无线自组织网络

一、移动Ad Hoc网络概述
1、描述：自组织、对等式、多跳无线移动通信网络
2、举例：蜂窝移动通信网络、WLAN
3、特点
（1）具备移动通信网络和计算机网络的特点
（2）网络拓扑动态变化：用户终端随意移动、节点的开机/关机、无线信道间互相干扰
（3）多跳组网方式：中间节点参与分组转发，能有效降低对无线传输设备的设计难度和成本，同时扩大了自组网络的覆盖范围
（4）有限的无线传输带宽：竞争共享无线信道产生的碰撞
信号衰落、噪声干扰以及信道之间干扰
（5）移动终端的自主性：移动终端之间存在某种协同工作关系，每个终端都将承担为其它终端进行分组转发的义务
（6）安全性差、网络的可扩展性不强、存在单向的无线信道、生存时间短
4、与常规移动通信网络比较
不需要网络通信基础设施支持、不依赖基站进行通信、数据通信业务为主、拓扑结构动态变化
5、与传统固定网络比较
网络规模相对较小、网络的拓扑结构比较简单、网络拓扑结构快速变化
6、与分组无线网、无线局域网、红外网络比较
单跳与多跳（WLAN、红外网络都是单跳网络，不存在路由问题）、研究重点不同（Ad hoc网络的研究内容主要以路由协议为核心的网络层设计）、通信模式不同（ad hoc移动终端的通信是对等的）
7、影响ad hoc网络的主要因素
（1）无线通信技术
受限于底层无线通信技术的性能（传输率、延迟、吞吐量）
（2）节点密度
密度越高传输路径的跳数越多，受网络拓扑变化的影响就越明显。
（3）节点移动速度
速度越高节点间的拓扑结构的稳定性越差，路由计算和交换负载越大。
（4）通信负荷和通信模式
流量特性和分布将直接影响到网络的吞吐性能。

二、移动Ad Hoc网络网络层
1、平面结构
（1）特点：所有节点的地位平等
（2）优点：简单、健壮、相对安全、节点覆盖范围较小
（3）缺点：路由开销大、可扩充性差
2、多层体系结构
（1）特点：网络被划分为簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，簇头可形成更高一级的网络。
（2）异构网络：移动节点的计算能力和能量不等
（3）优点：Cluster成员功能简单、路由信息局部化、减少路由协议开销、节点定位简单、可扩展性好、抗毁性好
（4）缺点：Closter头是瓶颈
3、Ad hoc路由
（1）面临的困难
路由信息不易获得、路由信息不完整、网络的所有节点路由信息可能过期
（2）对协议的要求
收敛迅速、提供无环路由、避免无穷计算、控制管理开销小、对终端性能无过高要求、支持单向信道、尽量简单实用、路由机制必须适应网络三个不断变化的基本特征
4、Ad hoc路由协议
（1）分类：平面路由、层次路由、地理信息辅助路由
（2）按需路由协议
a、反应式路由：在源端需要时候通过路由发现过程来确定路由
b、两种实现技术：源路由（报文头携带完整的路由信息）：hop-hop路由
c、举例：DSR、AODV
（3）表驱动路由
a、先应式路由
b、所有路由都已经存在并且随时可用、路由请求的延迟低、开销高
c、举例：OLSR、TBRPF
（4）分级路由协议
a、层次式（hierarchical）路由
b、优点：降低大型网络的存储要求、在全局传播的路由信息较少、有限的链路状态维护、按需建立路由、具有较好的伸缩性
c、缺点：移动管理比较复杂、节点间负载不均衡、可靠性受影响
d、举例：ZRP
（5）DSDV协议
a、优点：非常简单、通过目的地赋予的序号值来防止出现路由回环、不存在路由发现带来的延迟
b、缺点
没有节点睡眠、存在开销
（6）优化的链路状态路由协议（OLSR）
（7）基于拓扑广播的逆向路径转发（TBRPF）
（8）动态源路由协议（DSR）
a、优点：节点不需要周期性地发送路由广播分组、无须维持到全网所有节点的路由信息、仅需要维护路径上节点之间的路由、能完全地消除路由环路、能同时提供多条路由、可用于单向信道、中间节点的应答使源节点快速获得路由
b、缺点：会引起过时路由问题、每个分组都需要携带完整的路由信息
（9）AODV路由协议
使用分布式的、基于路由表的路由方式
（10）分区路由协议（ZRP）
域内路由协议(IARP)、域间路由协议（IERP）
a、总结：只允许目的域内的节点应答，延长了源节点获得路由的时间；需要周期性地广播分组，需要消耗一定的电源能量和网络带宽；路由域半径的设置将直接影响路由的效率。混合的独立域路由框架支持节点非统一的独立配置；每个节点可动态自动配置自己的优化域半径；能适应网络的时空特性，改进效率；自适应的架构重构能力使得在网络特性的变化方面更加鲁棒；自适应、有效以及鲁棒性使得协议具有很好的扩展性

三、移动Ad Hoc网络MAC层
1、“隐藏”节点问题
2、“暴露”终端问题
3、竞争协议
（1）描述：使用直接竞争来决定信道访问权，通过重传机制解决碰撞问题。
（2）举例：ALOHA协议、载波侦听多址访问协议(CSMA)、基于控制分组握手的访问控制协议、 忙音类多址访问协议。
4、分配类协议：
（1）静态分配协议：集中式传输时间安排算法，事先为每个节点静态地分配一个固定的传输时间安排。
（2）动态分配协议：使用分布式传输时间安排算法，按需计算传输时间安排。
（3）举例：时分多址访问协议(TDMA)、五步预留协议(FPRP) 、跳频预留多址访问协议(HRMA)
5、混合类协议
（1）混合时分多址访问协议(HTDMA)描述：将时间划分成若干个时隙，其中第一个时隙为公共竞争时隙，全网在该时隙内竞争其他时隙的使用权，竞争采用CSMA和RTS/CTS方式相结合进行，竞争时隙结束后各个节点按照竞争的结果在各个时隙进行发送、接收或者相应的退避。在通信结束之后，通信双方将占用时隙进行释放。
（2）举例：TDMA和CSMA的混合协议、ADAPT协议、ABROAD协议、AGENT协议、Meta-协议