通讯网路与多媒体应用期末书面报告

通訊網路與多媒體應用期末書面報告Paper:M.ContiandS.Giordano,MultihopAdHocNetworking:TheReality,CommunicationsMagazine,IEEE,vol.45,2007,pp.88-95.指導老師：童曉儒教授組別：第二組組員：M9656004朱浚煌M9656017林祐沁M9656025陳岸佐M9656029吳信衡M9656033高靖宜M9656035呂旭儒-2-目錄壹、摘要………………………………5貳、前言………………………………5參、MANET3-1發展………………………………73-2特性………………………………73-3MANET議題………………………………83-4隨意式無線網路………………………………93-5Mobileadhocnetwork應用………………………………93-6Mobileadhocnetwork架構………………………………11肆、IEEE802.11無線網路………………………………12伍、無線網狀網路（MeshNetwork）5-1MeshNetwork起源………………………………135-2無線Mesh網路特性………………………………145-3優點………………………………155-4缺點………………………………155-5WMN的應用………………………………15陸、臨機網路（OpportunisticNetwork）6-1特點………………………………176-2DelayTolerantNetworking………………………………176-2-1DTN簡介………………………………176-2-2為何需要DTN………………………………196-2-3DTN之架構………………………………196-2-4DTN的相關應用………………………………19柒、VANET（VehicleAd-hocNETwork）7-1智慧型運輸系統ITS………………………………207-2VANET定義………………………………207-3VANET網路架構………………………………217-4Inter-VehicleCommunications（IVC）…………………………227-5結合RVC以及IVC之網路架構………………………………237-6VANET網路的特性………………………………247-7MANET與VANET比較………………………………257-8VANET網路的研究議題………………………………267-8-1SafetyApplications………………………………277-8-2Safety議題………………………………277-9ComfortApplications………………………………28-3-捌、WSN8-1介紹………………………………308-2平台內容………………………………318-2-1傳輸協定標準………………………………318-2-2硬體架構………………………………328-2-3作業系統………………………………338-2-4程式語言………………………………348-3傳輸介質………………………………358-4工作模式………………………………358-5傳輸方式………………………………368-6設計要點………………………………388-7模擬器………………………………40玖、WSN於民事監控上的應用9-1應用特色………………………………419-2WSN網路應用………………………………419-3WSN的限制與挑戰………………………………43壹拾、摘要及結論………………………………43壹拾壹、參考文獻………………………………44-4-表目錄表一：行動隨意網路與有基礎網路的比較……………………………10表2：MANET與VANET比較表……………………………25圖目錄圖一：Mobileadhocnetworks架構……………………………11圖二：跨層方法分類圖……………………………12圖三：無線網路資料傳送架構……………………………13圖四：無線網路架構……………………………14圖五：Broadbandhomenetworking……………………………16圖六：WirelessMeshNetwork……………………………16圖七：DTN所適用的各種網路類型……………………………18圖八：A點和E點從未相遇，但packet卻可以從A傳遞到E………..18圖九：DTN之架構圖……………………………19圖十：Roadside-to-VehicleCommunications（RVC）……………………22圖十一：Inter-VehicleCommunications（IVC）………………………23圖十二：結合RVC以及IVC之網路架構……………………………23圖十三：IVC架構裡發生fragment……………………………24圖十四：NetworkingchallengesinVANETs……………………………27圖十五：WSN架構圖……………………………30圖十六：各種SensorNode……………………………30圖十七：ZigBee架構……………………………31圖十八：6lowpan架構……………………………32圖十九：WSN硬體架構……………………………33圖二十：TinyOS架構圖……………………………34圖二十一：nesC程式碼……………………………35圖二十二：WSN工作週期……………………………36圖二十三：工作週期說明……………………………36圖二十四：InfrastructureNetwork……………………………36圖二十五：Ad-HocNetwork……………………………37圖二十六：Multihop技術……………………………38圖二十七：無線感測器網路資訊應用示意圖……………………………40圖二十八：為森林感知網路圖……………………………42圖二十九：為農業感知網路圖……………………………42圖三十：為感知網路用於軍事用途圖……………………………43-5-壹、摘要在目前的真時世界中，單純使用移動式隨意網路（MobileAdHocNetworks，MANET）並不存在，但是多重跳躍式隨意網路（MultihopAdHocNetworks）的概念以及應用已經成功的在許多網路層面上實作並且滲透網路的環境。在本篇文章中，主要介紹與推薦目前已經應用於實務需求中來延伸網際網路或支援需求定義明確多重跳躍式隨意網路的一些實務範例：網狀網路（MeshNetwork）、臨機網路（OpportunisticNetwork）、車載網路（VehicularNetwork）以及感測網路（SensorNetwork）。透過這些實務範例與單純使用移動式隨意網路，我們可以推薦與證實出這些實務範例相較下是有效且有用的，也可以觀察出隨意網路的一些缺陷。貳、前言近年來由於行動運算以及無線通訊的蓬勃發展，網際網路服務的應用越來越受到大眾的依賴與重視，但是網際網路應用唯一的缺陷，便是必須有網路訊號並連上網際網路方能夠使用各式各樣的服務，因此如何能夠讓使用者可以不受時間與空間的限制使用網際網路也是十分重要的議題，因次能夠滿足使用者在任何時間、地點進行通訊服務的隨意網路（MobileAdHocNetworks，MANET）受到廣大的重視。隨意網路是一種在沒有BaseStation的情況下，所有的行動裝置皆能彼此直接作訊息交流溝通或者間接經由其他中間的行動裝置傳遞訊息的一種網路環境。而這種網路架構由於沒有所謂的BaseStation的機制，所以他的應用環境不需受到BaseStation的限制，可以使用於許多無法建立BaseStation的情況。在無線網路中，MANET屬於無基礎建設架構（Non-Infrastructure），不受時間、地點以及環境相關因素有所影響。在真實世界中，單純一般用途的隨意網路並不存在與實作也沒有在工業技術上有所發展，這是因為缺乏經濟效益並且高難度的架構與協定設計，所以導致在目前真實世界中沒有針對單純一般使用隨意網路的實作在生活中‧根據相關的文章中的研究[M.ContiandS.Giordano，MultihopAdHocNetworking：thetheory（inthisissue）]，從科技以及經濟效益的觀點來看，單純一般用途的隨意網路缺乏注重現實生活的應用傾向；研究人員嘗試建立一個大型的、完全非集中化、無須管理權限、網路建立在使用者設備為基礎上的一般用途網路模型，但是卻發現十分困難建立以及設計相關架構以及模型。本篇文章主要介紹與分析所推薦的網路科技技術（MeshNetwork、OpportunisticNetwork、VehicularNetwork、SensorNetwork），這些科技已經成功的應用在目前的生活實務之中。-6-以下針對下列網路範例進行介紹：網狀網路（MeshNetwork）、臨機網路（OpportunisticNetwork）、車載網路（VehicularNetwork）以及感測網路（SensorNetwork）。網狀網路（MeshNetwork）網狀網路屬於短期性的應用，它是一種在網路節點間透過動態路由的方式來進來資料與控制指令的傳送。這種網路可以保持每個節點間的連線完整，當網路拓蹼中有某節點失效或無法服務時，這種架構允許使用「跳躍」的方式形成新的路由後將訊息送達傳輸目的地。在網狀網路中，所有節點都可與拓撲中所有節點進行連線而形成一個「區域網路」。網狀網路與一般網路架構的差異處在於所有節點可以透過多次跳躍進行數據通訊但它們通常不是移動式裝置。網狀網路可以視為是一種點對點的架構。移動式點對點網路與網狀網路在架構上是非常相似的，只是移動式點對點網路還必須隨時更新組態以因應各節點移動的情形。網狀網路透過引導與修正路由和透過顯著的降低影響節點衝擊可以簡化網絡設計。此外，有了基礎建設的支援，網狀網路透過提供靈活和低成本的網路延伸性，帶給一般用途的MANET一個大量傳播網路市場。臨機網路（OpportunisticNetwork）臨機網路是一種屬於中長期的隨意網路的應用，主要功能是在兩個節點之間沒有存在真實的路徑，訊息藉由跳躍方式傳送到目的端，藉由跳躍的方式來進行資料傳遞，而跳躍中的路徑是隨機產生，視當時環境中節點而產生。臨機網路算是延遲容錯網路（DelayTolerantNetworks,DTN）的一種，當沒有機會使資料前進發送時，節點會儲存資料訊息等待有機會發送，因此在臨機網路的架構中，如何將路徑安排最佳化使資料前進目的端發送資料訊息是非常重要的議題。雖然目前無線網路相關設定由於不同的設備可能擁有著不同的無線網路技術，規格與通訊標準不同，但是有時同一系列的設備但不同網路的設備之間是可以連接使用的，可以透過臨機網路提供的臨機性與流動性與其他無線設備連接，以便傳送資料。車載網路（VehicularAdHocNetwork，VANET）車載網路是一種透過隨意網路提供車輛之間的通訊，藉由無線通訊與資料傳遞技術，串聯交通工具以及路邊交通設施，所形成的特殊的專用網路，屬於高度客制化的行動式隨意網路。主要功能在於讓所有的用路人可以即時取得與傳遞與交通相關的資訊，以便提高行車效率，增進用路安全與舒適性。目前由於道路事故事件數目居高不下，高級智慧行車運輸系統（Advancedintelligenttransportationsystems，ITS）因應而生。-7-無線感測網路（WirelessSensorNetwork，WSN）無線感測網路是一種透過所有散佈於特定空間內的自動感應裝置透過無線網路進行節點之間合作與監測目的物。由於無線感測網路發展是為了解決特殊應用上得問題，所以非常成功導入在一般使用者與工業技術層面。此外，無線感測網路擁有豐富的技術基礎資源，進而產生出許多新感測科技研究，也因此，無線感測網路高度應用在各種不同的領域中。參、行動隨意網路的發展（mobileadhocnetwork－MANET）3-1發展現今的行動通訊設備已經變的很輕薄且功能增強，人手