adhoc網絡

目錄
·一、AdHoc網絡的概念
·二、Ad Hoc網絡的特點
·三、Ad Hoc網絡的應用需求
·四、與其他移動通信系統(tǒng)的比較
·五、移動IP和Ad Hoc網絡的 結合
·六、管理Ad Hoc網絡面臨的問題
·七、結論




　　Ad Hoc網絡
一、AdHoc網絡的概念
　　Ad　Hoc網絡是一種沒有有線基礎設施支持的移動網絡，網絡中的節(jié)點均由移動主機構成。Ad　Hoc網絡最初應用于軍事領域，它的研究起源于戰(zhàn)場環(huán)境下分組無線網數據通信項目，該項目由ＤＡＲＰＡ資助，其后，又在1983年和1994年進行了抗毀可適應網絡ＳＵＲＡＮ（Ｓｕｒｖｉｖａｂｌｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）和全球移動信息系統(tǒng)ＧｌｏＭｏ（Ｇｌｏｂａｌ�。桑睿妫铮颍恚幔簦椋铮睢。樱�ｓｔｅｍ）項目的研究。由于無線通信和終端技術的不斷發(fā)展，Ad Hoc網絡在民用環(huán)境下也得到了發(fā)展，如需要在沒有有線基礎設施的地區(qū)進行臨時通信時，可以很方便地通過搭建Ad Hoc網絡實現。
　　在Ad　Hoc網絡中，當兩個移動主機（如圖1中的主機Ａ和Ｂ）在彼此的通信覆蓋范圍內時，它們可以直接通信。但是由于移動主機的通信覆蓋范圍有限，如果兩個相距較遠的主機（如圖1中的主機Ａ和Ｃ）要進行通信，則需要通過它們之間的移動主機Ｂ的轉發(fā)才能實現。因此在Ad Hoc網絡中，主機同時還是路由器，擔負著尋找路由和轉發(fā)報文的工作。在Ad Hoc網絡中，每個主機的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數據通過多個主機的轉發(fā)才能到達目的地。故Ad Hoc網絡也被稱為多跳無線網絡。其結構如圖2所示。
　　Ad Hoc網絡可以看作是移動通信和計算機網絡的交叉。在Ad Hoc網絡中，使用計算機網絡的分組交換機制，而不是電路交換機制。通信的主機一般是便攜式計算機、個人數字助理（ＰＤＡ）等移動終端設備。Ad Hoc網絡不同于目前因特網環(huán)境中的移動IP網絡。在移動IP網絡中，移動主機可以通過固定有線網絡、無線鏈路和撥號線路等方式接入網絡，而在Ad Hoc網絡中只存在無線鏈路一種連接方式。在移動IP網絡中，移動主機通過相鄰的基站等有線設施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之間均為有線網絡，仍然使用因特網的傳統(tǒng)路由協(xié)議。而Ad Hoc網絡沒有這些設施的支持。此外，在移動IP網絡中移動主機不具備路由功能，只是一個普通的通信終端。當移動主機從一個區(qū)移動到另一個區(qū)時并不改變網絡拓撲結構，而Ad Hoc網絡中移動主機的移動將會導致拓撲結構的改變。
二、Ad Hoc網絡的特點
　　Ad Hoc網絡作為一種新的組網方式，具有以下特點。
　　2．1 網絡的獨立性
　　Ad Hoc網絡相對常規(guī)通信網絡而言，最大的區(qū)別就是可以在任何時刻、任何地點不需要硬件基礎網絡設施的支持，快速構建起一個移動通信網絡。它的建立不依賴于現有的網絡通信設施，具有一定的獨立性。Ad Hoc網絡的這種特點很適合災難救助、偏遠地區(qū)通信等應用。
　　2．2 動態(tài)變化的網絡拓撲結構
　　在Ad Hoc網絡中，移動主機可以在網中隨意移動。主機的移動會導致主機之間的鏈路增加或消失，主機之間的關系不斷發(fā)生變化。在自組網中，主機可能同時還是路由器，因此，移動會使網絡拓撲結構不斷發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預測的。對于常規(guī)網絡而言，網絡拓撲結構則相對較為穩(wěn)定。
　　2．3 有限的無線通信帶寬
　　在Ad Hoc網絡中沒有有線基礎設施的支持，因此，主機之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網絡帶寬相對有線信道要低得多。除此以外，考慮到競爭共享無線信道產生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動終端可得到的實際帶寬遠遠小于理論中的最大帶寬值。
　　2．4 有限的主機能源
　　在Ad Hoc網絡中，主機均是一些移動設備，如ＰＤＡ、便攜計算機或掌上電腦。由于主機可能處在不停的移動狀態(tài)下，主機的能源主要由電池提供，因此Ad Hoc網絡有能源有限的特點。
　　2．5 網絡的分布式特性
　　在Ad Hoc網絡中沒有中心控制節(jié)點，主機通過分布式協(xié)議互聯(lián)。一旦網絡的某個或某些節(jié)點發(fā)生故障，其余的節(jié)點仍然能夠正常工作。
　　2．6 生存周期短
　　Ad Hoc網絡主要用于臨時的通信需求，相對與有線網絡，它的生存時間一般比較短。
　　2．7 有限的物理安全
　　移動網絡通常比固定網絡更容易受到物理安全攻擊，易于遭受竊聽、欺騙和拒絕服務等攻擊。現有的鏈路安全技術有些已應用于無線網絡中來減小安全攻擊。不過Ad Hoc網絡的分布式特性相對于集中式的網絡具有一定的抗毀性。
三、Ad Hoc網絡的應用需求
　　Ad Hoc網絡的應用范圍很廣，總體上來說，它可以用于以下場合：
　　ａ）沒有有線通信設施的地方，如沒有建立硬件通信設施或有線通信設施遭受破壞。
　�。猓┬枰�分布式特性的網絡通信環(huán)境。
　�。悖┈F有有線通信設施不足，需要臨時快速建立一個通信網絡的環(huán)境。
　�。洌� 作為生存性較強的后備網絡。
　　Ad Hoc網絡技術的研究最初是為了滿足軍事應用的需要，軍隊通信系統(tǒng)需要具有抗毀性、自組性和機動性。在戰(zhàn)爭中，通信系統(tǒng)很容易受到敵方的攻擊，因此，需要通信系統(tǒng)能夠抵御一定程度的攻擊。若采用集中式的通信系統(tǒng)，一旦通信中心受到破壞，將導致整個系統(tǒng)的癱瘓。分布式的系統(tǒng)可以保證部分通信節(jié)點或鏈路斷開時，其余部分還能繼續(xù)工作。在戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場很難保證有可靠的有線通信設施，因此，通過通信節(jié)點自己組合，組成一個通信系統(tǒng)是非常有必要的。此外，機動性是部隊戰(zhàn)斗力的重要部分，這要求通信系統(tǒng)能夠根據戰(zhàn)事需求快速組建和拆除。
　　Ad Hoc網絡滿足了軍事通信系統(tǒng)的這些需求。Ad Hoc網絡采用分布式技術，沒有中心控制節(jié)點的管理。當網絡中某些節(jié)點或鏈路發(fā)生故障，其他節(jié)點還可以通過相關技術繼續(xù)通信。Ad Hoc網絡由移動節(jié)點自己自由組合，不依賴于有線設備，因此，具有較強的自組性，很適合戰(zhàn)場的惡劣通信環(huán)境。Ad Hoc網絡建立簡單、具有很高的機動性。目前，一些發(fā)達國家為作戰(zhàn)人員配備了尖端的個人通信系統(tǒng)，在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，很難通過有線通信機制或移動IP機制來完成通信任務，但可以通過Ad Hoc網絡來實現。因此，研究Ad Hoc網絡對軍隊通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的應用價值和長遠意義。
　　近年來，Ad Hoc網絡的研究在民用和商業(yè)領域也受到了重視。在民用領域，Ad Hoc網絡可以用于災難救助。在發(fā)生洪水、地震后，有線通信設施很可能因遭受破壞而無法正常通信，通過Ad Hoc網絡可以快速地建立應急通信網絡，保證救援工作的順利進行，完成緊急通信需求任務。Ad Hoc網絡可以用于偏遠或不發(fā)達地區(qū)通信。在這些地區(qū)，由于造價、地理環(huán)境等原因往往沒有有線通信設施，Ad Hoc網絡可以解決這些環(huán)境中的通信問題。Ad Hoc網絡還可以用于臨時的通信需求，如商務會議中需要參會人員之間互相通信交流，在現有的有線通信系統(tǒng)不能滿足通信需求的情況下，可以通過Ad Hoc網絡來完成通信任務。
　　Ad Hoc網絡在研究領域也很受關注，近幾年的網絡國際會議基本都有Ad Hoc網絡專題，隨著移動技術的不斷發(fā)展和人們日益增長的自由通信需求，Ad Hoc網絡會受到更多的關注，得到更快速的發(fā)展和普及。
四、與其他移動通信系統(tǒng)的比較
　　4．1 蜂窩系統(tǒng)
　　蜂窩系統(tǒng)是覆蓋范圍最廣的陸地公用移動通信系統(tǒng)。在蜂窩系統(tǒng)中，覆蓋區(qū)域一般被劃分為類似蜂窩的多個小區(qū)。每個小區(qū)內設置固定的基站，為用戶提供接入和信息轉發(fā)服務。移動用戶之間以及移動用戶和非移動用戶之間的通信均需通過基站進行。基站則一般通過有線線路連接到主要由交換機構成的骨干交換網絡。蜂窩系統(tǒng)是一種有連接網絡，一旦一個信道被分配給某個用戶，通常此信道可一直被此用戶使用。蜂窩系統(tǒng)一般用于語音通信。
　　4．2 集群系統(tǒng)
　　集群系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)類似，也是一種有連接的網絡，一般屬于專用網絡，規(guī)模不大，主要為移動用戶提供語音通信。
　　4．3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)
　　衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信范圍最廣，可以為全球每個角落的用戶提供通信服務。在此系統(tǒng)中，衛(wèi)星起著與基站類似的功能。衛(wèi)星通信系統(tǒng)按衛(wèi)星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在成本高、傳輸延時大、傳輸帶寬有限等不足。
　　上述移動通信系統(tǒng)都需要有線網絡通信基礎設施的支持，如基站、交換機、衛(wèi)星等。這些設施的建立和運轉需要大量的人力和物力，因此成本比較高，同時建設的周期也長。Ad Hoc網絡不需要基站的支持，由主機自己組網，因此，網絡建立的成本低，同時時間短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。上述通信系統(tǒng)中，移動終端之間并不直接通信，并且移動終端只具備收發(fā)功能，不具備轉發(fā)功能。而Ad Hoc網絡由移動主機構成，移動主機之間可以直接通信，而移動主機不僅收發(fā)數據，同時還轉發(fā)數據。此外目前的移動通信系統(tǒng)主要為用戶提供語音通信功能，通常采用電路交換，拓撲結構比較穩(wěn)定。而Ad Hoc網絡使用分組轉發(fā)技術，主要為用戶提供數據通信服務，拓撲結構易于變化。
五、移動IP和Ad Hoc網絡的 結合
　　實現移動和全IP是當今網絡發(fā)展的兩大趨勢。隨著手機使用的日益廣泛和人們對移動所能提供的信息要求越來越高，人們更加希望能隨時隨地接入互聯(lián)網。
　　對于Ad Hoc網絡，網絡是隨時生成而且具有易構性，不需要事先存在的網絡來支持，因此，應用很廣泛也很簡單。但是這種網絡有很強的獨立性，它可以單獨存在，它的特性和它所使用的主動的、按需驅動的路由協(xié)議都令它難以與互聯(lián)網通信，達到交互信息的目的。為了達到Ad Hoc網絡中的移動主機可以在不同的Ad Hoc網絡間移動和隨時接入互聯(lián)網，我們利用移動IP協(xié)議可在不同網絡中漫游的特性，結合移動IP和Ad　Hoc網絡，即ＭIPＭＡＮＥＴ，提供一種將Ad　Hoc網絡使用按需驅動的路由機制，移動IP提供代理地址和反向隧道的Ad Hoc網絡接入互聯(lián)網的解決方案。圖3為Ad Hoc網絡接入互聯(lián)網的模型。
六、管理Ad Hoc網絡面臨的問題
　　Ad　Hoc網絡的特性決定了管理上比有線網絡復雜許多，因為網絡拓撲的動態(tài)變化，要求網絡管理也是動態(tài)自動配置。而且要考慮到移動節(jié)點本身的限制，例如能源有限、鏈路狀態(tài)變化和有限的存儲能力等，因此，要將管理協(xié)議給整個網絡帶來的負荷考慮在內。最后還要考慮到網絡管理對不同環(huán)境的適用性等。
　　具體Ad Hoc網絡管理需要解決的問題為以下幾方面：
　�。幔� 網絡管理協(xié)議的一個重要任務是使網管知道網絡的拓撲結構。在有線網絡中，由于網絡變化不頻繁，所以這點容易做到。但在移動網絡中，節(jié)點的移動導致拓撲結構變化太頻繁，網管需定期收集節(jié)點的連接信息，這無疑會加大網絡的負荷。
　�。猓� 大多數節(jié)點使用電池供電，所以要保證網絡管理的負荷限制在最小值以節(jié)省能源。要盡量減少收發(fā)和處理的節(jié)點數，但這是與需要拓撲結構的定期更新相矛盾的。
　　ｃ） 能源的有限性和節(jié)點的移動性導致節(jié)點隨時可能與網絡分離，這要求網絡管理協(xié)議能夠及時覺察節(jié)點的離開和加入，而更新拓撲結構。
　�。洌� 無線環(huán)境下信號質量變化大。信號的衰退和擁塞都會使網管誤認為節(jié)點已離開，因此，網管必須能夠區(qū)分是由于節(jié)點移動還是由于鏈路質量的原因導致連接中斷。網管必須詢問物理層，但這樣會違反ＯＳＩ的層次管理結構。
　�。妫� Ad Hoc網絡通常應用于軍事，因此，要防止竊聽、破壞和侵入。所以網管需要結合加密和認證過程。
　　由上可見Ad Hoc網絡的網絡管理是與傳統(tǒng)網絡不同的，要解決的問題包括如何有效地收集網絡的拓撲信息，如何處理動態(tài)的網絡配置和安全保密問題。
七、結論
　　Ad　Hoc網絡是一種新穎的移動計算機網絡的類型，它既可以作為一種獨立的網絡運行，也可以作為當前具有固定設施網絡的一種補充形式。其自身的獨特性，賦予其巨大的發(fā)展前景。在Ad　Hoc網絡的研究中還存在許多亟待解決的問題：設計具有節(jié)能策略、安全保障、組播功能和ＱｏＳ支持等擴展特性的路由協(xié)議，以及Ad Hoc網絡的網絡管理等。今后將重點致力于Ad　Hoc網絡中網絡監(jiān)視、節(jié)點移動性管理、抗毀性管理和安全管理等方面的研究。

• 通信詞典解釋