移动自组网络的发展研究

孙翠敏

【摘 要】移动计算和无线通信的飞速发展为无线网络的应用开辟了美好前景。作为一种没有基础设施且自组的无线网络，移动自组网在战场、防灾等场合具有明显的优势。本文先是介绍此网络的起源概况，分析了移动自组网络的特点，再探讨了Ad hoc的研究热点，然后对移动自组网在未来可能的融合技术做了大致描述。

【关键字】移动自组网；网络特点；节能；研究热点

中图分类号：TN919.81 文献标识码： A 文章编号： 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

近几十年，无线蜂窝通信网技术发展非常迅速。无论在国内还是在国外都一样，仅仅发展了十几年的移动电话数已超过了发展了近一百年的固定电话。无线局域网WLAN提供了移动接入功能，这就给想互相传数据但在出差或是旅游这些经常在户外的人提供了方便，。并且当大量PC机接入网络时，若使用双绞线布线会非常困难，而无线网络就不用考虑布线的问题，且建网速度快。而无线局域网（WLAN）在通常情况下可分为2种。第一种是有固定基础设施的，第二种是无固定设施的。第一种其实就是我们所熟悉的各大运营商所使用的蜂窝网，它由基站（接入点AP）进行覆盖划分小区。最流行的是现在联通和移动所使用的CDMA和GSM網，这些都要有基站支持。但在盲区，战争环境、灾区环境下有AP的移动网络并不能胜任，需要一种临时快速适应拓扑变换的网络，所以出现了第二种就是无固定基础设施的无线局域网，也叫自组网络，如果节点可移动那么这种自组网就是移动自组网。

1 移动自组网的起源

移动自组织（Ad Hoc）网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR（Packet Radio）网络。ALOHA网络需要固定的基站。这时PR网络出现了，多跳网络的正牌军出现了，网络中的各节点通过中继的方式进行连接。军事领域中PR网的应用相当广泛IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为Ad Hoc网络[1]，也即今天我们常说的移动自组织网络。移动自组织网是依靠节点之间相互协作来完成网络的建立和维护。它是一群具有终端和路由功能的设备通过无线链路组成的无中心、多跳、临时性自治系统。所谓无中心就是不存在任何控制中心，节点相互平等合作，无主从关系，多跳就是节点发射功率有限，远距离通信必须用多节点转发的技术，也成为中继。而临时性就是为某个特殊目的而建。用一句话来说Ad hoc是将移动通信和计算机网络结合起来。随着移动通信的高速发展Ad hoc不仅在军事上也在民用上有了突破。IETF在1996年成立了MANET工作组，并专门研究基于IP协议的路由协议，由于IP协议的开放、灵活、强适应性等特点，也提高了Ad hoc的性能[1]。Ad hoc在军事上各种武器车辆能在移动中快速建网，提高战斗力。在灾难中能尽量的减少损失，提高抢救的效率。在国外或是国内它的商业价值和社会意义不可估量。

2 移动自组网络的特点

移动自组网为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，其主要特点有：

2.1 带宽有限

由于多跳采用的无线信道物理特性决定了它提供的带宽远不能喝有线信道相比，无论采用DSSS或是FHSS，最高速率也只有54Mbps（IEEE 802.11.a），且实际的带宽还远小于理论上的最大带宽。

2.2 存在单向信道

传输功率及环境噪声差异可能在节点间形成单向链路，而传统的路由算法一般基于对称链路假设，单向信道很可能会带来目的节点不可达。

2.3 动态变化的网络拓扑

这是最明显的特点了，由于节点移动，发送功率的变化，链路的时变，信道间相互干扰及地形的影响。网络拓扑在不断变化。如果采用传统对于有线的路由算法，会花费很长时间达到收敛，因为拓扑的变化引起路由算法失效导致路由的振荡。

2.4 能量有限及功耗的约束

移动终端确实方便，能灵活地移动，但是他们都得采用电池进行节点供电，充电困难，这样就会给路由协议和应用程序的设计带来了困难。

2.5 网络安全性差

由于无线信道是开放的，且多跳无线网安全隐患很多，易遭到窃听、主动攻击、拒绝服务等攻击。

2.6 临时性及TTL短

Ad hoc是可以在任何时间任何地点不依赖网络基础设施通过节点自我组织构建的常用在战争或灾难中等特殊场合，所以与固定网络比，它的生存时间短。

2.7 多跳性

由于无线通信距离受限，必须用多个中继节点进行分组转发。

2.8 对等性及分布式管理

节点与节点之间是互通的，而管理是从整体的角度进行管理，不像C/S方式将管理集中交给服务器。每个节点相当于既是客户又是管理者，进行联合管理，这样的以整化零思想能实现高效的管理。

3 移动自组网络的研究热点

从20世纪90年代到现在，与Ad hoc相关的研究已经从无线通信领域中的一个小分支逐渐扩大到相对较独立的领域。无论在国外或者国内，关于MANET学术会议日益增多。总结国内外研究现状，Ad hoc的研究热点主要在以下几个方面：

（1）无线信道的适应。从当今国内外对于无线传输多媒体业务的研究来看，最难解决的问题是无线信道的不稳定性和动态变化性是有线信道所没有的。当然无线信道的衰落和干扰是难以避免的。如果如此不可靠的信道却想运用可靠传输，就必须在MAC层上的协议下功夫，比如访问控制协议和路由选择协议。通过机会路由等机制，以动态的转发节点适应动态的无线信道，使得Ad hoc的性能进一步提升，本文在后面会提到。

（2）节点感知能力。目前的移动ad hoc的MAC层协议和网络层协议大都是考虑路径的距离跳数却忽视了链路状态，就像计算机网络中内部网关协议RIP基于距离一样，鲜有像OSPF这种类似的协议，如考虑到节点的密度、节点的带宽、节点的能量、节点的TTL等一些综合因素，这不仅会引起能量的大量消耗，还会大大降低网络性能（局部范围）。正因为这关乎到网络的性能，因此节点的感知能力的研究是非常重要的。

（3）分布式管控。在有线网络中很多种管控机制由于信道变为无线而且拓扑结构在动态变化，它已不再适用于Ad hoc网络。正因为上述这些原因Ad hoc的管控不能设置管控中心MSC，只有把这些管理和控制分配给各个节点，各节点可以在没有控制中心参与的前提下，完成分组交换，转发数据流和流量控制。让老的数据流不被新的数据流过多地干扰，并且数据流在节点间可以进行拥塞控制，就像计算机网络一样可以进行分类、调度、桶漏原则以便拥塞控制，避免了某些节点负担过重造成的拥塞和网络部分瘫痪情况。

（4）节点的节能。移动ad hoc依靠有限寿命的电池供电，因此有效的节能策略非常重要。在路由机制和MAC机制等机制的设计过程中，需要考虑两个重要参数：1.节点的剩余能量 2.节点TTL。还有协议的复杂度的讨论加上前面这两个参数的优化会使网络生存时间最大化，避开了由于临时性所带来的TTL短困难。

（5）必须要适应多媒体业务对于Qos的需求。对于如今3G的出现以及NGN、NGI下一代网络的协议制定，未来网络的应用会专注于语音和视频等多媒体业务。而承载业务的平台是不可靠性的，要在此不可靠的平台提供可靠的保证其服务质量的业务，可能我们回想到运用ATM技术实现电路交换和分组交换的聚合来扬长避短，发挥虚连接的可靠性、实时性以及分组网的低误码性。移动Ad hoc的多媒体业务的Qos保证问题，是值得研究的，本文会在后面分析Ad hoc的Qos并阐述针对Qos的路由协议。

（6）移动自组网的多播及组播的实现以及对于它的安全性的问题和分布式控制的优化

4 结束语

移动自组网以其灵活、便捷及应用广泛的特性越来越受到社会各界的关注。从该技术开始民用以来，已有一些网络产品面市。目前Nokia、NEC、MeshNetw0rks等公司已推出了Ad hoc相关技术的解决方案以及各种网络设备和移动终端.可以预见，Ad hoc网络将在下一代移动通信技术中占有重要位置。我们不仅要看到它的优势也要考虑随之而来的一些问题，Qos、路由协议和访问控制协议的不断优化将是发展趋势，未来的网络将是移动自组网、Internet、移动蜂窝网的异构融合，无论是安全性还是平滑性都是需要我们去解决的。

【参考文献】

[1]安珊珊. ad hoc网络与蜂窝网融合研究. 科技信息杂志[J].山东：科技信息出版社，2010.

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