劉巧平,王建望

（1.延安大學(xué)物電學(xué)院通信工程專業(yè)，陜西延安,716000;2、中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西寶雞,721000）

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分析

劉巧平1,王建望2

（1.延安大學(xué)物電學(xué)院通信工程專業(yè)，陜西延安,716000;2、中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西寶雞,721000）

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，它是Mobile Ad Hoc Networks的簡稱，它不會(huì)受到空間與時(shí)間的制約，更加快捷和方便，不但能夠在危險(xiǎn)環(huán)境、遠(yuǎn)距離、戰(zhàn)場、會(huì)議和救援等環(huán)境當(dāng)中應(yīng)用，而且還能夠擴(kuò)展末端網(wǎng)絡(luò)，它的應(yīng)用具有普遍性。為此，本文論述了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本概念和特點(diǎn)，接著分析了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，最后討論了它的應(yīng)用。

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；多跳；自組織

0 引言

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種無限移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)而言，具有本身的特殊性。它屬于一個(gè)多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端而組成的，在新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)施規(guī)劃當(dāng)中，它是最有可能被實(shí)施的末端網(wǎng)絡(luò)。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的，不需要核心的控制節(jié)點(diǎn)，它的抗毀性是也是非常強(qiáng)的。移動(dòng)終端具備路由器和主機(jī)的雙重功能。在這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，是能夠獨(dú)立運(yùn)行的，也能夠?qū)⒎涓C無線網(wǎng)絡(luò)或者是Internet接入。在無線移動(dòng) Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)的影響下，人們能夠在一切環(huán)境當(dāng)中自由地通信，與此同時(shí)，也有利于臨時(shí)性通信與災(zāi)難救助的順利進(jìn)行。近些年以來，計(jì)算機(jī)與通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一就是Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)。

1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)屬于無中心、臨時(shí)性、多跳和自組織的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的所有終端具有相等的地位，并且是能夠移動(dòng)的。這跟有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)也具備自身的一些特性。

（1）多跳。當(dāng)在它們的目的節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不可以直接通信的時(shí)候，它們就轉(zhuǎn)發(fā)通過中間節(jié)點(diǎn)對它們發(fā)送的分組。這樣，目的節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)就能夠應(yīng)用比兩者直接通信小的功率實(shí)施通信，從而有效地減少了電池能量的損耗，中間的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)分組，不但能夠降低成本與電磁干擾、功耗，而且還能夠使得移動(dòng)終端的便捷性與靈活性提高，與此同時(shí)，使得自組織網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面擴(kuò)大。

（2）無中心。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是無中心的，任何節(jié)點(diǎn)具有平等的地位，屬于一種對等式的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)地離開與加入網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地處于關(guān)機(jī)與開機(jī)狀態(tài)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行都不會(huì)受到所有節(jié)點(diǎn)故障的影響。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)所實(shí)施的方式是分布式的控制，這就讓它不但具備有效的魯棒性，而且具備抗毀性。

（3）獨(dú)立組網(wǎng)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具備獨(dú)立組網(wǎng)的能力，換言之，不要求事前網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的架設(shè)就能夠形成網(wǎng)絡(luò)。在節(jié)點(diǎn)開機(jī)之后，各自的行為是通過分布式算法與分層協(xié)議來協(xié)調(diào)的，在任何的時(shí)間和任何的地點(diǎn)，都能夠自動(dòng)和迅速地組合成為一個(gè)獨(dú)立性的網(wǎng)絡(luò)。

（4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化性。在移動(dòng) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，移動(dòng)用戶能夠通過任何的方式與速度在網(wǎng)中進(jìn)行移動(dòng)，且能夠?qū)崟r(shí)地關(guān)閉電臺(tái)，再者，無線發(fā)送設(shè)備地形因素、無線信道之間的干擾性、發(fā)送功率的改變、天線種類的多樣性，就使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)改變，并且是較難預(yù)測改變的速度與方式的。而在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洚?dāng)中，重點(diǎn)是在分別的改變，鏈路的與節(jié)點(diǎn)的數(shù)量上。

像是圖1：節(jié)點(diǎn)F在節(jié)點(diǎn)B的通信范圍外進(jìn)行移動(dòng)，到達(dá)了D的通信范圍之內(nèi)。盡管到了節(jié)點(diǎn)F不可以跟B進(jìn)行直接的通信，可是能夠通過節(jié)點(diǎn)C、E、D跟B進(jìn)行通信。

圖1 動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（5）鏈路容量受到帶寬限制的影響。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的底層通信方式是實(shí)施的無線傳輸技術(shù)，這跟有線信道進(jìn)行比較，會(huì)受到帶寬的制約，無線信道會(huì)降低鏈路容量，且因?yàn)槊媾R信號(hào)干擾、噪聲干擾、多徑衰落等要素，所以無線鏈路容量變得更加有限，從而造成了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于理論值。

（6）移動(dòng)終端面臨不足。移動(dòng) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的移動(dòng)用戶終端的內(nèi)存比較小，所帶的電源是有限的，CPU的處理能力比較差等，這增大了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的困難。

（7）安全性比較差。移動(dòng) Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)這一種分布式的結(jié)構(gòu)是無線形式的，因此會(huì)受到拒絕服務(wù)、被竊聽、主動(dòng)入侵等的肆意攻擊。這就要求安全機(jī)制的健全。

（8）節(jié)點(diǎn)的功能是雙重性的。Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中缺少基站裝置，以節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的，所有的節(jié)點(diǎn)都為為它的幾點(diǎn)實(shí)施分組轉(zhuǎn)發(fā)，為此，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)著主機(jī)運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序與運(yùn)行有關(guān)路由協(xié)議的路由器，節(jié)點(diǎn)的功能是雙重性的。

（9）生存周期短。通常來講，Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)是為了實(shí)現(xiàn)臨時(shí)性的要求而創(chuàng)建的，在完成任務(wù)之后，就會(huì)撤除它。

2 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

在看到Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)優(yōu)良特性的同時(shí)還應(yīng)注意到設(shè)計(jì)和應(yīng)用該網(wǎng)絡(luò)時(shí)面臨的諸多困難。具體有以下幾點(diǎn)：

（1）提供的電源數(shù)非常有限。都是應(yīng)用電池為多數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電的，因此應(yīng)當(dāng)確保網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)荷制約是最小值。應(yīng)當(dāng)盡可能地減少處理與收發(fā)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

（2）網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性改變的拓?fù)湫畔⒁筮m合Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全路由協(xié)議來維護(hù)。

（3）Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)需要提供QoS保障。人們渴望Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)σ恍┚C合性的業(yè)務(wù)進(jìn)行傳送，且希望提供QoS保障不相同的業(yè)務(wù)。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，QoS支持的提供會(huì)存在新的挑戰(zhàn)與新的問題。

（4)安全性比較差是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特點(diǎn)，它容易受到惡意網(wǎng)絡(luò)的攻擊。為此，應(yīng)當(dāng)探究應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù)與安全體系結(jié)構(gòu)。

(5)在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，無線信道節(jié)點(diǎn)的隨意移動(dòng)、干擾、衰落等要素會(huì)導(dǎo)致報(bào)文的丟失與碰撞，這會(huì)使得TCP的性能下降。為此，在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)修改傳輸層服務(wù)，以更加順利地傳輸數(shù)據(jù)。

（6）具有比較廣的網(wǎng)絡(luò)管理范圍，這主要有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的服務(wù)管理、地質(zhì)管理和移動(dòng)性管理等。應(yīng)當(dāng)具備一定的解決機(jī)制，以有效地解決地質(zhì)子配置和節(jié)點(diǎn)定位的問題。

由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)屬于新興的網(wǎng)絡(luò)，所以面臨的挑戰(zhàn)可能會(huì)越來越多，它需要我們一一去解決，才能讓它更好的服務(wù)于人們。

3 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域

因?yàn)锳d Hoc網(wǎng)絡(luò)具有本身的特殊性，它能夠在臨時(shí)性自動(dòng)快速組網(wǎng)的地方，以及不方便創(chuàng)建或者是沒有網(wǎng)絡(luò)裝置的地方應(yīng)用。它的應(yīng)用場所可以分為下面的幾種：

（1）與移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合：這種網(wǎng)絡(luò)能夠獨(dú)立性地運(yùn)行，也能夠?qū)⒎涓C無線移動(dòng)通信或者是Internet網(wǎng)絡(luò)接入，通過移動(dòng)臺(tái)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)以使蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋面擴(kuò)大，對相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)加以均衡，從而使得小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率提高。

（2）商業(yè)應(yīng)用：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)還可以用于臨時(shí)的通信需求，如商務(wù)會(huì)議中需要參會(huì)人員之間互相通信交流，可以通過Ad hoc網(wǎng)絡(luò)來快速完成通信任務(wù)，結(jié)束后再迅速拆除。借助Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)還能夠建立家庭無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)，以及在自動(dòng)高速公路協(xié)調(diào)車輛等。

（3）個(gè)人通信：不但能夠在PDA、手機(jī)、筆記本電腦等個(gè)人通信設(shè)施間進(jìn)行通信，還能夠在實(shí)現(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)間的多跳通信。

（4）偏遠(yuǎn)野外：當(dāng)處于偏遠(yuǎn)野外地區(qū)時(shí)，由于成本、地理環(huán)境惡劣等原因往往缺少有線通信設(shè)施，難以依靠預(yù)設(shè)的或者是固定的網(wǎng)絡(luò)裝置實(shí)施通信。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是自組織與單獨(dú)組網(wǎng)，這是偏遠(yuǎn)野外進(jìn)行通信的最理想選擇。它的主要有邊遠(yuǎn)執(zhí)行任務(wù)、野外礦山作業(yè)，以及野外勘測等等。

（5）臨時(shí)與緊急場所：在出現(xiàn)地震、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、水災(zāi)、火災(zāi)，以及其它的災(zāi)難之后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)裝置不能夠有效運(yùn)行或者是全面被毀壞，針對救災(zāi)搶險(xiǎn)而言，這就要求Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，由于它能夠迅速自動(dòng)地組織網(wǎng)絡(luò)，并且不依賴于固定的網(wǎng)絡(luò)裝置，因此， Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)非常得有利于救災(zāi)與搶險(xiǎn)等。

（6）傳感器網(wǎng)絡(luò)：針對不少的應(yīng)用場所而言，傳感器網(wǎng)絡(luò)僅僅可以應(yīng)用于無線通信技術(shù)。且顧及到節(jié)能與體積等要素的影響，傳感器具有非常小的發(fā)射功率。散步在每一個(gè)地方的傳感器組成Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而形成一個(gè)新型的網(wǎng)絡(luò)，能夠在控制中心與傳感器間進(jìn)行通信。因此，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域就是傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且它的應(yīng)用前景是很廣闊的。

（7）軍事：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)對基礎(chǔ)裝置沒有要求，能夠迅速地組網(wǎng)，具有魯棒性強(qiáng)與抗毀性的特點(diǎn)，它是數(shù)字化戰(zhàn)場實(shí)施通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié)語

總之，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有快捷和方便的優(yōu)勢，不但能夠在遠(yuǎn)距離、戰(zhàn)場、會(huì)議和救援等危險(xiǎn)環(huán)境當(dāng)中應(yīng)用，還能夠擴(kuò)展末端網(wǎng)絡(luò)，因此得它的應(yīng)用是普遍性的?？墒牵€面臨著一些不足之處，需要我們加以克服。在不斷增多的新的應(yīng)用領(lǐng)域的影響下，新的挑戰(zhàn)的問題也越來越多。隨著日益增多的專家的進(jìn)一步探究，日益健全的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一定能夠在無線通信領(lǐng)域當(dāng)中起著重大的作用。

[1] Perking C.Ad hoc Networking[M].New York,USA: Addison-Wesley,2001:5-20.

[2] 宋建剛.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的研究：[碩士學(xué)位論文].武漢理工大學(xué)，2006:6.

[3] 孫弋.短距離無線通信及組網(wǎng)技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008:229.

Analysis of mobile Ad Hoc Networks technology

Liu Qiaoping1,Wang Jianwang2
(1.Institute of Physics and Electronics Communication Engineering;Yanan University,Shanxi,716000, China; 2.The Fifth Engineering CO.,LTD.Of China Railway First Group,Baoji,Shanxi,721000,China)

It would not be space and time constraints,more efficient and convenient,not only in hazardous environments,remote battlefield,conferences and rescue environment in which applications,but also to extend the end of the network,its application is universal.Therefore,this article discusses the basic concepts and features of Mobile Ad Hoc Networks,and then analyzes the challenges faced by mobile Ad Hoc network design, it is best to discuss its applications.

Mobile Ad Hoc networks (MANETS)；Self-Organized Multi-hop

TN393

A

劉巧平（1981-），女，漢，陜西武功，延安大學(xué)信息學(xué)院講師，主要研究方向：無線通信技術(shù)術(shù)（Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)等)。

王建望（1981-），男，漢，陜西武功，中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司工程師，主要研究方向：公路橋梁及爆破技術(shù)。

氧化鋅納米線低溫水熱法制備及特性研究（陜西教育廳11JK0846）,基于超聲波技術(shù)的高精度原油流量測量系統(tǒng)研發(fā)（陜西教育廳12JK0495）,延安大學(xué)自然科學(xué)專項(xiàng)基金項(xiàng)目(YD2011-11）共同支助