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無線多跳自組織網路電台

發布時間: 2022-05-26 21:03:18

⑴ 無線自組織網路都有什麼關鍵技術

無線自組織網路(mobile ad-hoc network)是一個由幾十到上百個節點組成的、採用無線通信方式的、動態組網的多跳的移動性對等網路。其目的是通過動態路由和移動管理技術傳輸具有服務質量要求的多媒體信息流。通常節點具有持續的能量供給。

⑵ 在無線網路里,自組網應用模式主要有哪些

一般分兩種模式AP(無線訪問點)和AdHoc(無線自組網),除此之外還可以有藍牙網。一個AP和若干移動主機組成一個基本服務集BSS,多個BSS組成擴展服務集ESS。就像有線區域網的星形拓撲。AdHoc是在分組無線網基礎上發展起來的一種自組織,對等式,多跳的無線移動網路。它不需要基站,沒有固定的路由器。網路中的所有節點的地位平等,無須設置任何的中心控制節點。

⑶ 自組織網路的自組織網路概述

移動自組織(Ad Hoc)網路是一種多跳的臨時性自治系統,它的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網路和之後於1973提出的PR(Packet Radio)網路。ALOHA網路需要固定的基站,網路中的每一個節點都必須和其它所有節點直接連接才能互相通信,是一種單跳網路。直到PR網路,才出現了真正意義上的多跳網路,網路中的各個節點不需要直接連接,而是能夠通過中繼的方式,在兩個距離很遠而無法直接通信的節點之間傳送信息。PR網路被廣泛應用於軍事領域。IEEE在開發802.11標准時,提出將PR網路改名為Ad Hoc網路,也即今天我們常說的移動自組織網路。
移動自組織網路。一方面,網路信息交換採用了計算機網路中的分組交換機制,而不是電話交換網中的電路交換機制;另一方面,用戶終端是可以移動的攜帶型終端,如筆記本、PDA等,用戶可以隨時處於移動或者靜止狀態。無線自組網中的每個用戶終端都兼有路由器和主機兩種功能。作為主機,終端可以運行各種面向用戶的應用程序;作為路由器,終端需要運行相應的路由協議,這種分布式控制和無中心的網路結構能夠在部分通信網路遭到破壞後維持剩餘的通信能力,具有很強的魯棒性和抗毀性。
作為一種分布式網路,移動自組織網路是一種自治、多跳網路,整個網路沒有固定的基礎設施,能夠在不能利用或者不便利用現有網路基礎設施(如基站、AP)的情況下,提供終端之間的相互通信。由於終端的發射功率和無線覆蓋范圍有限,因此距離較遠的兩個終端如果要進行通信就必須藉助於其它節點進行分組轉發,這樣節點之間構成了一種無線多跳網路。
網路中的移動終端具有路由和分組轉發功能,可以通過無線連接構成任意的網路拓撲。移動自組織網路既可以作為單獨的網路獨立工作,也可以以末端子網的形式接入現有網路,如Internet網路和蜂窩網。

⑷ 多跳自組織網路是什麼意思

自組織網路和我們現在大部分接觸到的網路不一樣,因為現在我們所接觸的網路是一種基於客戶端-伺服器模式下的網路,客戶端呢的意思就是一般發送請求,服務端是反饋給你需求,其中的各種網路設備都有在網路中充當特定角色,而自組織網路中的各種設備是對等的,就是其在網路中的作用是同等重要的,在信息交互的時候,既可以作為客戶端,也可以做服務端。多跳中的跳值得是信息傳遞的次數,比如A要發東西給C,經過B轉發,那麼過程就是在A、B、C三者構成的網路中A要先發給B,這就是一跳,然後B轉發給C就又是另一跳,這樣消息從A發送給C就是經過兩跳,以此類推,多跳就是多次轉發。

⑸ 自組織網路的自組織網路特點

移動自組織網路能夠利用移動終端的路由轉發功能,在無基礎設施的情況下進行通信,從而彌補了無網路通信基礎設施可使用的缺陷。自組網技術為計算機支持的協同工作系統提供了一種解決途徑,主要特點有: 由於移動終端的發射功率和覆蓋范圍有限,當終端要與覆蓋范圍之外的終端進行通信時,需要利用中間節點進行轉發。
值得注意的是,與一般網路中的多跳不同,無線自組網中的多跳路由是由普通節點共同協作完成的,而不是由專門的路由設備完成的。 移動終端一般沒有與拓撲相關的固定IP地址,所以通過傳統的移動IP協議無法為其提供連接,需要採用移動多跳方式聯網。由於採用的是平面拓撲,因而沒有地址變更的問題,從而使得這些移動終端仍然像在標準的計算機環境中一樣。
此外,在實際應用中,移動自組網除了可以單獨組網實現局部通信以外,還可以作為末端子網通過網關連接到現有的網路基礎設施上,例如Internet或者蜂窩網。作為末端子網,只允許產生於或者目的地是自治系統內部節點的信息進出,而不準許其它信息穿越自治系統。由此可見,移動自組網可以成為各種通信網路的一種無線接入手段。 無線感測器網路是移動自組織網路技術的一大應用領域。感測器網路使用無線通信技術,由於發射功率較小,只能採用多跳轉發方式進行通信。分布在各處的感測器節點自組織成網路,以完成各種應用任務。

⑹ 什麼是自組織網路自組織網路有哪些特點

移動自組織網路是一種移動通信和計算機網路相結合的網路,是移動計算機網路的一種,用戶終端可以在網內隨意移動而保持通信。移動自組織網路能夠利用移動終端的路由轉發功能,在無基礎設施的情況下進行通信,從而彌補了無網路通信基礎設施可使用的缺陷。自組網技術為計算機支持的協同工作系統提供了一種解決途徑,主要特點有:
網路拓撲結構動態變化
在移動自組織網路中,由於用戶終端的隨機移動、節點的隨時開機和關機、無線發信裝置發送功率的變化、無線信道間的相互干擾以及地形等綜合因素的影響,移動終端間通過無線信道形成的網路拓撲結構隨時可能發生變化,而且變化的方式和速度都是不可預測的。
自組織無中心網路
移動自組織網路沒有嚴格的控制中心,所有節點的地位是平等的,是一種對等式網路。節點能夠隨時加入和離開網路,任何節點的故障都不會影響整個網路的運行,具有很強的抗毀性。
多跳網路
由於移動終端的發射功率和覆蓋范圍有限,當終端要與覆蓋范圍之外的終端進行通信時,需要利用中間節點進行轉發。
值得注意的是,與一般網路中的多跳不同,無線自組網中的多跳路由是由普通節點共同協作完成的,而不是由專門的路由設備完成的。
無線傳輸帶寬有限
無線信道本身的物理特性決定了移動自組織網路的帶寬比有線信道要低很多,而競爭共享無線信道產生的碰撞、信號衰減、噪音干擾及信道干擾等因素使得移動終端的實際帶寬遠遠小於理論值。
移動終端的局限性
自組織網路中的移動終端(如筆記本電腦、手機等)具有靈巧、輕便、移動性好等優點,但同時其電源有限、內存小、CPU性能低等限制,使得我們在開發應用程序時,需要考慮這些因素。

⑺ 無線自組織網路路由技術有哪些

無線自組織網路是一種獨立組網的技術,由一組帶有無線收發裝置的可移動節點組成臨時性多跳自治系統。網路無需通信基礎設施,在軍事和民用方面都具有廣闊的應用前景。 路由技術是自組織網路的核心技術之一,網路拓撲的動態特性使得傳統路由不再適用,新的路由策略的研究勢在必行。論文重點研究動態源路由技術並對其進行改進。 網路節點間通信的不可預測,使得按需路由成為了路由技術的首選,這樣有效降低了休眠節點不必要的路由開銷,節約了網路帶寬資源。DSR路由就是一種常用的按需路由技術。但是大規模網路中,數據分組頭部攜帶完整路由信息以及依靠泛洪來完成路由發現過程都帶來了很大開銷,對實時性要求高的網路影響很大。對此論文提出了有序泛洪和區域搜索機制來控制路由的開銷,並且引入了分層結構來進一步限製成員節點的泛洪請求。通過普通節點對高層節點注冊登記,來完成位於不同地域的節點間的通信。結合模擬對比網路性能,達到了路由時延和路由開銷的相對平衡。

⑻ WSN是什麼

WSN是wireless sensor network的簡稱,即無線感測器網路。
無線感測器網路(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成,通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網路系統,其目的是協作地感知、採集和處理網路覆蓋區域中被感知對象的信息,並發送給觀察者。感測器、感知對象和觀察者構成了無線感測器網路的三個要素。
隨著微機電系統(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系統(SOC, System on Chip)、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展,孕育出無線感測器網路(Wireless Sensor Networks, WSN),並以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線感測器網路就是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網路。
很多人都認為,這項技術的重要性可與網際網路相媲美:正如網際網路使得計算機能夠訪問各種數字信息而可以不管其保存在什麼地方,感測器網路將能擴展人們與現實世界進行遠程交互的能力。它甚至被人稱為一種全新類型的計算機系統,這就是因為它區別於過去硬體的可到處散布的特點以及集體分析能力。然而從很多方面來說,現在的無線感測器網路就如同遠在 1970 年的網際網路,那時網際網路僅僅連接了不到 200所大學和軍事實驗室,並且研究者還在試驗各種通訊協議和定址方案。而現在,大多數感測器網路只連接了不到 100個節點,更多的節點以及通訊線路會使其變得十分復雜難纏而無法正常工作。另外一個原因是單個感測器節點的價格目前還並不低廉,而且電池壽命在最好的情況下也只能維持幾個月。不過這些問題並不是不可逾越的,一些無線感測器網路的產品已經上市,並且具備引人入勝的功能的新產品也會在幾年之內出現。
無線感測器網路所具有的眾多類型的感測器,可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、雜訊、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環境中多種多樣的現象。基於MEMS的微感測技術和無線聯網技術為無線感測器網路賦予了廣闊的應用前景。這些潛在的應用領域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等領域。

⑼ 高分求助有關AD HOC網路的問題

前言

Ad hoc網路的前身是分組無線網(Packet Radio Network)。在Ad hoc網路中,結點具有報文轉發能力,結點間的通信可能要經過多個中間結點的轉發,即經過多跳(MultiHop),這是Ad hoc網路與其他移動網路的最根本區別。結點通過分層的網路協議和分布式演算法相互協調,實現了網路的自動組織和運行。目前的移動通信大多需要有線基礎設施(如基站)的支持才能實現。為了能夠在沒有固定基站的地方進行通信,一種新的網路技術——Ad Hoc網路技術應運而生。Ad Hoc網路不需要有線基礎設備的支持,通過移動主機自由的組網實現通信。Ad Hoc網路的出現推進了人們實現在任意環境下的自由通信的進程,同時它也為軍事通信、災難救助和臨時通信提供了有效的解決方案。

一、 Ad Hoc網路的概念

Ad hoc網路又稱為多跳網路(multi-hop network)、無固定網路設施的網路(infrastructure less network)自組(self organization)網,自愈網或是對等網,它是一種邏輯意義上的組網方式,即強調在不依賴基礎網路設施的前提下由一定范圍內的移動終端動態的建立可以互聯的網路。同時它還將現有的主要網路中廣泛應用的中央控制管理的功能進行分布式處理,由網路各個節點同步完成,從而提高了網路抗干擾,抗故障的能力,也使其成為在許多特殊場合進行網路互聯應用的主要方案。

Ad Hoc網路是一種沒有有線基礎設施支持的移動網路,網路中的節點均由移動主機構成。在Ad Hoc網路中,當兩個移動主機(如圖1中的主機A和B)在彼此的通信覆蓋范圍內時,它們可以直接通信。但是由於移動主機的通信覆蓋范圍有限,如果兩個相距較遠的主機(如圖1中的主機A和C)要進行通信,則需要通過它們之間的移動主機B的轉發才能實現。因此在Ad Hoc網路中,主機同時還是路由器,擔負著尋找路由和轉發報文的工作。在Ad Hoc網路中,每個主機的通信范圍有限,因此路由一般都由多跳組成,數據通過多個主機的轉發才能到達目的地。故Ad Hoc網路也被稱為多跳無線網路。其結構如圖2所示。

Ad Hoc網路可以看作是移動通信和計算機網路的交叉。在Ad Hoc網路中,使用計算機網路的分組交換機制,而不是電路交換機制。通信的主機一般是攜帶型計算機、個人數字助理(PDA)等移動終端設備。

Ad Hoc網路不同於目前網際網路環境中的移動IP網路。在移動IP網路中,移動主機可以通過固定有線網路、無線鏈路和撥號線路等方式接入網路,而在Ad Hoc網路中只存在無線鏈路一種連接方式。在移動IP網路中,移動主機通過相鄰的基站等有線設施的支持才能通信,在基站和基站(代理和代理)之間均為有線網路,仍然使用網際網路的傳統路由協議。而Ad Hoc網路沒有這些設施的支持。此外,在移動IP網路中移動主機不具備路由功能,只是一個普通的通信終端。當移動主機從一個區移動到另一個區時並不改變網路拓撲結構,而Ad Hoc網路中移動主機的移動將會導致拓撲結構的改變。

二、 網路性能測試體系結構

Ad Hoc網路協議主要包括網路接入層協議(MAC)和路由協議。不同層次的協議由於所完成的功能不同,所以具有不同的測試指針。在網路測試中,要合理評價網路性能必須充分考慮不同層次的協議在性能上的差別。同時,對於不同的網路應用來說,各個層次協議性能對網路整體性能的影響也不盡相同。

Ad Hoc網路性能測試按照網路功能層次進行區分,主要分為以下三個方面的內容:通信終端物理性能測試,接入層協議測試和路由協議測試。

1. 通信終端物理性能測試
通信終端種類很多,包括數字電台、PDA、移動筆記本電腦等等。不同的無線終端由於硬體配置不同,其物理性能也不盡相同。物理性能測試內容主要包括:

* 數據發送速率:即終端設備可支持的最大傳輸帶寬,對於多信道系統而言,還需要測試最大可用帶寬。
* 傳播距離:即設備的通信范圍,主要與終端的發送功率,接收門限(信噪比)有關。多跳網路中,傳播距離會對網路的拓撲關系產生重大的影響,也是MAC層協議設計通常需要考慮的問題[2][3],也是影響網路吞吐量的因素之一。
* 差錯控制能力:無線信道通常是不可靠信道,所以需要相應的差錯控制能力,保證在一定的信道誤碼率下,可以完成正常數據通信。

2. 網路接入層性能測試

網路接入層(MAC)解決了隱終端和暴露終端的問題[2][3]。MAC層協議的性能會直接影響網路的整體性能。MAC層協議是Ad Hoc網路組網協議的基礎,也是網路結點通信的第一步,只有高效、公平、有序地組織網路中的所有通信結點的鏈路層通信能力,才能保證上層網路互聯協議(路由協議)的正常運行。網路接入層性能測試內容主要有:

* 接入時延:結點從有數據需要發送到數據的實際發送的時間間隔。是反映單個結點接入效率的重要參數,但是不能反映網路整體性能。
* 網路吞吐量:接入協議的性能還體現在網路吞吐量上,由於無線網路數據幀的碰撞會導致所有的發送方都要退避一段時間,然後重新發送數據,這就必然對系統的吞吐量產生影響。
* 優先順序:網路中的結點按照優先順序排序,優先順序高的結點比優先順序低的結點有更低的平均接入時延,這一點在同時承載數據業務和話音業務的網路中顯得尤為重要。
* 公平性:優先順序然保證了優先順序高的結點有更低的接入時延,但是網路接入協議還必須同時保證優先順序低的結點不會「餓死」,同等優先順序的結點還要有相同或接近的接入時延參數。

3. 路由協議性能測試

路由協議的任務是維護網路拓撲,為結點之間的通信提供及時准確的路由信息,保證報文按照協議所提供的路徑正確到達目的結點。針對現有Ad Hoc網路路由協議的特點,性能測試主要包括以下幾個方面:

* 端到端時延與吞吐量:路由協議所處理的是源結點到目的結點之間的路徑選擇信息,所以源結點到目的結點之間(端到端)的行為最直接的測試內容就是時延和吞吐量。但是,這兩個參數都與MAC層協議的效率直接相關。
* 路由發現時間(也稱為路由重建時間):直接說明了路由演算法的效率,即從無法根? 萋酚殺淼玫鉸酚傻降玫嬌捎寐酚傻氖奔洹P枰�⒁獾氖牽�飧霾饈圓問�視糜諦棖笄��酚傷惴?span lang="EN-US">(反應式)[1][5]和具有事件觸發更新功能的路由表驅動型路由演算法(先應式)[1][6]。
* 路由表收斂時間:對於路由表驅動型路由演算法而言,路由協議在運行期間,路由表從初始狀態到路由表穩定狀態通常會有一個自動更新的過程,這個時間通常稱為路由表收斂時間。
* 路由協議的效率:任何路由協議在運行過程中,都要有一定的路由協議開銷,用於在結點之間維護網路的拓撲信息。對於無線網路而言,網路帶寬非常有限,協議開銷直接影響網路帶寬的利用率,進而影響網路的擴展性。所以路由協議的效率也是我們重點考慮的測試參數之一。

三、 Ad Hoc網路的特點

Ad hoc網路是一種特殊的無線移動網路。網路中所有結點的地位平等,無需設置任何的中心控制結點。網路中的結點不僅具有普通移動終端所需的功能,而且具有報文轉發能力。與普通的移動網路和固定網路相比,它具有以下特點:
1.無中心:Ad hoc網路沒有嚴格的控制中心。所有結點的地位平等,即是一個對等式網路。結點可以隨時加入和離開網路。任何結點的故障不會影響整個網路的運行,具有很強的抗毀性。
2.自組織:網路的布設或展開無需依賴於任何預設的網路設施。結點通過分層協議和分布式演算法協調各自的行為,結點開機後就可以快速、自動地組成一個獨立的網路。
3.多跳路由:當結點要與其覆蓋范圍之外的結點進行通信時,需要中間結點的多跳轉發。與固定網路的多跳不同,Ad hoc網路中的多跳路由是由普通的網路結點完成的,而不是由專用的路由設備(如路由器)完成的。
4.動態拓撲:Ad hoc網路是一個動態的網路。網路結點可以隨處移動,也可以隨時開機和關機,這些都會使網路的拓撲結構隨時發生變化。
這些特點使得Ad hoc網路在體系結構、網路組織、協議設計等方面都與普通的蜂窩移動通信網路和固定通信網路有著顯著的區別。

Ad Hoc網路作為一種新的組網方式,具有以下特點。

3.1 網路的獨立性

Ad Hoc網路相對常規通信網路而言,最大的區別就是可以在任何時刻、任何地點不需要硬體基礎網路設施的支持,快速構建起一個移動通信網路。它的建立不依賴於現有的網路通信設施,具有一定的獨立性。Ad Hoc網路的這種特點很適合災難救助、偏遠地區通信等應用。

3.2 動態變化的網路拓撲結構

在Ad Hoc網路中,移動主機可以在網中隨意移動。主機的移動會導致主機之間的鏈路增加或消失,主機之間的關系不斷發生變化。在自組網中,主機可能同時還是路由器,因此,移動會使網路拓撲結構不斷發生變化,而且變化的方式和速度都是不可預測的。對於常規網路而言,網路拓撲結構則相對較為穩定。

3.3 有限的無線通信帶寬

在Ad Hoc網路中沒有有線基礎設施的支持,因此,主機之間的通信均通過無線傳輸來完成。由於無線信道本身的物理特性,它提供的網路帶寬相對有線信道要低得多。除此以外,考慮到競爭共享無線信道產生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素,移動終端可得到的實際帶寬遠遠小於理論中的最大帶寬值。

3.4 有限的主機能源 < /span>

在Ad Hoc網路中,主機均是一些移動設備,如PDA、便攜計算機或掌上電腦。由於主機可能處在不停的移動狀態下,主機的能源主要由電池提供,因此Ad Hoc網路有能源有限的特點。

3.5 網路的分布式特性

在Ad Hoc網路中沒有中心控制節點,主機通過分布式協議互聯。一旦網路的某個或某些節點發生故障,其餘的節點仍然能夠正常工作。

3.6 生存周期短

Ad Hoc網路主要用於臨時的通信需求,相對與有線網路,它的生存時間一般比較短。

3.7 有限的物理安全

移動網路通常比固定網路更容易受到物理安全攻擊,易於遭受竊聽、欺騙和拒絕服務等攻擊。現有的鏈路安全技術有些已應用於無線網路中來減小安全攻擊。不過Ad Hoc網路的分布式特性相對於集中式的網路具有一定的抗毀性。

四、Ad hoc網路的體系結構

1 結點結構
Ad hoc網路中的結點不僅要具備普通移動終端的功能,還要具有服文轉發能力,即要具備路由器的功能。因此,就完成的功能而言可以將結點分為主機、路由器和電台三部分。其中主機部分完成普通移動終端的功能,包括人機介面、數據處理等應用軟體。而路由器部分主要負責維護網路的拓撲結構和路由信息,完成報文的轉發功能。電台部分為信息傳輸提供無線信道支持。從物理結構上分,結構可以被分為以下幾類:單主機單電台、單主機多電台、多主機單電台和多主機多電台。手持機一般採用的單主機單電台的簡單結構。作為復雜的車載台,一個結點可能包括通信車內的多個主機。多電台不僅可以用來構建疊加的網路,還可用作網關結點來互聯多個Ad hoc網路。

2 網路結構
Ad hoc網路一般有兩種結構:平面結構和分級結構。

在平面結構中,所有結點的地位平等,所以又可以稱為對等式結構。

分級結構中,網路被劃分為簇。每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成。這些簇頭形成了高一級的網路。在高一級網路中,又可以分簇,再次形成更高一級的網路,直至最高級。在分級結構中,簇頭結點負責簇間數據的轉發。簇頭可以預先指定,也可以由結點使用演算法自動選舉產生。
分級結構的網路又可以被分為單頻分級和多頻分級兩種。單頻率分級網路中,所有結點使用同一個頻率通信。為了實現簇頭之間的通信,要有網關結點(同時屬於兩個簇的結點)的支持。而在多頻率分組網路中,不同級採用不同的通信頻率。低級結點的通信范圍較小,而高級結點要覆蓋較大的范圍。高級的結點同時處於多個級中,有多個頻率,用不同的頻率實現不同級的通信。在兩級網路中,簇頭結點有兩個頻率。頻率1用於簇頭與簇成員的通信。而頻率2用於簇頭之間的通信。分級網路的每個結點都可以成為簇頭,所以需要適當的簇頭選舉演算法,演算法要能根據網路拓撲的變化重新分簇。

平面結構的網路比較簡單,網路中所有結點是完全對等的,原則上不存在瓶頸,所以比較健壯。它的缺點是可擴充性差:每一個結點都需要知道到達其他所有結點的路由。維護這些動態變化的路由信息需要大量的控制消息。在分級結構的網路中,簇成員的功能比較簡單,不需要維護復雜的路由信息。這大大減少了網路中路由控制信息的數量,因此具有很好的可擴充性。由於簇頭結點可以隨時選舉產生,分級結構也具有很強的抗毀性。分級結構的缺點是,維護分級結構需要結點執行簇頭選舉演算法,簇頭結點可能會成為網路的瓶頸。

因此,當網路的規模較小時,可以採用簡單的平面式結構;而當網路的規模增大時,應用分級結構。美軍在其戰術互聯網中使用近期數字電台(NTDR,Near Term Digital Radio)組網時採用的就是雙頻分級結構。

五、Ad Hoc網路的應用需求

Ad Hoc網路的應用范圍很廣,總體上來說,它可以用於以下場合:

a)沒有有線通信設施的地方,如沒有建立硬體通信設施或有線通信設施遭受破壞。

b)需要分布式特性的網路通信環境。

c)現有有線通信設施不足,需要臨時快速建立一個通信網路的環境。

d) 作為生存性較強的後備網路。

Ad Hoc網路技術的研究最初是為了滿足軍事應用的需要,軍隊通信系統需要具有抗毀性、自組性和機動性。Ad Hoc網路滿足了軍事通信系統的這些需求。Ad Hoc網路採用分布式技術,沒有中心控制節點的管理。當網路中某些節點或鏈路發生故障,其他節點還可以通過相關技術繼續通信。Ad Hoc網路由移動節點自己自由組合,不依賴於有線設備,因此,具有較強的自組性,很適合戰場的惡劣通信環境。Ad Hoc網路建立簡單、具有很高的機動性。

近年來,Ad Hoc網路的研究在民用和商業領域也受到了重視。在民用領域,Ad Hoc網路可以用於災難救助。在發生洪水、地震後,有線通信設施很可能因遭受破壞而無法正常通信,通過Ad Hoc網路可以快速地建立應急通信網路,保證救援工作的順利進行,完成緊急通信需求任務。Ad Hoc網路可以用於偏遠或不發達地區通信。在這些地區,由於造價、地理環境等原因往往沒有有線通信設施,Ad Hoc網路可以解決這些環境中的通信問題。Ad Hoc網路還可以用於臨時的通信需求,如商務會議中需要參會人員之間互相通信交流,在現有的有線通信系統不能滿足通信需求的情況下,可以通過Ad Hoc網路來完成通信任務。

民用方面,Ad hoc網路也有非常廣泛的應用前景。它的應用場合主要有以下幾類:

1.軍事應用:軍事應用是Ad hoc網路技術的主要應用領域。
2.感測器網路:感測器網路是Ad hoc網路技術的另一大應用領域。對於很多應用場合來說感測器網路只能使用無線通信技術。而考慮到體積和節能等因素,感測器的發射功率不可能很大。使用Ad hoc網路實現多跳通信是非常實用的解決方法。分散在各處的感測器組成Ad hoc網路,可以實現感測器之間和與控制中心之間的通信。

3.緊急和臨時場合:在發生了地震、水災、強熱帶風暴或遭受其他災難打擊後,固定的通信網路設施(如有線通信網路、蜂窩移動通信網路的基站等網路設施、衛星通信地球站以及微波接力站等)可能被全部摧毀或無法正常工作,對於搶險救災來說,這時就需要Ad hoc網路這種不依賴任何固定網路設施又能快速布設的自組織網路技術。

4.個人通信:個人區域網(PAN,Personal Area Network)是Ad hoc網路技術的另一應用領域。不僅可用於實現PDA、手機、手提電腦等個人電子通信設備之間的通信,還可用於個人區域網之間的多跳通信。藍牙技術中的超網(Scatternet)就是一個典型的例子。
5.與移動通信系統的結合:Ad hoc網路還可以與蜂窩移動通信系統相結合,利用移動台的多跳轉發能力擴大蜂窩移動通信系統的覆蓋范圍、均衡相鄰小區的業務、提高小區邊緣的數據速率等。

Ad Hoc網路在研究領域也很受關注,近幾年的網路國際會議基本都有Ad Hoc網路專題,隨著移動技術的不斷發展和人們日益增長的自由通信需求,Ad Hoc網路會受到更多的關注,得到更快速的發展和普及。

六、 與其他移動通信系統的比較

1 蜂窩系統

蜂窩系統是覆蓋范圍最廣的陸地公用移動通信系統。在蜂窩系統中,覆蓋區域一般被劃分為類似蜂窩的多個小區。每個小區內設置固定的基站,為用戶提供接入和信息轉發服務。移動用戶之間以及移動用戶和非移動用戶之間的通信均需通過基站進行。基站則一般通過有線線路連接到主要由交換機構成的骨幹交換網路。蜂窩系統是一種有連接網路,一旦一個信道被分配給某個用戶,通常此信道可一直被此用戶使用。蜂窩系統一般用於語音通信。

2 集群系統

集群系統與蜂窩系統類似,也是一種有連接的網路,一般屬於專用網路,規模不大,主要為移動用戶提供語音通信。

3 衛星通信系統

衛星通信系統的通信范圍最廣,可以為全球每個角落的用戶提供通信服務。在此系統中,衛星起著與基站類似的功能。衛星通信系統按衛星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛星通信系統存在成本高、傳輸延時大、傳輸帶寬有限等不足。

上述移動通信系統都需要有線網路通信基礎設施的支持,如基站、交換機、衛星等。這些設施的建立和運轉需要大量的人力和物力,因此成本比較高,同時建設的周期也長。Ad Hoc網路不需要基站的支持,由主機自己組網,因此,網路建立的成本低,同時時間短,一般只要幾秒鍾或幾分鍾。上述通信系統中,移動終端之間並不直接通信,並且移動終端只具備收發功能,不具備轉發功能。而Ad Hoc網路由移動主機構成,移動主機之間可以直接通信,而移動主機不僅收發數據,同時還轉發數據。此外目前的移動通信系統主要為用戶提供語音通信功能,通常採用電路交換,拓撲結構比較穩定。而Ad Hoc網路使用分組轉發技術,主要為用戶提供數據通信服務,拓撲結構易於變化。

七、移動IP和Ad Hoc網路的結合

實現移動和全IP是當今網路發展的兩大趨勢。隨著手機使用的日益廣泛和人們對移動所能提供的信息要求越來越高,人們更加希望能隨時隨地接入互聯網。

對於Ad Hoc網路,網路是隨時生成而且具有易構性,不需要事先存在的網路來支持,因此,應用很廣泛也很簡單。但是這種網路有很強的獨立性,它可以單獨存在,它的特性和它所使用的主動的、按需驅動的路由協議都令它難以與互聯網通信,達到交互信息的目的。為了達到Ad Hoc網路中的移動主機可以在不同的Ad Hoc網路間移動和隨時接入互聯網,我們利用移動IP協議可在不同網路中漫遊的特性,結合移動IP和Ad Hoc網路,即MIPMANET,提供一種將Ad Hoc網路使用按需驅動的路由機制,移動IP提供代理地址和反向隧道的Ad Hoc網路接入互聯網的解決方案。圖3為Ad Hoc網路接入互聯網的模型。

八、管理Ad Hoc網路面臨的問題

Ad Hoc網路的特性決定了管理上比有線網路復雜許多,因為網路拓撲的動態變化,要求網路管理也是動態自動配置。而且要考慮到移動節點本身的限制,例如能源有限、鏈路狀態變化和有限的存儲能力等,因此,要將管理協議給整個網路帶來的負荷考慮在內。最後還要考慮到網路管理對不同環境的適用性等。

具體Ad Hoc網路管理? 枰�餼齙奈侍饢�韻錄阜矯媯?span lang="EN-US">

a)網路管理協議的一個重要任務是使網管知道網路的拓撲結構。在有線網路中,由於網路變化不頻繁,所以這點容易做到。但在移動網路中,節點的移動導致拓撲結構變化太頻繁,網管需定期收集節點的連接信息,這無疑會加大網路的負荷。

b) 大多數節點使用電池供電,所以要保證網路管理的負荷限制在最小值以節省能源。要盡量減少收發和處理的節點數,但這是與需要拓撲結構的定期更新相矛盾的。

c) 能源的有限性和節點的移動性導致節點隨時可能與網路分離,這要求網路管理協議能夠及時覺察節點的離開和加入,而更新拓撲結構。

d)無線環境下信號質量變化大。信號的衰退和擁塞都會使網管誤認為節點已離開,因此,網管必須能夠區分是由於節點移動還是由於鏈路質量的原因導致連接中斷。網管必須詢問物理層,但這樣會違反OSI的層次管理結構。

f) Ad Hoc網路通常應用於軍事,因此,要防止竊聽、破壞和侵入。所以網管需要結合加密和認證過程。

由上可見Ad Hoc網路的網路管理是與傳統網路不同的,要解決的問題包括如何有效地收集網路的拓撲信息,如何處理動態的網路配置和安全保密問題。

特殊問題:

1. 特殊的信道共享方式

通信網路中的信道共享方式一般有三種:點對點、點對多點和多點共享。點對點是最簡單的共享方式,兩個結點可以共享一個信道(有線或無線)。點對多點共享一般用於有中心站控制的無線信道,例如蜂窩移動通信系統的無線信道。在這種方式中,終端(如行動電話)在中心站(如基站)的控制下共享一個或多個無線信道,所有終端均處在中心站的覆蓋范圍內。多點共享指多個終端共享一個廣播信道,乙太網就是最典型的多點共享方式。在多點共享方式中,一個終端發送報文,所有的終端都可以聽到,即相當於一個全互聯的網路,我們稱這種共享方式下的信道為一跳共享廣播信道。

Ad hoc網路的信道共享方式與它們不同。雖然Ad hoc網路的無線信道也是一個共享的廣播信道,但它不是一跳共享的。因為當一個結點發送報文時,只有在它覆蓋范圍內的結點(稱為鄰居)才能夠收到,而覆蓋范圍外的結點則感知不到任何通信的存在。這恰恰也是Ad hoc網路的優勢所在,發送結點覆蓋范圍外的結點不受發送結點的影響,它們也可以同時發送報文。我們稱Ad hoc網路的共享信道為多跳共享廣播信道。

多跳共享廣播信道帶來的直接影響就是報文沖突與結點所處的位置相關。在一跳共享的廣播信道中,報文沖突是個全局事件。所有結點要麼都收到正確的報文,要麼都會感知到報文沖突。而在Ad hoc網路中,報文沖突只是局部事件,並非所有結點都可以感知到。一個結點正確收到了一個報文,該報文可能會在另一個結點處發生沖突。也可能報文在接收結點處發生了沖突,而發送結點絲毫覺察不到。也就是說發送結點和接收結點感知到的信道狀況不一定相同,由此將會帶來隱終端、暴露終端等一系列的特殊問題。

由於Ad hoc網路特定的信道共享方式,基於點對多點共享信道和一跳共享廣播信道接入協議無法被Ad hoc網路直接使用,需要為它設計專用的信道接入協議。信道接入協議是報文在信道上發送和接收的直接控制者,它的行為對Ad hoc網路的性能起著決定性的作用。因此,信道接入協議一直是Ad hoc網路技術的研究重點之一。

2 動態拓撲

Ad hoc網路中的結點不僅可以自由移動,還可以隨時開機和關機。這將造成網路拓撲的動態變化。考慮到Ad hoc網路的多跳特性,結點要有報文轉發功能,這要求結點實現相應的路由協議。傳統的基於網際網路的路由協議是為相對穩定的網路拓撲而設計的,它們無法滿足快速變化拓撲網路的需要。因此,路由協議也成了Ad hoc網路的研究特點。

現有的Ad hoc網路路由協議可以分為先應式(Proactive)、反應式(Reactive)和混合式三種。(1)先應式路由協議又被稱為表驅動(Table-driven)路由協議,它通過連? �丶觳飭綽分柿浚�笨濤�ぷ既返耐�繽仄撕吐酚尚畔ⅰF?/span>優點是發送報文時可以立即得到正確的路由,缺點是開銷太大。(2)反應式路由協議,又稱為隨選 路由(On-Demand Routing),並不時刻維護准確的路由信息,僅當需要時才查找路由。其優點是降低了路由維護的開銷,缺點是查找路由會引入較大的時延。結點先應式和反應式特點的路由協議稱為混合式路由協議。它在局部范圍內使用先應式路由協議,以縮小路由控制消息傳播的范圍。當目標結點較遠時,通過查找發現路由。這樣既可以減少路由協議的開銷,時延特性也得到了改善。

鑒於路由協議的重要性,IETF的MANET工作組目前專注於Ad hoc網路路由協議的研究。雖然已經取得了一定的成果,但仍有很多問題沒有解決。

九、 結論

Ad Hoc網路是一種新穎的移動計算機網路的類型,它既可以作為一種獨立的網路運行,也可以作為當前具有固定設施網路的一種補充形式。其自身的獨特性,賦予其巨大的發展前景。在Ad Hoc網路的研究中還存在許多亟待解決的問題:設計具有節能策略、安全保障、組播功能和QoS支持等擴展特性的路由協議,以及Ad Hoc網路的網路管理等。今後將重點致力於Ad Hoc網路中網路監視、節點移動性管理、抗毀性管理和安全管理等方面的研究。