謝 明，李大雙，景中源

(1.中國(guó)人民解放軍95899部隊(duì)，北京100085;2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都610041)

0 引言

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)于2006年就啟動(dòng)了下下代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(WNaN)計(jì)劃［1］，進(jìn)行一些新技術(shù)的開發(fā)，并同時(shí)演示基于低成本的、可高密度部署的認(rèn)知無(wú)線節(jié)點(diǎn)的軍用組網(wǎng)技術(shù)的生存能力，這些低成本認(rèn)知無(wú)線節(jié)點(diǎn)為采用低廉商用器件制造的軍用無(wú)線節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的可靠性和健壯性得益于自適應(yīng)組網(wǎng)技術(shù)，例如動(dòng)態(tài)頻譜接入(DSA)、基于內(nèi)容的組網(wǎng)(CBN)、延遲與容中斷組網(wǎng)(DTN)以及基于策略的網(wǎng)絡(luò)控制與頻譜決策［2－3］。

WNaN通過(guò)采用一種創(chuàng)新的體系架構(gòu)和協(xié)議套件來(lái)應(yīng)對(duì)高帶寬、業(yè)務(wù)流多樣性、快速部署、容忍業(yè)務(wù)與連接中斷以及價(jià)格要低廉從而可大量密集部署的技術(shù)挑戰(zhàn)。WNaN尋求實(shí)現(xiàn)一個(gè)價(jià)格低廉而用得起的、高可擴(kuò)縮的、魯棒的以及自組織的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以滿足目前和未來(lái)的各種新的軍事需要。大量新技術(shù)的采用，比如基于策略的動(dòng)態(tài)頻譜接入、分布式控制、動(dòng)態(tài)頻率指派、基于內(nèi)容的連網(wǎng)(CBN)、以及容中斷路由，使得WNaN能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

WNaN是第一個(gè)將移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)技術(shù)［4］、動(dòng)態(tài)頻譜接入、容中斷組網(wǎng)(DTN)等先進(jìn)技術(shù)融合為一個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)新了多種不同的成熟的技術(shù)思想，因而WNaN為將多種先進(jìn)技術(shù)融合在一起的一種體系架構(gòu)。

1 WNaN的體系架構(gòu)

圖1解釋了WNaN內(nèi)每個(gè)無(wú)線電通信平臺(tái)中包含的各個(gè)組成部分。每個(gè)主功能框(媒體接入控制(MAC、路由、集束包協(xié)議代理(BPA)以及動(dòng)態(tài)頻譜接入(DSA))為一個(gè)單獨(dú)的協(xié)議模塊，有其特定的用途，并且具有一組到其他模塊的接口。在每個(gè)主功能框的那些內(nèi)部功能框描繪了該模塊的特別關(guān)鍵的功能。在大多數(shù)情況下，這些內(nèi)部框直接相應(yīng)于執(zhí)行那個(gè)功能的一個(gè)軟件線程。

圖1 WNaN體系架構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)Fig.1 Realization of WNaN architecture

1)媒體接入控制(MAC)。采用在頻率上的周期心跳功能執(zhí)行鄰居發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建路由模塊使用的鏈路輪廓。一個(gè)鏈路輪廓為如何才能使通信距離達(dá)到一個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)的一個(gè)參數(shù)化描述(頻率、數(shù)據(jù)率、FEC、功率)。MAC為這幾個(gè)收發(fā)器指派不同的頻率，采用一個(gè)改進(jìn)的CSMA/CA機(jī)制來(lái)仲裁到該信道的接入。MAC支持在探測(cè)期內(nèi)通過(guò)靜默進(jìn)行的頻譜探測(cè)。每個(gè)收發(fā)器由一個(gè)單獨(dú)的接入工作線程來(lái)控制，并且這組工作線程由接入控制器來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)。為了實(shí)現(xiàn)諸如協(xié)作的頻譜探測(cè)與MIMO操作之類的功能，在各個(gè)收發(fā)器之間需要進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2)動(dòng)態(tài)頻譜接入(DSA)模塊。負(fù)責(zé)執(zhí)行頻譜策略推理，確定哪個(gè)頻率可能允許使用，確定在頻率上的請(qǐng)求探測(cè)周期，對(duì)探測(cè)事件結(jié)果進(jìn)行分類，向MAC提供頻率指派的可用頻率表。DSA模塊持續(xù)地在現(xiàn)有頻譜上尋找非合作者(即非WNaN節(jié)點(diǎn)，該頻譜上可能的主要/次要用戶)，重新根據(jù)時(shí)間和地理位置來(lái)評(píng)估策略，并且當(dāng)可用頻率表改變時(shí)更新提交給MAC的可用頻率列表。MAC自身負(fù)責(zé)確定頻率指派、當(dāng)一個(gè)頻率退出使用時(shí)刪除該頻率并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。

3)路由模塊。包括在連貫的以傳統(tǒng)MANET風(fēng)格選路的網(wǎng)絡(luò)中的路由，以及在不連貫的以DTN風(fēng)格選路的網(wǎng)絡(luò)中的路由。連貫的選路使用朦朧視野鏈路狀態(tài)和多點(diǎn)中繼(MPR)機(jī)制，使用了MAC層提供的鏈路輪廓描述。不連貫的選路是基于優(yōu)化的傳染路由。WNaN還提供在采用局部傳染路由協(xié)議的模式間的無(wú)縫切換能力。

4)集束包協(xié)議代理(BPA)。在路由的控制下提供轉(zhuǎn)發(fā)與存儲(chǔ)服務(wù)。源節(jié)點(diǎn)將若干個(gè)IP分組封裝成為集束包提交給BPA。接收到來(lái)自IP層的一個(gè)分組后，BPA向路由模塊的路由應(yīng)答線程詢問(wèn)應(yīng)采取的行動(dòng)(發(fā)送給節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)或丟棄)，并執(zhí)行合適的功能。BPA的功能類似于一個(gè)典型MANET內(nèi)部的轉(zhuǎn)發(fā)功能，但其不同點(diǎn)是能夠?qū)⒁粋€(gè)集束包存儲(chǔ)起來(lái)稍后再傳輸，并按照DTN標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集束包操作而非以IP分組進(jìn)行操作。這并不意味著每個(gè)IP分組都得到DTN服務(wù)，而是每個(gè)IP分組在其業(yè)務(wù)流類型合適時(shí)有可能得到DTN服務(wù)。

WNaN網(wǎng)絡(luò)在IP協(xié)議棧下面運(yùn)行。WNaN自身作為IP協(xié)議棧的一個(gè)以太網(wǎng)“設(shè)備”形式出現(xiàn)，除了在源和目的端點(diǎn)以外，無(wú)需與IP交互就能為分組提供多跳路由轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。這個(gè)體系架構(gòu)類似于商用的交換式以太網(wǎng)設(shè)備跨越多個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)分組的方式，但其IP棧自身可以將所有節(jié)點(diǎn)看成為是在同一個(gè)子網(wǎng)段上操作。這個(gè)體系架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是不需要對(duì)基于IP設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行修改，因此無(wú)需將可能會(huì)不斷改變的多跳路由提供給IP棧和外部的路由器，并且可以自由地改進(jìn)其逐跳轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，以諸如針對(duì)DTN服務(wù)的及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)、暫時(shí)存儲(chǔ)以及網(wǎng)內(nèi)緩存。

2 WNaN采用的主要技術(shù)

2.1 動(dòng)態(tài)頻譜接入

WNaN系統(tǒng)能夠在干擾影響用戶的應(yīng)用之前，通過(guò)探測(cè)和避免干擾的方法，在存在非合作干擾者的情況下運(yùn)行。WNaN遵守針對(duì)這些頻率規(guī)定的選擇和使用策略。該體系架構(gòu)包含一種存儲(chǔ)策略的方法和一個(gè)“策略符合性推理器”。策略推理器分析探測(cè)到的現(xiàn)象并判斷一個(gè)頻率是否可以使用，它使用C++對(duì)象窗口庫(kù)(OWL)來(lái)描述，能夠?qū)⒍鄠€(gè)策略加載到WNaN中，并且能夠自動(dòng)執(zhí)行跨策略的組合并區(qū)分優(yōu)先順序，以便在符合多個(gè)策略的前提下確定可以使用哪些頻率。

DSA模塊粗略地將信道劃分為可能存在的、許可(可能存在的范圍內(nèi)的一個(gè)子集)以及已用(許可范圍內(nèi)的一個(gè)子集)信道。圖2給出了對(duì)這些頻率集之間關(guān)系的一個(gè)形象的描述?？赡苄诺兰嫌伞爸饔谩奔辖M成，即基于外部策略在特定的地點(diǎn)和時(shí)間可以設(shè)法使用的任何頻率。許可信道集合由目前正被探測(cè)并且經(jīng)過(guò)針對(duì)非合作的檢測(cè)與分類后被認(rèn)為可以使用的那些頻率組成。已用信道為目前已被MAC指派使用的信道。探測(cè)是在當(dāng)前許可列表和至少在可能存在的部分頻率列表上持續(xù)執(zhí)行的操作，便于在許可使用列表因動(dòng)態(tài)的策略改變或因一個(gè)非合作者出現(xiàn)而使得其中一個(gè)頻率被刪除時(shí)，找出替換的頻率。

圖2 WNaN內(nèi)的頻率集間關(guān)系Fig.2 Frequency sets relationship of WNaN

DSA的一個(gè)關(guān)鍵功能是探測(cè)非合作者。DSA向MAC發(fā)出探測(cè)時(shí)間請(qǐng)求，然后由MAC調(diào)度安排探測(cè)時(shí)間。對(duì)于每個(gè)探測(cè)間隔，DSA提供探測(cè)的信道表和要使用的探測(cè)器。然后，MAC與其它節(jié)點(diǎn)通信會(huì)話，在某一半徑內(nèi)在探測(cè)的那些頻率上執(zhí)行“靜默”，并且使用這些探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。然后將其探測(cè)結(jié)果傳遞給DSA用于分類和策略審查。

通過(guò)持續(xù)執(zhí)行上述過(guò)程，使得DSA維持了一個(gè)動(dòng)態(tài)的可用信道表，MAC可以使用該表內(nèi)的那些信道。特別地，當(dāng)一個(gè)先前可用的信道因一個(gè)非合作者的出現(xiàn)而成為不可用時(shí)，要立即通知MAC，使其能夠針對(duì)每個(gè)策略采取必要的規(guī)避與重構(gòu)操作。

2.2 媒體接入

WNaN媒體接入?yún)f(xié)議是基于CSMA/CA(其CA為可選項(xiàng))實(shí)現(xiàn)的，類似于IEEE 802.11采用的方法。之所以選擇執(zhí)行TDMA上的CSMA/CA，是因?yàn)樗哂袔讉€(gè)方面的優(yōu)勢(shì):能更好地支持多種類和突發(fā)的業(yè)務(wù)流、能很好地容忍移動(dòng)性、簡(jiǎn)單性、具有很好理解的動(dòng)態(tài)特性以及健壯性。此外，雖然TDMA只有在高負(fù)荷時(shí)才具有效率優(yōu)勢(shì)，但是該體系架構(gòu)通過(guò)使用四個(gè)收發(fā)器和動(dòng)態(tài)的頻率指派減輕了其影響，它能夠提供充足的容量并消除許多隱藏終端問(wèn)題。該協(xié)議類似于802.11，但有一些差別，比如采用了一種基于業(yè)務(wù)的自適應(yīng)后退方案，獲得了更好的性能。

WNaN接入方案支持一種空中的QoS區(qū)分服務(wù)方案，它允許較高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流能夠更快地接入信道。它支持幾個(gè)信道接入優(yōu)先級(jí)，每個(gè)優(yōu)先級(jí)都具有獨(dú)自的最小和最大競(jìng)爭(zhēng)窗口。分組的優(yōu)先級(jí)越高，其競(jìng)爭(zhēng)窗口就越小。每個(gè)優(yōu)先級(jí)的后退機(jī)制是相同的，即在每次不成功的單播傳輸時(shí)或在信道因廣播而處于忙狀態(tài)時(shí)增大后退時(shí)間。這種機(jī)制也加強(qiáng)了跨節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)能力，例如，如果在彼此的附近存在兩個(gè)干擾流，但不是穿過(guò)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)方案將給予較高優(yōu)先級(jí)的流優(yōu)先接入的機(jī)會(huì)。

該媒體接入方案的一個(gè)關(guān)鍵部分為支持探測(cè)。為了執(zhí)行合適的探測(cè)，在一個(gè)節(jié)點(diǎn)的干擾范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)在探測(cè)期間都是靜默的。在執(zhí)行靜默時(shí)，采用了一種新的稱為服從探測(cè)(DTS)的控制消息，其目的是為了警告鄰接節(jié)點(diǎn)即將進(jìn)行一次探測(cè)操作。將該DTS在當(dāng)前指派了一個(gè)頻率的所有收發(fā)器上廣播出去。通過(guò)使用一個(gè)公共的“覆蓋”頻率，使DTS能到達(dá)所有的鄰居。在每個(gè)DTS探測(cè)間隔之前，可以發(fā)送多個(gè)DTS，以提供冗余性。一個(gè)DTS包含有將在其后執(zhí)行一次探測(cè)的相對(duì)時(shí)間和探測(cè)的時(shí)間寬度。一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)基于調(diào)制解調(diào)器和傳播時(shí)延計(jì)算其絕對(duì)探測(cè)時(shí)間。它不需要諸如GPS這類的任何同步時(shí)間。為了使利用率最大化，各節(jié)點(diǎn)要協(xié)調(diào)它們的探測(cè)操作，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)盡可能地選取一個(gè)與鄰居們一致的探測(cè)間隔。應(yīng)該注意，這并非是一個(gè)嚴(yán)格的約束，并且某些節(jié)點(diǎn)可以具有多個(gè)靜默期。與所有節(jié)點(diǎn)都同步到一個(gè)單一時(shí)間相比，尤其是面對(duì)移動(dòng)性時(shí)，這個(gè)體系架構(gòu)更靈活且更健壯。

2.3 分布式動(dòng)態(tài)頻率指派

與傳統(tǒng)的單電臺(tái)單信道網(wǎng)絡(luò)不同，WNaN能夠支持同一個(gè)節(jié)點(diǎn)在鄰域內(nèi)在多個(gè)信道上進(jìn)行同時(shí)的通信，大大地增加了容量。其實(shí)現(xiàn)是通過(guò)采用一種動(dòng)態(tài)的、分布式算法為節(jié)點(diǎn)的每個(gè)收發(fā)器指派許可頻率。當(dāng)其拓?fù)涓淖儠r(shí)，比如當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)了，或許可頻率列表改變時(shí)，或者一個(gè)頻率因一個(gè)非合作信號(hào)的出現(xiàn)需要撤銷時(shí)，將重新指派這些頻率。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被激活時(shí)，它首先試圖發(fā)現(xiàn)其他節(jié)點(diǎn)并了解它們的頻率指派信息。它將其中的一個(gè)收發(fā)器“軟性”指派一個(gè)隨機(jī)選取的頻率，然后發(fā)送探測(cè)。它并行地掃描其它的許可頻率以便發(fā)現(xiàn)鄰居。在通過(guò)收到的心跳信息發(fā)現(xiàn)了其鄰居們并且了解了它們的指派信息后，節(jié)點(diǎn)采用以下敘述的算法將該指派轉(zhuǎn)換為“硬性”。一般說(shuō)來(lái)，在“穩(wěn)態(tài)”下，各節(jié)點(diǎn)使用從心跳消息學(xué)習(xí)到的鄰居指派，沿著它們的許可信道列表持續(xù)地監(jiān)視和更新其指派。

頻率指派的核心是為每個(gè)收發(fā)器選擇頻率的一種啟發(fā)式算法。需要注意，不同鄰居集合在不同的頻率是可達(dá)的?？偠灾陬l率上的共用性越多，其連通性就越好，但卻減少了空分重用效率。因而，在頻率指派上的一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)是平衡其連通性(物理拓?fù)?和空分重用效率。WNaN體系架構(gòu)解除了這種折中難題，即其頻率選擇啟發(fā)式算法來(lái)源于該分布式算法的實(shí)際機(jī)制，因而可以使用各種方法。小圈子指派就是這樣一種啟發(fā)式算法，它由兩個(gè)部分構(gòu)成:確定哪些信道為可指派的合格信道，并基于其收益對(duì)合格信道排序。如果一個(gè)信道c如果已被指派給了其他收發(fā)器，或者這樣的指派將導(dǎo)致一條3跳的路徑X－Y－Z(該節(jié)點(diǎn)為X、Y或Z之一，并且所有這三個(gè)節(jié)點(diǎn)都將c指派給了它們的某個(gè)收發(fā)器)，則被認(rèn)為是不合格的。在這個(gè)方案中，一個(gè)信道的“收益”為已經(jīng)指派到該信道上的鄰居數(shù)。這個(gè)方式使得在每個(gè)頻率上的節(jié)點(diǎn)小圈子個(gè)數(shù)增多，因而取了這樣一個(gè)名稱。該小圈子啟發(fā)式算法提供的幾個(gè)關(guān)鍵能力之一，是它避免了兩跳遠(yuǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)共享同一個(gè)頻率，從而消除了隱藏終端的問(wèn)題。這種機(jī)制，通過(guò)消除碰撞以及消除了對(duì)碰撞避免分組(RTS/CTS)的需要，能顯著地改善吞吐量。

2.4 可擴(kuò)縮的路由

WNaN路由的功能是從一個(gè)給定的源路由和轉(zhuǎn)發(fā)集束包到一個(gè)或多個(gè)目的地，即使一個(gè)目的地臨時(shí)斷開了一個(gè)拉長(zhǎng)的時(shí)間段也是如此。特別是，WNaN路由能夠在非同時(shí)存在的、但最終能連通的或最終可傳送的網(wǎng)絡(luò)路徑上遞交分組。WNaN路由的其他目標(biāo)包括在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與密度上的可擴(kuò)展性、支持移動(dòng)性與有限的復(fù)雜性。

WNaN采用了基于目的地的逐跳路由。一個(gè)集束包穿越該網(wǎng)絡(luò)時(shí)遵循的路由為其最終目的地的函數(shù)。每個(gè)中間跳節(jié)點(diǎn)根據(jù)它所具有的信息，按照其目的地函數(shù)來(lái)確定該集束包的下一跳。

對(duì)于在連通的區(qū)域內(nèi)路由，WNaN使用先應(yīng)式路由機(jī)制，特別是采用了一種鏈路狀態(tài)路由的形式。我們選擇工作于在反應(yīng)式路由之上的先應(yīng)式路由，以便使網(wǎng)絡(luò)延遲最小化。為了提高擴(kuò)展性，WNaN在傳統(tǒng)的鏈路狀態(tài)路由上增加了兩個(gè)改進(jìn)措施，及朦朧視野鏈路狀態(tài)(HSLS)和多點(diǎn)中繼(MPR)。HSLS提供了一種限制鏈路狀態(tài)更新(LSU)擴(kuò)散的算法，它限制了拓?fù)涓略诰W(wǎng)絡(luò)內(nèi)穿過(guò)的跳－距離。HSLS的基本思想是:離鏈路變化遠(yuǎn)的那些節(jié)點(diǎn)不需要知道所有的變化，以便做出良好的路由決策。MPR為一種高效率擴(kuò)散LSU的技術(shù)。MPR限制了廣播鏈路狀態(tài)信息的節(jié)點(diǎn)數(shù)，而不是允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)播。

為了進(jìn)一步減小網(wǎng)絡(luò)中的開銷總量，WNaN使用了大量的算法，比如鏈路狀態(tài)信息業(yè)務(wù)流整形采用的經(jīng)典算法。特別是，通過(guò)抑制定時(shí)器限制了傳輸?shù)腖SU的數(shù)量，并且將多個(gè)LSU聚集起來(lái)封裝到單個(gè)分組內(nèi)，以便減小每個(gè)分組的信道接入代價(jià)。對(duì)于在不連通的或斷裂的那些區(qū)域(即當(dāng)通過(guò)存儲(chǔ)來(lái)尋找非同時(shí)存在的路徑時(shí))，WNaN執(zhí)行了一種基于事件的傳染協(xié)議，它是專門針對(duì)容中斷網(wǎng)絡(luò)(DTN)設(shè)計(jì)的一種反應(yīng)式路由協(xié)議。傳統(tǒng)IP風(fēng)格的路由與DTN風(fēng)格路由之間存在顯著的差別。傳染算法采用在每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)集合之間的一種握手機(jī)制，以同步它們之間存儲(chǔ)的集束包。其握手或同步消息僅用于傳遞某個(gè)鄰居的那些新集束包，因而減少了不必要的集束包傳輸。已有的研究表明，只要在時(shí)間上(非同時(shí))存在某個(gè)路徑傳染協(xié)議就能夠遞交分組。盡管傳染協(xié)議的開銷密集，但考慮到WNaN網(wǎng)絡(luò)僅偶爾才會(huì)斷裂，并且僅在某些區(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)生，因此其影響將很小。

為了適應(yīng)在時(shí)間和拓?fù)渖蠒?huì)出現(xiàn)連通的和斷裂的路由，WNaN融合了傳染路由協(xié)議，以協(xié)作增效的目的組合采用了鏈路狀態(tài)與傳染路由的機(jī)制。分組能夠以傳染機(jī)制出發(fā)穿越該網(wǎng)絡(luò)，但是當(dāng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)路由時(shí)，也能夠轉(zhuǎn)換為以傳統(tǒng)的連通MANET技術(shù)來(lái)進(jìn)行路由。在轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)分組到其目的地的路途中，能夠從連通路由技術(shù)到中斷路由技術(shù)再回到連通路由技術(shù)之間切換多次。傳染協(xié)議結(jié)合了一些技術(shù)，以防止單純混合方法固有的路由循環(huán)。作為一種紅利的負(fù)效應(yīng)，傳染協(xié)議減小了在該網(wǎng)絡(luò)的不連通部分中使用傳染路由時(shí)在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的開銷，但超時(shí)的那些集束包將被丟棄，各節(jié)點(diǎn)也會(huì)停止接收鄰居的超過(guò)存儲(chǔ)時(shí)限的那些集束包。

WNaN路由也支持多播。具體地講，它通過(guò)鏈路狀態(tài)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)來(lái)構(gòu)造多播分發(fā)樹，并且沿著這些樹采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)發(fā)送多播分組。在每一跳或分杈點(diǎn)上，根據(jù)下游鄰居的個(gè)數(shù)決定以廣播或單播方式來(lái)發(fā)送分組。WNaN提供了兩種多播算法，即基于源樹和基于網(wǎng)狀“自我樹”的算法?；谠礃涞乃惴ㄐ枰總€(gè)節(jié)點(diǎn)針對(duì)每個(gè)多播組計(jì)算從每個(gè)潛在的源到其多播目的地集合的多播生成樹，然后確定該節(jié)點(diǎn)自己關(guān)于該樹的轉(zhuǎn)發(fā)角色。稱為自我樹的新穎機(jī)制提高了單播樹的計(jì)算量，以便提供網(wǎng)狀風(fēng)格的多播能力，其中各節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地基于上一跳的目的地指派來(lái)確定它們?cè)谵D(zhuǎn)發(fā)樹中的角色。每種多播算法具有不同的權(quán)衡，適合于不同種類的網(wǎng)絡(luò)與多播組，基于源樹的算法在網(wǎng)絡(luò)中的分組傳遞數(shù)量方面是最佳的，而基于自我樹的算法以增加協(xié)議頭開銷的微小代價(jià)，減小了多播的運(yùn)算量。這種高效率支持多播的機(jī)制，在多播通信占主導(dǎo)地位的軍事通信中具有很大的價(jià)值。

3 WNaN的試驗(yàn)情況

WNaN采用了雷神BBN公司的組網(wǎng)軟件和科巴姆公司的無(wú)線電通信硬件。WNaN無(wú)線電通信平臺(tái)為一種價(jià)格低廉的軍用組網(wǎng)無(wú)線通信裝置，它基于商用器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計(jì)與構(gòu)造減少了RF(射頻)前端的成本，使得網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)能力。該無(wú)線電通信平臺(tái)具有四個(gè)收發(fā)器，每個(gè)收發(fā)器都能提供900 MHz～6 GHz的寬帶操作、90 kb/s～2 Mb/s的自適應(yīng)數(shù)據(jù)率，每個(gè)收發(fā)器的輸出功率為1 W。

WNaN的MAC層通過(guò)采用一種靈活的支持動(dòng)態(tài)頻譜接入等功能的多頻CSMA/CA協(xié)議，提升了多收發(fā)器系統(tǒng)的效率。WNaN網(wǎng)絡(luò)層同時(shí)支持高效率的單播與多播路由，它能夠在連貫的和不連貫的路由模式之間自適應(yīng)。特別地，WNaN采用了容忍中斷的組網(wǎng)(DTN)技術(shù)，能夠在非同時(shí)連通的那些路徑(例如分割和愈合的、數(shù)據(jù)騾子等)上路由。

DARPA已進(jìn)行了多次WNaN組網(wǎng)通信的應(yīng)用演示，包括2010年6月采用52個(gè)移動(dòng)手持節(jié)點(diǎn)的演示和2010年9月、10月采用100個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的演示。通過(guò)這多次的演示，經(jīng)驗(yàn)證了WNaN技術(shù)方案的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

文中主要敘述了WNaN的網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的體系架構(gòu)以及其關(guān)鍵機(jī)制。WNaN融合了諸如動(dòng)態(tài)頻譜接入與容中斷路由這樣的先進(jìn)概念，并且利用諸如動(dòng)態(tài)分布式頻率指派這樣的一些新技術(shù)機(jī)制來(lái)增加網(wǎng)絡(luò)容量。WNaN體系架構(gòu)采用了如CSMA/CA與鏈路狀態(tài)路由這樣的簡(jiǎn)單、健壯以及易于理解的MAC層與網(wǎng)絡(luò)層方法，將成熟技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合，提供了一種十分有效的邊緣戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)解決方案。

基于價(jià)格低廉的商用器件，以融合性強(qiáng)的靈活軟件平臺(tái)，構(gòu)造新一代功能先進(jìn)、性能優(yōu)良的新一代戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)，使得在戰(zhàn)術(shù)邊緣的大量作戰(zhàn)人員中密集部署使用成為了可能，真正成為了用得起的軍用無(wú)線通信產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)與開發(fā)思路，對(duì)于下一代戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

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［4］姜永廣，田永春.一種無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議［J］.通信技術(shù)，2010，43(06):154 －156.JIANG Yong－guang，TIAN Yong－chun.A Dynamic Routing Protocol for Wireless Ad Hoc Networks［J］.Communications Technology，2010，43(06):154 －156.