ad_hoc网络广播算法研究_毕业论文(编辑修改稿)

ad_hoc网络广播算法研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

话系统， 我们称之为 1G。 如美国的 AMPS 系统。 这种系统的主要缺点 就 是频谱利用率低，信令干扰话音业务 质量。 在 模拟蜂窝系统中，语音按电路交换的形式在窄带宽信道上以频率调制的方 式进行 传输，系统对每个单元的控制放在 了 移动支持中心 MSS(Mobile Support Station)或者基站 BS(Base Station)上， MSS 和基站作为固定网的一部分 通过 无线方式连接移动用户。 第二代是以TDMA(Time Division Multiple Access)和 CDMA(Code Division Multiple Access)技术为标志的数字蜂窝系统， 即 2G 网络。 如 GSM(Global System For Mobile Communication)，和以 DECT、 PACS、 CT2 为代表的数字无绳电话系统。 数字蜂窝系统 在一定程度上 提 高 了系统容量， 但 越区切换性能仍不完善 ，而且具 有较高湖南人文科技学院毕业设计 的误码率和较低的有效数据传输速率。 国际电联在 1985 年提出 了 第三代 (3G)蜂窝系统的概念 FPLMTS(Future Public Land Mobile Telemunications System)，在 1999 年改为 IMT2020(International Mobile Telemunications2020)标准。 与前两代相比，第三代蜂窝系统的主要特征是可 以 提供 更 丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境 下 支持 144Kbps 的传 输速率，在步行 慢速移动环境 下 支持 384Kbps 的信息传输 ，静止状态下 更是高达 2Mbps 的速率 ，其设计目标 就 是 为了 提供比第二代系统 拥有 更大的系统容量、更好的通信质量、在全球范围内更好的实现无缝漫游、为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时 要 与已有第二代系统的良好兼容性 的新型移动通信系统。 目前 ITU接受的 3G 标准主要有以下三种： WCDMA， CDMA2020 与 TDSCDMA。 与 Ad Hoc 网络相比 较 ，蜂窝系统 具有 覆盖范围更广泛，通信的 Q o S 更有保障， 更 适合作为人口常住区的公共通信系统 的优势。 但蜂窝系统需 要 事先将覆盖区域划分为小区 设立基站等基础设施的支持 ，组网受到地形限制，配置管理较为复杂。 并 适合山地、海洋、极地、战地等 地域 环境的通信。 无线局域网 无线局域网 WLAN(Wireless Local Area Network)是采用无线传输 多 媒体的计算机局域网 [10]。 它 是 由无线 网 卡、无线接入点 AP(Access Point)、主机和有关设备 所构 成。 无线局域网 自身 具有无需物理布线 、可移动性强 、组网灵活快捷 、传输速度高、信号比较稳定等优点，通过 布设 足够的 AP 可覆盖一部分区域，用户可以在这些 AP 间实现无缝漫游。 无线局域网第一个版本发表于 1997 年，其中定义了 MAC(Media Access Control)层和物理层。 物理层定义了工作在 的ISM(Industrial， Scientific and Medical )频段上两种无线调频方式和一种红外传输方式，总数据传输速率设计为 2Mbps。 两个设备之间的通信可 以 通过自由连接的方式进行 通信。 也可以在基站的协调 下 进行。 1999 年 WLAN 添加 上了两个补充的 版 本 和。 定义了一个在 5GHz ISM 频段上数据传输速率可达 54Mbpse 的物理层。 定义了一个在 ISM 频段上数据传输速率可达到 11Mbps 的物理层， 它们 在性能、价格等各方面均超过 Bluetooth 蓝牙、 HomeRF 等技术，加之 ISM 频段为世界上绝大多数国家通用，使 得到迄今为止最为广泛的应用。 苹果公司把自己开发的 标准叫做湖南人文科技学院毕业设计 Airport。 1999 年工业界成立了 WiFi 联盟，致力解决符合 标准的产 品生产和设备兼容性问题。 由于有布设的无线局域网接入点的支持， 现在 在宾馆、机场、餐厅、书店、学校、医院等场所 随时随地可以享受无线网络 服务， WLAN可 以 看作是有线网络在无线领域的扩充。 相比之下 同时无线网络的， Ad Hoc 网络在应用程度上远不及 WLAN 技术的成熟。 集群无线通信系统 集群无线通信系统 中 多个用户 可 共用一组无线电信道，动态分配使用这些信道的专用移动通信系统，是一种最主要的专用移动通信系统。 目前 最 新一代 的 数字集群系统的代表 是 爱立信公司的 DACS 系统，摩托罗拉公司的 MIRS 系统。 它们的主要特点是相 同频率、共用设施、共享覆盖区、共享通信业务等。 因为 是专用 通信 网络，它们的 使用 规模一般不大，多用于 团体、 部门的指挥调度 通信。 对讲机系统 对讲机系统是 最简单的移动通信。 在 有限的 无线传输距离内， 通过使用相同电波 频率， 来实现 互通话。 对讲机系统主要用于 语音 通讯，是 目前 军队、公安部门 普遍 的通信手段。 对讲机系统与移动自组网的最大 区别 在于对讲机不支持通信中继，因而受无线传输范围的限制。 如果要 扩大通信覆盖范围， 就 必须增大对讲机的无线传输距离，因而必须增 加信号 发射功率， 这就 不利于提高通讯设备的便携性。 另一方面，扩大无线覆盖 范围也 会使得频率的空分复用率降低，使得本系统的容量和 可用通信带宽 下降。 对讲机系统可视 为 仅支持语音通讯的简单单跳移动自组网，其 使用的 覆盖范围和数据传输速率都 有非常有限。 卫星系统 卫星系统主要 有两 类。 同步轨道卫星系统是第一类 ， 应用的有 InmarsatB、InmarsatM、澳大利亚的 MOBILESAT、北美的 MSAT、 Jet Propulsion Lab 的PASS、欧洲的 Olympus、美国的 ACTS、日本的 ESTVI 卫星系统等。 因为 同步轨道高，传输路径长 ， 信号时延和衰减都非常大，所以同步轨道卫星系 统多用于船舶、飞机、车辆等 大型的 移动体。 很少有个人业务的应用， 事实上，同步轨道系统实现个人通信存在巨大的困难，其中最难的 解决 问题就是个人终端 对卫星性能的要求太 大。 第二类卫星系统就是中低轨道的移动卫星系统。 其 具有代表性的是 Motorola湖南人文科技学院毕业设计 公司提出的 IRDIUM 系统和 Loral 公司于 Qualm 公司共同倡导发起的GLOBSLSTAR 系统。 IRDIUM 系统有星际电路，具 有 星上处理和交换功能，覆盖全球范围， 不仅可以提供电话业务 ，还 可以提供传真、全球定位、无线定位 以及全球寻呼业务。 可是 由于其 个人终端 价格和通信 费用过高， IRDIUM 公司已经于 1999 年申请破产保护，并与 2020 年终止业务。 GLOBSLSTAR 系统 相对 设计简单，没有星际电路和星上处理和交换功能，仅作为地面蜂窝系统的延伸，技术风险小，手机和通信费用现对低。 但是该系统只可覆盖地球南北纬 70 度之间的范围，且地面多达 150200 个， 而且 在战争和自然灾害 时 ， 其性能 远不及只有 12个地面站的 IRISIUM 系统安全。 卫星通信的优点有：通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信，不易受陆地灾害影响，建设速度快，易于实现广播和多地址通信，电话和话务量可 灵活调整，同一信道可用于不同方向和不同区域。 缺点有：卫星信号到达有较大的延时， 10GHz 以上频带受降雨雪的影响大，卫星天线受太阳、噪声影响。 其他媒介通信系统 无线通信的媒介除了电磁波外，还有红外线、激光等。 红外通信时利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发，它一般有红外发射和接受系统两部分组成。 发射系统在对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收。 红外通信工作波长为 860nmp920nm，工作频率高达 3x1014Hz。 其特点是：单色性强、小立体角内传播 、保密性强、无干扰、信息容量大、结果简单，既可以在室内使用，也可以在野外使用。 由于它具有良好的方向性，适用于国防边哨之间的报名通信。 但在野外使用时它易受气候影响，红外射束易被尘埃、雨水等物质吸收。 激光大气通信系统所用光源多为二氧化碳气体激光器、 YAG 固体激光器、 HeNe 气体激光器等。 其特点是：不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗电磁干扰强、保密性好。 激光大气通信系统在空间星际通信应用中潜力巨大，但是仍然存在受大气湍流干扰，有效通信距离短，带宽受限，适合 全天候 、高机动性和稳定可靠的光器件制作问题。 湖南人文科技学院毕业设计 第 3 章 Ad Hoc 网络 路由 技术 虽然 Ad Hoc 网络 路由算法不是本文的研究重点，但是作为 Ad Hoc 网络 的一个重要内容，这里不得不提。 同时 Ad Hoc 网络 路由算法的问题是于自组移动网络广播算法内容是有重要联系的，因此本章节将详细介绍 Ad Hoc 网络 路由技术的相关内容。 本章首先介绍 Ad Hoc 网络路由协议设计目标及其所面临的问题，之后介绍 Ad Hoc 网络路由协议的分类并对其中几种典型的路由协议进行介绍，最后对这几种路由协议进行定性比较。 Ad Hoc 网络中的路由协议设计所面临的问题 我们知 道 在自组织网络中，当节点移动时不再 有 固定基础设施或接入点 来 帮助其实现路由分组。 网络中不再 有 缺省的路由，网络中的每个 移动主机 都要求具有独立查寻路由并转发 数据 分组的能力。 对于自组网络 需要为其专门设计研究新的路由 协议 算法。 而 设计满足 Ad hoc 网络环境下的路由协议所面临的困难主要有以下几点 : (1)频繁变化的 网络 拓扑结构。 这些变化主要体现在节点加入，离开网络 和 链路权值系数的变化 以及节点的不断移动。 当拓扑结构发生变化后，常规路由协议需要很长时间和较大的代价才能到达收敛状态。 (2)有限的带宽资源。 Ad Hoc 网络 自 身的传输媒介是 依靠 开放性的无线电波，网络本身提供的带宽 有限以及信号之间的冲突和干扰，使移动节点可得到的有限的传输带宽 远远小于理论上的最大带宽。 (3)单向的无线信道。 由于无线收 /发设备不同或周围环境对无线信道的影响，可能会造成单向的无线传输信道。 (4)受限的计算和存储能力以及受限的能源。 这就要求路由协议尽可能简单，因而增加了路由协议的设计难度。 Ad Hoc 路由协议分类 根据 Ad Hoc 无线网络路由协议的特殊性，近年来提出了多种 Ad Hoc 网络湖南人文科技学院毕业设计 路由协议。 IETF 的 MANET 工作小组目前正专注于 Ad Hoc 网络路由协议的研究提出了许多协议草案，如 TBRPF、 OLSR、 DSR 等。 根据这些路由协议的触发原理，大致可以分为主动式也叫表驱动式 (Table Driven)路由协议、被动式也叫按需驱动 (On Demand Driven)路由协议和混合式 (Hybrid)路由协议三种。 如图 所示。 图 Ad Hoc 网络路由协议分类 主动路由协议 主动式路由协议又称表驱动路由协议，每个节点维护一张包含 到达网络中所有节点的路由信息的路由表，并根据网络拓扑的变化随时更新路由表，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。 源节点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由，这类的路由协议通常是通过修改现有的有线路由协议来适应Ad hoc 无线网络要求，如通过修改路由信息协议 (RIP )得到目的节点序列距离矢量协议 (DSDV)。 因此这种路由协议的时延较小，但是协议需要大量的路由控制报文路由，协议的开销较大。 特别是在网络规模比较大的情况下网络结构越加频繁，这样每个节点都要维护一张路由表就没什么意义，而且资源的浪费也是 越加严重。 常用的先验式路由协议有 DSDV, LSR, WRP 等。 被动路由协议 被动式路由协议又称按需路由协议，是一种当有数据需要发送时才查找路由的路由选择方式。 节点不需要维护及时准确的路由信息，当需要发送数据时才Ad Hoc 网络路由协议 主动路由协议 被动路由协议 混合路由协议 DSDV OLSR ZRP WRP DSR AODV DSDV TORA 湖南人文科技学院毕业设计 发起路由发现过程。 与主动式路由协议相比，被动式路由协议的开销小，但是数据报传送的时延较大，不适合实时性的通信场合。 另外，被动式路由协议在进行路由发现时普遍采用广播方式，这会导致许多控制信息重复地被传送，进而产生冗余、碰撞和竞争。 常见的被动式路由协议有 AODV, DSR, TORA。 混合路由协议 混合路由协议， Ad hoc 无线网络中单纯采用主动式或被动式路由协议都不能完全解决路由问题，因此，许多学者提出了结合主动式和被动式路由协议优点的混合式路由协议，这种主动被动混合式的路由能使在网络一端新链路的产生对于本地是重大事件，而对另一端影响很小。 也就是说，关于邻居的信息比遥远的目的地节点的信息更重要。 每个节点必须记录区域半径内所有节点的信息。 但是，实施混合式路由也面临着很多困难，如簇的选择和维护、主动式和被动式路由协议的合理选择以及网络工作的大流量等问题。 典型。