【正文】 費(fèi)大量的系統(tǒng)資源，所以應(yīng)該盡可能地減少將協(xié)議結(jié)合所帶來的負(fù)面作用。自組織路由能較好地解決源或目的節(jié)點(diǎn)位于死區(qū)，及源、目的節(jié)點(diǎn)非常鄰近 (跳數(shù)很少 )的情況。這是聚類的基本思想：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)。 ①聚類形成后，各個聚類的主節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成 AD HOC 網(wǎng)絡(luò)，大大降低了節(jié)點(diǎn)的空間密度，使得在主節(jié)點(diǎn)之間可以直接使用現(xiàn)有的移動 AD HOC 網(wǎng)絡(luò)的路由算法。此外，這樣的路由協(xié)議還應(yīng)滿足 3 點(diǎn)要求： (1)路由協(xié)議應(yīng)該是先驗(yàn)式的如果采用了反應(yīng)式的路由協(xié)議，更新路由表浪費(fèi)時問，分組若要以最小的時延傳輸就需要采用先驗(yàn)式的路由算法。 目前，基于協(xié)同技術(shù)的路由可大致分為兩類，分別是基于能量的路由策略和基于帶寬的路由策略。 傳輸層 目前 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的傳輸層基本上還是采用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中的 TCP和 UDP。為此， TCP— F協(xié)議采用顯式反饋機(jī)制來通知路由失效事件，從而使源端暫時關(guān)閉定時器并停止發(fā)送分組。另外， ATCP協(xié)議是一種平衡網(wǎng)絡(luò)透明性和應(yīng)用靈活性的 TCP協(xié)議，它向應(yīng)用提供關(guān)于連接狀態(tài)的信息，允許應(yīng)用控制數(shù)據(jù)流的可靠性和服務(wù)質(zhì)量級別。因此，需要通過強(qiáng)認(rèn)證機(jī)制來確保通信對端的合法性，并應(yīng)在能源有限的情況下首先滿足高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)。為了對付被動竊聽攻擊，可以采用安全套接字協(xié)議 (SSL)或封裝安全凈荷 (ESP)機(jī)制。例如在召開臨時會議的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中，可以采用基于口令的認(rèn)證協(xié)議 (PBA)。節(jié)點(diǎn)需要建立動態(tài)位置目錄來記錄節(jié)點(diǎn)靜態(tài)標(biāo)志和動態(tài)位置的映射關(guān)系。二是路由的維護(hù)，可以通過相對移動性信息來提高路由的可用性。若采用集中式的通信系統(tǒng)，一旦通信中心受到破壞，將 導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。目前，一些發(fā)達(dá)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(jī)制或移動 IP 機(jī)制來完成通信任務(wù)，但可以通過 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。 定性的來看，引人自組織方式后，多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)具有三點(diǎn)性能優(yōu)勢：首先，通過多跳轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制降低了發(fā)射功率，使得信道空間復(fù)用性提高；其次，采用自組織方式建立局部業(yè)務(wù)，減輕 了基站的瓶頸效應(yīng)；第三，通過轉(zhuǎn)移熱點(diǎn)小區(qū)的流量，實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)調(diào)節(jié)，提高了資源利用率。拓?fù)淇刂扑惴ㄟx擇每個節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍，并根據(jù)約束條件構(gòu)建和維護(hù)拓?fù)鋱D。 需要解決的問題 (1)安全問題。 (2)過高的路由成本。在一跳共享廣播信道中，報文沖突是全局事件，所有節(jié)點(diǎn)要么都正確收到報文，要么都會感知報文沖突。其次，無線網(wǎng)絡(luò)中 QoS 保障的研究大多基于單跳有中心的蜂窩網(wǎng)絡(luò)模型，無法直接用于多跳自組織的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)。 7) WSN 節(jié)點(diǎn)可達(dá)上千 ,遠(yuǎn)大于 MANET 的幾十個節(jié)點(diǎn) 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分布密集，數(shù)量龐大，可能達(dá)到成千上萬，甚至更多， 這些節(jié)點(diǎn)可以分布在很大的地理區(qū)域內(nèi)，如軍事戰(zhàn)場上，也可以分布在一個面積不是很大的空間內(nèi)，密集部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的位置往往不能精確設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相鄰關(guān)系預(yù)先無法確定，這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織能力，能自動組網(wǎng)、自動進(jìn)行配置、管理，通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，自動形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個傳感器節(jié)點(diǎn)具有端節(jié)點(diǎn)和路由器兩者的作用。傳感器節(jié)點(diǎn)是一種微。基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的任何應(yīng)用系統(tǒng)都離不開感知數(shù)據(jù)的管理和處理技術(shù)，感知數(shù)據(jù)的管理和處理技術(shù)包括感知數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的理論和技術(shù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)一般采用多跳路由的傳輸機(jī)制，節(jié)點(diǎn)的無線通信帶寬較窄，由于節(jié)點(diǎn)能量的變化，以及受自然環(huán)境的影響，無線通信性能可能經(jīng)常變化，通信失敗的情況時有發(fā)生， 如何在通信能力有限的情況下完成高質(zhì)量的通信需求是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)之一。由于在一個區(qū)域內(nèi)部署了多個測量節(jié)點(diǎn)，因而網(wǎng)絡(luò)化的傳感器系統(tǒng)可以減少單點(diǎn)測量所固有的瞬時誤差。 5) WSN 節(jié)點(diǎn)通信高能耗 ,數(shù)據(jù)計算低能耗 ,而這種差異在 MANET 中并不重要 。因?yàn)椴捎萌哂嗑幋a會導(dǎo)致帶寬減少，選擇冗余路徑會增加節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)，增大功率會增加分組碰撞概率。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送報文時，只有在它覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)才能夠收到。無線 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)是移動的，如果一個結(jié)點(diǎn)是一些失效路由的組成部分，就會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)隔離：網(wǎng)絡(luò)的一部分不能與另一部 分通信。拓?fù)渲貥?gòu)有周期性交換拓?fù)湫畔⒒蚍侵芷谛越粨Q拓?fù)湫畔煞N方式。 2)拓?fù)浣M織 拓?fù)浣M織期間，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收集整個或部分與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的信息，以維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅰ? 最后，提高移動節(jié)點(diǎn)接入蜂窩系統(tǒng)的速率。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)由移動節(jié)點(diǎn)自己自由組合，不依賴于有線設(shè)備，因此，具有較強(qiáng)的自組性，很適合戰(zhàn)場的惡劣通信環(huán)境。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足軍事應(yīng)用的需要，軍隊(duì)通信系統(tǒng)需要具有抗毀性、自組性和機(jī)動性。路由管理需要解決兩個問題：一是路由發(fā)現(xiàn)，由于節(jié)點(diǎn)的移動，路由經(jīng)常不能保持與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的一致性。密鑰管理 的實(shí)現(xiàn)可采用 (n,k)門限加密算法：在 n 個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，只有大于等于 k 個節(jié)點(diǎn)的集合能夠執(zhí)行加密操作。 認(rèn)證協(xié)議： Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中不存在全局認(rèn)證機(jī)構(gòu)，認(rèn)證工作必須由節(jié)點(diǎn)自身完成。 防止信息竊取攻擊： Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)容易受到諸如被動竊聽、主動人侵、信息假冒等各種信息竊取攻擊。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)易遭受拒絕服務(wù)攻擊，使節(jié)點(diǎn)無法獲得正常服務(wù)。此外，源節(jié)點(diǎn)可以定期發(fā)送探測分組來查詢是否找到可行路由。無線信道 使得分組丟失較頻繁，但可通過增強(qiáng)鏈路可靠性來緩解此問題。另一 種 方式是在路由 選擇 的同 時 就考 慮 到 協(xié) 同技 術(shù)對每 跳 傳輸帶寬 的影響，從而決定 每 跳 傳輸 是否采用 協(xié) 同通信技 術(shù) ，并 選擇該 情況下 帶寬 最大的路由 進(jìn) 行數(shù)據(jù) 傳輸 。 物理層使用協(xié)同通信 圖 2 所示為協(xié)同路由和一般多跳路由的區(qū)別。 具體通信方式的路由 物理層使用認(rèn)知無線電技術(shù) 認(rèn)知無線電技術(shù)的特點(diǎn)使得節(jié)點(diǎn)間的鏈路可能經(jīng)常發(fā)生變化，因此，這樣的路由協(xié)議首先應(yīng)該是魯棒的 (Robustness)，這種魯棒性是基于多路徑分 析的。主節(jié)點(diǎn)之間可以直接利用傳統(tǒng)的移動 AD H0C 網(wǎng)絡(luò)的路由。 范例 2 基于聚類算法的網(wǎng)絡(luò)路由算法 跳數(shù)的減少對能耗的減 少極其重要。 混合路由模式 混合式路由模式是在網(wǎng)絡(luò)中既采用完全分布式的自組織路由，也采用“中心”輔助路由。而在移動 IPv6 中多使用先驗(yàn)式的協(xié)議，通過路由器周期性的廣播公 告信息來宣布自身的存在。 反應(yīng)式路由協(xié)議 (AODV、 DSR 和 TORA 等 )不需要維護(hù)路由信息，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才查找路由，故又稱按需 (on demand)路由協(xié)議。 現(xiàn)有的路由協(xié)議或者利用全網(wǎng)泛洪 (Global flooding)或者利用分層的方法完成路由的發(fā)現(xiàn)。 1) 能對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化做出快速反應(yīng)，查找路由時間較短； 2) 能提供準(zhǔn)確的路由信息，支持單向信道，避免路由環(huán)路； 3) 計算和維護(hù)路由的控制消息少，提供最佳路由，并支持節(jié)點(diǎn)休眠； 4) 路由協(xié)議要能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長。例如，可以利用群首選擇算法選擇多個備用骨干節(jié)點(diǎn)，當(dāng)原來的骨干節(jié)點(diǎn)受到攻擊時，第二優(yōu)先級的骨干節(jié)點(diǎn)可以代替原來那個繼續(xù)執(zhí)行骨干節(jié)點(diǎn)的功能。 (4)層次結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的移動管理和尋址，便于與移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。低級節(jié)點(diǎn)的通信范圍較小，而高級節(jié)點(diǎn)要覆蓋較大的范圍。 分級結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇 (Cluster) ， 每 個 簇 由 一 個簇 頭 (Cluster Header) 和多個簇成員(ClusterMember )組成，這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)，在高一級的網(wǎng)絡(luò)中，又可以再分簇，再次形成更高一級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級。即使沒有路徑的失敗，由于時延很大，在一些對時間要求嚴(yán)格的場合，這種時延是不能接受的。 然而，平面結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性卻很差。規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)，分級式路由是較好的選擇。先進(jìn)編碼和信號處理技術(shù)能提供高容量、高性能的無線骨干網(wǎng)，但是它們并不能保證形成可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。 (3)基于預(yù)約的信道接人機(jī)制。每個時隙被劃分為 3 個階段，在第一個階段，節(jié)點(diǎn)通過與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行握手來聲明它要使用的時隙；在第二個階段 (競爭階段 )節(jié)點(diǎn)可以競爭未分配的時隙；第三個階段用來傳送分組。 MAC 和物理層在無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和可擴(kuò)展方面也起到關(guān)鍵作用。 信道接入?yún)f(xié)議處于協(xié)議棧的最底層，是報文在無線信道上發(fā)送和接收的直接控制者，用來管理和協(xié)調(diào)用戶 競爭，共享信道資源。 隨機(jī)接入機(jī)制 隨機(jī)接入?yún)f(xié)議中，用戶通過競爭方式共享信道資源。雙信道接入?yún)f(xié)議在解決隱藏終端和暴露終端問題上有明顯的優(yōu)勢，它可以通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)制，完全消除隱終端和暴露終端的影響，避免數(shù)據(jù)報文的沖突。 Mac層技術(shù) 準(zhǔn)入控制主要分為集中式準(zhǔn)入控制和分布式準(zhǔn)入控制兩大類。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù) 據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。目前已提出很多著名算法，概括地講有非盲算法和盲算法兩大類。它充分利用了無線電波的全向傳播特性，使無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作形成了虛擬的天線陣列 來獲得傳統(tǒng)多輸入多輸出天線技術(shù)的空間分集增益，當(dāng)前協(xié)同通信的主要方式有：編碼協(xié)同，放大中繼，解碼中繼等方式。而 OFDM 提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的。 (3)OFDM 技術(shù)的優(yōu)勢： OFDM 技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。而不影響有用數(shù)據(jù)，去掉 CP 也就去掉了 ISI 的影響。 OFDM很好的滿足了未來無線多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸速率高．又要傳輸質(zhì)量高的要求。但是，碼分對接收器的要求較高，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。在實(shí)際實(shí)施的時候，可以采用各種各樣的應(yīng)用層協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。 Ad Hoc 物理層所采用的傳輸技術(shù)基本上有三種：正交頻分復(fù)用技術(shù)（ OFDM)、紅外線輻射傳輸技術(shù)、寬帶擴(kuò)展頻譜技術(shù)。而 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)沒有這些設(shè)施的支持。現(xiàn)有的鏈路安全技術(shù)有些已應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中來減小安全攻 擊。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，每個主機(jī)的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地。因此在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)同時還是路由器，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報文的 工作。 有限的無線通信帶寬 在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此，主機(jī)之間的通信均通過無線傳輸來完成。 有限的物理安全 移動網(wǎng)絡(luò)通常比固定網(wǎng)絡(luò)更容易受到物理安全攻擊，易于遭受竊聽、欺騙和拒絕服務(wù)等攻擊。在移動 IP 網(wǎng)絡(luò)中，移動主機(jī)通過相鄰的基站等有線設(shè)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(wǎng)絡(luò) ，仍然使用因特網(wǎng)的傳統(tǒng)路由協(xié)議。到目前為止． Ad Hoc 物理層可以選擇和參考的標(biāo)準(zhǔn)主要包括 IEEE 802． 11 系列、藍(lán)牙 (Bluetooth) 等。 應(yīng)用層協(xié)議用于提供面向用戶的各種類型的應(yīng)用服務(wù)．包括具有嚴(yán)格時延和丟失率限制的實(shí)時業(yè)務(wù)自 適應(yīng)應(yīng)用數(shù)據(jù)報業(yè)務(wù)。只要不同節(jié)點(diǎn)采用不同的偽碼序列，就容許多個節(jié)點(diǎn)同時占用公共信道。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一部分．信道均衡變得相對容易。 ISI 僅僅影響 CP。當(dāng)完成時間同步、小數(shù)倍頻偏估計 和糾正后，經(jīng)過 FI 變換，進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估計和糾正．此時得到的數(shù)據(jù)是 QAM或 QPSK 的已調(diào)數(shù)據(jù) 對該數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)．就可得到比特流。 4G 需要極高頻譜 利用率的技術(shù)。 協(xié)同通信 協(xié)同通信利用節(jié)點(diǎn)間 的相互協(xié)作進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 (3)智能天線算法 智能天線系統(tǒng)的核心是智能的算法，智能的算法決定瞬時響應(yīng)速率和電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度．因此重要的是選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制 通過算法自動調(diào)整加權(quán)值得到所需空問和頻率濾波器的作用。 MIMO 對工作環(huán)境的要求特別高 – 豐富多徑假設(shè)不成立的情況 ? 信道有相關(guān)性：信道容量減小 – 有直射路徑的情況 ? 信道降秩：信道容量銳減 (1)MIMO 技術(shù)工作原理 MIMO 系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線 (或陣列天線 )和多通道．傳輸信息流經(jīng)過空時編碼形成 N 個信息子流，這 N 個子流由 N 個天線發(fā)射出去．經(jīng)空間信道后由 M 個接收天線接收。空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。 (2)基于雙信道的信道接入?yún)f(xié)議它用于有兩 個共享信道的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)，分別為控制信道和數(shù)據(jù)信道。其中影響比較大的有 MA CA 協(xié)議，它是第一個使用 RTSCTS 控制報文握手來解決 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中隱藏終端和暴露終端問題的信道接入?yún)f(xié)議，即采用 RTS／ CTS／ ACK 信道握手機(jī)制。調(diào)度機(jī)制能夠更有效地為用戶分配信道，并能保證每個節(jié)點(diǎn)發(fā)送／接收分組而不與鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突。同樣。協(xié)議在 TDMA 調(diào)度協(xié)議中集成了基于握手機(jī)制的競爭協(xié)議來解決隱終端問題。 (2)采用基于令牌環(huán)的受控接人技術(shù)來支持實(shí)時業(yè)務(wù)，如 wrRP (Wireless Token Ring Protoco1)令牌環(huán)技術(shù)在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。盡管在無線路由器上采用 多天線技術(shù)。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大時，每個節(jié)點(diǎn)維護(hù)的路由信息量很大，路由消息可能會充斥整個網(wǎng)絡(luò)，且消息的傳遞也將花費(fèi)很長時間，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性差，故它主要用在小型網(wǎng)絡(luò)中。平面結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn) 的覆蓋取值范圍較小，信號被偵聽／截獲的概率較小，因此這種網(wǎng)絡(luò)具有一定的安全性和健壯性 (Robust)。例如，在戰(zhàn)場上，每個電臺的傳播取值范圍是受限的，而戰(zhàn)場上的節(jié)點(diǎn)數(shù)卻有幾百個，從源節(jié)點(diǎn)