移动Adhoc网络现状及前景展望

此 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 。 三 、Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 应 用 现 状 Ａｄ ｈｏｃ 最 初 是 出 于 军 事 需 要 开 始 研 究 的 ， 到 目 前 为 止 军 事 部 门
仍 是 Ａｄ ｈｏｃ 主 要 的 应 用 领 域 ， 但 是 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 凭 借 它 无 可 取 代 的 优势正在渗透到民用和商用的各个领域。
这 样 会 违 反 ＱＳＩ 的 体 系 管 理 结 构 。 六 、结 语 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 是 发 展 迅 速 的 新 颖 的 计 算 机 网 络 。 本 文 简 要 的 介 绍
了 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 发 展 的 历 史 、特 点 ， 发 展 的 前 景 及 面 临 的 挑 战 。Ａｄ ｈｏｃ 网络应用市场的潜力及其自身的独特性， 必将会促进它不断的发 展， 性能不断的提高， 最后成为一种普及的网络。
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移 动 Ａｄ ｈ ｏ ｃ 网 络 现 状 及 前 景 展 望
Leabharlann Baidu
文 ／ 赵伟伟 王超 赵硕平
【摘 要 】 无 线 自 组 织 网 络 （ Ａｄ ｈｏｃ ） 是 当 前 无 线 通 信 领 域 一 种 新 的 、正 在 发 展 的 网 络 技 术 ， 它 正 在 迅 速 的 从 军 事 通 信 渗 透 到 民 用 通 信 领 域 。文 中 介 绍 了 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 的 特 点 ， 发 展 现 状 及 前 景 ， 并 对 其 发 展 中 遇 到 的 困 难做了简要的介绍。 【关 键 词 】 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 现 状 前 景
参考文献 ［１］ｐｅｒｋｉｎｓ． ＡｄＨｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ． Ａｄｄｉｓｏｎ Ｗｅｓｌｙ， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０００ ［２］Ｆｏｒｄｉｇｈ ， Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ ａｎｄ Ｌａｎｓｓｏｎ ． Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｄ ｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ – Ｔｈｅ ａｒｔ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ａ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ． ｅｒｉｃｓｓｏｎ Ｒ ｅｖｉｅｗ Ｎｏ ． ４． ２０００ ［３］Ｗｕ ＨＫ ， Ｃｈａｎｇ ＰＨ ． Ｄｙｎａｍｉｃ Ｑｏｓ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｔｉｍｅｄｉａ ａｄ ｈｏｃ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ． ＡＣＭ Ｂａｌｔｚｅｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２００１． ［４］ 陈 林 星 ， 曾 曦 ， 曹 毅 。 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 ， 电 子 工 业 出 版 社 ［５］ 王 金 龙 ， 王 呈 贵 。 Ａｄ ｈｏｃ 移 动 无 线 网 络 ， 北 京 ： 国 防 工 业 出 版 社 ， ２００４
（二 ）有 限 的 电 池 寿 命 由于大多数节点都是使用电池供电， 所以要保证网络管理的负 荷限制在最小值以节省能源。要尽量的减少收发和处理的节点数， 但这是与需要拓扑结构的定期更新相矛盾的。 （三） 路由维护 能源的有限性和节点的移动性导致节点随时可 能与网络分离， 这要求网络管理协议能够及时觉察节点的离开和加 入， 而更新拓扑结构。 （四） 失效节点的辨别 无线环境的的信号质量变化大。信号的衰退和拥塞都会是网 管误以为节点已经离开， 因此， 网管必须能够区分是由于节点移动 还是由于链路质量的原因导致连接中断。网管不需询问物理层， 但
四 、Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 应 用 前 景 （ １ ） Ａｄ ｈｏｃ 网 络 发 展 形 势 之 一 ， 就 是 小 规 模 的 独 立 组 网 大 规 模 的 独 立 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 包 括 成 百 上 千 个 节 点 。如 果 用 来 组 网 的 话 ， 将 会 产 生 高 风 险 、高 成 本 、低 效 率 等 一 系 列 的 问 题 。 远 没 有 现 在 的 有 线 通 信 网 络 经 济 和 高 效 。与 此 相 比 小 规 模 的 Ａｄ ｈｏｃ 单 独 组 网 具 有 较 大 的 商 业 价 值 ， 其 应 用 环 境 包 括 家 庭 、商 务 会 议 区 以 及 医 院 等 。例 如 家 庭 环 境 中 ， Ａｄ ｈｏｃ 为 用 户 建 立 无 线 家 庭 网 络 ， 可 以 把 所 有 的 家 电 用 网 络 连 接 起 来 ， 比 如 把 电 脑 、音 响 、厨 房 用 具 、保 安 系 统 等 连接在一起， 从而方便交流， 还可以实现资源共享。 （ ２ ） Ａｄ ｈｏｃ 网 络 与 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网 络 的 整 合 利 用 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 自 由 移 动 性 和 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网 络 技 术 的 成 熟 性 ， 把两者结合可以为我们提供更加完善的服务。两者的整合是研究的 热 点 之 一 。最 近 几 年 ， 随 着 移 动 通 信 的 飞 速 发 展 ， 对 于 Ａｄ ｈｏｃ 的 注 意 力 也 逐 渐 的 转 移 到 了 和 Ｂ３Ｇ 网 络 相 结 合 的 方 向 上 来 。 由 于 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 伸 缩 性 强 、自 适 应 能 力 强 等 优 点 ， 很 受 Ｂ３Ｇ 网 络 的 亲 睐 。 （ ３ ） Ａｄ ｈｏｃ 与 蜂 窝 系 统 相 整 合 为解决蜂窝移动通信系统与无线局域网整合应用范围不广的问 题， 在蜂窝移动通信中引入无线自组网络成为目前研究的一个热 点。其优势有： 首 先 ， 能 够 对 蜂 窝 移 动 系 统 的 盲 区 起 到 覆 盖 作 用 。在 一 些 基 站 覆 盖不到或者信号很弱的地区， 通过其他处于基站与移动台终端中间 的中继节点的中继节点转发， 将有效的提高信号的覆盖范围。 再次， 对于距离比较近的移动节点， 可以通过自组网直接通信， 不占用蜂窝网的资源， 减少蜂窝系统的负担， 提高系统的容量。 最 后 ， 提 高 移 动 节 点 接 入 蜂 窝 系 统 的 速 率 。在 多 跳 多 速 率 的 网 络 中， 采用多跳速率的路由代替一跳低速率的路由， 只要能够有效地 减少信道的占用时间， 就能提高系统总的吞吐量。 五 、移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 在 发 展 中 遇 到 的 挑 战 （ 一） 安全性 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 自 身 的 特 点 使 其 极 其 容 易 受 到 外 界 的 攻 击 。 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 安 全 的 最 终 目 标 是 给 移 动 用 户 提 供 安 全 服 务 （ 例 如 ，
根 据 Ａｄ ｈｏｃ 应 用 领 域 的 不 同 ， 可 以 将 其 分 为 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 （ ＭＡＮＥＴ） 、无 线 个 人 域 网 （ ＷＰＡＮ） 、无 线 局 域 网 （ ＷＬＡＮ） 等 。
（ Ⅰ ） ＭＡＮＥＴ 是 一 种 生 存 性 强 、高 效 、动 态 的 动 态 网 络 ， 这 在 军 事 以及突发事件中应用的比较广泛；
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认 证 、机 密 性 、完 整 性 、匿 名 、实 用 性 等 ） 。为 了 实 现 这 个 目 标 ， 安 全 解 决方法应该提供跨整个协议盏的全面保护。安全绝不是没有任何代 价 的 。当 网 络 引 入 多 种 安 全 特 性 的 时 候 ， 除 了 提 高 安 全 能 力 以 外 ， 同 时 随 着 计 算 、通 信 、管 理 的 开 销 不 断 增 加 。安 全 能 力 和 网 络 性 能 是 两 个同等重要的问题， 对这两个问题的全面平衡考虑与解决是移动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 安 全 设 计 中 的 一 个 基 本 挑 战 。
一 、引 言 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 发 展 到 现 在 已 经 有 三 四 十 年 的 历 史 了 。 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 思 想 最 早 可 以 追 溯 到 １９６８ 年 的 ＡＬＯＨＡ 网 络 。 其 研 究 目标是实现夏威夷教育设备的无线动态连接。受此思想的启发， ＤＡＲＰＡ 在 １９７３ 年 开 始 研 制 分 组 无 线 网 络 （ ＰＲＮＥＴ） 。 其 研 究 目 标 是 将数据分组交换技术引入到无线环境中， 开发军用的无线数据分组 网 络 。 随 着 Ａｄ ｈｏｃ 研 究 的 深 入 ， 性 能 的 不 断 完 善 以 及 其 特 有 的 优 势 ， 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 的 应 用 越 来 越 普 及 ， 迅 速 的 从 军 用 领 域 渗 透 到 相 关 的民有领域。 二 、Ａｄ ｈｏｃ 的 特 点 它是一种不需要依靠现有固定通信网络基础设施的， 能够迅速 展 开 使 用 的 网 络 体 系 。所 需 的 人 工 干 预 最 少 ， 没 有 任 何 中 心 实 体 、自 组 织 、自 愈 的 网 络 。每 一 个 节 点 都 担 当 主 机 和 路 由 器 的 角 色 ， 网 络 节 点 能 够 动 态 的 、随 意 的 、频 繁 的 进 入 和 离 开 网 络 ， 而 常 常 不 需 要 事 先 示 警 或 通 知 ， 而 且 不 会 破 坏 网 络 中 其 他 节 点 的 通 信 。 由 此 决 定 Ａｄ ｈｏｃ 网 具 有 以 下 显 著 的 特 点 ： （ １） 无中心自组织 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 不 像 蜂 窝 网 络 有 固 定 的 基 站 收 发 信 息 ， 它 所 有 的 的节点地位平等， 是一种完全的对等式的的网络。节点通过分层协 议 和 分 布 式 算 法 协 议 协 调 各 自 的 行 为 ， 可 以 在 任 何 时 间 、任 何 地 方 快速展开自动组网。 （ ２） 分布式操作 由 于 没 有 固 定 基 础 设 施 或 中 心 的 管 理 ， 所 以 移 动 Ａｄ ｈｏｃ 节 点 必然是分布式的。用户终端之间的地位是平等的， 网络路由协议通 常采用分布式控制方式， 因而比采用集中式网络具有更强的鲁棒性 和抗毁性。 （ ３ ） 带 宽 有 限 、链 路 质 量 易 变 无线信道本身的物理特性决定了它所能提供的网络带宽分布 比 有 限 信 道 要 低 得 多 。 无 线 环 境 还 有 比 特 误 码 率 高 、链 路 质 量 和 链 路 容 量 起 伏 波 动 等 问 题 。 考 虑 到 多 址 访 问 、衰 落 、噪 声 、环 境 干 扰 等 因素的影响后， 无线信道的实际吞吐量常常比最大无线传输速率低 的多。 （ ４） 移动性和动态拓扑 对常规的网络而言， 网络拓扑表现较为稳定， 不会出现大的频 繁 的 网 络 拓 扑 结 构 的 变 化 。 由 于 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 节 点 自 由 任 意 的 移 动 ， 这必然导致网络拓扑结构的动态变化。因此网络拓扑可能随机的、 迅 速 的 、不 可 预 测 的 变 化 ， 并 且 可 能 由 双 向 链 和 单 向 链 组 成 。移 动 首 先限制了网络扩展性， 必须开发更为合适的路由协议。 （ ５） 有限的主机资源 假 如 不 考 虑 军 事 上 的 特 殊 的 应 用 。 那 么 Ａｄ ｈｏｃ 就 主 要 用 于 移 动 的 小 型 设 备 （ ＰＤＡ、掌 上 电 脑 、便 携 式 的 计 算 机 、手 机 等 ） 。 这 些 小 设 备 受 到 设 备 本 身 若 干 特 性 的 限 制 ， 包 括 电 池 能 量 、设 备 的 处 理 能 力 。 这 些 限 制 对 Ａｄ ｈｏｃ 协 议 设 计 和 应 用 设 计 提 出 了 挑 战 。 （ ６） 物理安全有限 移动无线网络比固定网络更容易受到物理安全的威胁。更容 易 受 到 被 动 窃 听 、主 动 入 侵 、拒 绝 服 务 、剥 夺 “睡 眠 ”等 网 络 攻 击 。 因
（ Ⅱ ） ＷＰＡＮ 则 是 以 个 人 为 中 心 的 小 范 围 Ａｄ ｈｏｃ 网 络 ， 使 用 范 围 主 要 集 中 在 那 些 移 动 性 低 、业 务 负 载 小 的 应 用 上 。 典 型 的 应 用 有 移 动电话医疗传感器等；
（ Ⅲ ） ＷＬＡＮ 则 是 具 有 广 泛 应 用 的 家 庭 和 办 公 网 络 的 解 决 方 案 。 其 中 会 议 可 能 是 最 典 型 的 应 用 例 子 。Ａｄ ｈｏｃ 网 络 比 有 线 的 以 太 网 更 加 的 方 便 ， 比 使 用 蜂 窝 网 或 者 ｉｎｔｅｒｎｅｔ 更 为 便 宜 、更 加 安 全 。