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《Ad Hoc移动无线网络--原理、协议与应用》-读书笔记.docx

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.68M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    《Ad Hoc移动无线网络—原理、协议与应用》（第二版）
    《Ad Hoc 移动无线网络—原理、协议与应用》（第二版） 重点内容： 第一章 引言 1. Mesh 网络：多数 Mesh 网络产品在 Linux 操作系统下工作，使用 Prism2.0 和 2.5 或 Atheros 2. 无线设备 IP 协议的重要部分是 IP 寻址标准，它定义了一种机制，为互联网上每台计算机提供一个 唯一地址。通过调制解调器或 ISDN（综合服务数字网）连接到 ISP，ISP 收发来自互联网 的 TCP/IP 分组。 3. 移动 IP 允许移动节点使用两个 IP 地址。在移动 IP 中，本地地址是静态的，用于识别 TCP 连接。转交地址在每一个新接入点改变，并可以被认为是移动节点在拓扑意义上的地址。 在移动 IP 中，本地代理通过构造新的 IP 头将分组重新定向为从本地网络到转交地址， 新的 IP 头中移动节点的转交地址为目的 IP 地址。新的 IP 头保护或封装原始分组，使得 移动节点的本地地址对一封装分组的路由没有影响，直到它到达转交地址。这种封装又 被称为隧道效应，这表明数据包通过“隧道”穿过互联网，不受普通 IP 路由的影响。 4. 外地代理作用：广播业务，本地代理作用：保护原始分组？路由器公告：代理公告：路 由器公告被扩展为包含所需的转交地址，本地代理和外地代理按一定的间隔广播代理公 告。代理公告执行以下功能：1）允许检测移动代理，2）列出一个或多个可用转交地址， 3）想移动节点通知外地代理提供的特殊特性，如可选的封装技术，4）令移动节点确定 网络号并连接到互联网的链路状态，5）令移动节点知道代理为本地代理、外地代理， 还是两者都是，并以此为依据确定它是本地网络还是外地网络。 5. 移动 Ad Hoc 网络的另一个应用是蓝牙技术，其目的是在不需要线缆的情况下，在各设 备间（如打印机和 PDA 之间），支持 PAN。著名的 IEEE802.11 或 WIFI 协议在缺乏无线接 入点时也支持 Ad Hoc 网络。 6. 各层可采取的安全措施 层 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 安全措施 探测和阻止病毒、“蠕虫”、恶意代码和应用滥用 通过数据编码认证和保护端对端通信 保护 Ad Hoc 路由和前向协议 保护无线 MAC 协议并提供链路层安全支持 阻止信号干扰拒绝服务攻击 7. 针对多播路由协议的不同类型攻击 （1） 冲击攻击（2）黑洞攻击（3）邻居攻击（4）水母攻击 8. 位置感知路由：转发操作期间，位置感知路由协议使用 GPS 或其他机制提供节点位置。 节点通过使用其一跳邻居和目的节点的物理位置选择转发分组的下一跳。位置感知路由 不需要路由建立和维护，不存储路由信息。位置感知路由协议三种主要策略：贪婪转发、 定向泛洪、分层路由。 第二章 MAC 层协议 1. MAC 协议定义了每个移动单元如何以一种有效的方式共享有效的无线带宽资源。它控 制对传输媒介的访问，其目的是有序而有效的使用公用频谱。这些协议负责每条链路的 连接建立和连接取消。
    2. MAC 协议考虑的性能：吞吐量和延迟，公平性，能量效率，多媒介支持 3. MAC 协议设计目标包括以下几点：  分布式操作  为实时业务提供 QOS 支持  访问延迟必须保持较低的值（访问延迟指的是任何分组传播所经历的平均延迟）  必须有效的利用带宽  应该确保向节点公平的分配带宽  必须保持尽可能低的控制开销  应该最小化隐藏和暴露终端问题的影响  必须可扩展到大型网络  应该有功率控制机制  应该有自适应数据速率控制机制  应尽量使用定向天线  应该提供节点间的同步 注：CSMA 载波监听多址接入不能直接应用于无线网络。 4. MAC 协议的分类 媒介访问控制 以竞争为基础 无竞争（轮询、基 于令牌的、TDMA CDMA FDMA） 随机访问 动态预留/冲突解决 非载波侦听（ALOHA、 分时隙 ALOHA） 使用控制包 （MACA、MACAW） 载波侦听（CSMA） 使用控制包和载波侦 听（FAMA\CSMA/CA、 IEEE802.11） 无竞争的 MAC 方案更适用于静态网络和/或有中央控制的网络。MAC 协议的一个区 分因素是：他们是依赖于发送方启动数据传输还是接收方请求数据传输。 5. 有预留方案的基于竞争的 MAC 协议 （1） MACA：核心思想任何收到 RTS 分组的邻居节点都必须将自己的传输推迟，直到 8 个 相关的 CTS 分组完成一段时间，任何侦听到 CTS 分组的节点都将延迟预期数据传输 的时间。缺点：它的数据链路层不提供数据传输的任何应答。如果传输由于某种原
    因失败，必须由传输层发起重放，而这可能会导致数据传输的重大延误。 MACAW 协议是一种在 Ad Hoc 网络中广泛使用的时隙 MAC 协议，它是一个非持久的 时隙协议，这意味着再媒介被占用后（如在一个 CTS 消息后），传输站在一个时隙开 始后、发送 RTS 前等待一个随机时间。 一个成功的数据传输（A 到 B）包括以下帧序列： A B RTS DS CTS DATA ACK FAMA 是基于 MACA 方案，要求每个传输站在实际发送任何数据包之前获得对称信 道（无线信道）的控制。针对 Ad Hoc 网络的 NCS 变形方案，因为它有效解决了隐藏终端的 问题。 （2） IEEE80.11 MAC 方案 两种模式：DCF 分布式协作功能模式=CSMA+MACA，NAV 网络分配矢量 P42，实现虚拟侦听 PCF 点协作功能模式 （3） MACA-BI 接收方启动协议，采用双向交互（RTR-DATA） （4） GAMA-PS 分组侦听式组分配多址接入 6. 使用定向天线的 MAC 协议 一般 Ad Hoc 采用全向天线，定向天线相对笨重，且要求较高。不过他可以免受其他方 向的干扰。 7. 多信道的 MAC 协议 优势：增加吞吐量、数据互不干扰、支持 QoS. (1) DBTMA 双忙音多址接入通过带外信令有效解决了隐藏终端和暴露终端问题。 (2) 多信道 CSMA MAC 协议，划分信道，在高负载时更有效。 (3) HRMA 跳预留多址接入，它利用慢速 FHSS 的时隙特性，在同一跳发送整个分组，不 适合多跳网络，因为要求节点间同步。 (4) MMAC 多信道媒介访问控制，要求节点同步，不适合多跳 Ad Hoc 网络。 (5) DCP-PC 功率控制-动态信道分配 P47 8. 功率感知或节能 MAC 协议 P48 指导原则：避免冲突、尽量保持待机模式、低功率 （1） PAMAS 带信令的功率感知媒介访问控制：所有的 RTS-CTS 交互都在信令信道进 行，而数据传输在数据信道进行。 （2） DPSM 动态节能机制，使用大小动态变化的 ATIM 窗口来获取更长的休眠时间。 （3） PCM 功率控制媒介访问控制 （4） PCMA 功率控制多址接入：控制发送方的传输功率。 第三章 路由协议 1. Ad Hoc 网络路由协议的设计难点：
    （1） 路由结构：分层设计，最常见的分层设计，最常见的的路由结构分层技术是分 簇。 （2） 支持单向链路 （3） 超级主机的使用，由于特定情况，一些主机需要优先占用带宽、保证能量供应 和高速无线链路 （4） QoS 路由：指路径的选择基于资源的可用性和有效的资源利用。 （5） 支持多播：新挑战：源引起路由需求改变，因此面向源的协议效率较低；当自 组织网络中的节点移动时，网络拓扑结构也相应地发生变化，导致路由变得更 困难；生成树重新配置时会形成短暂的回路；与一组节点发生通信时，维持与 多播相关的大量状态信息给存储容量的能量带来太大压力，这些资源对于自组 织网络中的手持设备而言是非常有限的。 2. 路由协议分类（构建和委派路由任务） （1） 基于域的分层路由协议：用不同域构造算法是实现节点组织，同一个域的移动 节点知道如何到达对方，且特殊节点作为网关节点。ZRP 和 ZHLS （2） 基于簇的分层路由协议：使用特殊的聚类算法来选择簇头。CGSR 和 HSR （3） 基于核心节点路由选择协议，关键节点是动态选择，他们支持特殊功能，如构 建与控制路由的路径、传播。CEDAR 3. 主动式路由协议 （1） 无线路由协议 WRP：每个节点维护一张路由表、距离表、链路开销表、MRL（信 息重发列表）。这也是这个路由协议的缺点，所需占用内存太大。 （2） DSDV：主动单播路由协议，在它的路由表中，存储了目的节点的下一跳、通过 路由路径的目的节点的开销、目的节点创建的目的序号。序号是用来区分新旧 路径的，以避免出现贿回路。协议要求每个移动站点都向它当前的邻居节点通 告它本身的路由表。在需要时，允许每台移动计算机都想其他计算机转发，这 使得该协议有检测目的节点的最小跳数。 （个人理解：他需要维护自己的路由表和它的邻居节点的路由表，路由表的更 新为周期性更新或事件更新） （3） FSR：每个节点维护他们临近节点的拓扑状态，根据鱼眼结构的特点分为三层， 中间层是拓扑变化最频繁的部分距离为一跳，第二层是两条，第三层是两跳以 上。 4. 按需路由 （1） AODV：分布式路由协议，在路径发现时采用发送 RREQ（唯一）消息寻找目的节 点，收到消息的邻居节点返回 RREP，当一个节点收到多条由不同节点发来的相 同 RREQ 信息时，将多余的信息丢弃，并停止转发。在目的节点接收到信息后建 立反响链路，不在链路上的节点在经过 300ms 后，删除反向指针。移动节点会 对感兴趣的目的节点保存一个路由条目。问候消息来确保链路的对称。 （2） DSR：只要有以下两种机制，路由发现机制和路由维护机制。路由发现机制主要 靠节点广播发送 ROUTE REQUEST 消息，目标节点也是靠此方法返回 ROUTE REPLY 消息。值得注意的是，ROUTE REQUEST 消息还包含了一个记录列表，记录了传 送此消息副本的每个中间节点的地址。路由维护则是靠每一个节点在收到分组 信息时需要回复，以确保链路双向。 （3） TORA：通过三个独特的控制分组实现三个功能，QRY 用于创建路由，UPD 用于 创建和维护路由，CLR 用于删除路由。 （4） CBRP：分为簇间路由和簇内路由，，新增的两个特征是路由缩短和本地维修。当
    网络拓扑结构不断由于节点移动而发生变化时，维持这种最新信息就是昂贵的， 不公平的，所有簇成员信息在使用前很长时间就已经过时了。 （5） LAR：基于泛洪的路由发现协议。 （6） ARA：基于蚁群的路由算法，这个协议具有高适应性、高效、可升级的特点。 5. 混合路由 （1） ZRP:是一种域路由，域的半径是以 2 跳（最小条数）为半径的。协议分为域内协 议 IARP 可看作是局部主动式路由和域间协议 IERP 可看作式全局反应式路由。它 使用边界传播来替代广播分组，边界传播分组出传输服务由 BRP 边界传输决议 协议提供。BRP 使用扩展的路由域为问询分组构建外界传播生成树。ZRP 依赖于 MAC 层提供的 NDP 邻居节点发现协议来检测新的邻居节点及链路故障。 （2） ZHLS：基于域的分层 LSR 协议。每个节点都要通过 GPS 得知自己的物理位置， 从而获得区域 ID。它将网络划分成互补交叠的域。它定义了两层拓扑结构，节 点层拓扑结构和域层拓扑结构。和 ZRP 不同的是，它需要 GPS 维持域间路由的 高级层。 （3） DDR 分布式动态路由：分为 6 个阶段：选择首选邻居节点、树内聚类、树间聚 类、构造森林、域命名和域划分，依据从信标节点接受到的信息执行每个阶段。 第四章 多播路由协议 1. 多播路由协议的分类 （1） 基于树的多播路由协议 a. 基于最小条数的多播路由协议（MAODV）：建立树的过程是通过一个到源节点的 最小路径上的节点加入这个树。维护树需要用 RREQ、RREP 和 MACT 消息，通过 ERS 扩展环状搜索方法维护这个树。 b. 基于最小链路的多播路由协议（BEMRP）：要加入多播群组的节点从现有的树中 选择距离较近的转发节点，而不是选择从多播组群的源节点到这个节点的跳数 最小路径。这样使得新加入多播树的链路数量是最少的。树的维护是基于牢固 状态的树维护方法。 c. 基于稳定性的多播路由协议（ABAM）：在网络中所有预备接受节点广播一个 MBQ 多播广播询问消息，如果中间节点收到消息并转播它，则中间节点添加相关性 标记。树的维护是使用局部询问回复周期实现的 d. MZRP 基于域的多播路由协议：是 ZRP 的多播版，树的维护是使用软状态维护的。 源节点在每个时间间隔周期性的发送树更新分组。 e. 基于树共享的多播路由协议：将网络中的节点分为快速移动的节点和运动相对 缓慢的节点，选择后者作为 RP 集合点。 f. 特定会话 AMRIS 协议 （2） 基于网格的多播路由协议 在大多数情况下，源启动协议中的转发网格是每个源网格的集合，接受方启动的网 格协议是为所有源节点形成一个单独共享的网格。 a.基于网格的源启动多播路由协议 ODMRP，网格维护采用软状态法 b. 基于网格的接收方启动多播协议 CAMP，将节点分为双重、单一、非成员节点， 它需要潜在的单播路由协议的支持以提供路由更新信息。 （3） 基于源节点的多播路由协议 SRMP，P101 页 2. QOS (Quality of Service)即服务质量路由 QOS 在多播路由中非常有用，但比较难实现。比如 QRREQ、QRREP。
    第五章 传输层 主要任务：完整信息的端到端交付、寻址、可靠交付、流量控制和多路技术.UDP 用户数据 报协议和 TCP 传输控制协议是两大传输层协议。UDP 为应用层提供不可靠、非面向连接的服 务。TCP 为应用层提供可靠的数据传输、拥塞控制。 1. TCP 在 Ad Hoc 网络中面临的挑战及设计问题 （1） 挑战：隐终端（解决办法是采用握手帧 RTS 和 CTS）、暴露终端、路径不对称（带 宽不对称、丢失率不对称、媒介接入不对称、路由不对称，目前为了提升 TCP 性能，在网络中采用了一下三种技术 TCP 报头压缩、通过 ACK 过滤减少在反向 路径中传输的 TCP ACK 的数量、ACK 阻塞控制）、网络分割（原因：网络节点的 移动）、路由失败（原因：节点的移动和无线信道的竞争机制。根源在于异类传 输路由、广播分组的 ACK 缺失、小尺寸的 Hello 消息分组和无线链路的波动）、 功率约束。 （2） 设计目标： 2. TCP 在 MANET 中的性能 导致 TCP 性能下降的的两个重要原因：MAC 故障检测延迟和路由再计算延迟。 多路路由协议通过两个因素影响 TCP：平均 RTT 测量误差导致更多的过早超时；不同路 径上的分组乱序转发激发重复的 ACK，导致激活 TCP 拥塞控制。 3. Ad Hoc 传输协议 （1） 分割方法：将跳数较多的连接分割成短的局部段或区域，在这些局部段之间挑 选一系列中间节点作为代理节点，代理节点会收到 TCP 分组：它解析 TCP 分组， 读出分组的内容，将其缓存到局部缓冲区，并向源（或前一个代理节点）发送 一个确认信息 LACK。 这个设计本质上是将传输层功能分为拥塞控制和端到端控制，相应的 TCP 中的传输控制窗口也被划分为两个窗口：拥塞窗口和端到端窗口，拥塞窗口是
    端到端的一个子窗口。 （2） 端到端方法：该方法主要解决 TCP 在移动 Ad Hoc 网络中误把路由失败引起的分 a) b) c) d) 组丢失当作是网络拥塞问题。 TCP-F:TCP 反馈目的是将节点移动引起的拓扑快速变化所导致的吞吐量减少最 小化。当发送方收到 REN 后，进入休眠状态；当这个路由失败计时器满后，发 送方将从睡眠状态中激活，发送行分组收到从中间节点发来的 RRN 路由重建通 知，获得路由重建信息。 TCP-ELFN:明确链路失败通知，它主要是基于 TCP 与路由协议间的实际交互。当 收到 ELFN 消息后，TCP 发送方终止其重发计时器，进入待命状态，冻结所有的 分组发送，直至连接重新建立，然后恢复发送。 Ad Hoc-TCP:ATCP 采用一种网络层反馈机制。TCP 发送方可置于保持状态、拥塞 控制状态或重发状态，取决于它从中间节点得到的反馈消息。它的优点在于： 在保持 TCP 端到端语义的情况下，显著提升了 TCP 性能；与传统对的 TCP 兼容。 缺点：依赖于网络层进行路由失败和网络分割探测；把一个薄的 ATCP 层包含 在 TCP/IP 协议组中需要改变其内部关系。 TCP-BUS：TCP 缓冲能力和序列信息，利用网络层反馈来检测路由失败，并采取 适当的措施来应对这些失败。利用了一些特殊信息，如 LQ 本地询问、REPLY， 作为 ABR 基于相互关系的路由协议的一部分，用来寻找局部路径。 第六章 服务质量 1. QOS 资源预留机制： 分为两类：硬状态资源预留机制和软状态预留机制。硬状态中，QOS 会话期间， 由源节点通往目的节点的整个路径的所有节点都进行资源预留。软状态机制，预留仅保 持较短时间，如果有同样的流在超时前到达，这些预留将刷新。 2. QOS 解决方法分类：
    1） MAC 层解决方法： TDMA：采用了一种动态的簇设计。簇的信息和簇头的选举是以一种分布式的方法进 行的，分别为：最低 ID 算法、最高度算法（这个度时指一个节点在其范围内的邻居 节点数）、LCC 最小簇变更算法。簇内的信道接入控制，使得多个会话通过 CDMA 共 享一盒特定的 TDMA 时隙。 2） 网络层解决措施：网络层支持。 3. 支持 QOS 的 Ad Hoc 按需距离矢量路由协议 P132 4. 针对 Ad Hoc 无线网络的 QOS 框架： 核心组件：模型：IntServ 模型、DiffServ 模型(均不适用于无线自组织网络) FQMM（移动 Ad Hoc 网络的弹性 QOS 模型）是上面两种的综合 其他核心组件：QOS 路由，用来在网络中寻找可以满足用户需求的所有或部分路径 QOS 信令，用于资源预留； QOS 媒介接入控制，呼叫准入控制和分组时序安排机制 5. INSIGNIA P135 6. 它 j 将带内信令、呼叫准入控制和分组时序综合在一起，给出了一种综合方法来提供 QOS. 它不适合有严格 QOS 要求的实时应用。 INORA 采用了 INSIGNA 的带内信令机制和 TORA 机制。TORA 路由协议可以在一对给定的 源节点-目的节点之间给出多个路由。INSIGNA 的带内信令机制根据做选择的路由向 TORA 路由协议提供反馈，如果所选的路由不能满足 QOS 要求，则申请其他替代路由。他有两 种机制：粗糙反馈机制和基于类的精细反馈机制。 第七章 能量管理系统 1. 能量管理设计分类：电池管理方案，涉及电池技术的选择、寻找最优的电池容量、规划
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