移动自组织网络的关键技术和最新进展
自组织网络发展及现状
自组织网络发展及现状自组织网络是自组织理论在通信网络中的具体运用。
自组织网络的起源可追溯到1968年的ALOHA网络和1973年美国国防部高级研究计划署（DARPA）资助研究的“无线分组数据网（PRNET）”。
这些最初的自组织网络对自组织技术的发展起了奠基性的作用。
20世纪80年代，美国国防部启动了可生存自适应网络（SURAN）项目，研究如何将PRNET的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络。
1994年，美国国防部又启动了全球信息系统（GloMo）计划，研究范围几乎覆盖无线通信所有相关领域。
在该计划中，对于满足军事需要的、高抗毁灭性的自组织网络技术进行了深人的研究。
20世纪90年代以来，民用的系统也逐渐出现了无线自组织网的标准和应用。
IEEE 委员会在开发IEEE 标准时，将分组无线电网络改称为Ad Hoc（拉丁语：“专有的、特定的”之意）网络，进一步推动了自组网的发展。
1994年瑞典Ericsson公司推出蓝牙技术开发计划，1999年公布了采用自组织网的蓝牙技术标准。
Internet工程部（IETF）也成立了一个移动自组织网络工作组（MANET），其主要目标就是针对无线自组织多跳网开发一种基于IP协议的路由机制，使得IP协议扩展到这种自组织的、快速移动的无线网。
这个工作组对自组网进行了广泛的研究并推出了一些草案。
近些年来，随着移动通信和计算机技术的发展以及用户需求的不断增长，对自组织通信网的研究得到了更为快速的发展。
目前从事自组织网络研究的机构主要有Internet工程部（IETF）、IEEE组织及美国的国防高级研究计划局（DARPA）。
IETF 于1997年成立了专门的研究组——MANET组，针对MANET开发基于IP协议的路由机制并解决与网络层相关的技术问题。
在2000年下半年公布了一系列MANET路由协议草案，如DSDV、AODV、TORA、DSR、OLSR等。
IEEE通信分会在2000年成立了专门的MANET技术分委员会。
自组织无线网络技术的研究现状与前景
自组织无线网络技术的研究现状与前景自组织无线网络技术是一种新兴的网络通信技术，其基本特点是网络节点通过自动协调与组织实现互联互通，无须中央控制节点，具有很强的抗故障、抗干扰和扩展性能，可以发挥优异的实时性和灵活性。
自组织无线网络技术发展历史自组织无线网络技术最初来源于军事领域，用于解决战场实时通讯的焦点问题。
自组织无线网络技术逐渐应用于民用领域，如城市道路监控、灾害现场管理、大型活动管理等领域。
2002年，自组织无线网络技术才正式被提出并得到广泛的关注和研究。
2010年，美国国家科学基金会提出“未来网络”的概念，自组织无线网络技术成为未来网络的重要组成部分。
自组织无线网络技术系统架构自组织无线网络技术的系统架构分为三层：物理层（PHY）、介质访问控制层（MAC）和网络层（NETWORK）。
物理层主要处理无线信号的传输，介质访问控制层负责网络节点之间的互连和数据传输，网络层则全面管理网络节点、控制网络连接。
自组织无线网络技术优点1、具有良好的扩展性和灵活性，可以根据实际应用需求灵活搭配组网节点。
2、大大降低了组网的成本，因为无需使用中央控制设备，将其通信与控制分散到所有的网络节点上。
3、抗干扰能力强，可以实现复杂环境下的高速和高效传输。
4、可靠性高，即使出现部分故障，网络依然能够正常通讯和运行。
5、适合对实时性要求高的领域，如智能交通、智慧城市等。
自组织无线网络技术研究进展在自组织无线网络技术的研究领域，学术界和产业界都有很多重要突破。
自组织无线网络技术的关键问题包括网络拓扑控制、路由协议设计、传输质量保障等等。
1、网络拓扑控制网络拓扑控制是自组织无线网络技术研究的核心问题之一。
拓扑控制决定了网络性能的整体特性，如网络的连通性、网络节点的交换信息方式以及数据传输的路径。
在自组织无线网络技术中，通过最小生成树、最小维护树、最小叶子覆盖等算法来实现网络拓扑控制，保证网络的连通性和高效性。
2、路由协议设计在自组织无线网络中，路由协议设计对网络通讯质量有着至关重要的作用。
新兴自组织无线网络技术(AdHoc无线网络)
和其它宽带网络的集成
3G/HSDPA/WiMAX Internet
方便的宽带无线接入方案
Internet
光纤骨干网
MESH Wi-Fi 接入网
有线或WiMAX
在城域中的运用
与其他移动通信技术的结合
移动现场办案
AP和终端都可移动 “网格化布警”
现场布控/紧急通信
宽带无线小区接入
校园/医院/大型企业宽带无线专网
MANET routing protocols
discover routes
Source routing
on-demand (re-active) Variation of
按需路由
distant vector?
DSR
AODV, ABR, TORA
Maintain updated routes (pro-active)
任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet 或蜂窝无线网络连接。
一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！
Overview---自组织功能
Overview ---动态变化的网络拓扑
Overview ---自动最佳路由选择-1
Overview--自动最佳路由选择-2
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview ---自动路由保护/恢复
Overview---无缝漫游
支持移动IP功能
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---方便扩展
关键技术问题
• MAC---碰撞/冲突避免、隐藏和暴露终端问题
• 网络自组织技术（自动组网，相邻发 现等）
• 自组织路由协议的设计和开发（自动 路由建立、维护和恢复等）
5G的基本特点与关键技术
5G的基本特点与关键技术第五代移动通信技术（5G）是目前移动通信技术发展的最高峰，也是人类希望不仅改变生活，更要改变社会的重要力量。
5G是在4G基础上，对于移动通信提出更高的要求，它不仅在速度而且还在功耗、时延等多个方面有了全新的提升。
由此业务也会有巨大提升，互联网的发展也将从移动互联网进入智能互联网时代。
5G的三大场景国际标准化组织3GPP定义了5G的三大场景。
其中，eMBB指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC指大规模物联网业务，URLLC指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。
通过3GPP的三大场景定义我们可以看出，对于5G，世界通信业的普遍看法是它不仅应具备高速度，还应满足低时延这样更高的要求，尽管高速度依然是它的一个组成部分。
从1G到4G，移动通信的核心是人与人之间的通信，个人的通信是移动通信的核心业务。
但是5G的通信不仅仅是人的通信，而且是物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被引入，通信从人与人之间通信，开始转向人与物的通信，直至机器与机器之间的通信。
5G的三大场景显然对通信提出了更高的要求，不仅要解决一直需要解决的速度问题，把更高的速率提供给用户；而且对功耗、时延等提出了更高的要求，一些方面已经完全超出了我们对传统通信的理解，把更多的应用能力整合到5G 中。
这就对通信技术提出了更高要求。
在这三大场景下，5G 具有6大基本特点。
5G的六大基本特点高速度相对于4G，5G要解决的第一个问题就是高速度。
网络速度提升，用户体验与感受才会有较大提高，网络才能面对VR/超高清业务时不受限制，对网络速度要求很高的业务才能被广泛推广和使用。
因此，5G第一个特点就定义了速度的提升。
其实和每一代通信技术一样，确切说5G的速度到底是多少是很难的，一方面峰值速度和用户的实际体验速度不一样，不同的技术不同的时期速率也会不同。
对于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s，当然这个速度是峰值速度，不是每一个用户的体验。
移动自组织网络
近年来：美、英、法、荷兰等国的单兵作战系统， 未来的单兵通信系统：
宽带化的、手持或便携式个人移动终端。
军事应用（续）
自组织网技术正是建立完善的单兵通信 系统的核心技术，它对发展单兵作战系 统起到了关键的作用。
未来的Internet
移动蜂窝网络
BSC
BSC
BSC
固定网络
无线局域 网络
移动自组织 网络
二、什么是移动自组织网络？
移动自组织网络
又称移动Ad-hoc网络（MANET：Mobile Ad-hoc NETwork）、对等的（Peer-To-Peer）移动计 算网络、或无框架的移动网络。
采用无线通信技术，通过结点转发，实现网络 内部节点之间的通信。
MANET关键技术
涉及通信、计算机、网络和信息安全等 学科的最先进技术，是最新科学技术与人 类生活需要相结合的产物。
MANET关键技术
移动自组织网络路由协议 移动自组织网络中的移动代理技术 移动自组织网络中的多播算法 移动自组织网络的QoS策略 基于IP的移动自组织网络 移动自组织网络的安全协议
为什么移动自组织网络？
移动计算网络发展迅速： 人们对移动服务信息内容和形式的需求 的增加，移动数据业务和多媒体业务在 通信中的比重越来越多。
为什么移动自组织网络？（续）
现有移动计算网络的限制：
蜂窝数字分组数据（CDPD: Cellular digital Packet Data）都需要基站作为中继和管理中心，
网络层标准
移动自组织网络的网络层的研究才刚刚开始， 没有全球统一的标准系统，
IEEE802.11b标准只是规定了有一种无结构的 工作方式，没有具体的协议内容，
5G的基本特点与关键技术
5G的基本特点与关键技术
5G是下一代无线通信技术，它将在现有的4GLTE技术之上实现更快
的网速和更低的延迟。
它可以提供更大的网络容量，以支持更多应用程序
和多媒体服务。
5G的关键技术以及其突出特点可归纳如下：
(1)传输技术：5G技术采用了新的无线传输技术，如新的频谱资源分
配算法、宽带系统、多载波通信和空时多收发器技术。
这些新技术的应用
不仅可以提高信号传输效率，而且可以提高网络覆盖范围。
(2)安全性：5G技术在安全性方面也进行了极大的改进，采用了新的
架构设计，实现了多重安全机制。
它采用的新型认证机制可以有效避免数
据注册和传输过程中的安全漏洞，保障了用户数据的安全性。
(3)自组织网络（SON）：5G技术也采用了新的自组织网络（SON）技术，该技术可以解决现有网络中的复杂管理问题，自动完成网络故障检测、路由优化和覆盖优化等任务，大大提高网络的可靠性和效率。
(4)全网络资源调度：5G系统采用了全网络资源调度技术，为用户提
供更高的服务质量，通过精细化的资源调度，可以根据不同服务和用户的
实时需求来调度网络资源，有效控制用户的服务质量。
5G移动通信网络关键技术综述
5G移动通信网络关键技术综述5G移动通信网络关键技术综述引言：在信息时代的背景下，移动通信已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
为了满足人们对于更快速、更稳定、更可靠的移动通信需求，5G移动通信网络的研发成为当前的热点。
本文将从关键技术的角度综述5G移动通信网络的发展状况，以及未来的发展趋势。
一、5G移动通信网络的概述5G是第五代移动通信标准，相较于前几代的移动通信技术，其主要特点是更高的传输速率、更低的延迟、更大的网络容量、更多的连接数量以及更低的能耗。
5G移动通信网络将会给人们的生活带来巨大的变革，如智能城市、自动驾驶、物联网等。
二、关键技术的综述1. 毫米波通信技术毫米波通信技术是5G移动通信网络的核心技术之一，其波长较短，传输速率高，但传输距离相对较短。
为了解决传输距离的问题，研究人员通过使用大规模天线阵列和波束成形技术来增强信号的传输能力，从而实现更远距离的通信。
同时，需要解决毫米波通信技术在大气、建筑等环境中的传输衰减问题。
2. 多天线技术多天线技术是5G移动通信网络另一个重要的关键技术，通过在发送和接收端增加多个天线，可以实现更高的传输速率和更稳定的信号传输。
这是由于多天线技术可以利用空间上的多样性，通过在不同的天线组合上发送和接收信号，从而提高传输效果。
3. 超密集网络技术超密集网络技术是解决5G移动通信网络容量需求的关键技术之一。
传统的移动通信网络在密集区域的用户数量较大时，容易出现网络拥塞的问题。
超密集网络技术通过增加基站数量以及更加灵活的基站布局，可以提供更大的网络容量，提高用户体验。
4. 软件定义网络技术软件定义网络技术是5G移动通信网络中的一项创新技术，其主要特点是将网络控制与数据转发进行分离。
通过集中控制和动态编程的方式，可以实现更高效的网络管理和资源分配，提高网络的灵活性和可控性。
5. 边缘计算技术边缘计算技术是5G移动通信网络中的另一个关键技术，其主要思想是将计算和存储资源靠近用户，减少数据传输的延迟。
我国5g移动通信的关键技术与发展趋势
我国5g移动通信的关键技术与发展趋势随着智能手机等移动设备的普及，人们对于移动通信越来越依赖。
而5G的到来则代表着更快的网速、更强的网络稳定性和更多的应用场景。
本文将重点探讨我国目前5G移动通信的关键技术以及发展趋势。
一、5G的关键技术1.1 毫米波技术5G通信需要在毫米波段进行传输，千兆级别的传输速度离不开毫米波技术的支持。
毫米波技术的高频特性能够实现高速传输，但同时也会受到建筑物和杂波之类的影响，因此需要采用更为精密的天线技术进行补偿。
1.2 MIMO技术MIMO技术即多输入多输出技术，能够通过增加天线数量来提高数据传输效率，并实现空间多路复用和波束成形等功能。
如今，MIMO技术已经广泛应用于4G通信中，在5G通信中也发挥着重要的作用。
1.3 网络切片技术网络切片技术是5G通信的一个核心技术，能够根据不同的业务需求，将一个物理网划分为多个虚拟网。
通过这种方式，可以满足不同用户对于网络质量和可扩展性的不同需求，真正实现网络的个性化定制。
二、5G的发展趋势2.1 大规模商用截至2021年5月底，我国5G用户已经达到了3.2亿，位居全球第一。
预计未来我国的5G商用规模将得到进一步扩大，5G将成为主流通信方式。
2.2 产业协同发展5G通信不仅将带来新的业务形态和应用场景，还涉及到整个产业链的变革。
在5G发展过程中，大型电信运营商和各种垂直行业需要加强合作，充分利用5G的优势，实现协同发展，推动5G 的商业化应用。
2.3 融合创新5G通信是一个开放的生态系统，各种应用场景和业务模式的接入都需要与传统的技术和产业进行融合创新。
尤其是在IoT、智能制造、智慧城市等领域，5G通信需要真正实现与其他技术的融合，取得良好的协同效应，才能更好地服务于社会和经济发展。
三、总结5G通信作为一项重要的技术革新，在实现高速传输、精准定位和实时互动等方面有着巨大的潜力。
未来，我们需要继续探索5G的发展方向和合作机会，将其应用到更广泛的领域，为用户提供更加优质的通信体验和服务。
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网络层标准
移动自组织网络的网络层的研究才刚刚开始， 没有全球统一的标准系统， IEEE802.11b标准只是规定了有一种无结构的 工作方式，没有具体的协议内容， Internet工程任务组(IETF)于1996年成立的移 动Ad hoc网络工作组(MANET) ，其主要目标就 是针对移动自组织网络，开发基于IP协议的路 由、多播（multicast）机制。
MN
Internet
MN
MN=Mobile Node CN=Correspondent Node
优点： 提高数据传送速率 增加网络有效带宽
实验结果
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 Size of file(M) 6 8
Transfer time(S)
without SHAKE with SHAKE
混合式路由协议
是对上两种类型的折中， 把路由刷新只限制在局部范围内，对于 远的节点，采用随选式路由协议， 如区域路由协议（ZRP）等。
MANET组播(multicast)协议
组播作为一种高效的数据分组发送方式，特别 是用于MANET这种资源有限的系统中。
移动终端发送分组给一组移动终端，以一次发送代替多次发送给 单一接受终端；它可以减少网络负载，节省网络带宽。 。
日本
德国
26.9
19.1
7.18
5.10
英国
中国
17.9
15.8
4.77
4.20
全世界合计约3亿7490万人。（美国eTForecasts公司。）
未来的Internet
由以下部分组成： 有线的全光纤的骨干网， 移动蜂窝数字网络， 结构化的无线局域网， 无框架的移动自组织网络。
未来的Internet
基于网格的多播协议
利用核的网格多播协议（CAMP）、 扩散协议（Flood） 随选多播协议（ODMRP）。
树 vs. 网格
现有树多播方式由于周期性/触发性的路由表刷新而引 入了控制开销，而且多播树的生成造成一定的时延，
在网格多播方式中，每个移动节点保留一定数量的相 邻节点的信息，称为网格信息。 这样的多播就会有多条传输路径，不会因为一个连接 的断开而使传输中断。 现有的网格多播方式，在快速移动的环境中因控制开 销的增加会出现网络拥塞。
取决于网络规模，移动特性，业务类型 等， 服务于网络的路由和管理功能。
MANET的网络结构（续）
平坦型的结构可以利用多条路由，消除 路由瓶颈，但网络规模受限； 分层的结构可以简化网络拓扑结构，减 少路由信息，但会加大网络建立时的控 制开销，存在非最佳路由，并且随着网 络平均移动速度的增加，因频繁的拓扑 变化可能导致网络崩溃。
随选路由协议
指当一个节点需要通信时才触发路由查 找过程， 因此每一个移动节点并不用保存实时的 路由信息，等到获得所需的路由时，才 开始发送数据分组。
随选路由协议（续）
AODV、 DSR、 基于群头的协议(CBRP)、 暂时顺序路由协议（TORA）、 基于关联的路由协议（ABR）、 信号稳定性协议（SSR）等
802.11/11a/11b/11g规范
介质访问控制层(MAC)
无线介质访问，网络连接，数据验证和保密
物理层(PHY)
物理层提供管理，与MAC原语通讯，物理层实体的发送 和接收
802.11a/b/g的简单比较
世界的Internet人口(2000年末)
国名 美国 Internet人口 （百万人） 135.7 比例（%） 36.2
移动自组织网络的 关键技术和最新进展
王 新 xinw@ 复旦大学 2002年11月13日
概要
1.无线网络的发展 2.什么是移动自组织网络？
3.移动自组织网络的应用
4.移动自组织网络的关键技术
5.移动计算网络的最新发展
6.中国移动自组织网络的发展
一、无线网络的发展
移动自组织网络的特点
多跳（multi-hop）, 无基础设施（infrastructure-less）, 自组织（self-organized）, 每个移动节点在需要通信时可以自发发起一个网络或 者参加已经存在的网络，也可以自由退出一个网络， 节点移动（node mobility）， 网络中的移动结点都是平等的，互相作为其邻居结点 的路由器， 动态拓扑（dynamic topology）。
无线电波的广播特性，使它更适合于多播传输。
移动多播可以用于FTP服务、语音会议、电视 会议以及其它的点对多点/多点对多点的多媒 体通信。
MANET组播协议分类
按照数据包传递方式分为
基于树（tree）的多播协议 基于网格（mesh）的多播协议
基于树的多播协议
Ad-hoc多播路由协议（AMRoute）、 利用累加的ID的多播协议（AMRIS）、 随选矢量路由的多播协议（AODVM）等。
表驱动路由协议
基于路由表的路由协议， 要求每一个移动节点保留一个或多个表 格来存储路由信息, 每当检测到网络拓扑发生变化时，该节 点发送路由更新消息给整个网络, 收到路由更新消息的节点便更新自己的 路由表内容。
表驱动路由协议（续）
目标序列的距离矢量协议（DSDV）、 群首网关交换协议（CGSR）、 无线路由协议(WRP)、 全局状态路由协议(GSR)、 序列状态路由协议(HSR)、 区域状态连接协议(ZHLS)、 鱼眼状态路由协议(FSR)等。
Ad-hoc随选距离矢量协议（AODV）、 动态信源路由协议（DSR）、 优化的连接状态路由协议（OLSR）、 基于反向路径传递的拓扑广播协议 (TBRPF)、 Landmark路由协议(LANMAR)、 鱼眼状态路由协议(FSR)。
移动自组织网络的网络结构
平坦型（flat）， 分层（hierarchy）， 多层（multi-hierarchy）。
无线通信
无线通信是现代通信领域中增长最迅速 和发展最具潜力的。 无线通信涉及蜂窝移动通信、卫星通信、 数字广播和无线局域网。
无线通信的最终目的
满足人们随时、随地、同任何通信对象， 进行任何内容（语音/图像/视频/数据等） 的信息交流的需求
嵌入式系统
由嵌入式硬件和嵌入式软件组成的用于 执行独立功能的电子设备系统
三、移动自组织网络的应用
一个移动自组织网络
T1 MH3 MH1 T2 MH3
MH4
MH1
MH4
移动自组织网络的应用场合
临时、突发场合，如： 军事行动、
灾害抢险、
医疗救助、 会议室活动 、 视频点播等。
军事应用
1981年：美国就为海军特谴部队提出了一种高频自组 织网， 1991年：美国又研究了一种“改进型高频数据网”， 充分应用了短波自组织网技术， 1994年：美国抗毁自适应系统演示，以宽带技术为基 础，改善了战术通信的机动性和生存能力， 近年来：美、英、法、荷兰等国的单兵作战系统， 未来的单兵通信系统： 宽带化的、手持或便携式个人移动终端。
为什么移动自组织网络？
移动计算网络发展迅速： 人们对移动服务信息内容和形式的需求 的增加，移动数据业务和多媒体业务在 通信中的比重越来越多。
为什么移动自组织网络？（续）
现有移动计算网络的限制：
蜂窝数字分组数据（CDPD: Cellular digital Packet Data）都需要基站作为中继和管理中心， 传统的Internet都需要设置网关和服务器， 最新的移动IP，无论是在IPv4还是Ipv6中，都需要固 定主机用作本地代理（Home Agent）, 在有框架（Infrastructure）的无线局域网中，也需 要有接入点(Access Point)来完成网络管理和数据中 继的功能。
MANET路由协议
作为移动自组织网络的关键技术之一， 直接决定了整个网络的性能 ； 路由协议分类有多种方法： 网络规模、移动特点、路由产生途径等
按路由信息产生方式
1、表驱动(table-driven)路由协议（又 称为先验式（proactive）路由协议）、 2、随选（on-demand）路由协议（又称 为后验式（reactive）路由协议）、 3、混合式（Hybrid）路由协议。
移动蜂窝网络
BSC
BSC
BSC
固定网络
无线局域 网络
移动自组织 网络
二、什么是移动自组织网络？
移动自组织网络
又称移动Ad-hoc网络（MANET：Mobile Ad-hoc NETwork）、对等的（Peer-To-Peer）移动计 算网络、或无框架的移动网络。
采用无线通信技术，通过结点转发，实现网络 内部节点之间的通信。
无线技术的发展：无线局域网等
802.1x 蓝牙技术 HomeRF HiperLAN 红外网络（IrDA）
802.11系列无线局域网
1、二战期间：美国陆军利用无线电信号传输资料, 2、1971年，美国夏威夷大学创造了第一个基于分组技 术的无线电通讯网络(ALOHNET网络)，是最早的无线局 域网络, 3、1997年，IEEE推出了其无线局域网络的第一个标准 802.11, 4、1999年9月，IEEE推出了IEEE 802.11a标准和IEEE 802.11b标准， 5、2003年初，IEEE将推出IEEE802.11g标准。