第7章 MANET | taohu的站

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Jun 24, 2023

前言

后续三个章节：MANET、无线传感器网络、Mesh之间有很多关联，它们有不同设计目标：

MANET: 节点节点更低时延传数据

无线传感器网络：节能

Mesh:节点更好接入有线骨干网

💡

MANET定义：移动ad Hoc网络是由无线移动节点组成，无需固定基础设施，迅速使用的网络体系。无中心实体、自组织、自愈。

一、隐藏终端和暴露终端问题及解决办法

💡

隐藏终端是指在接收节点的覆盖区而在发送节点覆盖范围外的节点。隐藏终端因听不到发送节点的发送而项同样的接收节点发送分组，造成分组在接收节点处冲突。隐藏终端可分为隐发送终端和隐接收终端

💡

暴露终端是指在发送节点覆盖范围内，而在接收节点覆盖范围之外的节点。暴露终端因能听到发送节点的发送而可能延迟发送。但因为他在接收节点的通信范围之外，他的发送实际上不会造成冲突，引入了不必要的延迟。暴露终端也可分为暴露发送终端和暴露接收终端

解决办法：

1.RTS/CTS握手机制(增加控制消息类型)

2. DBTMA（双忙音多点接入协议）使用控制信道上的RTS/CTS分组外，增加两个频带彼此分开的窄带忙音BTr(接收忙音)和BTt(发送忙音)，分别用来指示某站正在数据信道上接收和发送数据。(增加硬件成本，频谱资源)

二、MANET两种路由协议

adhoc网络拓扑是不断变化的，网络节点不可能永久存储路由信息，而且信息不一定一直真实可靠。路由选择由移动节点自身完成。

按驱动方式不同路由协议分成：⭐

表驱动路由(先验式路由)

按需路由(反应式路由)

按拓扑结构分成：

平面结构路由协议

分簇路由协议

1️⃣表驱动路由

表驱动路由是传统的分布式路径最短路由协议 ，（存储链路状态或者距离向量，所有节点持续更新“可达”信息。）每个节点要维护网络所有节点路由，所有路由都已经存在并且随时可用。

请求延时低 但开销大

主要的表驱动协议：DV、DSDV、DBF、WPR

2️⃣按需路由

只有在源节点需要时才创建路由。控制信息采用泛洪方式。

延时高、开销低

有两种实现技术：

源路由(报文头携带完整路由信息)

逐跳路由(类似于现有的internet路由)

主要路由协议：DSR、AODV、TORA

3️⃣两种路由机制比较

ㅤ	表驱动路由	按需路由
时延	时延小	时延高
开销	开销大	开销小

所以哪种路由机制好呢?🤔

哪种途径表现更好取决于流量和移动模式

移动性低，流量高适合表驱动路由

移动性强，流量受限适合按需路由

还可以使用分级路由协议结合两种路由机制

三、什么是无穷计算怎么解决无穷计算

无穷计算问题出现在DV算法中，DV算法中的每个节点会维护一张路由表，包括源节点、到达源节点要经过的中间节点，开销。假设一个节点到另一个节点无法直接访问路由，那么会通过中间节点的路由表计算出到彼此开销。如图所示，A到B的花销是3，B到C的花销是2，那么A能够通过B计算得到C的花销是5，同理C也能得出到A的花销是5。但此时如果A,B的路由断开了，B到A不能直接建立路由，但C中存储着到A的花销5，所以B会误认为C和A之间可以路由，所以试图通过C连接A，B路由表就存储到A的路由是7，同时C的路由表中又是通过A来路由B,所以到A花销就是9，就会如此无穷计算下去。

解决办法⭐

在路由表中增加一个序列号，记录路由信息建立时间，当路由信息过期后应当删除，从而防止了路由回路产生。

四、什么是路由波动问题，怎么减缓?

由于D或者任何一个节点的路由更新消息到达节点A时存在着时间差,就会导致不必要的路由公告，路由表波动

怎么减缓？

收到新序列号路由时更新路由表，但是等待一段时间再路由公告。等待时间=2＊(avg.settling time)

其中settling time=第一条路由和最佳路由之间的时间间隔。

五、路由缓存技术

每个节点缓存它通过任何方式获得的新路由，中间节点使用缓存的到目的节点的路由响应RREQ。

存在错误路由缓存

拓扑变化使得路由缓存失效，此节点回应RREP时，影响和感染其他节点。

所以需要设置路由缓存有效期，过期就删除。

六、RREP风暴

存在于DSR协议中(按需路由)，RREP是路由应答消息。当节点广播到某个目的节点的RREQ，当其邻居节点的路由缓存中都有到该目的节点的路由时，每个邻居节点都试图以自己缓存的路由响应，由此造成RREP风暴。

RREP会浪费带宽、加剧消息冲突

怎么解决?

每个节点延时D发送RREP。D与节点到目的节点的跳数成正比，使得到目的节点有最短路径的RREP最先发送。同时，节点监听是否存在有比自己更短的到目的节点的路径，如果有，则不发送本节点的RREP。

七、功率控制

功率控制就是每个节点按照分布式方式为每个分组选择发射功率。

功率控制对MANET性能的影响：

接收信号的质量(物理层)

发射的传输距离(影响网络层路由)

干扰其他接收节点的量级(影响传输层)

影响吞吐量，时延，能量消耗

怎么进行功率控制?

发射功率控制是一个交叉层设计问题，影响协议栈的各个层次。影响吞吐量，时延，能量消耗。

通用节能途径：

尽力减少分组重传(前向纠错，减少碰撞)

收发信机的高效使用（无需接收数据时，可关闭该节点，邻近时隙分配给终端发射或者接收）

设置优先级，根据节点供电能力调度分组发送（电能紧张的节点设为较高优先级，立即发送分组。）

节点能耗的控制与管理（尽可能保证全部节点同等的耗尽各自的电池能量)

暂停组成单元的操作（OS层节能控制）

八、IP地址分配

五个分配要求：

IP地址不存在冲突

节点加入网络分得地址，退出网络必需释放地址

不能拒绝节点分配请求,除非无可分配地址

解决合并及分割带来的IP地址冲突问题

节点必需得到授权才能被分配IP地址。

三种分配方法：

分配方法	特点
冲突检测分配法	随机用一个新地址去全网检测是否有冲突，如果有冲突再随机猜。需得到所有已配置节点认可。
无冲突分配法	每个节点保留一个和其他节点互不相交地址池，遇到新节点分一半地址池给新节点。解决了分割问题。
最大努力分配法	是前两种的结合，节点尽其所知分配它知道的空闲地址给新节点，但多个新节点同时加入容易地址冲突，所以同时还进行地址冲突检测来保证地址空闲，考虑了合并和分割问题。

九、QOS折中

💡

服务质量通常定义为把分组流从源节点传输到目的节点的时候网络必须满足的一个服务要求集合。例如，时延、带宽、分组丢失概率、时延变化(抖动)，等等。功率消耗和服务覆盖范围是另外两个QoS属性，这两个属性对移动Ad Hoc网络很特别。因为网络动态性，QOS难以满足需要一些让步，于是有了QOS折中原理。

移动Ad Hoc网络提供QoS的两个折中原理是：

软QoS

QoS自适应

软QOS：

通过在总的连接时间内的总的未满足时间之比来量化QOS满足等级，并使得这个比率不高于某个门限值。这种QOS机制下，不是任何一个时刻都需要保证，平均下能保证就行。

QOS自适应：

留一个空间，可以对多个层次进行调整，来实现一个更好的性能。

允许在一个预留指定范围内，随着有效资源的变化，重新调整资源分配。

物理层通过自适应提高或降低发射功率来跟踪传输质量变化。

链路层自动对链路差错率变法做出反应，包括使用自动重传，自适应误码纠错机制等。

网络层自动对网络的有效带宽和时延做出反应。