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无中心自组网系统的概述
作者:深圳安视源    发布于:2016-07-11 17:33:28    文字:【】【】【

        自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络,网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制,用户终端是可以移动的便携式终端,自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机,终端需要运行各种面向用户的应用程序,如编辑器、浏览器等;作为路由器,终端需要运行相应的路由协议,根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作,故要求节点实现合适的路由协议。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效,要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息,并能适应网络拓扑的快速变化,同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息,降低路由协议的开销,以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。
 
1概述  自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络,网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制,用户终端是可以移动的便携式终端,自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机,终端需要运行各种面向用户的应用程序,如编辑器、浏览器等;作为路由器,终端需要运行相应的路由协议,根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作,故要求节点实现合适的路由协议。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效,要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息,并能适应网络拓扑的快速变化,同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息,降低路由协议的开销,以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。

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目前自组网路由协议的设计主要有三种思路:1)修改现有的常规路由协议,使其能够适应自组网的需要,如DSDV(DestinationSequencedDistanceVector)协议就是通过修改常见的RIP协议得来;2)采用按需发现的路由原则,不通过周期性广播路由信息来维持路由表,仅当需要建立路由时才发出请求以建立路由,从而有效地减少对网络资源的消耗,典型的有动态源路由(DSR)、AODV(Ad-hocOn-demandDistanceVector)等;3)基于服务质量(QoS)的路由,节点根据收集到的网络资源情况(而不是通常的跳数)选择一条最有可能满足用户QoS要求的路由,如LS-QoS(LinkState-QoS)协议。

表驱动的路由协议适合于常规有线网络,但对无线自组网来说,由于网络自身存在的诸多限制,周期性广播控制信息分组会大量消耗网络带宽,维护路由表会大量消耗移动终端的资源,拓扑结构的快速变化会使很多路由信息很快变得过时,造成资源的浪费。即使将表驱动协议针对无线自组网进行改动,仍然在很大程度上存在这个问题。相比之下,按需路由协议更能适应自组网拓扑结构快速变化的特点。

目前流行的几种典型按需路由协议中,DSR使用了源路由的机制,要求在每一个数据包头部包含完整的路径信息,大大增加了路由协议的开销,且断链发生需要重建路由时,需要将断链信息发回源节点,由源节点重新发起路由发现过程,带来了很大的延迟。AODV协议使用逐跳转发机制解决了这个问题,但它需要使用周期性的Hello信息来维持节点之间的连接状态,增加了开销,而且在发生断链时,则采用和DSR同样的方式进行重建路由。TORA协议除了自身的开销大外,还需要特殊硬件提供支持,如GPS设备提供全网节点的时间同步功能,并需要数据和控制两个独立的无线信道,其应用局限较大。

2起源 自组网的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(PacketRadio)网络。ALOHA网络需要固定的基站,网络中的每一个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信,是一种单跳网络。直到PR网络,才出现了真正意义上的多跳网络,网络中的各个节点不需要直接连接,而是能够通过中继的方式,在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发802.11标准时,提出将PR网络改名为AdHoc网络,也即今天我们常说的移动自组织网络。

3特点  移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能,在无基础设施的情况下进行通信,从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径,主要特点有:

(1)网络拓扑结构动态变化

在移动自组织网络中,由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响,移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化,而且变化的方式和速度都是不可预测的。

(2)自组织无中心网络

移动自组织网络没有严格的控制中心,所有节点的地位是平等的,是一种对等式网络。节点能够随时加入和离开网络,任何节点的故障都不会影响整个网络的运行,具有很强的抗毁性。

(3)多跳网络

由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限,当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时,需要利用中间节点进行转发。

值得注意的是,与一般网络中的多跳不同,无线自组网中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的,而不是由专门的路由设备完成的。

(4)无线传输带宽有限

无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有线信道要低很多,而竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽远远小于理论值。

(5)移动终端的局限性

自组织网络中的移动终端(如笔记本电脑、手机等)具有灵巧、轻便、移动性好等优点,但同时其电源有限、内存小、CPU性能低等限制,使得我们在开发应用程序时,需要考虑这些因素。

深圳安视源电子科技有限公司-远程无线监控专家

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