《物聯(lián)網技術》教學PPT課件,物聯(lián)網技術,聯(lián)網,技術,教學,PPT,課件 導讀本章介紹自組網的定義、特點及其應用，使讀者了解無線自組網的協(xié)議棧及其關鍵技術；了解無線自組網的路由技術，無線自組網路由協(xié)議面臨的問題、無線自組網對路由協(xié)議的要求、主動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議等；了解路由協(xié)議的分類，其中主要掌握按需路由和主動路由；了解無線自組網MAC接入面臨的問題，其中主要掌握隱藏終端和暴露終端；了解MAC接入協(xié)議的分類及發(fā)展。16.1 無線自組網概述移動無線自組網（Mobile Ad hoc Networks，MANET）也被稱為多跳無線網（Multi-hop Wireless Network）。它起建于1970年，由美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）資助研究，這種新型網絡構架技術是采用無線分組數(shù)據(jù)網（Packet Radio Network，PRNET）進行數(shù)據(jù)通信的，創(chuàng)建之初應用于戰(zhàn)場環(huán)境，是一種為軍方服務的無線分組網絡。2無線自組網的定義無線自組網（Ad hoc）是由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點組成的一個多跳的臨時性無中心網絡，可以在任何時刻、任何地點快速構建起一個移動通信網絡，并且不需要現(xiàn)有信息基礎網絡設施的支持，網中的每個終端可以自由移動，地位相等。35個節(jié)點組成的自組網4無線自組網的特點1）動態(tài)變化的網絡拓撲結構2）網絡的自組性3）多跳組網方式4）有限的無線傳輸帶寬5）移動終端的自主性和局限性6）分布式控制網絡7）安全性差的網絡8）網絡的可擴展性不強9）存在單向的無線信道10）生存時間短5自組網的應用自組網作為現(xiàn)有網絡的一種補充和擴展，主要應用在沒有現(xiàn)在網絡基礎設施支持的環(huán)境中或現(xiàn)有網絡不能滿足移動性、機動性等要求的情況下，例如，軍事作戰(zhàn)環(huán)境；在救火、救生等需要緊急部署通信網絡的環(huán)境；在人員處于沒有現(xiàn)成網絡支持但又需要協(xié)同工作的商業(yè)活動中；可“穿戴”計算機應用環(huán)境。6無線自組網的協(xié)議棧Ad hoc網絡協(xié)議的分層結構使用了簡化的OSI參考模型，它的協(xié)議結構包括了五層：應用層、傳輸層、網絡層、數(shù)據(jù)鏈路層與物理層。由于Ad hoc網絡采用的是對等結構，不需要使用專用的路由器、交換機等網絡設備，因此網絡中每個結點都具有相同的層次。7Ad hoc網絡層次結構模型8應用服務應用層傳輸服務傳輸層分組轉發(fā)和路由網絡層鏈路控制/信道接入鏈路層邏輯鏈路控制子層媒體介入控制子層無線信道物理層無線自組網的關鍵技術（1）MAC協(xié)議（2）路由協(xié)議（3）服務質量（QoS）（4）安全問題（5）功率控制（6）網絡的互聯(lián)（7）物理層自適應技術96.2 無線自組網的路由技術路由是在IP網絡中用來實現(xiàn)分組的正確轉發(fā)的進程，把信息從源穿過網絡傳遞到目的的行為，在傳輸過程中至少遇到一個中間節(jié)點。路由的功能是在網絡層進行實現(xiàn)的。路由包含兩個基本的動作：確定最佳路徑和通過網絡傳輸信息，在路由的過程中，后者也稱為數(shù)據(jù)交換。10自組網路由協(xié)議面臨的問題Ad hoc 網絡中由于節(jié)點的任意移動性導致拓撲結構動態(tài)、隨機且較快速地變化，這樣常規(guī)路由在拓撲結構變化時，就會花很大的代價重新路由，而且協(xié)議狀態(tài)將始終處于不收斂狀態(tài)，占用大量的網絡資源，致使信息的傳輸無法實現(xiàn)。11自組網對路由協(xié)議的要求 收斂迅速。提供無環(huán)路由。避免無窮計算?？刂乒芾黹_銷小。對終端性能無過高要求。支持單向信道。盡量簡單實用。12自組網路由協(xié)議分類13主動路由協(xié)議主動路由協(xié)議也被稱為表驅動路由協(xié)議、先應式路由協(xié)議，其路由發(fā)現(xiàn)策略類似于傳統(tǒng)的路由協(xié)議。在主動路由協(xié)議中，網絡的每一個節(jié)點都要周期性的向其他節(jié)點發(fā)送最新的路由信息，并且每一個節(jié)點都要保存一個或更多的路由表來存儲路由信息。當網絡拓撲結構發(fā)生變化時，節(jié)點就在全網內廣播路由信息，這樣每一個節(jié)點就能連續(xù)不斷地獲得網絡信息。14按需路由協(xié)議按需路由協(xié)議也被稱為反應式路由協(xié)議、源啟動路由協(xié)議。與主動路由協(xié)議不同的是，按需路由協(xié)議僅在需要路由時才由源節(jié)點創(chuàng)建，因此，拓撲結構和路由表內容是按需建立的，它可能僅僅是整個拓撲結構信息的一部分。通信過程中維護路由，通信完畢后便不再進行維護。156.3 無線自組網的MAC接入由于Ad hoc網絡的特殊組織形式，固定網絡的協(xié)議和有中心無線網絡的很多協(xié)議無法直接被它采用，因而需要設計專門適用于Ad hoc網絡的協(xié)議，信道接入協(xié)議便是其中研究熱點之一。如何控制對共享信道的接入，是數(shù)據(jù)鏈路層的一個子層MAC子層的主要任務。MAC位于數(shù)據(jù)鏈路層的底層，負責連接和控制物理層的通信介質。16無線自組網MAC接入協(xié)議面臨的問題由于Ad hoc網絡特殊的網絡組織形式，它的信道接入協(xié)議面臨很多新的問題。這些問題包括不同的信道共享方式、隱藏終端和暴露終端問題和節(jié)點移動的影響等。17無線自組網MAC接入協(xié)議根據(jù)信道的訪問方式不同，無線自組網 MAC 協(xié)議可以分為：受控訪問、隨機訪問和混合訪問三種。根據(jù)無線自組網中使用信道數(shù)量的不同，MAC 協(xié)議可以分為：單信道訪問協(xié)議、雙信道訪問協(xié)議和多信道訪問協(xié)議三類。18MAC 接入協(xié)議的發(fā)展（1）采用雙信道和多信道（2）由發(fā)送者發(fā)起信道預約轉變?yōu)橛山邮苷甙l(fā)起（3）采用令牌環(huán)（4）節(jié)能19