新手學習ad hoc網路

2021-06-06 02:27:29 字數 2402 閱讀 8685

1、介紹

20世紀70年代,美國國防部高階研究計畫局(darpa)啟動了「戰場環境中的無線分組資料網」專案,研究在戰場環境下利用分組無線網進行資料通訊。2023年和2023年,darpa又分別於啟動了抗干擾自適應網路專案suran(survivableadaptivenetwork)和全球移動資訊系統glomo(globlemobile information systems)專案,對能夠滿足軍事應用需要的移動通訊系統進行更深入的研究。後來,ieee802.11[1]標準委員會採用了「ad hoc網路」一詞來描述這種特殊的自組織無中心多跳無線網路結構,ad hoc網路由此誕生。 

2、adhoc網路關鍵技術

adhoc網路是一種動態變化的無線自組織網路,它的體系結構、服務質量qos保障和應用等問題比較複雜並難以實現。傳統固定網路和蜂窩移動通訊網中使用的各種協議和技術無法被直接使用,因此需要為adhoc網路設計專門的協議和技術。目前adhoc網路研究所面臨的主要挑戰包括:mac協議[2][3]、路由協議[4][5][6]、qos[7]、安全問題[8]、功率控制和網路互聯等。 

2.1mac協議

mac協議是adhoc網路協議的重要組成部分,是分組在無線通道上傳送和接收的主要控制者。普通網路的共享廣播通道、點對點無線通道和蜂窩移動通訊系統中由基站控制的無線通道都是一跳共享通道,adhoc網路的無線通道與它們不同,它是多跳共享的多點通道。因為當乙個節點傳送分組時,只有在它覆蓋服務內的節點才能收到。這種通道共享廣播通道導致adhoc網路存在隱終端、暴露終端和入侵終端等問題。 

有三個節點,當節點a向節點b傳送分組時,節點c顯然不能傳送資訊。但由於節點c不在節點a的覆蓋範圍內,它不能偵聽到a在傳送分組,此時若c向b傳送分組,則發生碰撞。因此c是隱藏終端。這種因不是所有節點都能接收到其他節點的傳送而引起的碰撞就是隱藏終端問題。另一種情況,當節點b向節點a傳送分組時,節點c偵聽到節點b在傳送分組,所以推遲傳送分組。這種推遲是毫無必要的,因為c向d傳送分組和b向a傳送分組並不衝突,此時c是b的暴露終端。這種因傳送節點在其覆蓋範圍內某節點的傳輸而進行不必要的傳送延遲就是暴露終端問題。adhoc網路的mac協議需要解決隱藏終端和暴露終端問題,其中影響比較大的有maca協議,即採用rts/cts/ack通道握手機制,控制通道和資料通道**的雙通道方案和基於定向天線的mac協議,以及一些改進類的mac協議。

2.2路由協議

adhoc網路中的節點可能不停移動,網路拓撲不斷變化。傳統的距離向量和鏈路狀態路由協議並不適用adhoc網路。為了在這種動態環境下實現可靠的通訊,動態分布式路由協議成為adhoc網路研究的乙個關鍵問題。按照路由表的維護特點,目前ad hoc網路的路由協議大體可以分為以下兩種:表驅動路由協議和按需路由協議。比較典型的表驅動路由協議有目的序號距離向量協議dsdv、無線路由協議wrp、群首閘道器交換路由協議cgsr等,比較典型的按需路由協議包括動態源路由協議dsr、按需驅動距離向量路由協議aodv、臨時路由需求協議tora等。表驅動路由協議的優點是隨時可以知道達到目的節點的路由,而且路由資訊經過處理進行了優化,缺點是需要定期更新路由表資訊,造成節點主機能量和網路頻寬的浪費。按需路由協議中網路節點不必頻繁交換資訊,但當有傳送需求時,才開始尋找路由,必然增大了時延。 

2.3服務質量

adhoc網路出現初期主要用於傳輸少量的資料資訊。隨著應用的不斷擴充套件,需要在adhoc網路中傳輸多**資訊。多**資訊對頻寬、時延、時延抖動等都提出了很高的要求。這就需要提供一定的服務質量保證。ietf提出的綜合服務模型和區分服務模型為傳統的網際網路提供服務,但這些模型沒有考慮無線移動的網路環境,而且目前無線網路中的服務質量保障機制都是基於有基礎設施支援的單跳蜂窩模型,無法直接用於adhoc網路。無線通道的有限頻寬和惡劣的傳輸特性,並且網路容易受到攻擊和干擾,這些都要求為ad hoc網路設計新的服務質量保障機制。為ad hoc網路提供服務質量的關鍵是qos路由。目前ad hoc網路的qos路由策略有:使用mac層的tdma資源

管理;使用普通的qos測量;使用cdma進行不同傳輸的衝突避免。 

2.4安全問題

與傳統的無線網路不同,無線adhoc網作為一種新型的無線流動網路,不依賴於任何固定設施,而是通過移動節點間的相互協作保持網路互聯。而傳統網路的安全策略如加密、認證、訪問、控制、許可權管理和防火牆等都是建立在網路的現有資源如專門的路由器、專門的金鑰管理中心和分發公用金鑰的目錄服務機構等的基礎上,而這些都是adhoc網路所不具備的。目前已經提出的安全策略有:基於密碼的認證協議;「復活鴨子」的安全模式;非同步的分布式金鑰管理。

2.5功率控制

由於網路節點的移動特徵,其中大多數節點以電池作為動力,因而需要進行功率控制。網路節點的網路介面是消耗功率最大的一部分。網路節點可有4種狀態:發射、接收、空閒和睡眠,睡眠態功耗最小。功率控制問題與adhoc網路各層密切相關:在物理層可以調整節點的發射功率,來減少網路的能量消耗;mac層可以通過簡單的規則實現功率感知,當無資料收發或通道閒時就處於睡眠狀態;網路層可以採用節能的路由協議,盡量把**負載平均分配到各個節點,從而延長網路壽命;傳輸層盡量避免碰撞與重傳,並區分擁塞與傳輸導致的分組丟失。(待續)

移動Ad Hoc網路路由協議彙總

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