移动计算技术--Ad-hoc概述-2014

移动计算技术

——Adhoc概述通信发展趋势两大发展趋势无线/移动IPIPWLAN的拓扑结构：WLAN有两种主要拓扑结构：自组织网络，也称对等网络，Adhoc网络基础结构网络（InfrastructureNetwork）FixedInfrastructure现有无线通信网络（有固定基础设施支持）交换机基站终端NoexistingInfrastructure

新型无线通信网络（无预先的基础设施支持）Adhoc网络的发展历史PRNET项目（1972）SURSAN项目（1983）MANET小组（1997）GloMo项目（1994）NTDR项目1972年分组无线网（PRNET）战场环境下的数据通信1983年抗毁自适应网络（SURAN）支持大规模网络适应战场快速变化环境需要的自适应网络协议1994年全球移动通信系统（GloMo）满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁星的移动信息系统DARPA资助DefenseAdvancedResearchProjectAgencyAdhoc网络的发展历史1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc网络”自组织、对等式、多跳无线移动通信网络1997年IETF成立MANET工作组基于IP的无线多跳网络路由2003年IRTF成立ANS研究组其它研究机构ClosedAdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalabilityAdhoc网络的发展历史Adhoc网络的起源IEEE802.11标准委员会采用了“Adhoc网络”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，Adhoc网络就此诞生。AdHoc源于拉丁语，意思是“forthis”引申为“forthispurposeonly”，即“为某种目的设置的，特别的”意思，即Adhoc网络是一种有特殊用途的网络。Adhoc网络的起源通常的移动网络和无线通信技术是对固定有线网络的补充和发展，它们需要固定基础设施的支持，并且一般采用集中式的控制方式。但在某些特殊环境或紧急情况下，有中心的移动通信技术并不能胜任。比如，战场上部队快速展开和推进、发生地震等自然灾害后的搜索和营救、野外科考等。AdHoc网络的定义由一组带有无线通信收发装置的(移动)终端节点组成的一个多跳临时性自治系统每个(移动)终端同时具有路由器和主机两种功能：作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议节点间路由通常由多跳(Hop)组成不需要网络基础设施，可以在任何地方、任何地点快速构建多跳无线网络、自组织网络、无固定设施的网络或者对等网络AdHoc网络的特点（1）独立组网不需要任何预先网络基础设施动态拓扑节点移动/开机/关机节点无线发送功率变化、无线信道干扰或者地形等因素影响自组织无控制中心节点故障不会影响到整个网络节点之间通过无线连接形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度可能都是无法预测的AdHoc网络的特点（2）多跳路由接收端和发送端可使用比两者直接通信小得多的功率进行通信，因此节省了能量消耗通过中间节点参与分组转发，能够有效降低对无线传输设备的设计难度和成本，同时扩大了自组织网络的覆盖范围AdHoc网络的特点（3）特殊的无线信道特征无线信道提供的网络带宽比有线信道低得多竞争无线共享信道产生碰撞信号衰落、噪声干扰以及信道之间的干扰等终端的局限性能量、存储、计算等资源受限安全性差无线链路的开放性移动性导致节点之间信任关系的变化可扩展性不强节点之间的相互干扰造成网络容量下降各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下降存在单向无线信道终端发射功率的不同及地形环境的影响AdHoc网络与Sensor网络Sensor网络可以看作是一种特殊类型的AdHoc网络各个无线节点静态地随机分布在某一区域。传感器负责收集区域内的传感信号，将它们发到网关节点网关具有更大的处理能力，能进一步处理信息，并且具有更大的发送范围，可将信息送往某个大型网络（Internet）并且到达最终的用户与一般AdHoc网络相比：节点数量多、分布稠密节点的能量、计算、存储等资源进一步受限AdHoc网络与无线局域网单跳与多跳研究重点不同通信模式不同主要研究集中在物理层和数据链路层移动终端的所有通信必须经过无线接入点进行无线局域网为单跳网络，不存在路由问题AdHoc网络的研究内容主要以路由协议为核心的网络层设计AdHoc网络中移动终端的通信是对等的移动AdHoc网络(MANET)与移动IPMANET移动IP

移动自组网——MANETs

在某些特殊环境下或紧急请况下，如何应用网络共同的要求移动互联网

自然灾害时，现有的网络设施不可用进行科学考察、探险、没有可用的网络战场上，如何实现动态过程的协同通信

动态的、快速部署不依赖或很少依赖现有的有线网络移动互联网的组成方式

移动终端式移动路由式

逻辑上移动终端到达固定网络的路由器只有一跳的距离固定互联网要解决移动中接入所需要的定位和地址管理问题

移动路由器和移动终端组成一个独立的无线互联网移动终端永久性或临时性地与移动路由器相连移动自组网——MANETs移动互联网的研究主要两个分支

联合战术无线网络系统JTRS（JointTacticalSystem）移动专网工作组MANET（MobileadhocNetworks）

美国国防部，1996年主要研究用于构建战术移动互联网

互联网工程任务组（IFTF），1997年利用多跳无线网构造一个基于IP的移动互联网，并通过实现IP与固定互联网的无线连接移动自组网——MANETsAdHoc网络所面临的问题(1)特殊的信道共享方式共享信道隐藏节点问题/暴露节点问题动态变化网络拓扑传统路由协议花较高代价获取的路由信息可能已经陈旧有限的无线传输带宽减少节点之间的交换的消息减少控制消息带来的额外开销有限的能量能量管理机制，各层考虑能量控制，包括网络层路由安全问题无线信道的开放性更容易受到各种攻击移动性使得节点的信任关系不断变化由于节点资源受限，安全机制应该是分布式的RTS/CTS，CSMA/CA网络路由时需考虑AdHoc网络所面临的问题(2)网络管理拓扑管理确定将一组节点组织成网络的机制移动性管理跟踪网络中移动节点的位置服务质量管理多跳拓扑动态变化的移动AdHoc网络使得服务质量保证更加困难自动配置…随着我国电信市场竞争的加剧，找准和开拓新的业务增长点成了电信运营商和设备提供商在市场中掌握先机的关键。采用移动AdHoc网络技术的MESH无线区域网等业务被认为是未来的业务热点之一。甚至有人称：就象IP网络改造传统电信网络一样，移动AdHoc网络技术可能对现有移动通信网络的结构和运营模式带来划时代的影响。AdHoc自组织无线网络技术意义深远自组织功能Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi动态变化的网络拓扑Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi自动最佳路由选择最佳路由备选替换路由有线回传Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi自动路由保护/恢复Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi最佳路由备选替换路由有线回传Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-Fi无缝漫游----支持移动IP功能方便扩展Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiAdHoc网络与ISO模型AdHoc在未来无线通信中的应用研究表明大型的独立AdHoc实用性不高，它在路由方面开销较大，并且存在安全问题，传输速率也比较低。小型的AdHoc网络被认为使用范围广泛，在家庭、会议及一些个人通信领域有很大的商业潜力。而802.11和蓝牙技术也使得小型AdHoc易于配置。自组网的应用1、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等）2、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、港口、建筑、煤矿、石油/化工、环保、….3、应急/救援通信系统4、工业自动化控制5、智能交通6、传感器监测网络7、家庭安全监测系统8、战场侦察网络、战地监测网络、信息中继9、各种远程监测/监控系统（如环保、水文、地质、资源保护、研究等）10、公安/交警/消防11、……….基于WLAN的

ADHOC自组织无线网络

iiiiiii基于WLAN的自组织无线网络架构Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAX基于WLAN的移动自组网IEEE802.11b/g（2.4GHz）、IEEE802.11（5GHz）每个节点200—2000m覆盖范围64/128位WEP加密（或WAPI）（可根据需要增加不同层次的加密功能）高带宽，11--54M/s或更高（IEEE802.11n）面向数据业务(Dataserviceoriented)的网络支持VoWi-Fi网络可靠性高组网非常方便通用性和兼容性强成本优势丰富的终端支持和其它宽带网络的集成Wi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiWi-FiInternet3G/HSDPA/WiMAXWi-FiWi-FiWi-Fi方便的宽带无线接入方案Internet光纤骨干网MESHWi-Fi接入网有线或WiMAX在城域中的运用与其他移动通信技术的结合移动现场办案AP和终端都可移动“网格化布警”

现场布控/紧急通信宽带无线小区接入校园/医院/大型企业宽带无线专网高带宽网络自愈功能很强无缝漫游成本低不用布线，布网方便扩展性强巨大的成本优势不到3G网络建设费用的1/10高带宽（IEEE802.11n）安装/维护费用低自组网的局限性

无法保证始终提供可靠的网络连通性自组网技术目前尚处在研究阶段，最终能否为用户接受而应用到通讯市场还不太明朗自组网的扩展性还有待于进一步探讨由于数据的多跳转发而带来传输延迟还很大网络的服务质量（Qos）还很难保障存在安全感隐患自组织网络的评价方法

计算机仿真技术进行自组网的性能评价实验结果可以重现实验参数可以随意设置和调整不同研究成果的实验数据具有可比性

OPNET网络仿真软件是目前世界上最先进的网络仿真开发和应用平台在美军的战术互联网的建模与仿真中，

OPNET已逐渐成为通用的仿真平台在美军的未来的战斗系统中FCS通信子系统的研制中，也使用OPNET作为仿真平台无线自组网的研究重点MAC---碰撞/冲突避免、隐藏和暴露终端问题网络自组织技术（自动组网，相邻发现等）自组织路由协议的设计和开发（自动路由建立、维护和恢复等）QoS保证功率控制与管理网络的信息安全实现AdHoc网络的关键技术路由协议服务质量管理功率控制传输层性能AdHoc网络互联安全问题网络管理感知网络拓扑结构的变化维护网络拓扑的连接高度自适应性能量、服务质量等约束信道接入技术节能机制多个AdHoc网络互联AdHoc内部节点访问InternetRFBBPMAC/LLCNewNetworkLevelApplicationLevelAdHocSubnet传输LevelCoreTechnology一般需要多层次协议层协调工作、综合考虑。ExistingMANETprotocolsMANETroutingprotocolsdiscoverrouteson-demand(re-active)Maintainupdatedroutes(pro-active)SourceroutingTabledrivenVariationofdistantvector?Variationsoflinkstaterouting?DSRAODV,ABR,TORADSDV、CGSROLSR先应式路由按需路由混合式路由（Hybrid）ZRP(局部先应，广域按需）其它：功率感知路由、地理位置信息路由、

QoS路由、多播路由、可扩展路由无线自组网的研究重点节能设计

能源对于自组网来说是一个十分宝贵的资源用于维持网络通信所产生的能源开销+移动终端正常运行所产生的能源开销军事应用以及充电困难的环境下，用户不可能携带大量电池和对电池进行充电即使携带备用电池和有充电条件也没有时间来操作无线自组网的研究重点安全问题

自组网本身固有的一些特点使得其具有如下的安全问题开放式的无线传输信道使得数据很容易被窃听或恶意数据被注入到无线信道中移动节点的位置不固定，而且无法保证始终处在安全感可靠的地理位置，从而容易受到攻击无线自组网的研究重点安全问题

传统的安全认证机制通常有固