述

课程名 自组织通信 学期 2013 2014 学年第二学期 年级 2013 级 姓名 黄莉婷 学号 移动自组织网络通信技术综述移动自组织网络通信技术综述 2001 年以前 Ad Hoc 还只是一个在很少一部分实验室里讨论的概念 但 3 年后的现在 自组织网络 Ad Hoc 已成了从事无线通信技术研究开发的人不 得不去了解的技术 因为 MANET 已被认为是未来移动通信技术的核心组成部 分之一 移动自组织网络 Mobile Ad Hoc Network MANET 出现之初指的是一 种小型无线局域网 这种小型局域网的节点之间不需要经过基站或其它管理控 制设备就可以直接实现点对点的通信 而且当两个通信节点之间由于功率或其 它原因导致无法实现链路直接连接时 网内其它节点可以帮助中继信号 以实 现网络内各节点的相互通信 作为移动通信的一种基本组网模式 移动 Ad Hoc 网络与传统的蜂窝技术的根本区别在于移动节点之间的通信是在没有固定基础 设施 例如基站或路由器 支持的条件下进行的 系统支持动态配置和动态流控 所有网络协议也都是分布式的 由于这类网络的组织和控制并不依赖于某些重 要的节点 所以它们允许节点发生故障 离开网络或加入网络 也就是说每一 个移动节点可以根据自己的需要在整个网络内随意移动 而无须考虑如何维护 与其他实体的通信连接 因此具备动态搜索 定位和恢复连接能力是这类网络 得以实现的基本要求 具体说来 无基础设施需求的移动自组织网络 MANET 有着下面一些主要特 征 分布式自组管理与控制 物理通信链路是带宽受约束的无线链路 物理拓 扑动态变化 功耗是重要的约束条件 由于无线移动 物理安全性有限 无线 信道的开放性造成 下面将从几方面讨论移动自组织网络通信技术的概况 1 1 移动自组织网络的理论研究移动自组织网络的理论研究 自组织网络的运行不能依赖于任何预设的固定网络设施 结点可以随意移动 可以在没有或不便利用现有的网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境 自组织网络可以分成两种结构 平面结构和分级结构 平面结构中 所有结点 的地位平等 所以又称为对等式结构 而分级结构中 网络被划分为簇 每个 簇由一个簇头和多个成员节点组成 簇头结点负责簇间业务的转发 根据不同 的硬件配置 分级结构又可以分为单频分级和多频分级两种 单频率分级网络 只有一个通信频率 所有结点使用同一个频率通信 为了实现簇头之间的通信 需要有网关结点 同时属于两个或多个簇的结点 的支持 簇头和网关形成了 高一级的网络 称为虚拟骨干 而在多频率分级网络中 不同级采用不同的通信频率 低级结 点的通信范围较小 而高级结点要覆盖较大的范围 高级的结点同时处于多个 级中 有多个频率 用不同的频率实现不同级的通信 两级网络中 簇头结点 有两个频率 频率 1 用于簇头与簇成员的通信 而频率 2 用于簇头之间的通信 在平面结构中 每一个结点都需要知道到达其它所有结点的路由 由于结点的 移动性 维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息 网络规模越大 路由维护和网络管理的开销就越大 网络的可扩充性较差 分级结构克服了平 面结构可扩充性差的缺点 网络规模不受限制 分级结构中 簇头的功能相对 较强 而普通节点的功能比较简单 基本上不需要维护路由 这大大减少了网 络中路由控制信息的数量 此外 分级结构易于实现节点的移动性管理和保障 通信业务的服务质量 因此 当网络规模较大并需要提供一定的服务质量保障 时宜采用分级网络结构 对于新的移动 Ad Hoc 通信网络 从移动通信网络的角度 我们需要做好 顶层设计 使移动通信网络与固定 机动通信网络能够无缝地互联互通 加强体 系结构的设计 使陆海空成为一体 因而用户可以在更大的范围 容量和移动 速度上实现互联互通 2 2 移动自组织网络的服务质量与安全移动自组织网络的服务质量与安全 Ad Hoc 网络一方面作为自治系统 有自身特殊的路由协议和网络管理机制 另一方面作为互联网在无线和移动范畴的扩展和延伸 它又必须能够提供到互 联网的无缝的接入机制 当前互联网已经可以在一定程度上保证综合业务传输 的服务质量 近年来随着多媒体应用的普及和 Ad Hoc 网络在商业应用的进展 人们很自然地会产生在 Ad Hoc 网络上传送综合业务的需求 并且希望能像固 定的有线网络一样为不同业务的服务质量提供保障 因此 Ad Hoc 网络对 QoS 保障的支持显得越来越迫切和重要 但是与固定的有线网络不同 在 Ad Hoc 网 络中提供 QoS 支持将面临许多不同于传统网络的新问题和挑战 与其它通信网 络一样 Ad Hoc 网络中的服务质量保证也是个系统性问题 不同层都要提供相 应的机制 其实现至今仍是一个待解决的问题 除了服务质量 安全也是自组 织网络中的一个大问题 Ad Hoc 网络的特点之一就是安全性较差 易受窃听和 攻击 因此 需要研究适用于 Ad Hoc 网络的安全体系结构和安全技术 目前在 安全方面主要集中 WEP Wired Equivalent Privacy 等效于有线加密 WEP1 密码协议安全性分析与攻击方法的研究 消息认证和完整性技术研究等几个方 面 3 3 移动自组织网络的应用移动自组织网络的应用 自组织网络的应用主要包括以下几个方面 移动会议 家庭网 紧急服务 传感器网络 个人域网络 军事无线通信 以及其他商业应用 如未来装备 Ad Hoc 收发设备的机场预约和登机系统可以自动地与乘客携带的个人无线 Ad Hoc 设备通信 完成目前的换登机牌等手续 如商场内商品 RF 标签 廉价的 RF 标签可以通过无线接口由 Ad Hoc 设备动态刷新 顾客若携带手持无线设备可 以很容易地找到某种商品和价格 这种设备已由 NCR 公司生产 图 移动自组织网络技术的应用 4 4 移动自组织网络的研究方向移动自组织网络的研究方向 针对目前自组织网络的研究热点与存在的突出问题 在未来自组织网络的 技术发展与试验中应注意以下几点 1 加强技术研究 探索技术方向 寻求技术突破 为大规模商业化应用 时代的到来做准备 对超前市场的新技术 企业投资研发的力度一般都很小 这时候要充分发挥政府对新技术新业务的引导作用 设置专项课题进行资金支 持 目前我国 八六三 计划中已经连续两年设置了 自组织网络 的研究课 题 但是通过课题指南和项目批复来看 项目支持的技术方向并不明确 以后 应该加强 Adhoc 网络安全 服务质量 与其他网络融合 与 RFID 结合等方面的 支持力度 对关键问题进行聚焦 争取在这些核心问题上取得突破 在技术研 发过程中 需要通过标准 知识产权 产业政策等手段加强产 学 研等方面 相结合的力度 鼓励结成战略联盟 提倡联合攻关 联合资助 优势互补 加 快科研成果的生产力转化速度和质量 在国内启动相关技术标准的研究制定工 作 包括应用场景 技术需求 体系结构 关键模块 组网方式 检测试验等 方面的技术标准 积极参与相关国际标准化进程 2 加强 Adhoc 网络安全保障机制的研究 解决安全隐患 消除用户使用 顾虑 安全性是决定 Adhoc 网络潜能能否得到充分发挥的关键 由于不依赖固 定基础设施 相对于固定 IP 网络 Adhoc 网络更易受到各种安全威胁和攻击 而且传统网络的安全解决方案不能直接应用于 Adhoc 网络 现存的用于 Ad hoc 网络的大多协议和提案也没有很好地解决安全问题 因此 要加强 Ad hoc 网络 安全保障机制的研究 消除产业化道理上的关键障碍 3 寻找 Adhoc 网络与其他通信网络的融合之路 探索新的商业模式 在 网络融合的发展趋势下 封闭的 Adhoc 网络只有与其他网络互联互通才能发挥 更大的作用 因此 要加强 Adhoc 网络与 IP 网络 3G 4G UWB 等无线网络的 融合方式的研究 随着具有自组织特性的网络越来越多 如 P2P 网络 分布动 态路由协议等 要加强对这些网络内在自组织机制和特性的研究 争取形成新 的网络基础理论 从而对未来承载网和业务网的发展提供理论基础 要加强 Adhoc 网络应用场景与应用需求的研究 重点研究 A