【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 刻任何地方都能夠快速展開并組成一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，完全實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自主創(chuàng)建，自主組織，自主管理。它可以滿足隨時(shí)隨地信息、交互的需求，從而真正實(shí)現(xiàn)人類在任何時(shí)間、在任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行通信的夢(mèng)想。任意節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，與有中心的網(wǎng)絡(luò)相比，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分布式特征等特點(diǎn)，使其具有很強(qiáng)的健壯性和抗毀性。(2)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指從網(wǎng)絡(luò)層角度來看，物理網(wǎng)絡(luò)的邏輯視圖。在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)用戶終端可以隨機(jī)地在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)，加上無線發(fā)送裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的互相干擾因素、地形等綜合因素的影響，移動(dòng)終端間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是難以預(yù)測(cè)的，具體的體現(xiàn)就是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中代表移動(dòng)終端頂點(diǎn)的增加或消失，代表無線信道的有向邊的增加和消失，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分割和合并等等。而對(duì)于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則表現(xiàn)較為穩(wěn)定。(3)無線傳輸特性移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸技術(shù)，由于無線信道本身的特性，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)于有線信道要低得多，并且無線信道的質(zhì)量較差。傳統(tǒng)的共享信道是一跳共享的，而移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率受限，信道是多跳共享的:一個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送，只有其一跳相鄰節(jié)點(diǎn)可以聽到，而此范圍之外的其它節(jié)點(diǎn)察覺不到。這一特征一方面提高了信道的空間重用度，另一方面使得報(bào)文的沖突與節(jié)點(diǎn)所處的地理位置相關(guān)。此外，地形或發(fā)射功率等因素使得移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中可能存在單向無線信道。即可能使得兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在單向鏈路，就是說節(jié)點(diǎn)A可以成功地向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送報(bào)文，但是由于兩節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋范圍不一樣，節(jié)點(diǎn)B發(fā)送的報(bào)文，節(jié)點(diǎn)A可能會(huì)收不到。(4)多跳路由由于移動(dòng)終端發(fā)射功率都不太大，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍是有限的。當(dāng)要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即要經(jīng)過多跳。與普通網(wǎng)絡(luò)不同，移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)是由普通節(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。也就是說，在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都兼具主機(jī)和路由器兩種功能，需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由信息參與分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作。反過來，如果可以使用多跳路由，節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率可以很低，從而達(dá)到節(jié)省電能的目的。(5)移動(dòng)終端的局限性在移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，無線終端通常以PDA、筆記本電腦為主要形式。相對(duì)于臺(tái)式機(jī)而言，在帶來移動(dòng)性、靈巧、輕便等好處的同時(shí)，其固有的特性，例如依靠電池這樣的可耗盡能源提供電源、內(nèi)存較小、CPU性能較低等，給應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開發(fā)和推廣帶來一定的難度。同時(shí)屏幕等外設(shè)較小，不利于開展功能較復(fù)雜的業(yè)務(wù)。而且，考慮到成本和易攜帶性，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不能配備太多的無線收發(fā)器并且一般依靠具有有限能量的電池供電。(6)安全性差移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由于采用無線信道、有限電源、分布式控制等技術(shù)，它更加容易受到被動(dòng)竊聽、主動(dòng)入侵、拒絕服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)攻擊。即無線鏈路使Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)容易受到鏈路層的攻擊，包括被動(dòng)竊聽和主動(dòng)假冒、信息重放和信息破壞；節(jié)點(diǎn)在敵意環(huán)境(如戰(zhàn)場(chǎng))漫游時(shí)缺乏物理保護(hù)，使網(wǎng)絡(luò)容易受到己經(jīng)泄密的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)以及外部節(jié)點(diǎn)的攻擊；網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜统蓡T經(jīng)常改變，節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系經(jīng)常變化。(7)受限的無線傳輸帶寬移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，由于無線信道本身的物理特性，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多。此外，無線信道競(jìng)爭(zhēng)共享產(chǎn)生的沖突、信號(hào)衰減、噪音和信道之間干擾等多種因素，使得移動(dòng)終端得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬，并且會(huì)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化。(8)生存時(shí)間短Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通常是由于某個(gè)特定原因而臨時(shí)性創(chuàng)建的，使用結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將會(huì)自動(dòng)消失。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間相對(duì)于固定網(wǎng)絡(luò)而言是短暫的。 移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，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。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)適用于無法或不便于預(yù)先鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施或需要網(wǎng)絡(luò)快速展開的場(chǎng)合。Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的自組織性提供了這種在特殊環(huán)境下部署網(wǎng)絡(luò)并立即進(jìn)行通信的可能；多跳和中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)特性可以即保持網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不發(fā)生變化，還可以減少每個(gè)終端的發(fā)射功率，從而可以使移動(dòng)終端越來越小型化，可以很大程度上節(jié)能。從短期來看，軍事通信仍將是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。要使得移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠在民用領(lǐng)域得到比較廣泛的應(yīng)用，必須要找到合適發(fā)揮它特點(diǎn)的場(chǎng)合。結(jié)合當(dāng)前的應(yīng)用領(lǐng)域和未來的發(fā)展趨勢(shì)，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)合可以概括為以下幾個(gè)方面：(1)軍事通信應(yīng)用軍事通信應(yīng)用仍是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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)，無線自組網(wǎng)是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)通信的首選技術(shù)，并己經(jīng)成為戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。美軍的近期數(shù)字電臺(tái)和無線互聯(lián)網(wǎng)控制器等主要通信裝備都使用了移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。美軍研制的大量可應(yīng)用于單兵、車載、指揮所等不同場(chǎng)合的無線自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在近幾年的阿富汗反恐戰(zhàn)爭(zhēng)、第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了廣泛應(yīng)用。裝備了移動(dòng)通信裝置的軍事人員、軍事車輛以及各種軍事設(shè)備之間可以借助 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換、保持密切聯(lián)系，以協(xié)作完成作戰(zhàn)任務(wù)。需要通信的艦隊(duì)?wèi)?zhàn)斗群之間也可以通過Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)建立通信而不必依賴陸地或衛(wèi)星通信系統(tǒng)。在此可以預(yù)見的將來的信息化軍事斗爭(zhēng)中移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)將發(fā)揮著更為重要的作用。(2)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微型傳感器以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、軍事等領(lǐng)域中。對(duì)于很多應(yīng)用場(chǎng)合來說，傳感器網(wǎng)絡(luò)只能使用無線通信技術(shù)，而且考慮到體積和節(jié)能等因素，傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射功率不可能很大，而移動(dòng) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多跳通信是非常實(shí)用的解決方案。分散在各處的傳感器組成移動(dòng) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，節(jié)點(diǎn)的信息共享，以及與控制中心之間的通信，可以用來監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境變化，收集和處理相關(guān)的敏感信息，這方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。(3)個(gè)人通信方面?zhèn)€域網(wǎng)PAN(Personal Area Network)是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的又一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，我們知道現(xiàn)在的傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)需要有大量的基站，交換機(jī)的設(shè)備進(jìn)行支持。而Ad Hoc卻可以免去這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在大大降低成本的情況下還可以滿足隨時(shí)隨地服務(wù)的要求，這在當(dāng)今的個(gè)人通信領(lǐng)域很有價(jià)值。另外，考慮到電磁波輻射對(duì)人的健康影響問題時(shí)，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳特點(diǎn)將再次展現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。(4)緊急和臨時(shí)場(chǎng)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)施可能因被摧毀而無法正常工作時(shí)，救援人員可以通過Ad Hoc無線自組網(wǎng)來保障通信指揮的順利進(jìn)行；另外處于邊遠(yuǎn)或偏僻野外地區(qū)時(shí)，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，移動(dòng)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)，都是這些場(chǎng)合通信的最佳選擇。類似地，對(duì)于臨時(shí)場(chǎng)合的通信，例如在大型會(huì)議、慶典、展覽等場(chǎng)合，移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的采用可以免去布線和部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的繁瑣工作。(5)商業(yè)應(yīng)用組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)地鐵和隧道等場(chǎng)合的無線覆蓋，構(gòu)建無線城域網(wǎng)和自組織廣域網(wǎng)，開展移動(dòng)和可攜帶計(jì)算以及無所不在的通信業(yè)務(wù)等。(6)作為接入手段或與其它通信系統(tǒng)的結(jié)合移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)還可以作為末端子網(wǎng)通過接入點(diǎn)接入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，如Internet或者蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用移動(dòng)臺(tái)的多跳中繼能力擴(kuò)大蜂窩移動(dòng)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)傳輸速率等。第二章 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)分析隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和便攜設(shè)備的不斷普及,人們對(duì)新的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的期待與日俱增。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)以其優(yōu)越的自組織性能成為理想的候選網(wǎng)絡(luò)之一。作為一種動(dòng)態(tài)、無中心、多跳網(wǎng)絡(luò), 它可以不依賴于任何固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施, 也可以不依賴于網(wǎng)絡(luò)中的特定節(jié)點(diǎn), 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)既是通信的主體也是路由器。 移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)通過上述對(duì)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的分析可以看出,無論是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還是在應(yīng)用背景上移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)都區(qū)別于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。因此,我們應(yīng)該借鑒傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中比較成熟的協(xié)議模型和技術(shù)框架, 為移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)專門的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和技