无线自组网络在军用分组无线网中的应用研究

无线自组网络在军用分组无线网中的应用研究

黄扬洲 彭艺 查光明

（电子科技大学通信学院，成都，610054）

摘要：本文分析了军用分组无线网的特殊应用环境和战术通信的特点，探讨并提出在军用分组无线网中采用移动多跳的分层分布式无线自组织网络体系结构，并仿照OSI的经典7层协议模型和TCP/IP的体系结构，提出了通用的军用分组无线网的5层通信协议栈，并探讨了每一层的功能及其协议栈的跨层设计思想。

关键词：军用分组无线网，无线自组网，多跳，网络结构

Research of Ad hoc network’s application

in military packet radio network

Huang Yangzhou Peng Yi Zha Guangming

（School of Communication and Information Engineering of UESTC，Chengdu，610054）ABSTRACT：The special application environment of military packet radio network and the characteristic of military communication are analyzed respectively. The universal communication protocol of military packet radio network is built according to the OSI reference model and the architecture of TCP/IP, the protocol is divided into 5 layers, the function of every layer and the idea of cross-layer design is analyzed.

Key words：Military packet radio network, Ad hoc network, multi-hop, network architecture

1、 引言

军用分组无线网的主要任务是为战术兵团和各种部队(分队)作战指挥提供保障，主要由便于携带的或车载的野战通信装备(战术电台)组成，通信手段以移动通信为主。军用分组无线网对于保障战场环境的军事通信至关重要，世界上许多国家都给予了高度重视，美军已经制定了军用战术互联网的相关标准——MIL-STD-188-220B。当前，对于节点可移动的战术互联网，保证网络的性能和通信的可靠性是一项急需解决的艰巨任务。

自组织网络是一种对等式网络，它源自美军上世纪70年代提出的分组无线电网络。自组织网络具有自组织特性，结点无需人工干预，可快速自动组网。自组织网络通常采用无线通信技术，网络中的结点互相作为其邻结点的路由器，通过中间结点的转发实现结点间的通信。自组织网络的运行不能依赖于任何预设的固定网络设施，结点可以随意移动，它可以在没有或不便利用现有的网络基础设施的情况下，提供一种通信支撑环境。因此，自组织网络特别适用于战术通信环境中“动中通”的要求。

2、 无线自组网的基本概念、特点及体系结构

2.1 无线自组网络的基本概念和特点

按照移动通信系统是否具有基础设施，可以把移动无线网络分成两类。第一种类型是具有基础设施的网络。移动节点借助于通信范围内最近的基站实现通信。移动无线网络的第二种类型是一种无基础设施的移动网络，也就是无线自组网(Ad hoc Network)，又被称为多跳

无线网(Multi-hop Wireless Network)。

Ad hoc 网络是由一组自主的无线节点或终端相互合作而形成的，独立于固定的基础设施，并可采用分布式管理的网络，是一种自建立、自组织和自管理的网络。

Ad hoc 网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机通信网络的一种类型，所以Ad hoc 网络是移动通信和计算机网络的有机结合的产物。

Ad hoc 网络又是一种自治的无线多跳网，整个网络没有固定的基础设施，可以在不能利用或不便利用现有网络基础设施的情况下，提供一种通信支撑环境，拓宽了移动网络的应用场合。

Ad hoc 网络中的信息流采用分组数据格式和包交换机制，基于TCP/IP 协议族。若干个移动终端组成一个独立的IP 网络，与固定的互联网并行，需要时也可与固定的互连网互联。

Ad hoc 网络具有以下特点：(1) 动态变化的网络拓扑结构。(2) 无中心网络的自组性。

(3) 多跳组网方式。(4) 有限的无线传输带宽。(5) 移动终端的自主性和局限性。(6) 分布式控制网络。(7) 存在单向的无线信道。

2.2 无线自组网的体系结构

拓扑可变的无线自组织网络包含4种基本结构：中心式控制结构、分层中心式控制结构、完全分布式控制结构和分层分布式控制结构。前两种属于集中式控制结构，普通节点设备比较简单，而中心控制节点设备较复杂，有较强的处理能力，负责选择路由和实施流量控制。完全分布式网络结构可以看成平面结构，如图1所示。源站和目的站之间一般存在多条路径,可以较好地实现负载平衡。

分层分布式控制结构又称分级结构,借鉴了完全分布式和分层中心式结构的优点。它将网络划分成多个簇,每个簇由一个簇头和多个普通节点组成,如图2所示。分层分布式控制的基本特点是网络由若干控制节点(即簇头)和许多普通节点组成，它吸取了全分布式和分层中心式的优点，其网络管理是由簇头来完成的，采用分层分布式控制是军用无线自组织网络发展的趋势。分级结构又可以分为单频分级和多频分级两种。在单频分级网络中所有节点使用同一个频率通信。簇头之间的通信需要借助于网关(连接两个或多个簇的节点)完成。簇头和网关形成了高一级的网络,称为虚拟骨干网。在多频率分级网络中,簇头一般预先设定,不同级采用不同的通信频率。低级节点的通信范围较小,而高级节点的覆盖范围较大。高级节点同时处于多个级中,可以使用不同的频率来实现不同级的通信。

图1 平面结构 图2 单层分层分布式网络结构

普通节点 簇头 网关 骨干链路 普通链路