AdHoc节点移动性模型特点初探

文章编号:　049026756(2005)0120068205

Ad H oc 节点移动性模型特点初探

王　兵1,严斌宇2,袁道华1,3

(1.四川大学计算机学院,成都610065;2.四川大学电子信息学院,成都610064)

摘要:无线Ad Hoc 是一种不依赖于任何基础设施无中心自组织的多跳无线网络.对于大规模

的无线网络监控,移动性一直被普遍视为制约其发展的主要障碍.作者从Ad Hoc 网络的特点

出发,研究并利用了Ad Hoc 网络内节点的移动特性.在现实应用中,移动节点趋于显示某些

相关程度(群体取向)的行为:这一特征对于改进网络产品,尤其是目前许多关于开发移动方式

的项目,可以减少路由选择的开销,在大规模的移动Ad Hoc 网络中取得良好的延展性.

关键词:Ad Hoc ;多跳无线网;移动性;参照点移动模型

中图分类号:TN919.72文献标识码:A

一个Ad Hoc 网络就是“不依赖于任何基础设施的移动节点的短时间互联”.Ad Hoc 技术起源于20世纪70年代初期,它是在美国国防部Darpa 资助研究的“战场环境中的无线分组数据网(PRN ET )”项目中产生的一种新型的网络构架技术.Darpa 当时所提出的网络是一种适应军方战时无基础设施或设施被破坏的条件下无线分组网络,实现基于该种网络的数据通信.后来,Darpa 又于1983年和1994年分别资助了抗毁可适应性网络SURAN (Survivable Adaptive Network )和全球移动信息系统G loMo (G lobal Informa 2tion Systems )的研究,以便能够建立某些特殊环境或紧急情况下的无线通信网络[1].

1　Ad Hoc 网络的基本特点

Ad Hoc 网络是移动计算机通信网络的一种类型,所谓移动计算机通信网络是指用户终端可以在网内自由移动的计算机网络.因此Ad Hoc 网络是移动通信和计算机网络的交叉.这一点在Ad Hoc 网络中的体现是:一方面,网络的信息采用了计算机网络中的分组交换机制,而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面,用户终端都是便携式的设备,比如笔记本电脑、PDA 、掌上电脑、车载台等,并配置有相应的无线收发设备,并且用户可以随意移动或处于静止状态.

Ad Hoc 网络与其他通信网络相比,它具有以下特征:

(1)网络的自组性.Ad Hoc 网络可以在随意构建,不需要现有的信息基础网络设施支持,形成一个自由移动的通信网络;

(2)动态拓扑结构.从网络的网络层来看,Ad Hoc 网络中,移动用户可以以任意的速度和任意方式在网中移动,加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰因素、地形因素等的影响,节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时都会发生变化;

(3)有限的无线传输带宽.无线信道本身的物理特性使Ad Hoc 网络的网络带宽相对有线方式要低得多,另外还要考虑无线信道竞争时所产生的信号衰落、碰撞、阻塞、噪声干扰等因素,这使得实际带宽要小;

(4)移动终端的局限性.Ad Hoc 网络中的移动用户终端为适应移动环境的需要,所带电源能量有限,收稿日期:2004207208

作者简介:王兵(1977-),男,2002级硕士研究生.

3通信联系作者

2005年2月

第42卷第1期四川大学学报(自然科学版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition )Feb.2005Vol.42　No.1

使得Ad Hoc 网络的设计更加困难.因此节约能耗也是网络设计的一个重要方向.同时由于Ad Hoc 网络本身不需要基础网络设施,所以要求每个移动节点都能够完成主机和路由的双重功能;

(5)安全性比较弱.Ad Hoc 网络是一种无线方式的分布式结构,所以更加容易被窃听、入侵、网络攻击和拒绝服务等;

(6)网络的分布式.Ad Hoc 网络中的移动节点都兼有独立路由和主机功能,不存在类似于基站的网络中心控制点,节点地位平等,采用分布式控制方式,增强了网络健壮性;

(7)网络的可扩展性不强.由于采用TCP/IP 协议中的子网技术,使得IN TERN ET 具有网络的可扩展性,而Ad Hoc 网络动态变化的拓扑结构使得子网技术所带来的网络可扩展性不能得到应用;

(8)存在单向无线信道;

(9)生存时间短.组网通常是由于某个特定原因而临时创建的,使用结束后,网络环境将会自动消失.Ad Hoc 网络的生存时间相对于固定网络而言是短暂的[1].

2　研究节点群体移动性的意义

对于大规模无线Ad Hoc 网络,移动性被视为控制与管理的主要障碍.事实上,如果是固定节点的传统有线网络,那么分级群聚和地址列表可以很方便地管理路由.但是由于节点的移动性,分级划分结构也发生了变化,迫使层次地址频繁改变,随之而来的则是对整个网络的更新广播,这无疑极大消耗了有限的网络资源,并且很容易造成整个网络的拥塞.而对于普通的有线网络来说,无须路由进行繁琐的后台更新计算.但是由于节点的移动特性,要求进行频繁的路由再计算,导致计算量的激增.为了解决和克服节点移动所带来的种种问题,就必须首先研究移动节点群体的移动特性,只有清楚地了解了节点的移动特点,才能有效地利用这些特点,驱利避害,更好地完善Ad Hoc 网络.

3　组群移动性模型(GMM )

这个模型是基于战略军事思想意义的模型,移动Ad Hoc 网络(MAN ETS )已经建立了许多应用策略.所谓组群移动模型就是指移动节点被有组织地分群,按照它们的性质、任务、行动特点以及作用进行分组.比如,为了装修房子,你到劳务市场去找了3个粉刷匠,2个木匠和1个泥瓦工,带着他们来到你家,他们有各自的任务和能力,具有不同的用处.但是你把他们结为一个团体.当任务结束,他们就会重新回到劳务市场,等待新的任务,等待新的重组.当任务来了,他们会重新和不同的人结伙,如果需要带一些特殊的工具,他们会重新配置.当然这种任务的分布式管理需要在群内、群间以及市场管理部门的人员间进行高效、可靠、低延时的通信联系.上面这个例子就是组群移动模型的虚拟.

为了便于描述,我们把组群移动性模型(GMM )更贴切、抽象地称为参照点群移动模型(RP GM ).参照点组群移动模型(RP GM )的特点如下:

(1)每个群都有一个逻辑“中心”,“中心”的移动属性定义了整个群的行为方式(包括位置、速度、方向、加速度等).因此群的行动轨迹和位移矢量是由“中心”的轨迹和矢量所提供,通常节点是一成不变的分布于群的范围之内;

(2)每个节点都被分配一个参照点(RP ),节点可以自由的处在它的参照点周围,参照点也允许节点在范围内独立自由移动,参数点跟随群的移动而发生位置变化(见图1);

(3)节点在参照点范围内自由移动,参照点为节点提供配置参数,当参照点发生移动时,参照点A 首先带着群的位移矢量GM (由群的矢量决定既是由逻辑“中心”决定)发生位移A →B ,新的参照点位置由随机的位移矢量RM 加到新的参照点B 生成;

(4)随机位移矢量独立于参照点以前的位置.RM 的大小是以参照点为圆心的某些半径的长度,它的方向是0～360°随机的(见图2).

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