AD HOC综述

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Ａｄｈｏｃ综述

张蕾

（北京邮电大学信息工程学院，北京１００８７６）

摘要：Ａｄｈｏｃ作为一种自创造、自组织和自管理的网络，由于其组网的快速灵活性，节点的分布性等诸多的优点，在战争、救灾等特殊领域有着不可替代的作用。文中介绍了Ａｄｈｏｃ的概念、特点、发展历史及国内外的研究现状，并指出了其中需要研究的一些关键技术。

关键词：Ａａｄｈｏｃ；无线网络；动态路由算法；自组织

中图分类号：ＴＮ９１５文献标识码：Ａ

１引言

近年来，无线通信网络无论在技术上、还是在商业上都获得了飞速的发展，并且已经在世界范围内被广泛地应用。无线通信网络由于能快速、灵活、方便地支持用户的移动性而使它成为个人通信和Ｉｎ—ｔｅｒｎｅｔ发展的方向，而且也只有通过无线通信网络才能实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换”的理想的通信目标。

我们经常提及的无线通信网络一般都是有中心的，要基于预设的基础设施才能运行。例如，ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）‘１｜、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）【２ｊ等蜂窝移动通信系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有ＡＰ接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊场合来说，有中心的移动网络并不能胜任。比如，战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的基础设施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。无线Ａｄｈｏｃ网络可以满足这样的需求。

２Ａｄｈｏｃ网络的概念及特点

Ａｄｈｏｃ一词来源于拉丁语，是“特别或专门”的收稿日期：２００５—０３—０３修订日期：２００５—０９—２０意思。这里提出的“Ａｄｈｏｃ网络”所指的就是一种特定的无线网络结构，强调的是多跳、自组织、无中心的概念，比较正规的表述为：无线Ａｄｈｏｃ网络是指一组无线移动节点组成的多跳的临时性的无基础设施支持的无中心网络旧，４Ｊ。在Ａｄｈｏｃ网络中，节点具有报文转发能力，节点间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳（ＭｕｌｔｉＨｏｐ），这是Ａｄｈｏｃ网络与其他移动网络的最根本区别。节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行。因此它也被称为多跳无线网（ＭｕｌｔｉＨｏｐｗｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）、自组织网络（Ｓｅｌｆ一０ｒｇａｎｉｚｅｄＮｅｔｗｏｒｋ）或无基础设施的网络（ＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）。

与普通的移动网络和固定网络相比，Ａｄｈｏｃ网络具有以下特点。

（１）无中心。Ａｄｈｏｃ网络没有严格的控制中心，所有节点的地位平等，即是一个对等式网络。节点可以随时加入和离开网络。任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

（２）自组织。Ａｄｈｏｃ网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要现有信息基础网络设施（包括有线和无线网络）的支持，快速构建起一个移动通信网络。这也是个人通信的一种体现形式。

（３）多跳路由。当节点要与其覆盖范围之外的

３６电ｌｊ＝｝荸＿ｊ主事；ｆ冷２００５年第５期

节点进行通信时，需要中间节点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，Ａｄｈｏｃ网络中的多跳路由是由普通的网络节点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成。网络中的每一个网络节点扮演着多个角色，它们可以是服务器、终端，也可以是路由器。

（４）动态变化的网络拓扑结构。网络的拓扑结构是指从网络层角度来看，物理网络的逻辑视图。Ａｄｈｏｃ网络中，移动用户终端可以以任意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、无线信道间的互相干扰因素、地形等综合因素的影响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的，具体的体现就是拓扑结构中代表移动终端顶点的增加或消失，代表无线信道的有向边的增加和消失，网络拓扑结构的分割和合并等等。而对于常规网络而言，网络拓扑结构则表现较为稳定。

（５）移动终端的局限性。Ａｄｈｏｃ网络中，用户终端通常以ＰＤＡ（个人数字助理）、掌上型电脑或手持式电脑为主要形式。相对于台式机而言，在带来移动性、灵巧、轻便等好处的同时，其固有的特性，例如依靠电池这样的可耗尽能源提供电源（车载终端的电源相对而言较有保障）、内存较小、ＣＰＵ性能较低等，给Ａｄｈｏｃ网络环境下的网络协议和应用程序设计开发带来一定的难度。

（６）存在单向的无线信道。Ａｄｈｏｃ网络采用无线信道通信，由于地形环境或发射功率等因素影响可能产生单向无线信道。在常规网络中，节点间通常基于双向的有线或无线信道进行通信。这些单向信道为常规路由协议带来三个严重的影响：认知的单向性、路由单向性和汇点不可达Ｌ５ｊ。

（７）有限的无线传输带宽。Ａｄｈｏｃ网络采用无线传输技术作为底层通信手段，由于无线信道本身的物理特性，它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此之外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰、信道间干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理论上的最大带宽值。

（８）安全性差。Ａｄｈｏｃ网络是一种特殊的无线网络，由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等技术和方式，所以更加容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”（终端无法进入睡眠模式）、伪造等各种网络攻击。

（９）网络的可扩展性不强。在目前Ｉｎｔｅｒｎｅｔ环境下，由于采用了子网（ｓｕｂｎｅｔ）等技术，从而使得目前的Ｉｎｔｅｍｅｔ具有较强的网络可扩展性。但是动态变化的拓扑结构使得具有不同子网地址的移动终端可能同时处于一个Ａｄｈｏｃ网络中，因而子网技术所带来的可扩展性无法应用在Ａｄｈｏｃ网络环境中。

３Ａｄｈｏｃ网络的发展历程

Ａｄｈｏｃ技术起源于２０世纪７０年代，它是在美国国防部高级研究计划局（ＤＡＲＰＡ）资助研究的“战地无线分组数据网（ＰＲＮＥＴ）帕ｊ’’项目中产生的一种新型网络技术。ＤＡＲＰＡ当时所提出的是一种军用无线分组数据通信网络。后来，ＤＡＲＰＡ又于１９８３年和１９９４年分别资助进行了抗毁自适应网络（Ｓｕｒ—ｖｉｖａｂｌｅＡｄａｐｔｉｖｅＮｅｔｗｏｒｋ，ＳＵＲＡＮ）ｌ刊和全球移动信息系统（Ｇ１０ｂａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，ＧｌｏＭｏ）旧Ｊ两个项目的研究，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。Ａｄｈｏｃ技术就是吸取了ＰＲＮＥＴ、ｓｕＲＡＮ，以及ＧｌｏＭｏ等项目的组网思想，而产生的一种新型的网络结构技术。美国军方一直在研究军方的Ａｄｈｏｃ网络技术，后来又陆续资助了ｓＩＮＣＧＡＲＳＳＩＰＩＰ网络【９｜、联合战术无线系统（ＪＴＲＳ）ｕ叫等项目。

随着移动通信和移动终端技术的高速发展，Ａｄｈｏｃ技术不仅在军事领域中得到了充分的发展，而且也在民用移动通信中得到了应用。典型的系统有加拿大最早研究的业余分组无线网（ＴＡＰＲ）ｕ１。，图书馆自动化无线电网络【１２ｊ等。因特网任务工作组（ＩＥＴＦ）于１９９６年成立了ＭＡＮＥＴ（ＭｏｂｉｌｅＡｄｈｏｃＮＥＴｗｏｒｋｓ）工作组，专门研究Ａｄｈｏｃ网络环境下基于ＩＰ协议的路由协议规范和接口设计１３ｊ。这使得Ａｄｈｏｃ网络的设计思路也由传统的单一技术体系过渡到基于ＩＰ的多技术体系，从而导致该网络更具有开放型、适应性、灵活性，提高了开发速度。随着配备有无线收发设备的高性能移动终端的降价和将要随之而来的普及性，加上人们对于个人通信需求的日益增长，使得无线Ａｄｈｏｃ网络的研究重新开始得到国内外研究人员的重视。特别是１９９８年以来，无论是国内还是国外，各科研团体对无线Ａｄｈｏｃ网