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無中心自組網(wǎng)系統(tǒng)概述和應(yīng)用

文章來源：思邁奧人氣：9613發(fā)表時(shí)間：2019-09-26【小 中 大】

自組網(wǎng)是一種移動通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的信息交換采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機(jī)制，用戶終端是可以移動的便攜式終端，自組網(wǎng)中每個(gè)用戶終端都兼有路由器和主機(jī)兩種功能。作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序，如編輯器、瀏覽器等；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表完成數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作，故要求節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合適的路由協(xié)議。自組網(wǎng)路由協(xié)議的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確和高效，要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)查找到準(zhǔn)確可用的路由信息，并能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖僮兓瑫r(shí)減小引入的額外時(shí)延和維護(hù)路由的控制信息，降低路由協(xié)議的開銷，以滿足移動終端計(jì)算能力、儲存空間以及電源等方面的限制。

1概述自組網(wǎng)是一種移動通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的信息交換采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機(jī)制，用戶終端是可以移動的便攜式終端，自組網(wǎng)中每個(gè)用戶終端都兼有路由器和主機(jī)兩種功能。作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序，如編輯器、瀏覽器等；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表完成數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作，故要求節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合適的路由協(xié)議。自組網(wǎng)路由協(xié)議的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確和高效，要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)查找到準(zhǔn)確可用的路由信息，并能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖僮兓?，同時(shí)減小引入的額外時(shí)延和維護(hù)路由的控制信息，降低路由協(xié)議的開銷，以滿足移動終端計(jì)算能力、儲存空間以及電源等方面的限制。

　　目前無中心自組網(wǎng)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)主要有三種思路：1)修改現(xiàn)有的常規(guī)路由協(xié)議，使其能夠適應(yīng)自組網(wǎng)的需要，如DSDV (Destination Sequenced Distance Vector)協(xié)議就是通過修改常見的RIP協(xié)議得來；2)采用按需發(fā)現(xiàn)的路由原則，不通過周期性廣播路由信息來維持路由表，僅當(dāng)需要建立路由時(shí)才發(fā)出請求以建立路由，從而有效地減少對網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，典型的有動態(tài)源路由(DSR)、AODV (Ad-hocOn-demand Distance Vector)等；3)基于服務(wù)質(zhì)量(QoS)的路由，節(jié)點(diǎn)根據(jù)收集到的網(wǎng)絡(luò)資源情況(而不是通常的跳數(shù))選擇一條最有可能滿足用戶QoS要求的路由，如LS-QoS (LinkState-QoS)協(xié)議。

　　表驅(qū)動的路由協(xié)議適合于常規(guī)有線網(wǎng)絡(luò)，但對無線自組網(wǎng)來說，由于網(wǎng)絡(luò)自身存在的諸多限制，周期性廣播控制信息分組會大量消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬，維護(hù)路由表會大量消耗移動終端的資源，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的快速變化會使很多路由信息很快變得過時(shí)，造成資源的浪費(fèi)。即使將表驅(qū)動協(xié)議針對無線自組網(wǎng)進(jìn)行改動，仍然在很大程度上存在這個(gè)問題。相比之下，按需路由協(xié)議更能適應(yīng)自組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化的特點(diǎn)。

　　目前流行的幾種典型按需路由協(xié)議中，DSR使用了源路由的機(jī)制，要求在每一個(gè)數(shù)據(jù)包頭部包含完整的路徑信息，大大增加了路由協(xié)議的開銷，且斷鏈發(fā)生需要重建路由時(shí)，需要將斷鏈信息發(fā)回源節(jié)點(diǎn)，由源節(jié)點(diǎn)重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，帶來了很大的延遲。AODV協(xié)議使用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制解決了這個(gè)問題，但它需要使用周期性的Hello信息來維持節(jié)點(diǎn)之間的連接狀態(tài)，增加了開銷，而且在發(fā)生斷鏈時(shí)，則采用和DSR同樣的方式進(jìn)行重建路由。TORA協(xié)議除了自身的開銷大外，還需要特殊硬件提供支持，如GPS設(shè)備提供全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步功能，并需要數(shù)據(jù)和控制兩個(gè)獨(dú)立的無線信道，其應(yīng)用局限較大。

2起源自組網(wǎng)的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網(wǎng)絡(luò)和之后于1973提出的PR(Packet Radio)網(wǎng)絡(luò)。ALOHA網(wǎng)絡(luò)需要固定的基站，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須和其它所有節(jié)點(diǎn)直接連接才能互相通信，是一種單跳網(wǎng)絡(luò)。直到PR網(wǎng)絡(luò)，才出現(xiàn)了真正意義上的多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)不需要直接連接，而是能夠通過中繼的方式，在兩個(gè)距離很遠(yuǎn)而無法直接通信的節(jié)點(diǎn)之間傳送信息。PR網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。IEEE在開發(fā)802.11標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提出將PR網(wǎng)絡(luò)改名為AdHoc網(wǎng)絡(luò)，也即今天我們常說的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。

3特點(diǎn) 移動自組織網(wǎng)絡(luò)能夠利用移動終端的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，在無基礎(chǔ)設(shè)施的情況下進(jìn)行通信，從而彌補(bǔ)了無網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施可使用的缺陷。自組網(wǎng)技術(shù)為計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作系統(tǒng)提供了一種解決途徑，主要特點(diǎn)有：

(1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化

　　在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于用戶終端的隨機(jī)移動、節(jié)點(diǎn)的隨時(shí)開機(jī)和關(guān)機(jī)、無線發(fā)信裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的相互干擾以及地形等綜合因素的影響，移動終端間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測的。

(2)自組織無中心網(wǎng)絡(luò)

　　移動自組織網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，是一種對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)能夠隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障都不會影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。

(3)多跳網(wǎng)絡(luò)

　　由于移動終端的發(fā)射功率和覆蓋范圍有限，當(dāng)終端要與覆蓋范圍之外的終端進(jìn)行通信時(shí)，需要利用中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。值得注意的是，與一般網(wǎng)絡(luò)中的多跳不同，無線自組網(wǎng)中的多跳路由是由普通節(jié)點(diǎn)共同協(xié)作完成的，而不是由專門的路由設(shè)備完成的。

(4)無線傳輸帶寬有限

　　無線信道本身的物理特性決定了移動自組織網(wǎng)絡(luò)的帶寬比有線信道要低很多，而競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾及信道干擾等因素使得移動終端的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。

(5)移動終端的局限性

　　自組織網(wǎng)絡(luò)中的移動終端(如筆記本電腦、手機(jī)等)具有靈巧、輕便、移動性好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其電源有限、內(nèi)存小、CPU性能低等限制，使得我們在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，需要考慮這些因素。深圳安視源-專業(yè)自組網(wǎng)系統(tǒng)。

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