摘 要 對(duì)教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，介紹了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，提出應(yīng)用Ad Hoc搭建教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，做到對(duì)現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞 Ad Hoc；網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)；教育應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-489X（2007）08－0058-04

Education Application Research based onAd Hoc//Liu Biao

Abstract The paper analyzes the present situation of education network platform.Ad Hoc is a temporary network which formed of a lot of wireless host and based on no concentrating infrastructure. In the paper， we discuss using Ad Hoc to construct an education network platform.

Key words Ad Hoc;network platform; education application

Author's address Communication Media Science Technology Department， University of Science Technology of Suzhou， Suzhou 215011

1引言

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，對(duì)教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。當(dāng)前大多數(shù)教育機(jī)構(gòu)已經(jīng)構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)教育支撐平臺(tái)。然而，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)還在一定程度上存在這樣那樣的問(wèn)題。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)中心的臨時(shí)性自組織網(wǎng)絡(luò)，是全新體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，將其應(yīng)用于教育中，是對(duì)現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的有益補(bǔ)充。研究Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)對(duì)構(gòu)建教育平臺(tái)具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

現(xiàn)有的教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主要有兩種：有線局域網(wǎng)和無(wú)線局域網(wǎng)。

2.1 有線局域網(wǎng)

2.1.1 簡(jiǎn)介

有線局域網(wǎng)絡(luò)是目前教育支撐系統(tǒng)中主要的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。1980年（美國(guó)）電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）成立了專門負(fù)責(zé)制定局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802委員會(huì)。該委員會(huì)開(kāi)始研究一系列局域網(wǎng)（LAN）和城域網(wǎng)（MAN）標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)，其中802.3針對(duì)整個(gè)CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)，802.4針對(duì)令牌總線網(wǎng)絡(luò)，802.5針對(duì)令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。目前CSMA/CD的媒體接入方式占主流，因此本文僅對(duì)IEEE 802.3作介紹。IEEE 802.3對(duì)于基于總線型的局域網(wǎng)進(jìn)行了規(guī)定。

在局域網(wǎng)中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，必須有某種機(jī)制來(lái)決定下一個(gè)時(shí)刻，哪個(gè)設(shè)備占用傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)。因此，局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問(wèn)控制的功能。數(shù)據(jù)鏈路層又劃分成兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制（LLC，Logic Line Control）子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC，Media Access Control）子層。其中，LLC子層負(fù)責(zé)向其上層提供服務(wù)；MAC子層的主要功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝及卸裝，幀的尋址和識(shí)別，幀的接收與發(fā)送，鏈路的管理，幀的差錯(cuò)控制等。該局域網(wǎng)技術(shù)采用具有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）這種介質(zhì)訪問(wèn)方法。802.3局域網(wǎng)根據(jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速率區(qū)分，主要有以下幾種標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)：10Base2、10Base5、10BaseT；快速以太網(wǎng)：100Base-TX、100Base-F、100Base-T4；千兆以太網(wǎng)：1000Base-SX，1000Base-LX，1000Base-CX

1000Base-T。2000年3月，IEEE專門成立了IEEE 802.3ae特別工作組，負(fù)責(zé)制定10 G以太網(wǎng)，即萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

這些網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)主要有雙絞線，同軸電纜，光纖等有線介質(zhì)，故把這些網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為有線局域網(wǎng)。

2.1.2有線局域網(wǎng)的不足

1) 受地理環(huán)境的限制。不是任何地方，任何環(huán)境都適合布線，架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)。比如很多老建筑物布線非常困難，并且布線繁瑣，工作學(xué)習(xí)環(huán)境容易造成電纜線泛濫。

2）有線介質(zhì)固有的物理缺陷。有線介質(zhì)傳輸距離、傳輸速率會(huì)有一個(gè)極限；金屬接頭容易生銹、滲水、接觸不良、人為或意外造成線路中斷，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)困難。

3)可重用性不高，升級(jí)困難。原有網(wǎng)絡(luò)需要升級(jí)時(shí)，成本很高，基本要重新布局，重新安裝。

4) 移動(dòng)性、靈活性不高，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)從移動(dòng)設(shè)備訪問(wèn)局域網(wǎng)。

2.2無(wú)線局域網(wǎng)

2.2.1簡(jiǎn)介

無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN，wireless local area network)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以無(wú)線多址信道作為傳輸媒介，利用電磁波完成數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能。目前，很多教育機(jī)構(gòu)也開(kāi)始建設(shè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)主要有IEEE 802.11 系列、HiperLAN技術(shù)等。HiperLAN是歐盟在1992年提出的一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)，HiperLAN2是它的后續(xù)版本。HiperLAN2部分建立在GSM基礎(chǔ)上，使用頻段為5 GHz。它采用OFDM技術(shù)，最大數(shù)據(jù)速率為54 Mbps。HiperLAN2采用TDMA結(jié)構(gòu)。目前得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)是IEEE 802.11 系列。IEEE的802.11標(biāo)準(zhǔn)由很多子集構(gòu)成，它詳細(xì)定義了WLAN中從物理層到MAC層的通信協(xié)議。表1是802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)簡(jiǎn)單總結(jié)。

2.2.2無(wú)線局域網(wǎng)的不足

1)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備眾多，不統(tǒng)一。正如上文介紹，無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)較多，各自為政，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不兼容。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)以后的擴(kuò)展和升級(jí)， 必須要慎重考慮選擇網(wǎng)絡(luò)所使用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備。

2）傳輸介質(zhì)易受干擾。由于無(wú)線局域網(wǎng)依靠無(wú)線電波的傳播， 易受天氣、環(huán)境的影響；電波發(fā)射時(shí)， 受墻壁、大型用具和其他障礙物阻礙， 也會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)的性能降低；傳輸穩(wěn)定性不高。

3) 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護(hù)較為困難。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)達(dá)到一定規(guī)模會(huì)遇到功率控制、頻率選擇、環(huán)境噪聲等很多問(wèn)題，應(yīng)妥善考慮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的支撐系統(tǒng)(包括無(wú)線網(wǎng)管、無(wú)線計(jì)費(fèi)等) ，否則會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理造成很大困難。

4）網(wǎng)絡(luò)安全差。如果獲得網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)代碼， 那么， 在無(wú)線電波廣播范圍內(nèi)的任何人， 都可以監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)的通信。因此， 要加強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性。

5)性價(jià)比不高。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)速率相對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)較慢，價(jià)格較高，因而它主要面向有特定需求的用戶和特定的環(huán)境。

3 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)

3.1簡(jiǎn)介

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)被譯為“自組網(wǎng)”或“多跳網(wǎng)絡(luò)”，它是一種不依賴任何基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)均由移動(dòng)設(shè)備構(gòu)成。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最初的研究起源于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下分組無(wú)線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信項(xiàng)目，該項(xiàng)目由ＤＡＲＰＡ資助，其后，又在1983年和1994年進(jìn)行了抗毀可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和全球移動(dòng)信息系統(tǒng)項(xiàng)目的研究。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，它們可以直接通信。但是由于移動(dòng)主機(jī)的通信覆蓋范圍有限，兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的主機(jī)通信則需要通過(guò)它們之間的第三方的轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。因此在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)同時(shí)還是路由器，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以看作是移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的交叉。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分組交換機(jī)制，而不是電路交換機(jī)制。通信的主機(jī)一般是便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（ＰＤＡ）等移動(dòng)終端設(shè)備。

3.2特點(diǎn)

Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

1)網(wǎng)絡(luò)的自組性。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以在任何時(shí)刻任何地方構(gòu)建，而不需要現(xiàn)有的信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，形成一個(gè)自由移動(dòng)的通信網(wǎng)絡(luò)。

2)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層來(lái)看，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)用戶可以以任意的速度和任意方式在網(wǎng)中移動(dòng)，加上無(wú)線發(fā)送裝置發(fā)送功率的變化、無(wú)線信道間的相互干擾因素、地形因素等的影響，節(jié)點(diǎn)間通過(guò)無(wú)線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)都會(huì)發(fā)生變化。

3)有限的無(wú)線傳輸帶寬。無(wú)線信道本身的物理特性使Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線方式要低的多，另外還要考慮無(wú)線信道競(jìng)爭(zhēng)時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)衰落、碰撞、阻塞、噪聲干擾等因素，這使得實(shí)際帶寬要小的多。

4)移動(dòng)終端的有限性。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)用戶終端內(nèi)存小、CPU 處理能力低、所帶電源有限使得Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)更加困難。

5)安全性差。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)線方式的分布式結(jié)構(gòu)，所以更加容易被竊聽(tīng)、入侵、網(wǎng)絡(luò)攻擊和拒絕服務(wù)等。

6)網(wǎng)絡(luò)的分布式。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都兼有獨(dú)立路由和主機(jī)功能，不存在類似于基站的網(wǎng)絡(luò)中心控制點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)地位平等，采用分布式控制方式，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)健壯性。

7)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不強(qiáng)。由于采用TCP/IP 協(xié)議中的子網(wǎng)技術(shù)，使得Internet具有網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得子網(wǎng)技術(shù)所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性不能得到應(yīng)用。

8)單向無(wú)線信道的存在。

9)生存時(shí)間短。組網(wǎng)通常是由于某個(gè)特定原因而臨時(shí)創(chuàng)建的，使用結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將會(huì)自動(dòng)消失。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間相對(duì)于固定網(wǎng)絡(luò)而言是短暫的。

4Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的教育應(yīng)用

4.1 Ad Hoc與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的比較

通過(guò)上文分析，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)還存在著一些不足。我們可進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較：

1）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)都需要通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持，如基站、交換機(jī)等，這些設(shè)施的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的人力和物力，成本比較高，同時(shí)建設(shè)的周期較長(zhǎng)；Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基站的支持，由主機(jī)自己組網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)建立的成本低，同時(shí)時(shí)間也短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。

2）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)中終端之間并不直接通信，只屬于資源子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，不具備通信功能；Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)之間可以直接通信，而移動(dòng)主機(jī)不僅收發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)還轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，具備路由通信功能。

3）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定；Ad Hoc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于變化，具有自組性、靈活性、臨時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，不受時(shí)間、空間的限制。

4.2 Ad Hoc的教育應(yīng)用場(chǎng)合及方式

針對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的不足以及Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)可以作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，用于搭建網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以用于以下教育應(yīng)用場(chǎng)合：

1）沒(méi)有或者不適和搭建有線通信設(shè)施的地方，如偏遠(yuǎn)或不發(fā)達(dá)地區(qū)，古舊的教學(xué)樓，操場(chǎng)等。在這些地區(qū)，由于造價(jià)、地理環(huán)境等原因往往沒(méi)有有線通信設(shè)施，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以解決這些環(huán)境中的通信問(wèn)題。

2）現(xiàn)有通信設(shè)施不足，需要臨時(shí)快速建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，如臨時(shí)教育課堂，臨時(shí)教育資源傳輸，臨時(shí)教育會(huì)議等。

Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)用于構(gòu)建教育平臺(tái)可以有兩種方式：第一種，獨(dú)立組網(wǎng)，用于本網(wǎng)內(nèi)部移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的通信，交換數(shù)據(jù)；第二種，通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，與本網(wǎng)外用戶通信。第二種情況Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)通常作為末端網(wǎng)絡(luò)，即它只允許產(chǎn)生于或目的地是自治系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)出，而不會(huì)讓其他信息穿越自治系統(tǒng)。

4.3實(shí)例：“隨時(shí)隨地”的教與學(xué)活動(dòng)

傳統(tǒng)的基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的教育都只是在特定的時(shí)間、特定的地點(diǎn)出現(xiàn)，如某節(jié)課在某個(gè)固定的網(wǎng)絡(luò)教室進(jìn)行教育活動(dòng)，或者必須在某個(gè)安裝無(wú)線設(shè)備的特定場(chǎng)所才能使用無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。這些活動(dòng)不同程度地受到時(shí)間、空間的限制。文中所提到的“隨時(shí)隨地”的教與學(xué)活動(dòng)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都是可行的。通過(guò)移動(dòng)Ad Hoc設(shè)備，教育者與學(xué)習(xí)者在一定范圍內(nèi)按照一定規(guī)則互相匹配，進(jìn)行教育活動(dòng)。學(xué)習(xí)者在教學(xué)樓、圖書館、操場(chǎng)等任何地點(diǎn)，都可通過(guò)Ad Hoc 設(shè)備在周圍進(jìn)行掃描，尋找相匹配的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。任何Ad Hoc設(shè)備都可以成為教育資源提供者或使用者。根據(jù)Ad Hoc節(jié)點(diǎn)持有者的興趣、學(xué)科查找的資源等進(jìn)行分類，按照設(shè)備之前定義好的規(guī)則、連接條件等進(jìn)行查找與匹配。一旦相互匹配成功，網(wǎng)絡(luò)會(huì)提醒用戶并請(qǐng)求對(duì)等體相互聯(lián)系，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互，達(dá)到學(xué)習(xí)與交流的目的?？梢杂脠D1來(lái)表示此過(guò)程：

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也是分層的。低層協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相似，網(wǎng)絡(luò)層采用與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同的路由協(xié)議，應(yīng)用層采用相應(yīng)的應(yīng)用協(xié)議，用戶的匹配可由面向應(yīng)用的具體軟件實(shí)現(xiàn)。如圖1，用戶1與用戶4采用相同的軟件架構(gòu)，兩者進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)通訊范圍，就可以根據(jù)條件進(jìn)行匹配，驗(yàn)證通過(guò)即可進(jìn)行通信交流。

5 結(jié)束語(yǔ)

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種新型的移動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類型，它既可以作為一種獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，也可以作為分支連入當(dāng)前具有固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)。其自身的特性使它可以應(yīng)用于教育之中，搭建教育支撐平臺(tái)。當(dāng)然，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)還存在許多要進(jìn)一步解決的問(wèn)題，如路由協(xié)議、安全問(wèn)題、節(jié)點(diǎn)電源能量消耗以及傳輸帶寬等。Ad Hoc不是對(duì)現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的替代，而是對(duì)現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的補(bǔ)充。隨著Ad Hoc技術(shù)的不斷成熟以及相關(guān)產(chǎn)品設(shè)備的不斷推出和成本的下降，“隨時(shí)隨地的教育”將會(huì)得到很好的發(fā)展，對(duì)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。