adhoc

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無中心自組織的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，它不以任何已有的固定設(shè)施為基礎(chǔ)而能隨時隨地組建臨時性網(wǎng)絡(luò)。它是具有特殊用途的對等式網(wǎng)絡(luò), 使用無線通信技術(shù) ,網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)互相作為其鄰居（在其直接通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)）的路由器 ,通過節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信。

具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)容方便、維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)營成本低、安裝快捷、系統(tǒng)簡單、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。并具有很高的抗毀性能，在應(yīng)急救災(zāi)、野外勘探以及軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。


Ad hoc網(wǎng)絡(luò)

摘要：本文首先介紹了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。然后對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，給出了結(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的幾種組織結(jié)構(gòu)。最后對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)面臨的特殊問題進(jìn)行了深入分析，并對這些問題的影響及引發(fā)的研究方向進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞 Ad hoc網(wǎng)絡(luò) 自組織 多跳 體系結(jié)構(gòu)

1 引言

我們經(jīng)常提及的移動通信網(wǎng)絡(luò)一般都是有中心的，要基于預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施才能運(yùn)行。例如，蜂窩移動通信系統(tǒng)要有基站的支持；無線局域網(wǎng)一般也工作在有AP接入點(diǎn)和有線骨干網(wǎng)的模式下。但對于有些特殊場合來說，有中心的移動網(wǎng)絡(luò)并不能勝任。比如，戰(zhàn)場上部隊快速展開和推進(jìn)，地震或水災(zāi)后的營救等。這些場合的通信不能依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，而需要一種能夠臨時快速自動組網(wǎng)的移動網(wǎng)絡(luò)。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可以滿足這樣的要求。

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)（Packet Radio Network）。對分組無線網(wǎng)的研究源于軍事通信的需要，并已經(jīng)持續(xù)了近20年。早在1972年，美國DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）就啟動了分組無線網(wǎng)（PRNET,Packet Radio NETwork）項目，研究分組無線網(wǎng)在戰(zhàn)場環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用。項目完成之后，DAPRA又在1993年啟動了高殘存性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（SURAN,SURvivable Adaptive Network）項目。研究如何將prnet的成果加以擴(kuò)展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，還要開發(fā)能夠適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境下的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。1994年，DARPA又啟動了全球移動信息系統(tǒng)（GloMo,Globle Mobile Information Systems）項目。在分組無線網(wǎng)已有成果的基礎(chǔ)上對能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀性的移動信息系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的研究，并一直持續(xù)至今。1991年成立的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會采用了“Ad hoc網(wǎng)絡(luò)”一啟來描述這種特殊的對等式無線移動網(wǎng)絡(luò)。

在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力，結(jié)點(diǎn)間的通信可能要經(jīng)過多個中間結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即經(jīng)過多跳（MultiHop），這是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與其他移動網(wǎng)絡(luò)的最根本區(qū)別。結(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式算法相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自動組織和運(yùn)行。因此它也被稱為多跳無線網(wǎng)（MultiHop Wireless Network）、自組織網(wǎng)絡(luò)（SelfOrganized Network）或無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)（Infrastructureless Network）。

2 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和應(yīng)用

2.1 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，無需設(shè)置任何的中心控制結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。與普通的移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)相比，它具有以下特點(diǎn)：

1.無中心：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心。所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，即是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。結(jié)點(diǎn)可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)。任何結(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。

2.自組織：網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。結(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，結(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

3.多跳路由：當(dāng)結(jié)點(diǎn)要與其覆蓋范圍之外的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時，需要中間結(jié)點(diǎn)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)。與固定網(wǎng)絡(luò)的多跳不同，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)完成的，而不是由專用的路由設(shè)備（如路由器）完成的。

4.動態(tài)拓?fù)洌篈d hoc網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可以隨處移動，也可以隨時開機(jī)和關(guān)機(jī)，這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化。

這些特點(diǎn)使得Ad hoc網(wǎng)絡(luò)在體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織、協(xié)議設(shè)計等方面都與普通的蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)和固定通信網(wǎng)絡(luò)有著顯著的區(qū)別。

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

由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特殊性，它的應(yīng)用領(lǐng)域與普通的通信網(wǎng)絡(luò)有著顯著的區(qū)別。它適合被用于無法或不便預(yù)先鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的場合、需快速自動組網(wǎng)的場合等。針對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的研究是因國事應(yīng)用而發(fā)起的。因此，軍事應(yīng)用仍是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，但是民用方面，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)也有非常廣泛的應(yīng)用前景。它的應(yīng)用場合主要有以下幾類：

作者： pomop 2005-8-24 18:14 回復(fù)此發(fā)言

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2 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)

1.軍事應(yīng)用：軍事應(yīng)用是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。因其特有的無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，它是數(shù)字人戰(zhàn)場通信的首選技術(shù)。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為美軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。美軍的近期數(shù)字電臺和無線互聯(lián)網(wǎng)控制器等主要通信裝備都使用了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2.傳感器網(wǎng)絡(luò)：傳感器網(wǎng)絡(luò)是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一大應(yīng)用領(lǐng)域。對于很多應(yīng)用場合來說傳感器網(wǎng)絡(luò)只能使用無線通信技術(shù)。而考慮到體積和節(jié)能等因素，傳感器的發(fā)射功率不可能很大。使用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多跳通信是非常實用的解決方法。分散在各處的傳感器組成Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)傳感器之間和與控制中心之間的通信。這在爆炸殘留物檢測等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

3.緊急和臨時場合：在發(fā)生了地震、水災(zāi)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴或遭受其他災(zāi)難打擊后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施（如有線通信網(wǎng)絡(luò)、蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的基站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、衛(wèi)星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毀或無法正常工作，對于搶險救災(zāi)來說，這時就需要Ad hoc網(wǎng)絡(luò)這種不依賴任何固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施又能快速布設(shè)的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。類似地，處于邊遠(yuǎn)或偏僻野外地區(qū)時，同樣無法依賴固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的獨(dú)立組網(wǎng)能力和自組織特點(diǎn)，是這些場合通信的最佳選擇。

4.個人通信：個人局域網(wǎng)（PAN,Personal Area Network）是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一應(yīng)用領(lǐng)域。不僅可用于實現(xiàn)PDA、手機(jī)、手提電腦等個人電子通信設(shè)備之間的通信，還可用于個人局域網(wǎng)之間的多跳通信。藍(lán)牙技術(shù)中的超網(wǎng)（Scatternet）就是一個典型的例子。

5.與移動通信系統(tǒng)的結(jié)合：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)還可以與蜂窩移動通信系統(tǒng)相結(jié)合，利用移動臺的多跳轉(zhuǎn)發(fā)能力擴(kuò)大蜂窩移動通信系統(tǒng)的覆蓋范圍、均衡相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)、提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率等。

在實際應(yīng)用中，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)除了可以單獨(dú)組網(wǎng)實現(xiàn)局部的通信外，它帶可以作為末端子網(wǎng)通過接入點(diǎn)接入其他的固定或移動通信網(wǎng)絡(luò)，與Ad hoc網(wǎng)絡(luò)以外的主機(jī)進(jìn)行通信。因此，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)也可以作為各種通信網(wǎng)絡(luò)的無線接入手段之一。

3 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

3.1 結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)不僅要具備普通移動終端的功能，還要具有服文轉(zhuǎn)發(fā)能力，即要具備路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以將結(jié)點(diǎn)分為主機(jī)、路由器和電臺三部分。其中主機(jī)部分完成普通移動終端的功能，包括人機(jī)接口、數(shù)據(jù)處理等應(yīng)用軟件。而路由器部分主要負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息，完成報文的轉(zhuǎn)發(fā)功能。電臺部分為信息傳輸提供無線信道支持。從物理結(jié)構(gòu)上分，結(jié)構(gòu)可以被分為以下幾類：單機(jī)機(jī)單電臺、單主機(jī)多電臺、多主機(jī)單電臺和多主機(jī)多電臺。手持機(jī)一般采用的單主機(jī)單電臺的簡單結(jié)構(gòu)。作為復(fù)雜的車載臺，一個結(jié)點(diǎn)可能包括通信車內(nèi)的多個主機(jī)。多電臺不僅可以用來構(gòu)建疊加的網(wǎng)絡(luò)，還可用作網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)來互聯(lián)多個Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)一般有兩種結(jié)構(gòu)：平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。

在平面結(jié)構(gòu)中，所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，所以又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)。

分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被刈分為簇。每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成。這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)。在高一級網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高一級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級。在分級結(jié)構(gòu)中，簇頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。簇頭可以預(yù)先指定，也可以由結(jié)點(diǎn)使用算法自動選舉產(chǎn)生。

分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)又可以被分為單頻分級和多頻分級兩種。單頻率分級網(wǎng)絡(luò)中，所有結(jié)點(diǎn)使用同一個頻率通信。為了實現(xiàn)簇頭之間的通信，要有網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)（同時屬于兩個簇的結(jié)點(diǎn)）的支持。而在多頻率分組網(wǎng)絡(luò)中，不同級采用不同的通信頻率。低級結(jié)點(diǎn)的通信范圍較小，而高級結(jié)點(diǎn)要覆蓋較大的范圍。高級的結(jié)點(diǎn)同時處于多個級中，有多個頻率，用不同的頻率實現(xiàn)不同級的通信。在兩級網(wǎng)絡(luò)中，簇頭結(jié)點(diǎn)有兩個頻率。頻率1用于簇頭與簇成員的通信。而頻率2用于簇頭之間的通信。分級網(wǎng)絡(luò)的每個結(jié)點(diǎn)都可以成為簇頭，所以需要適當(dāng)?shù)拇仡^選舉算法，算法要能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓�重新分簇�?

平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比較簡單，網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)是完全對等的，原則上不存在瓶頸，所以比較健壯。它的缺點(diǎn)是可擴(kuò)充性差：每一個結(jié)點(diǎn)都需要知道到達(dá)其他所有結(jié)點(diǎn)的路由。維護(hù)這些動態(tài)變化的路由信息需要大量的控制消息。在分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，簇成員的功能比較簡單，不需要維護(hù)復(fù)雜的路由信息。這大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量，因此具有很好的可擴(kuò)充性。由于簇頭結(jié)點(diǎn)可以隨時選舉產(chǎn)生，分級結(jié)構(gòu)也具有很強(qiáng)的抗毀性。分級結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，維護(hù)分級結(jié)構(gòu)需要結(jié)點(diǎn)執(zhí)行簇頭選舉算法，簇頭結(jié)點(diǎn)可能會成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。

因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較小時，可以采用簡單的平面式結(jié)構(gòu)；而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模增大時，應(yīng)用分級結(jié)構(gòu)。美軍在其戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中使用近期數(shù)字電臺（NTDR，Near Term Digital Radio）組網(wǎng)時采用的就是雙頻分級結(jié)構(gòu)。

• 通信詞典解釋