物联网技术（第6章） 冉文学 宋志兰.pptVIP

导读 本章介绍自组网的定义、特点及其应用，使读者了解无线自组网的协议栈及其关键技术；了解无线自组网的路由技术，无线自组网路由协议面临的问题、无线自组网对路由协议的要求、主动路由协议、按需路由协议等；了解路由协议的分类，其中主要掌握按需路由和主动路由；了解无线自组网MAC接入面临的问题，其中主要掌握隐藏终端和暴露终端；了解MAC接入协议的分类及发展。 * 6.1 无线自组网概述 移动无线自组网（Mobile Ad hoc Networks，MANET）也被称为多跳无线网（Multi-hop Wireless Network）。它起建于1970年，由美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）资助研究，这种新型网络构架技术是采用无线分组数据网（Packet Radio Network，PRNET）进行数据通信的，创建之初应用于战场环境，是一种为军方服务的无线分组网络。 * 无线自组网的定义 无线自组网（Ad hoc）是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的临时性无中心网络，可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络，并且不需要现有信息基础网络设施的支持，网中的每个终端可以自由移动，地位相等。 * 5个节点组成的自组网 * 无线自组网的特点 1）动态变化的网络拓扑结构 2）网络的自组性 3）多跳组网方式 4）有限的无线传输带宽 5）移动终端的自主性和局限性 6）分布式控制网络 7）安全性差的网络 8）网络的可扩展性不强 9）存在单向的无线信道 10）生存时间短 * 自组网的应用 自组网作为现有网络的一种补充和扩展，主要应用在没有现在网络基础设施支持的环境中或现有网络不能满足移动性、机动性等要求的情况下，例如，军事作战环境；在救火、救生等需要紧急部署通信网络的环境；在人员处于没有现成网络支持但又需要协同工作的商业活动中；可“穿戴”计算机应用环境。 * 无线自组网的协议栈 Ad hoc网络协议的分层结构使用了简化的OSI参考模型，它的协议结构包括了五层：应用层、传输层、网络层、数据链路层与物理层。由于Ad hoc网络采用的是对等结构，不需要使用专用的路由器、交换机等网络设备，因此网络中每个结点都具有相同的层次。 * Ad hoc网络层次结构模型 * 应用服务 应用层 传输服务 传输层 分组转发和路由 网络层 链路控制/信道接入 链路层 逻辑链路控制子层 媒体介入控制子层 无线信道 物理层 无线自组网的关键技术 （1）MAC协议 （2）路由协议 （3）服务质量（QoS） （4）安全问题 （5）功率控制 （6）网络的互联 （7）物理层自适应技术 * 6.2 无线自组网的路由技术 路由是在IP网络中用来实现分组的正确转发的进程，把信息从源穿过网络传递到目的的行为，在传输过程中至少遇到一个中间节点。路由的功能是在网络层进行实现的。 路由包含两个基本的动作：确定最佳路径和通过网络传输信息，在路由的过程中，后者也称为数据交换。 * 自组网路由协议面临的问题 Ad hoc 网络中由于节点的任意移动性导致拓扑结构动态、随机且较快速地变化，这样常规路由在拓扑结构变化时，就会花很大的代价重新路由，而且协议状态将始终处于不收敛状态，占用大量的网络资源，致使信息的传输无法实现。 * 自组网对路由协议的要求 ① 收敛迅速。 ② 提供无环路由。 ③ 避免无穷计算。 ④ 控制管理开销小。 ⑤ 对终端性能无过高要求。 ⑥ 支持单向信道。 ⑦ 尽量简单实用。 * 自组网路由协议分类 * 主动路由协议 主动路由协议也被称为表驱动路由协议、先应式路由协议，其路由发现策略类似于传统的路由协议。在主动路由协议中，网络的每一个节点都要周期性的向其他节点发送必威体育精装版的路由信息，并且每一个节点都要保存一个或更多的路由表来存储路由信息。当网络拓扑结构发生变化时，节点就在全网内广播路由信息，这样每一个节点就能连续不断地获得网络信息。 * 按需路由协议 按需路由协议也被称为反应式路由协议、源启动路由协议。与主动路由协议不同的是，按需路由协议仅在需要路由时才由源节点创建，因此，拓扑结构和路由表内容是按需建立的，它可能仅仅是整个拓扑结构信息的一部分。通信过程中维护路由，通信完毕后便不再进行维护。 * 6.3 无线自组网的MAC接入 由于Ad hoc网络的特殊组织形式，固定网络的协议和有中心无线网络的很多协议无法直接被它采用，因而需要设计专门适用于Ad hoc网络的协议，信道接入协议便是其中研究热点之一。如何控制对共享信道的接入，是数据链路层的一个子层—MAC子层的主要任务。 MAC位于数据链路层的底层，负责连接和控制物理层的通信介质。 * 无线自组网MAC接入协议面临的问题 由于Ad h