全互联网络技术

全互联网络技术
    移动自组织网络是一种能够临时快速自动组网的移动网络,它不需要依赖于任何如无线局域网中的AP接入点或者蜂窝通信中的等预设的网络设施。如今,移动自组织网络发展一种新型拓扑——全互联立方体结构。
1、移动自组网的概念及特点
移动自组网是由一系列带有无线收发装置的动态节点所形成的一个多跳临时性自治系统。在该网络中,节点同时具备主机与路由器两种功能。对于任意时刻,任一节点可以向任意方向以任意速度运动,即网络中各节点的运动是自主的。因此,不同时刻的网络拓扑结构也将不断发生变化。当两个通信方在彼此的传输范围内时,移动自组网中的两个通信设备之间可以直接进行无线通信,并且所有设备均可漫游。而当两个通信方不在彼此的传输范围内时,该网络中两个通信设备之间进行无线通信必须经过其它中间节点转发。因此移动自组网通常是一个多跳(Multi-Hop)无线移动网络。
2、移动自组织网络的应用领域
由于移动自组织网络的特殊性,它的应用领域与普通的通信网络有着显著的区别。它适用于无法或者不便预先铺设网络设施的场合、需快速自动组网的场合等。针对其的研究是因军事应用而发起的,因此,军事应用仍是移动自组织网络的主要应用领域。但在民用方面,其也有非常广泛的应用前景。它的应用场合主要有以下几类:
(1)军事应用:军事应用是移动自组织网络技术的主要应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点,它是数字化战场通信的首选技术。如美军近期数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了这项网络技术。
(2)紧急和临时场合:在发生了地震、水灾、强热带风暴或遭受其它灾难打击后,固定的通信网络设施(如有线通信网络、蜂窝移动通信网络的等网络设施、卫星通信地球站以及微波接力站等)可能被摧毁或无法正常工作,对于抢险救灾来说,这是就需要MANET这种不依赖任何固定网络设施又能快速布设的自组织网络技术。类似地,处于边远或偏僻野外地区时,同样无法依赖固定或预设设施进行通信。MANET的独立组网能力和自组织特点,是这些场合通信的最佳选择。
(3)个人通信:个人局域网(PAN, Personal Area Network)MANET技术的另一应用领域。不
仅可用于实现PDA、手机、笔记本电脑等个人电子通信设备之间的通信,还可用于个人局域网之间的多跳通信。
(4)与移动通信系统的结合:MANET还可以与蜂窝移动通信相结合,利用移动台的多跳转发能力扩大蜂窝移动通信系统的覆盖范围、均衡相邻小区的业务、提高小区边缘的数据速率等。
在实际应用中,MANET除了可以单独组网实现局部的通信外,它还可以作为末端子网通过接入点接入其它的固定或移动通信网络,与MANET以外的主机进行通信。因此,MANET也可以作为各种通信网络的无线接入手段之一。
3、全互联立方休结构的介绍
先解释全互联立方体结构(FCCN, Fully Connected Cubic Networks)的原始构成方法。首先考虑8结点的二进制超立方体结构和8一结点的全互联网络结构。两种结构拓扑中的结点都被由1密封油8的十进制数来标定,相邻结点间的地址只在其二进制表示的其中一位不同。另外,在两种拓扑的每一个结点上都加上一个留待以后扩展网络所用的链路,使其在原有的
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基础上增加一个结点度,则FCCN网络可以在每个结点只增加一个结点度的基础上,总是可以扩展到更多层的网络。由于超立方体网络结构的网络结点度和直径均3,而全互联结构的节点度为织造方法7,但它只需一跳就可以到达其它任何节点,即网络直径为1。通过这两种网络的比较可以明显地表明结点度和网络直径之间的依赖关系。
FCCN网络的基本思想是利用8一结点全连接网络的最小直径,同时又希望得到一个小的、固定不变的常数结点度。为了达到这一个设计目标,我们将8一结点全连接网络的每一个结点都用一个8一结点超立体连接网络来代替,结果便得到一个2一层的FCCN网络(或简记为2-FCCN), 2-FCCN是由八个8、结点超立体连接网络按照8一结点全连接网络的连接方式连接而得到的。我们把这81-FCCNs称作2-FCCN的二级的超结点或者记作2-supemodes。推广到一般的情况,一个m-FCCN网络,m>1,是由8(m-1)-FCCNs按照8一结点全连接网络的连接方式连接而得,在每一层上的8个超结点都按照8一结点全连接网络的结点标址方式来标定地址。一个一层的FCCN网络就是一个简单的8结点超立方体网络。由以上的FCCN网络的构造可以知道FCCN网络的结点度不会超过40m-FCCN网络的每一个结点由唯一的一个m位八进制数列所确定此结点的地址。
通过以上的编址方案,可以非常方便地确定FCCN网络的任何一个结点的地址,而且使得网络的路由算法十分的简单、自然与直接。这种编址方法也使得FCCN网络拓扑的连接更加清晰,方便了网络的分析、管理。
FCCN网络中,超结点间的连接是通过关口结点进行全连接的。对于一个锌合金压铸工艺m-FCCN网络,我们定义一个第k层连接的关口结点(记为k-CGN, 1 < k <_ m)是属于第ik-supernode的一个结点,它连接着另外的第jk-supemode的一个结点,这里的i#j。同时我们还定义一个未连接的关口结点(微波烘箱记作UGN)是一个未连接的结点度的结点,用来把FCCN网络扩展到更高的一层。对任何的,层FCCN网络都有八个UGNs,所以将UGN的层数m省略掉了。
4FOCN结构的特点
(1)网络节点度:FCCN网络的形成是将8一节点的超立方体和8一节点的全互联网络结合而构成的,因此其节点度是固定不变的,等于常数4,这也使得其成为一个易于实现与扩展的高效网络。
(2) FCCN网络的链路数:链路数与网络性能是相关的,拓扑管理一节分析了MANET中链路
数越多并不一定带来好的网络性能因为它可能意味着复杂的网络结构与更多的带宽消耗;但同时,比较少的网络链路数一般也对应着一个较大的网络直径和平均节点距离,这意味着更大的端到端延迟。FCCN网络的链路数比较少,并与网络的节点数成线性比例关系。
(3) FCCN网络直径:网络直径是用来估计网络信息的最坏情况下所经历的最大的延迟。FCCN结构的直径是与网络节点数的立方根成正比例关系的。
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for m>1
(4)具有良好的链路容错能力:由于每个节点的结点度均为3,每个超节点间采用全互联方式连接,这使得其具有很强的链路容错能力。
(5)易路由:由于FCCN结构所采用的编址方式,使得节点间的路由通过编址信息就很容易计算得到,这与HSR的路由方式类似。
5FCCNMANET中的应用优势
针对现有MANET分层结构的不足,本文提出的FCCN层次结构,通过虚拟拓扑而不是完全由物理拓扑来构建网络,简化了网络拓扑,使网络负载整体能更均衡,同时新的网络扩展方式使结构维护开销减少,并且可选择的多路径降低了网络拥塞的可能性,增加系统吞吐率,避免网络瘫痪。
    (1)网络负载均衡、节点的系统开销少。在现有分层式结构中,簇内节点数目不确定导致网络负载不均衡,普通节点所需维护的簇内信息数量不确定。而在FCCN结构中,每个节点都只需要维护4个节点的信息即可,大大减少了系统开销;同时并不减少所保留的拓扑信息量。类似于HSR中的HID, FCCN中的编址方式让节点能预先保留的拓扑信息,不需要维护过多的路由表项等。
      (2)多条路径可选择性。在上节所述结构中,一个超节点的7个关口节点与另7个超节点连接从而扩展到更高一层,而不是由一个关口节点(对应于现有分层结构的簇头和网关节点)进行扩展,这避免了单一危险性。如在某一个关口节点的链路出现拥塞或当环境造成无线链路暂时失效时,数据转发在第一时间就可以选择另一条路径继续进行,不须任何等待,这也降低了包缓冲带来的丢弃率,增加了系统吞吐率。同时,由于层与层间的通信由7
个关口节点公平承担,这一定程度上也减少了拥塞的发生。在链路稳定度较差的无线环境下,对多路径可选择性也提出了更高的要求。
    (3)维护网络结构开销小。在FCCN结构中,网络的扩展是由各超节点的7个关口节点两两一跳结合而完成的,即这里的关口节点维护这条关口节点间的链路就象维护其它3条链路一样是在一跳内完成的。也就是说,这里的网络扩展过程并不象现有分层结构中那样需要各簇头节点维护簇头间的一条虚拟链路,这减少了网络结构的开销,也减少了簇头节点自身的系统开销。
(4)拓扑结构简单。基于虚拟拓扑来构建网络,去除了不必要的物理链路拓扑信息,只保留必要且已具有一定冗余度的链路,这有利于降低网络的复杂度,降低路由复杂度和开销,同时也方便网络的分析与管理。

本文发布于:2024-09-23 01:38:20,感谢您对本站的认可!

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