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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：9923發(fā)表時間：2019-09-26【小 中 大】

自組網(wǎng)是一種移動通信和計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的信息交換采用計算機網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機制，用戶終端是可以移動的便攜式終端，自組網(wǎng)中每個用戶終端都兼有路由器和主機兩種功能。作為主機，終端需要運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)和路由維護工作，故要求節(jié)點實現(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)拓撲的快速變化，同時減小引入的額外時延和維護路由的控制信息，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算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的信息交換采用計算機網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機制，用戶終端是可以移動的便攜式終端，自組網(wǎng)中每個用戶終端都兼有路由器和主機兩種功能。作為主機，終端需要運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)和路由維護工作，故要求節(jié)點實現(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)拓撲的快速變化，同時減小引入的額外時延和維護路由的控制信息，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，維護路由表會大量消耗移動終端的資源，拓撲結(jié)構(gòu)的快速變化會使很多路由信息很快變得過時，造成資源的浪費。即使將表驅(qū)動協(xié)議針對無線自組網(wǎng)進行改動，仍然在很大程度上存在這個問題。相比之下，按需路由協(xié)議更能適應(yīng)自組網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)快速變化的特點。

　　目前流行的幾種典型按需路由協(xié)議中，DSR使用了源路由的機制，要求在每一個數(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，需要將斷鏈信息發(fā)回源節(jié)點，由源節(jié)點重新發(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)機制解決了這個問題，但它需要使用周期性的Hello信息來維持節(jié)點之間的連接狀態(tài)，增加了開銷，而且在發(fā)生斷鏈時，則采用和DSR同樣的方式進行重建路由。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)點的時間同步功能，并需要數(shù)據(jù)和控制兩個獨立的無線信道，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)中的每一個節(jié)點都必須和其它所有節(jié)點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)中的各個節(jié)點不需要直接連接，而是能夠通過中繼的方式，在兩個距離很遠而無法直接通信的節(jié)點之間傳送信息。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，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)施的情況下進行通信，從而彌補了無網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施可使用的缺陷。自組網(wǎng)技術(shù)為計算機支持的協(xié)同工作系統(tǒng)提供了一種解決途徑，主要特點有：

(1)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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移動、節(jié)點的隨時開機和關(guān)機、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)拓撲結(jié)構(gòu)隨時可能發(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)點的地位是平等的，是一種對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點能夠隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障都不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強的抗毀性。

(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行通信時，需要利用中間節(jié)點進行轉(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際帶寬遠遠小于理論值。

(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、手機等)具有靈巧、輕便、移動性好等優(yōu)點，但同時其電源有限、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，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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