现代网络新技术概论 敖志刚 第5章 无线分布式自适应网络

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1、第5章无线分布式自适应网络5.1无线自组织网络5.2无线Mesh网络5.3无线传感器网络5.1无线自组织网络5.1.1无线自组织网络的概念、起源和发展趋势5.1.2无线自组织网络的特点5.1.3无线自组织网络的应用领域5.1.4无线自组织网络的体系结构5.1.5无线自组织网络的关键技术5.1.6无线自组织网络的路由协议5.1.1无线自组织网络的概念、起源和发展趋势1．无线自组织网络的基本概念“Adhoc”一词来自拉丁语，意思是“为某种目的设置的、有特殊用途的”。无线自组织（Adhoc）网络是一组带有无线收

2、发装置的移动节点或终端组成的一个无线特定的、多跳的、临时性自创建（Self-Creating）、自组织（Self-Organizing）、自管理（Self-Administering）、无中心的系统。可以通过无线连接在任何时候、任何地点快速构建任意的网络拓扑，可独立工作。移动终端也可与因特网或蜂窝无线网络连接。在Adhoc网络中，每个用户终端（节点）兼有路由器和主机两种功能。在Adhoc网络中，节点间的路由通常由多个网段（跳）组成。所以它又被称为多跳无线网、自组织网络、无固定设施的网络、对等的移动计算网络

3、或无框架的移动网络。图5-1无线Adhoc网络示意图1968年，美国夏威夷大学构建了第一个无线自组网—ALOHA系统。在该网络中，计算机不能移动，相互之间一跳可达。美国海军研究实验室于20世纪70年代末研制完成了短波自组织网络HF-ITF系统，该系统能够保障在500km范围的舰只、飞机、潜艇相互之间进行联网。2．无线自组织网络的起源和发展DARPA于1983年启动了可生存自适应网络项目，1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统项目。IEEE802.11标准委员会采用了“Adhoc网络”一词来描述这种

4、特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，IETF也将Adhoc网络称为移动自组。1997年，发布支持一跳Adhoc工作模式的IEEE802.11标准。同年，IETF成立了MANET工作组。（1）加强技术研究，寻求技术突破。①加强对Adhoc网络安全、服务质量、与其他网络融合、②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。③在国内启动相关技术标准的研究制定工作，积极参与相关国际标准化进程。3．无线自组织网络技术的研究趋势①要加强Adhoc网络与IP网络、3G、4G、

5、超宽带（UWB，UltraWideband）等无线网络的融合方式的研究。②要加强对这些网络内在自组织机制和特性的研究。③加强Adhoc网络应用场景与需求的研究。④建立面向不同应用背景的Adhoc试验网络和相应的应用系统。（2）加强Adhoc网络安全保障机制的研究（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5.1.2无线自组织网络的特点（1）无中心和自组织性。（2）自动配置。（3）动态网络拓扑结构。（4）分布式控制。（5）多跳路由。（6）安全保密性差。（7）无线传输带宽受限。（8）网络

6、的可扩展性受限。（9）节点的通信距离受限。（10）生存时间短。（11）存在单向的无线信道。（12）供电问题突出。5.1.3无线自组织网络的应用领域总体上来说，它可以用于以下场合。①没有有线通信设施的地方。②需要分布式特性的网络通信环境。③现有有线通信设施不足。④作为生存性较强的后备网络。它的应用领域可包括如下几个方面。（1）军事应用。（2）传感器网络。（3）紧急和突发场合。（4）偏远野外地区。（5）临时场合。（6）动态场合和分布式系统。（7）个人通信。（8）商业应用。（9）其他应用。5.1.4无线自组织网

7、络的体系结构1．无线自组织网络的节点结构图5-2Adhoc网络的节点结构（1）平面结构平面结构中所有节点地位平等，所以又可称为对等式结构。2．无线自组织网络的网络拓扑（2）分级结构在分级结构中，网络被划分为簇（cluster）。每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。在分级结构中，簇头节点负责簇间数据的转发，它可以预先指定，也可以由节点使用算法选举产生。3．无线自组织网络的分层参考模型图5-6Adhoc网络分层参考模型A

8、dhoc物理层是一组低功率、高能力、能在运动中工作的物理传输设备，提供无线传输能力，完成无线信号编码译码、发送和接收等工作，以支持移动组网。采用的都是基于2.4GHz的ISM频段。Adhoc物理层所采用的传输技术基本上有3种：正交频分复用技术、红外线辐射传输技术和宽带扩展频谱技术。（1）Adhoc物理层链路层控制是对共享无线信道的访问以及对逻辑链路的控制，提供可靠的无线通信的逻辑链路。链路层解决的主要问题包括MAC，数据的传送