【正文】 量和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議不能夠適應(yīng)在 Ad hoc無線網(wǎng)絡(luò)中頻繁的鏈路改變，使用它們會導(dǎo)致差的路由收斂和非常低的通信吞吐量。 中科院計算所 授課教師：魯士文 14 Ad hoc移動網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn) ? Inter用戶數(shù)目爆炸性增長的部分原因是視頻和聲頻會議一類應(yīng)用的引入。組播主干試驗網(wǎng)絡(luò)（ MBone） 互連多個 能夠把組播分組隧道通過非組播路由器傳送的 組播路由器 。其它的組播協(xié)議使用公用的核心節(jié)點作為組播樹的根。然而， Ad hoc移動網(wǎng)絡(luò)不是這樣的情況 。然而，今天的移動設(shè)備主要由電池供電。鋰離子電池僅能維持 23小時 。特別地，對于一個 Ad hoc移動網(wǎng)絡(luò)，移動設(shè)備必須同時執(zhí)行 端點系統(tǒng) （執(zhí)行用戶交互操作和運行應(yīng)用程序）和 中間系統(tǒng) （執(zhí)行分組轉(zhuǎn)發(fā)）的功能。 中科院計算所 授課教師：魯士文 15 Ad hoc移動網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn) ? 在當前的 Inter上， TCP依賴對來回路程時間（ RTT）和分組丟失的測量得出網(wǎng)絡(luò)中是否發(fā)生了擁塞的判斷。在一條連接上的節(jié)點移動可能引起分組丟失和長的RTT。 ? 傳統(tǒng)的客戶 /服務(wù)器 RPC（遠地過程調(diào)用）過程是否適用于 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)？ Ad hoc網(wǎng)絡(luò)包含異種設(shè)備和機器， 并非每一個節(jié)點都能擔(dān)當服務(wù)器的角色 。也許在 移動代理中做遠地編程 的概念更為可取，因為這樣可以減少在無線介質(zhì)上于客戶和服務(wù)器之間交換的信息量。 中科院計算所 授課教師：魯士文 16 Ad hoc移動網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn) ? Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是內(nèi)部網(wǎng)，除非它們連到了 Inter。但當 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)跟有線網(wǎng)絡(luò)連接的時候情況就不同了。在一條 Ad hoc路徑上傳送的信息可以用某種方式進行保護，但是可能有許多個節(jié)點參與傳輸或轉(zhuǎn)發(fā)，必須通過 對分組源發(fā)方的識別 使用流 ID或標記 對分組中繼進行身份驗證 。 Ad hoc無線網(wǎng)絡(luò)的 拓撲是動態(tài)改變的 ，因為隨著時間變化，設(shè)備并不固定在特定的位置。在 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議需要 處理節(jié)點的移動性和電源及帶寬的限制條件 。 Ad hoc設(shè)備依靠電池運行，通信協(xié)議的低效率會顯著地縮短這些設(shè)備的運行時間。最后，需要有新的方法來設(shè)計 Ad hoc無線網(wǎng)絡(luò)中的 服務(wù)定位、服務(wù)提供和服務(wù)訪問 。 中科院計算所 授課教師：魯士文 18 Ad hoc無線介質(zhì)訪問協(xié)議 ? 無線 MAC協(xié)議 是一套規(guī)則或過程，它允許對無線共享介質(zhì)的有效利用。 發(fā)送方是一個試圖在介質(zhì)上發(fā)送的節(jié)點， 接收方 是當前傳輸?shù)慕邮照摺? ? 在同步的 MAC協(xié)議中，所有節(jié)點都同步到同一時鐘。所有的節(jié)點都傾聽這個信標，并把它們的時鐘同步到主站的時間，因此需要有中心的協(xié)調(diào)機制來同步時間事件。因此，對通道的訪問傾向于采用基于競爭的機制。 在接收方起始的 MAC協(xié)議中 ，接收方必須首先聯(lián)系發(fā)送方，通知發(fā)送方它已經(jīng)準備好接收數(shù)據(jù)。因為接收方不知道發(fā)送方是否確實有數(shù)據(jù)要發(fā)送。此外，該通信方式 只需要使用一個控制報文 ，而在 RTSCTS方式中則需要使用兩個控制報文。 MACA（帶沖突避免的多路訪問）就是一個由發(fā)送方起始的 MAC協(xié)議。隨后接收方節(jié)點對該報文予以應(yīng)答，說明它是否愿意接收來自發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)。接著，發(fā)送方就開始 發(fā)送數(shù)據(jù) 。 中科院計算所 授課教師：魯士文 21 MACABI協(xié)議 ? 帶邀請的 MACA協(xié)議 （ MACA By Invitation）是對經(jīng)典的三次握手 MAC協(xié)議的一種改變。沒有 RTS，取而代之的是 RTR(準備好接收 )。值得注意的是，接收節(jié)點不必知道源是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送。邀請的時機會影響通信的性能 。實現(xiàn)這一方法的一種可能的途徑是通過捎帶在源發(fā)給接收方每個分組中的信息，讓接收方知道發(fā)送方的上述狀態(tài) 。然而， 對于突發(fā)性交通， MACABI的性能可能不會比 MACA好 。這就意味著 MACABI現(xiàn)在又返回到了 MACA。 中科院計算所 授課教師：魯士文 24 MACABI協(xié)議 中科院計算所 授課教師：魯士文 25 MACABI協(xié)議 ? 總之， MACABI減少了發(fā)送 /接收輪換 的時間。因為 MACABI僅使用單個控制報文，所以減少了輪換限制 。事實上， MACABI發(fā)生控制分組沖突的可能性是比較小的，因為跟MACA相比，它 只使用了一半的控制分組數(shù)量 。 RTSCTS對話就發(fā)生在這個通道上 。 ? 當節(jié)點 A要給節(jié)點 B發(fā)送數(shù)據(jù)時，它首先發(fā)送一個 RTS報文，并且進入等待CTS狀態(tài)。如果 CTS報文到達了，節(jié)點 A就進入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。 如果數(shù)據(jù)確實開始到達了，節(jié)點 B就開始在信令通道上發(fā)送忙音，進入接收數(shù)據(jù)狀態(tài) 。 中科院計算所 授課教師：魯士文 27 PAMAS協(xié)議 ? 在 PAMAS中， 如果節(jié)點聽到不是指向它們的傳輸，就把自己關(guān)閉 。迫使一個節(jié)點 關(guān)電的條件 包括： （ a） 如果一個節(jié)點 沒有分組要發(fā)送 ，那么在它的一個鄰接節(jié)點正在發(fā)送的情況下，它應(yīng)該關(guān)電； （ b） 如果一個節(jié)點 有分組要發(fā)送 ，但當 至少有一個鄰接節(jié)點在發(fā)送、另一個節(jié)點在接收 的情況下，它應(yīng)該關(guān)閉自己的收發(fā)器。應(yīng)該使用探測裝置來發(fā)現(xiàn)什么時候一個節(jié)點應(yīng)該開電。此外，一個節(jié)點僅可以有選擇地 關(guān)閉它的數(shù)據(jù)接口 ，并且 讓信令接口繼續(xù)加電工作 。 忙音多路訪問 （ BTMA）可以解決隱藏終端的問題。當基站從一個特定的移動主機接收分組的時候，它給無線單元內(nèi)的所有其它節(jié)點發(fā)送一個忙音信號。 ? 在雙忙音多路訪問 （ DBTMA）協(xié)議中 使用兩個帶外忙音通知鄰接節(jié)點將要進行的傳輸 。數(shù)據(jù)分組在數(shù)據(jù)通道上發(fā)送，控制分組（例如 RTS和 CTS）在控制通道上發(fā)送。 這兩個忙音在頻率上是分隔的 ，因此可以避免干擾。 中科院計算所 授課教師：魯士文 30 DBTMA協(xié)議 中科院計算所 授課教師：魯士文 31 DBTMA協(xié)議 ? 雙忙音多路訪問（ DBTMA） 的 操作原理 相對簡單。當接收節(jié)點接收到這個報文，確定它已經(jīng)準備好并且愿意接受數(shù)據(jù)時，它發(fā)出一個接收忙音報文，后隨一個 CTS報文。在接收到 CTS報文時，源節(jié)點給周圍節(jié)點發(fā)出一個忙音報文后再發(fā)送數(shù)據(jù)。分析和試驗表明， DBTMA在性能方面要優(yōu)于 RTSCTS MAC機制 。此外，今天的大多數(shù)無線站點都使用全向天線。這就是 采用簡化握手過程的介質(zhì)訪問協(xié)議 MARCH(Media Access with Reduced Handshake)。跟其它接收方啟動的協(xié)議不同， MARCH的運行不采用交通預(yù)測機制。在 MARCH中， 一個節(jié)點從收到的另一個節(jié)點發(fā)出的 CTS分組得知在其鄰接節(jié)點數(shù)據(jù)分組的到達。 中科院計算所 授課教師：魯士文 33 MARCH協(xié)議 中科院計算所 授課教師：魯士文 34 MARCH協(xié)議 ? 圖 104示出了全向天線的廣播特征。這個特征意味著， 聽到的 CTS1分組也可以用來向節(jié)點 C傳達數(shù)據(jù)分組到達節(jié)點 B的信息 。 ? 圖 104還說明， 在第一跳之后 RTSCTS握手過程現(xiàn)在被簡化成單個 CTS(CTS Only)，控制開銷的減少量是路由長度的函數(shù)。因此， 當 L比較大時， MARCH將有跟MACABI類似的握手次數(shù) 。在 MARCH中的 RTSCTS報文包含： *發(fā)送方和接收方的 MAC地址 ； *路由標識號 （ RTID）。有兩條在公共節(jié)點 C交叉的路由，路由 1由節(jié)點 A、 B、 C和 D構(gòu)成，而 路由 2由節(jié)點 Y、 C和 Z構(gòu)成。在基于關(guān)聯(lián)的路由選擇中，通過在路徑上的各個節(jié)點中建立路由登記項發(fā)現(xiàn)和激活所需要的路由。 當進入數(shù)據(jù)通信階段時，在路徑上的節(jié)點使用諸如 MARCH這樣的基礎(chǔ)協(xié)議 。如果這個分組被節(jié)點 B成功接收，節(jié)點 B將用一個 CTS1分組應(yīng)答，以準許數(shù)據(jù)傳輸。 根據(jù) MAC地址和 RTID， 節(jié)點 C知道由它的上游節(jié)點 B發(fā)送的分組在路徑 1上 。類似地， 節(jié)點 D聽到由節(jié)點 C發(fā)送的 CTS2，并且隨后通過 CTS3在 D設(shè)置的Tw超時的時候邀請節(jié)點 C中繼這個數(shù)據(jù)分組。為了避免節(jié)點 Z誤解而啟動不必要的 CTSOnly握手，應(yīng)用了 RTID的方法。然而， 這并不意味著 MARCH執(zhí)行第 2層路由選擇 。如果一個節(jié)點要啟動路徑 1上的僅僅 CTS握手，它在 CTS分組中包括它用于那條路徑的 RTID。 中科院計算所 授課教師：魯士文 39 MARCH協(xié)議 ? 簡言之， MARCH（采用簡化握手過程的介質(zhì)訪問）不參與路由選擇，也不做數(shù)據(jù)分組交換的決定 。 中科院計算所 授課教師：魯士文 40 Ad hoc按需距離向量路由選擇 ? 已經(jīng)為 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)提出了 多種路由算法 ，其中比較引人注目的是 Ad hoc按需距離向量 （ AODV）。 AODV是一個按需獲得路由的系統(tǒng)，因為不在所選通路上的節(jié)點不用維持相關(guān)的路由信息，不參與相關(guān)的路由表交換 。它 給它的鄰居廣播一個路由請求（ RREQ）分組 ，鄰居再把該請求轉(zhuǎn)發(fā)給它們的鄰居， 直到請求抵達目的地或一個有到達目的地足夠新的路由的中間節(jié)點 。 每個節(jié)點 維持它自己的順序號 ，每發(fā)出一個分組（請求或應(yīng)答），該順序號都加 1，起著類似于時鐘的作用 。隨同自己的序列號和廣播 ID， 源節(jié)點 在其 RREQ中還包括它具有的 關(guān)于那個目的地的最近的序列號 。 中科院計算所 授課教師：魯士文 43 Ad hoc按需距離向