无线移动自组织网络

无线移动自组织网络

【摘要】本文介绍了无线移动自组织网络的特点、关键技术和应用。近年来,无线移动自组织网络已引起了人们的广泛注意，并成为一个新的研究热点。

【关键词】无线移动自组织（Ad Hoc）网络；应用

无线移动自组织(以下简称Ad Hoc)网络是由一组移动或固定的无线节点组成的，不依赖于任何基础设施（如基站、接入点）的自组织的网络，网络中每个节点可以和其发射范围内的其他节点直接通信，同时利用其他节点作为中继而与发射范围外的节点进行通信。与传统的带固定设备(如基站)的无线网络相比，其显著特点是网络中没有固定的通信设施，网络中所有通信节点都是移动的，每个移动节点既是终端又是路由器，能够提供包的存储转发功能。由于无须固定通信设施的支持，因此，无线自组织网络具有很高的灵活性，可广泛应用于敌对和不易建设固定通信设施的环境中，如野战通信、紧急搜救、临时会议等。近年来，无线自组织网络已引起了人们的广泛注意，并成为一个新的研究热点。

1.网络的特点

Ad Hoc网络是一种无中心的网络，它与传统的有线网络以及蜂窝移动网络不同，具有如下特点：

1.1独立组网

Ad Hoc网络具有独立组网能力，即网络的布设无需依赖于任何预先架设的网络设施。节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

1.2无中心

Ad Hoc网络采用无中心结构，所有节点的地位平等，组成一个对等式网络，节点可以随时加入或离开网络，任意节点的故障不会影响整个网络的运行。与有中心网络相比，Ad Hoc网络具有很强的抗毁性。

1.3自组织

Ad Hoc网络没有严格的控制中心，所有节点通过分层的网络协议和分布式算法协调各自的行为。无中心和自组织特点使得Ad Hoc网络可以实现快速自动组网。

1.4多跳路由

与普通网络中的多跳不同，Ad Hoc网络中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。反过来，如果可以使

用多跳路由，节点的发送功率可以很低，从而达到节省电能、延长电池工作时间的目的。

1.5动态拓扑

Ad Hoc网络中，移动终端能够以任意可能的速度和移动模式移动，并且可以随时关闭电台，加上无线发送装置的无线类型多种多样、发送速率的变化、无线信道间的互相干扰、地形和天气等综合因素的影响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都难以预测。

1.6特殊的无线信道特征

Ad Hoc网络采用无线传输技术，由于无线信道本身的特性，它所能提供的网络带宽相对于有线信道要低得多，并且无线信道的质量较差。考虑到竞争共享无线信道产生的冲突、信号衰减、噪音和信道之间的干扰等因素，移动终端获得的实际带宽远远小于理论上的最大带宽，并且会随时动态的发生变化。在Ad Hoc 网络中，节点的发送功率也是受限的，一个节点的发送，只有其一跳相邻节点可以听到，而此范围之外的其他节点察觉不到。

2.Ad Hoc网络中的关键技术

尽管人们对Ad Hoc网路的研究己有较长的历史，然而，由于Ad Hoc网络自身的特点，使得Ad Hoc网络的许多问题具有很强的挑战性，至今没有完整的解决方案。目前，人们对Ad Hoc网络的研究主要集中在以下几方面：

2.1媒体接入协议

Ad Hoc网络分布式的特点希望相应的MAC机制分布实施，有效解决Ad Hoc 网络的隐终端和暴露终端问题，并能充分利用无线信道的带宽资源。同时，为了使整个Ad Hoc网路提供服务质量保证，要求MAC机制具有业务区分和/或资源预留能力。虽然人们在这方面己有一些研究，但结果并不理想，仍需进一步的研究。

2.2网络层协议

在Ad Hoc网络中，网络层协议需要完成邻居发现、分组路由、拥塞控制和网络互连功能，其难点主要来自节点移动引起的网络拓扑变化。为了在这种动态环境下实现可靠的通信，动态分布式路由算法成为Ad Hoc网络层研究的一个关键问题。

2.3传输层协议

传输层向应用层提供可靠的数据传输，并根据网络层的特性来高效利用网络资源，传输层协议对于保障应用的服务质量起着重要作用。目前Ad Hoc网络的

传输层还是基于传统有线网络中的传输层协议，这些协议不是为无线网络设计的，它们不能区分拥塞、传输错误以及路由失效引起的分组丢失，不适用于Ad Hoc网络。

3.Ad Hoc网络的应用

Ad Hoc网络不需要固定通信设施的支持，且具有组网灵活、抗毁能力强、可快速组网等特点，因此，此种网络具有广阔的应用领域，具体可分为军事通信领域和民用通信领域。

3.1军事通信领域的应用

由于Ad Hoc网络具有很高的抗毁性和灵活性，因而被各军事强国应用于战略和战术综合通信。具体地说，它可用作机群编队、舰队、坦克编队以及单兵之间的通信系统。

进入二十一世纪以来，我国的军事建设正向信息化、现代化迈进。为了满足未来复杂的战场环境中警戒、侦察、登陆作战、小分队敌后作战需求，必须解决单兵之间，单兵与上级指挥中心之间的战场态势信息和其他信息的互连互通问题。以Ad Hoc网络为主的单兵通信系统不仅能顺利解决以上问题，还能对陆、空领域的作战防御系统的完善起到关键作用。

3.2民用通信领域的应用

Ad Hoc网络在民用通信领域也有非常广泛的应用。

紧急搜救：在地震、洪水等自然灾害发生时，平时的固定通信设施通常己被摧毁，要重新建立这些固定通信设施不仅耗时困难，有时甚至是不可能的。Ad Hoc网络不需固定通信设施的支持，且组网灵活、快捷，因此，可作为救援小分队的通信网络，支持实时灾情报告、救援的组织协调等。

临时会议会场：在各种商务会议、学术交流会、以及学校的班组讨论会中，参加会议的成员携带便携式电脑参加会议己是很平常的事，他们通常要求实现彼此的资源共享，并能通过外部网络处理一些紧急公务，查询商务信息(如股市行情等)。无线Ad Hoc网络能够很方便地满足这些要求。

无线家庭网络：Ad Hoc网络的产品可为用户建立无线家庭网络，可以把所有的家电以无线的方式连接起来。从而方便交流，实现资源共享，在通过Ad Hoc 网络的网关设备接入Internet后，还可实现对家电的远程操作、监控和管理。

传感器网络：作为远程监控和信息收集的手段，传感器被大量使用，通过将分布在一定范围内的传感器连接成Ad Hoc网络，将极大地提高信息收集和处理能力。