作 者:电信网技术 曹蓟光
摘要随着通信技术的快速发展和人们对通信智能性要求的提高,自组织网络成为网络技术发展的重要方向之一。本文对自组织网络技术的发展历程、发展方向进行了介绍,对自组织网络发展中遇到的问题进行了分析,并且探索了自组织网络技术的发展趋势。
1、引言
自组织网络原来只是特指无线自组织网络(Adhoc网络),但是随着P2P等具有明显自组织特性的网络出现,自组织网络的概念逐渐宽泛化,不但包括通常所指的无线自组织网络,而且包括具有自组织特性的P2P网络和IP网络(IP动态路由)。通过与其他技术的交叉与融合,目前在讨论自组织网络的时候还会涉及RFID网络、网格技术等。比如我国“八六三”计划中就采用了比较宽泛的概念,连续两年设置“自组织网络技术”专题来支持各种具有自组织特性的网络新理念、新技术和新设施的研究与试验工作。
2、自组织网络的技术特点
2.1无线自组织网络的核心特征
(1)无中心化和节点之间的对等性。Adhoc网络是一个对等性网络,网络中所有结点的地位平等,无需设置任何的中心控制结点(Infrastructureless,不依赖于固定的网络设施)。网络节点既是终端,也是路由器,当某个节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时,需要中间节点(普通节点)的多跳转发(Multi-hopDistributed)。
(2)自发现(Self-Discovering)、自动配置(Self-Configuring)、自组织(Self-Organizing)、自愈(Self-Healing)。Adhoc网络节点能够适应网络的动态变化,快速检测其它节点的存在和探测其他节点的能力集,网络节点通过分布式算法来协调彼此的行为,无需人工干预和任何其它预置的网络设施,可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。由于网络的分布式特征、节点的冗余性和不存在单点故障点,任何结点的故障不会影响整个网络的运行,具有很强的抗毁性和健壮性。
2.2结合无线通信的应用场景无线自组织网络具有的特性
(1)无线传输带宽有限。Adhoc网络采用无线传输技术作为底层通信手段,由于无线信道本身的物理特性,它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多,节点间通信协议的设计必须考虑通信代价。因此路由协议设计时,减少消息数量和带宽需求成为重要的考虑因素。使得Adhoc网络很难采用目前IP网络中的现有路由协议进行寻址。
(2)移动终端有节能要求。由于移动终端的电量有限,节点处于待机状态有利于减少电量消耗,因此,节点通信协议设计时要尽量减少节点激活时间、较少节点的计算量(减少CPU能量消耗)。
(3)安全性较差。由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等技术,Adhoc网络更加容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”等网络攻击。信道加密、抗干扰、用户认证和其它安全措施都需要特别考虑。
(4)存在单向的无线信道。由于地形环境或发射功率等因素的影响,网络中可能存在单向无线信道,增加了节点间通信协议的设计难度。
Adhoc网络的上述特点使得Adhoc网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通通信网络和固定通信网络有着显著的区别。
3、自组织网络的研究热点
3.1MAC协议的研究
在Adhoc网络中,多个网络节点共享同一无线信道,由于各节点发送分组的随机性,为了减少碰撞,必须由MAC层协议来建立共享信道的访问机制。高效的MAC层协议是Adhoc网络的一个研究热点,目前最常见的MAC层协议是载波监听多路接入(CSMA)和多种其他机制,如IEEE802.11中所采用的基于RTS(Request to Send),CTS(Clear to Send),ACK(AC-Knowledgement)的协议等。
3.2路由协议的研究
由于Adhoc网络具有节点节电、减少带宽消耗、拓扑快速变化、适应单向信道环境等多方面的要求,使得现有的IP路由协议,如RIP(选路信息协议)和OSPF(开放最短路径优先协议)等不能满足要求,Adhoc网络路由协议的设计具有很大难度。IETF的MANET工作组重点研究无线Adhoc中的路由协议。主要有如下几种草案:
(1)AODV(AdhoconDemand Distmce Vector Routing)Ad hoc网络的距离矢量路由算法。
(2)TORA(TemporallyOrderedRoutingAlgorithm)临时顺序路由算法。
(3)DSR(DynamicSourceRouting)动态源路由协议。
(4)OLSR(OptimizedLinkStateRouting Protocol)优化的链路状态路由协议。
(5)TBRPF(TopologyBroadcastBasedon Reverse Path Forwarding)基于拓扑广播的反向路径转发。
(6)FSR(FisheyeStateRoutingProtocol)鱼眼状态路由协议。
(7)IERP(theInterzoneRoutingProtocol)区域间路由协议。
(8)IARP(theIntrazoneRoutingProtocol)区域内路由协议。
(9)DSDV(DestinationSequencedDistanceVector)目标序列距离路由矢量算法。
目前,IETF正在研究Adhoc网络中的组播协议,上述一些协议经过扩展可以支持组播,主要有AM-Route,MAODV,ODMRP,CAMP,FGMP,NSMP等。与路由协议研究密切相关的一个研究热点就是分簇算法的研究,在分级分频网络结构中,如何自动选举确定簇头,如何确定每个簇的范围需要高效的算法支持。
3.3网络安全保障机制的研究
Adhoc网络的特殊结构(开放的网络结构、共享的无线资源、严格的资源限制和高度动态的网络拓扑)决定了它只能提供较差的安全性能,极易受到主动和被动的攻击。早期的Adhoc是假设应用在一个友好且合作的环境中,现在这种假设已经不成立了,Adhoc要应用于一个潜在的敌对环境中,并为移动节点间提供受保护的通信,安全问题已经成为倍受关注的焦点。Ad hoc网络的安全威胁主要有被动窃听(无线链路使Ad hoc网络容易受到链路层的攻击)、拒绝服务攻击、禁止“睡眠”攻击(快速消耗节点电能)、数据篡改和重发、伪造身份取得信任引入“黑洞”等。