孫翠敏

【摘 要】移動(dòng)計(jì)算和無線通信的飛速發(fā)展為無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開辟了美好前景。作為一種沒有基礎(chǔ)設(shè)施且自組的無線網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)自組網(wǎng)在戰(zhàn)場(chǎng)、防災(zāi)等場(chǎng)合具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文先是介紹此網(wǎng)絡(luò)的起源概況，分析了移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，再探討了Ad hoc的研究熱點(diǎn)，然后對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)在未來可能的融合技術(shù)做了大致描述。

【關(guān)鍵字】移動(dòng)自組網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)；節(jié)能；研究熱點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN919.81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.027

【Abstract】As flying development of mobile computing and wireless communication，application of wireless network have a bright prospect.Mobile ad hoc network have advantage on battlefield、rescue place because of its non-infrastructure and self-organization.This paper first introduces the origin of this network，analyses the characteristics of mobile Ad hoc network，then discusses the research focus of the Ad hoc，and then to the mobile ad-hoc network in the future may be made a general description of the fusion technology.

【Key words】Mobile ad hoc network；Network features；Energy saving；Research hot spot

0 引言

近幾十年，無線蜂窩通信網(wǎng)技術(shù)發(fā)展非常迅速。無論在國內(nèi)還是在國外都一樣，僅僅發(fā)展了十幾年的移動(dòng)電話數(shù)已超過了發(fā)展了近一百年的固定電話。無線局域網(wǎng)WLAN提供了移動(dòng)接入功能，這就給想互相傳數(shù)據(jù)但在出差或是旅游這些經(jīng)常在戶外的人提供了方便，。并且當(dāng)大量PC機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若使用雙絞線布線會(huì)非常困難，而無線網(wǎng)絡(luò)就不用考慮布線的問題，且建網(wǎng)速度快。而無線局域網(wǎng)（WLAN）在通常情況下可分為2種。第一種是有固定基礎(chǔ)設(shè)施的，第二種是無固定設(shè)施的。第一種其實(shí)就是我們所熟悉的各大運(yùn)營商所使用的蜂窩網(wǎng)，它由基站（接入點(diǎn)AP）進(jìn)行覆蓋劃分小區(qū)。最流行的是現(xiàn)在聯(lián)通和移動(dòng)所使用的CDMA和GSM網(wǎng)，這些都要有基站支持。但在盲區(qū)，戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境、災(zāi)區(qū)環(huán)境下有AP的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并不能勝任，需要一種臨時(shí)快速適應(yīng)拓?fù)渥儞Q的網(wǎng)絡(luò)，所以出現(xiàn)了第二種就是無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)，也叫自組網(wǎng)絡(luò)，如果節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)那么這種自組網(wǎng)就是移動(dòng)自組網(wǎng)。

1 移動(dòng)自組網(wǎng)的起源

移動(dòng)自組織（Ad Hoc）網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng)，它的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網(wǎng)絡(luò)和之后于1973提出的PR（Packet Radio）網(wǎng)絡(luò)。ALOHA網(wǎng)絡(luò)需要固定的基站。這時(shí)PR網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了，多跳網(wǎng)絡(luò)的正牌軍出現(xiàn)了，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過中繼的方式進(jìn)行連接。軍事領(lǐng)域中PR網(wǎng)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛IEEE在開發(fā)802.11標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提出將PR網(wǎng)絡(luò)改名為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)[1]，也即今天我們常說的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)自組織網(wǎng)是依靠節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)作來完成網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)。它是一群具有終端和路由功能的設(shè)備通過無線鏈路組成的無中心、多跳、臨時(shí)性自治系統(tǒng)。所謂無中心就是不存在任何控制中心，節(jié)點(diǎn)相互平等合作，無主從關(guān)系，多跳就是節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率有限，遠(yuǎn)距離通信必須用多節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)，也成為中繼。而臨時(shí)性就是為某個(gè)特殊目的而建。用一句話來說Ad hoc是將移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來。隨著移動(dòng)通信的高速發(fā)展Ad hoc不僅在軍事上也在民用上有了突破。IETF在1996年成立了MANET工作組，并專門研究基于IP協(xié)議的路由協(xié)議，由于IP協(xié)議的開放、靈活、強(qiáng)適應(yīng)性等特點(diǎn)，也提高了Ad hoc的性能[1]。Ad hoc在軍事上各種武器車輛能在移動(dòng)中快速建網(wǎng)，提高戰(zhàn)斗力。在災(zāi)難中能盡量的減少損失，提高搶救的效率。在國外或是國內(nèi)它的商業(yè)價(jià)值和社會(huì)意義不可估量。

2 移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

移動(dòng)自組網(wǎng)為計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作系統(tǒng)提供了一種解決途徑，其主要特點(diǎn)有：

2.1 帶寬有限

由于多跳采用的無線信道物理特性決定了它提供的帶寬遠(yuǎn)不能喝有線信道相比，無論采用DSSS或是FHSS，最高速率也只有54Mbps（IEEE 802.11.a），且實(shí)際的帶寬還遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬。

2.2 存在單向信道

傳輸功率及環(huán)境噪聲差異可能在節(jié)點(diǎn)間形成單向鏈路，而傳統(tǒng)的路由算法一般基于對(duì)稱鏈路假設(shè)，單向信道很可能會(huì)帶來目的節(jié)點(diǎn)不可達(dá)。

2.3 動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

這是最明顯的特點(diǎn)了，由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，發(fā)送功率的變化，鏈路的時(shí)變，信道間相互干擾及地形的影響。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诓粩嘧兓?。如果采用傳統(tǒng)對(duì)于有線的路由算法，會(huì)花費(fèi)很長時(shí)間達(dá)到收斂，因?yàn)橥負(fù)涞淖兓鹇酚伤惴ㄊ?dǎo)致路由的振蕩。

2.4 能量有限及功耗的約束

移動(dòng)終端確實(shí)方便，能靈活地移動(dòng)，但是他們都得采用電池進(jìn)行節(jié)點(diǎn)供電，充電困難，這樣就會(huì)給路由協(xié)議和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)帶來了困難。

2.5 網(wǎng)絡(luò)安全性差

由于無線信道是開放的，且多跳無線網(wǎng)安全隱患很多，易遭到竊聽、主動(dòng)攻擊、拒絕服務(wù)等攻擊。

2.6 臨時(shí)性及TTL短

Ad hoc是可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)不依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施通過節(jié)點(diǎn)自我組織構(gòu)建的常用在戰(zhàn)爭(zhēng)或?yàn)?zāi)難中等特殊場(chǎng)合，所以與固定網(wǎng)絡(luò)比，它的生存時(shí)間短。

2.7 多跳性

由于無線通信距離受限，必須用多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。

2.8 對(duì)等性及分布式管理

節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是互通的，而管理是從整體的角度進(jìn)行管理，不像C/S方式將管理集中交給服務(wù)器。每個(gè)節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于既是客戶又是管理者，進(jìn)行聯(lián)合管理，這樣的以整化零思想能實(shí)現(xiàn)高效的管理。

3 移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)

從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，與Ad hoc相關(guān)的研究已經(jīng)從無線通信領(lǐng)域中的一個(gè)小分支逐漸擴(kuò)大到相對(duì)較獨(dú)立的領(lǐng)域。無論在國外或者國內(nèi)，關(guān)于MANET學(xué)術(shù)會(huì)議日益增多?？偨Y(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，Ad hoc的研究熱點(diǎn)主要在以下幾個(gè)方面：

（1）無線信道的適應(yīng)。從當(dāng)今國內(nèi)外對(duì)于無線傳輸多媒體業(yè)務(wù)的研究來看，最難解決的問題是無線信道的不穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)變化性是有線信道所沒有的。當(dāng)然無線信道的衰落和干擾是難以避免的。如果如此不可靠的信道卻想運(yùn)用可靠傳輸，就必須在MAC層上的協(xié)議下功夫，比如訪問控制協(xié)議和路由選擇協(xié)議。通過機(jī)會(huì)路由等機(jī)制，以動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)適應(yīng)動(dòng)態(tài)的無線信道，使得Ad hoc的性能進(jìn)一步提升，本文在后面會(huì)提到。

（2）節(jié)點(diǎn)感知能力。目前的移動(dòng)ad hoc的MAC層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議大都是考慮路徑的距離跳數(shù)卻忽視了鏈路狀態(tài)，就像計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP基于距離一樣，鮮有像OSPF這種類似的協(xié)議，如考慮到節(jié)點(diǎn)的密度、節(jié)點(diǎn)的帶寬、節(jié)點(diǎn)的能量、節(jié)點(diǎn)的TTL等一些綜合因素，這不僅會(huì)引起能量的大量消耗，還會(huì)大大降低網(wǎng)絡(luò)性能（局部范圍）。正因?yàn)檫@關(guān)乎到網(wǎng)絡(luò)的性能，因此節(jié)點(diǎn)的感知能力的研究是非常重要的。

（3）分布式管控。在有線網(wǎng)絡(luò)中很多種管控機(jī)制由于信道變?yōu)闊o線而且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)變化，它已不再適用于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。正因?yàn)樯鲜鲞@些原因Ad hoc的管控不能設(shè)置管控中心MSC，只有把這些管理和控制分配給各個(gè)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)可以在沒有控制中心參與的前提下，完成分組交換，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流和流量控制。讓老的數(shù)據(jù)流不被新的數(shù)據(jù)流過多地干擾，并且數(shù)據(jù)流在節(jié)點(diǎn)間可以進(jìn)行擁塞控制，就像計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一樣可以進(jìn)行分類、調(diào)度、桶漏原則以便擁塞控制，避免了某些節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)過重造成的擁塞和網(wǎng)絡(luò)部分癱瘓情況。

（4）節(jié)點(diǎn)的節(jié)能。移動(dòng)ad hoc依靠有限壽命的電池供電，因此有效的節(jié)能策略非常重要。在路由機(jī)制和MAC機(jī)制等機(jī)制的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮兩個(gè)重要參數(shù)：1.節(jié)點(diǎn)的剩余能量 2.節(jié)點(diǎn)TTL。還有協(xié)議的復(fù)雜度的討論加上前面這兩個(gè)參數(shù)的優(yōu)化會(huì)使網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間最大化，避開了由于臨時(shí)性所帶來的TTL短困難。

（5）必須要適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)對(duì)于Qos的需求。對(duì)于如今3G的出現(xiàn)以及NGN、NGI下一代網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議制定，未來網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用會(huì)專注于語音和視頻等多媒體業(yè)務(wù)。而承載業(yè)務(wù)的平臺(tái)是不可靠性的，要在此不可靠的平臺(tái)提供可靠的保證其服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)，可能我們回想到運(yùn)用ATM技術(shù)實(shí)現(xiàn)電路交換和分組交換的聚合來揚(yáng)長避短，發(fā)揮虛連接的可靠性、實(shí)時(shí)性以及分組網(wǎng)的低誤碼性。移動(dòng)Ad hoc的多媒體業(yè)務(wù)的Qos保證問題，是值得研究的，本文會(huì)在后面分析Ad hoc的Qos并闡述針對(duì)Qos的路由協(xié)議。

（6）移動(dòng)自組網(wǎng)的多播及組播的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)于它的安全性的問題和分布式控制的優(yōu)化

4 結(jié)束語

移動(dòng)自組網(wǎng)以其靈活、便捷及應(yīng)用廣泛的特性越來越受到社會(huì)各界的關(guān)注。從該技術(shù)開始民用以來，已有一些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品面市。目前Nokia、NEC、MeshNetw0rks等公司已推出了Ad hoc相關(guān)技術(shù)的解決方案以及各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動(dòng)終端.可以預(yù)見，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)將在下一代移動(dòng)通信技術(shù)中占有重要位置。我們不僅要看到它的優(yōu)勢(shì)也要考慮隨之而來的一些問題，Qos、路由協(xié)議和訪問控制協(xié)議的不斷優(yōu)化將是發(fā)展趨勢(shì)，未來的網(wǎng)絡(luò)將是移動(dòng)自組網(wǎng)、Internet、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的異構(gòu)融合，無論是安全性還是平滑性都是需要我們?nèi)ソ鉀Q的。

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