MANET在计算机技术方面定义为移动自组网路的工作组,全称为Mobile Ad-hoc NETworks。
基本介绍
- 中文名:移动自组织网路
- 外文名:Mobile Ad hoc network
- 简称:MANET
- 性质:自组织网路
- 含义:移动自组网路的工作组
定义
MANET为Mobile Ad hoc network的简称,Ad hoc网路是一种自组织网路,分为固定节点和移动节点两种。MANET特指节点具有移动性的Ad hoc网路。比如有N个笔记本电脑通过802.11的Ad hoc模式自己组网形成一个网路,如果笔记本的使用者不移动的话,网路的拓扑就不会改变,路由等也就是固定的。但是如果每个计程车上都配置一个无线网卡,全部计程车组成一个网路,则拓扑是不断变化的,路由等也变的複杂。
分类
1. 车辆自组网(Vehicular ad hoc networks, VANETs)用于车辆之间,车辆与路边设备之间的通信。一种在车辆碰撞、事故发生时,帮助车辆以智慧型方式採取行动的人工智慧。
2. 智慧型手机自组织网路(Smart phone ad hoc networks, SPANs)利用商用智慧型手机中的现有硬体设备(主要是蓝牙和Wi-Fi)创建对等网路,而不依赖蜂窝运营商网路、无线接入点或传统网路基础设施。SPANs不同于传统的集线器和轮辐网路(如Wi-Fi Direct),因为它们支持多跳中继,而且不存在中心集线器的概念,因此节点可以随意加入和离开,而不会破坏网路。
3. 基于Internet的移动自组网(Internet-based mobile ad-hoc networks, iMANETs)是一种支持TCP/UDP和IP等Internet协定的无线自组网。该网路採用网路层路由协定,实现移动节点的连结,并自动、分散式地建立路由连线。
4. Hub-Spoke 移动自组织网路(Hub-Spoke MANET),多个子MANET可以连线到一个经典Hub-Spoke VPN中,以创建地理上分布的MANET。在这种类型的网路中,普通的Ad Hoc路由算法并不直接适用。Persistent System的CloudRelay是这种网路的一种实现。
5. 军事或战术无线自组织网路(MANET)由军事单位使用,尤其强调数据速率、实时需求、机动性需求中的快速重路由、数据安全、无线电範围以及与现有系统的集成。常见的无线电波形包括美国陆军的JTRS SRW和Persistent System的WaveRelay。
6. 空域无线自组织网路(Flying ad hoc networks, FANETs)由无人驾驶飞行器组成,可实现巨大的机动性,并提供与偏远地区的连线。
研究方向
MANET研究已经有很多年的历史,详情见参考资料。目前的研究热点集中在MAC层和路由层,路由又偏重于藉助其它手段,如GPS等定位方法的路由。传统的MANET路由协定包括表驱动协定和按需驱动协定。表驱动协定如DSDV等,按需驱动为AODV,DSR等。藉助于GPS信息的路由协定如GPS-DSR等。
实现
背景
服务质量(QoS)是移动自组网络(MANET)研究的热点问题之一.由于MANET网路节点的移动性和节点自身的特点,导致MANET网路实现QoS存在许多困难.从系统实现和软体工程的角度,综述了基于MANET网路实现QoS的各种模型,重点介绍了各QoS模型的工作过程、特点和不足之处,并比较了不同模型的性能.最后说明了该领域进一步研究的方向.
发展迅速
移动AdHoc网路(MANET)是一种与传统有基站无线网路相对的无中心结构通信网,也被称为自组网。近年来,随着移动设备的小型化,AdHoc网路已经开始参与个人通信网路的建立,并成为超3G网路的重要网路接入形式。利用AdHoc进行组网具有灵活、便捷和迅速的特点,相较于现有的一些有中心结构网路来说,AdHoc网路具有更低的建设成本和更大的普及空间。
但无线网路的动态结构特点,使得如何进行高效的网路管理成为AdHoc实际网路套用中必须解决的关键问题。针对此问题,业界也提出了很多解决方案,但这些方案大都不适用于大型网路。一种具有可扩展性的动态分散式的网路管理体系应运而生。
动态分散式的AdHoc网路管理体系
考虑到AdHoc网路中节点设备的差异性,在网路管理中必须充分考虑各节点在电源能力、计算能力上的不同,重新定义网路中各节点在管理中的作用。为此,我们将节点划分为被管理节点、管理域控制节点和网路管理节点,这种角色上的划分更适合于实际网路管理信息的有效利用和网路管理行为的有效发动。
管理域控制节点由AdHoc网路中通信、计算以及电源能力较强的节点承担,它负责一定範围内的管理域通告信息的传送和拓扑状态信息的收集,同时负责网路管理节点授意下的管理信息的获取和管理行为的发动。这种控制域的生成具有半强制性,减少了以往动态簇生成算法带来的複杂操作和变更过程。相对于传统的成簇管理来说,管理域控制节点具有较强的可操作性,同时也提供了与其他无线网路及有线网路互连的有效接入手段。被管理节点是分布于整个网路各个管理控制域中的普通被管对象,每个普通节点可以作为各管理域内节点也可以作为各管理控制域的边界节点。域内节点接收本管理控制域节点的管理,边界节点接收距离自己最近的控制域节点的管理,并负责转发各域间的互动信息。
Adhoc网路中的网路管理节点与传统的有线网路和有中心结构网路中的管理站不同,它本身就具有移动的特性。为此,其管理功能的发挥必须藉助管理域控制节点,通过网路中的多个管理域控制节点支持管理节点的移动,同时扩大管理的有效覆盖範围。由于网路管理节点在不同管理控制域内移动,因此它可以在任何时候与各管理域控制节点互动并完成管理行为的发动。
基于管理控制域的拓扑生成
网路管理系统的主要任务包括:完成对管理信息的收集;通过对管理信息的加工和处理做出相应的管理决策并採取一系列管理行为。管理信息的收集和网路管理行为的发动都依赖于有效的网路拓扑管理和合理的网路管理域划分。对于网元构成高度动态的AdHoc网路来说,其节点所具有的移动性以及网路的自组织性和动态性,使得网路的拓扑管理成为必须解决的关键问题。基于控制域的网路管理结构比较好地支持了网路节点各种角色的交替,能够灵活适应各种规模网路的管理需求以及与现有网路系统的互动。同时,管理控制域的建立也减少了网管协定(如传统的SNMP和ANMP)操作的作用範围,降低网路负载。
1.网路管理控制域的生成
管理控制域类似于传统AdHoc网路中生成簇的概念。在控制域形成的初始阶段,首先由域控制节点传送广播通告,接收到通告的节点记录域控制节点的地址以及通告来源地址,同时设定逾时,这样该节点在逻辑上就确定了自身管理域的归属。随后,由接收到通告的节点转发此广播通告分组。若一个节点接到不同节点转发的通告,则记录首先到达的分组而丢弃序号相同的重複分组。通过通告分组,在逻辑上建立起以域控制节点为中心的域。域的维护则通过各域控制节点定期广播来维持。如果一个节点同时接到两个域控制节点的通告,则此节点成为边界节点,边界节点停止转发通告分组,以此建立不同域的边界。图1为控制域通告的传送与域边界的形成示意图。
控制域通告的发达与域边界的形成
2.管理控制域的合併
由于管理域控制节点的移动性,网路中的管理控制域也处于动态变化中。当两个不同的域控制节点成为邻节点时,就要发动控制域的合併过程。合併的原则可以根据网路的特点和网路的套用目标进行多种选择。我们採用了节点标识大小作为合併后域控制节点的产生原则,即选取节点标识ID号大的节点作为合併后控制域的控制节点。标识号小的控制节点停止传送通告,原控制域的普通节点在域控制节点地址记录逾时后自动接收新的管理控制域通告,并向新的控制节点传送拓扑信息。
3.网路的拓扑结构生成
域内节点检测範围能够到达自己的邻节点,形成了各节点的自指向拓扑,这种拓扑兼顾了单向链路存在的可能。各节点将记录传送给域控制节点,传送路径为接收域通告的上游节点。
节点拓扑信息的传递频率取决于节点的移动速度和邻居节点的变化情况。若上游节点失效(离开或休眠),则将此拓扑状态更新分组以一跳为限进行广播。接收到此广播的节点自动转发给自己的上游节点,若不能转发则直接丢弃,不再进行转发。
域控制节点在接收到各节点的链路状态分组后,记录更新分组序号,并更新自己的域内逻辑拓扑,对于收到的重複或过期分组执行简单的丢弃。同时控制域节点通过计算各节点拓扑通告的频度判定网路拓扑的变化情况,并根据此情况调整控制域通告的传送频率。网路移动性越高,传送频率越快,获得的拓扑信息也更準确。
网路管理节点通过所在域的域控制节点传送给各域控制节点拓扑查询信息,并生成全网的拓扑状态。
仿真验证
为了验证管理控制域生成与合併算法的有效性以及拓扑信息管理的準确性,我们利用ns-2仿真软体对管理控制域生成进行了仿真实现。
1.管理控制域的生成
图2为利用ns-2仿真获得的管理域的生成和合併结果。50个节点在1200×1000m範围内自由移动,预设两个控制域节点,即Node0和Node1节点。所有节点都具有相同的信号接收阈值,即各节点的无线发射设备具有相同的覆盖半径。MAC接入採用802.11DCF,传播延迟为44s,节点移动速度分别取0~10m/s之间的均匀分布随机变数,仿真持续200s。图2a为27.6s时网路的管理控制域分割,其中8,25,49为边界节点。图2b为105s时的Node0控制域和Node1控制域合併后的网路拓扑。
管理控制域的形成与合併
2.拓扑生成的有效性
为了进一步衡量拓扑管理信息获取的有效性,我们进行了拓扑生成性能评价的仿真试验。100个节点在1000×1000m的範围内以0~15m/s的速度随机移动,节点的停留时间分别设为10s~100s之间的固定值以获得不同的拓扑变化率。分别在网路中设定1、2、3个域控制节点。仿真结果表明:可靠链路的信息获取在网路拓扑变化率较低时具有很高的準确性,在拓扑变化率较大且网路中只有一个控制域时,网路获取的稳定链路要优于多个控制域存在时的情况,这主要是由于在中等规模网路情况下,跨域的操作时延比较长,而在大型网路中,控制域的增加会明显提高可靠链路的获取率;另一方面,仿真结果也表明,控制域的增加有助于提高网路中节点的发现率。