无线移动自组网.doc

无线移动自组网 1. 概述 自组织网络（ad hoc network）是由一群兼具终端及路由功能的设备通过无线链路形成的多跳临时性自治系统。如果节点是可移动的，这样的网络称为移动自组织网络（mobile ad hoc networks，MANET）。由于节点的发射功率有限，距离较远的两个节点必须借助其它节点的转发才能进行通信，因此节点之间构成无线多跳链路。这种网络中不存在固定的基础设施，如路由器、无线基站等，每个节点都兼有路由器和终端两种功能。作为终端，节点可以运行各种面向用户的应用程序；作为路由器，节点需要为其它节点转发数据包。自组织网络不需要任何中心控制，网络可以自动检测和无缝集成新节点；反过来，当任何节点移出网络时，剩余节点也能自动重配置来适应新的场景。这种无设施的网络能够在没有或者是现有网络基础设施失效的情况下，提供终端之间的相互通信，因而在军事作战及应急救援等方面有重要应用。比如，战场上单兵作战的士兵之间可以通过移动自组网通信和共享信息，在灾难现场可以紧急建立移动自组网进行救灾指挥和协调。移动自组网既可以独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝移动通信网络。 与有固定基础设施的传统通信网络相比，移动自组网具有以下严重问题： （1）带宽有限。大多数移动自组网使用不需要无线电许可的ISM（Industrial, Scientific and Medical）频带。受无线频谱带宽的限制，加上通信冲突、信号衰减、噪声和信道间干扰等因素的影响，无线链路的有效带宽很有限。 （2）单向链路。由于传输功率等的差异，节点间可能形成单向链路。 （3）拓扑变化。每个节点可以任意速度和方向运动，受发射天线类型、发送功率、信道间干扰、地形和天气等综合因素的影响，节点间的无线链路是时变的，节点也可能失效，这些因素使得移动自组网的拓扑结构是随时变化的，而且变化难以预测。现有路由协议（如距离矢量、链路状态）不适合动态拓扑，需要设计相适应的路由协议。 （4）能量有限。为方便节点的移动，节点一般采用电池供电，节点的能量非常有限，这给协议及程序设计带来一定的困难。节省电源、延长工作时间成为首要考虑的问题。 （5）安全性差。由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等技术，移动自组网更加容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务等网络攻击。 移动自组网的主要研究问题包括MAC层协议、路由协议和网络安全等。路由和信道分配是移动自组网要解决的最基本问题，MAC协议要解决多信道接入、通信冲突以及协议的可扩展性等，路由协议面临的最大难题是因节点的移动和失效引起的网络拓扑变化导致网络路由很不稳定，频繁的路由重建和路由维护不仅造成传输延迟增加，也带来很高的开销。 2. 无线移动自组网路由协议 尽管移动自组网有很大的吸引力，但移动自组网实现起来比固定网络困难。固定网络在两个方面利用了其静态的特性，（1）固定网络在节点间主动传播网络拓扑信息，每个节点可以使用较低代价的算法预先计算好该拓扑下的路由；（2）固定网络在节点地址中隐含了路由线索，因为一个大型网络的完整拓扑不可能全局地处理或传播。但这两种技术都不适合由移动节点组成的网络，因为节点移动使得拓扑信息失效，而永久性的节点地址无法包含动态的位置信息。然而，以下拓扑假设对于采用射频通信的移动自组网是有用的：物理上靠近的节点在网络拓扑上也可能靠近。也就是说，物理上靠近的节点可以通过少数几跳的无线链路连接起来。 移动自组网中的路由协议按照路由决策依据的信息分为基于拓扑的路由和基于地理位置的路由两大类。基于拓扑的信息收集节点间的连接关系和链路特性，并据此计算最佳路由，计算得到的路由保存在路由表中。基于地理位置的路由收集节点的地理位置坐标，并据此进行路由决策，可以实现无状态的、分布式的转发决策。 基于拓扑的路由按照触发路由计算的条件分为先应式（表驱动）路由和反应式（需求驱动）路由。先应式路由协议试图维护必威体育精装版的、到网络中所有节点的路由。每当节点发现拓扑改变，就将路由更新信息广播到网络中其它节点，每个节点更新路由表。反应式路由协议仅当源节点需要向目的节点发送数据时，才启动一个路由发现过程；路由建立起来之后由一个路由维护过程进行维护，直到目的节点不可达，或者源节点不再需要发送数据。 2.1 先应式路由协议 DSDV（Destination-Sequenced Distance-Vector）是一个典型的先应式路由协议，采用经典的距离矢量路由算法。每个节点保存一个路由表，记录所有可达的目的地，以及到达这些目的地的最小跳数。 为在拓扑结构动态变化的网络中保持路由表的一致性，DSDV采用两种路由更新触发机制：1）每个节点周期性地发送路由更新消息，2）当发现拓扑结构发生改变时立即发送更新消息。DSDV不要求移动节点