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無中心自組網系統概述和應用

文章來源：思邁奧人氣：10157發表時間：2019-09-26【小 中 大】

自組網是一種移動通信和計算機網絡相結合的網絡，網絡的信息交換采用計算機網絡中的分組交換機制，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用程序，如編輯器、瀏覽器等；作為路由器，終端需要運行相應的路由協議，根據路由策略和路由表完成數據分組的轉發和路由維護工作，故要求節點實現合適的路由協議。自組網路由協議的目標是快速、準確和高效，要求在盡可能短的時間內查找到準確可用的路由信息，并能適應網絡拓撲的快速變化，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概述自組網是一種移動通信和計算機網絡相結合的網絡，網絡的信息交換采用計算機網絡中的分組交換機制，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用程序，如編輯器、瀏覽器等；作為路由器，終端需要運行相應的路由協議，根據路由策略和路由表完成數據分組的轉發和路由維護工作，故要求節點實現合適的路由協議。自組網路由協議的目標是快速、準確和高效，要求在盡可能短的時間內查找到準確可用的路由信息，并能適應網絡拓撲的快速變化，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。

　　目前無中心自組網路由協議的設計主要有三種思路：1)修改現有的常規路由協議，使其能夠適應自組網的需要，如DSDV (Destination Sequenced Distance Vector)協議就是通過修改常見的RIP協議得來；2)采用按需發現的路由原則，不通過周期性廣播路由信息來維持路由表，僅當需要建立路由時才發出請求以建立路由，從而有效地減少對網絡資源的消耗，典型的有動態源路由(DSR)、AODV (Ad-hocOn-demand Distance Vector)等；3)基于服務質量(QoS)的路由，節點根據收集到的網絡資源情況(而不是通常的跳數)選擇一條最有可能滿足用戶QoS要求的路由，如LS-QoS (LinkState-QoS)協議。

　　表驅動的路由協議適合于常規有線網絡，但對無線自組網來說，由于網絡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絡帶寬，維護路由表會大量消耗移動終端的資源，拓撲結構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。即使將表驅動協議針對無線自組網進行改動，仍然在很大程度上存在這個問題。相比之下，按需路由協議更能適應自組網拓撲結構快速變化的特點。

　　目前流行的幾種典型按需路由協議中，DSR使用了源路由的機制，要求在每一個數據包頭部包含完整的路徑信息，大大增加了路由協議的開銷，且斷鏈發生需要重建路由時，需要將斷鏈信息發回源節點，由源節點重新發起路由發現過程，帶來了很大的延遲。AODV協議使用逐跳轉發機制解決了這個問題，但它需要使用周期性的Hello信息來維持節點之間的連接狀態，增加了開銷，而且在發生斷鏈時，則采用和DSR同樣的方式進行重建路由。TORA協議除了自身的開銷大外，還需要特殊硬件提供支持，如GPS設備提供全網節點的時間同步功能，并需要數據和控制兩個獨立的無線信道，其應用局限較大。

2起源自組網的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網絡和之后于1973提出的PR(Packet Radio)網絡。ALOHA網絡需要固定的基站，網絡中的每一個節點都必須和其它所有節點直接連接才能互相通信，是一種單跳網絡。直到PR網絡，才出現了真正意義上的多跳網絡，網絡中的各個節點不需要直接連接，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點之間傳送信息。PR網絡被廣泛應用于軍事領域。IEEE在開發802.11標準時，提出將PR網絡改名為AdHoc網絡，也即今天我們常說的移動自組織網絡。

3特點移動自組織網絡能夠利用移動終端的路由轉發功能，在無基礎設施的情況下進行通信，從而彌補了無網絡通信基礎設施可使用的缺陷。自組網技術為計算機支持的協同工作系統提供了一種解決途徑，主要特點有：

(1)網絡拓撲結構動態變化

　　在移動自組織網絡中，由于用戶終端的隨機移動、節點的隨時開機和關機、無線發信裝置發送功率的變化、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絡拓撲結構隨時可能發生變化，而且變化的方式和速度都是不可預測的。

(2)自組織無中心網絡

　　移動自組織網絡沒有嚴格的控制中心，所有節點的地位是平等的，是一種對等式網絡。節點能夠隨時加入和離開網絡，任何節點的故障都不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

(3)多跳網絡

　　由于移動終端的發射功率和覆蓋范圍有限，當終端要與覆蓋范圍之外的終端進行通信時，需要利用中間節點進行轉發。值得注意的是，與一般網絡中的多跳不同，無線自組網中的多跳路由是由普通節點共同協作完成的，而不是由專門的路由設備完成的。

(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絡的帶寬比有線信道要低很多，而競爭共享無線信道產生的碰撞、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

　　自組織網絡中的移動終端(如筆記本電腦、手機等)具有靈巧、輕便、移動性好等優點，但同時其電源有限、內存小、CPU性能低等限制，使得我們在開發應用程序時，需要考慮這些因素。深圳安視源-專業自組網系統。

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