移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)原理技術(shù)與應(yīng)用

1、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)論文姓名：蔣彬彬班級(jí)：學(xué)號(hào)： 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)解析蔣彬彬（北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 北京 ） 摘要：20世紀(jì)90年代早期，隨著帶有無線網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)以級(jí)各種便攜式通信設(shè)備的廣泛使用，學(xué)者在分組無線網(wǎng)絡(luò)（Packet Radio Network ,PRNET）的基礎(chǔ)上，提出了移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network ,MANET）。本文將主要介紹移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)技術(shù)，并指出其特點(diǎn)及其相關(guān)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò); 通信技術(shù); 應(yīng)用文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AAnalysis of mobile self-organized networkB-boy JAbstract:

2、 in the early 1990 s, along with the computer with a wireless Network card to all kinds of portable communication devices widely used, scholars proposed Mobile Ad Hoc Network on the basis of Packet Radio Network . This article will mainly introduce Mobile Ad Hoc Network and its related technology, a

3、nd points out its characteristics and related application.Key words: Mobile Ad Hoc Network; Telcommunication technology; Related application一、 概述隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為一種重要的無線網(wǎng)絡(luò)形式應(yīng)運(yùn)而生。由于具備無需基礎(chǔ)設(shè)施支持、高度動(dòng)態(tài)、支持移動(dòng)通信等優(yōu)點(diǎn)，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)在軍事、移動(dòng)會(huì)議、災(zāi)難援助、智能辦公環(huán)境等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。下面將介紹移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的基本概念、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用。二、 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的基本概

4、念移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network ,MANET），是不依賴于任何固定基礎(chǔ)設(shè)施的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合體，是一種自組織、無線、多跳、對(duì)等式、動(dòng)態(tài)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)1。一個(gè)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是由一組移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，不需要借助基站等已建好的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行集中控制。每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是源節(jié)點(diǎn)又可以是轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)。也就是說，在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)承擔(dān)主機(jī)和路由的功能，在作為主機(jī)收發(fā)上層應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同時(shí)，也作為路由器為其他主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過相互通信，聯(lián)合構(gòu)成移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)處于移動(dòng)狀態(tài)，通過無線傳輸技術(shù)與一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接數(shù)據(jù)通信，再有該鄰居節(jié)點(diǎn)決定如何將數(shù)據(jù)傳送到下一跳

5、，直至目的節(jié)點(diǎn)。三、 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)無線自組網(wǎng)中的每個(gè)用戶終端都兼有路由器和主機(jī)兩種功能。作為主機(jī)，終端可以運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序;作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，這種分布式控制和無中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠在部分通信網(wǎng)絡(luò)遭到破壞后維持剩余的通信能力，具有很強(qiáng)的魯棒性和抗毀性。作為一種分布式網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自治、多跳網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠在不能利用或者不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(如基站、AP)的情況下，提供終端之間的相互通信。由于終端的發(fā)射功率和無線覆蓋范圍有限，因此距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)終端如果要進(jìn)行通信就必須借助于其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，這樣節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成了一種無線多跳

6、網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端具有路由和分組轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以通過無線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。移?dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)既可以作為單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立工作，也可以以末端子網(wǎng)的形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，如Internet網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)。綜上，與互聯(lián)網(wǎng)等固定結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相比，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)具備移動(dòng)性、無線性、多跳性、節(jié)點(diǎn)對(duì)等性、分布性、自組織和高動(dòng)態(tài)性等特殊之處。四、 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究由于自組織網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)，其數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層存在很多問題需要研究，主要包括鏈路控制、信道接入、路由選擇算法、無線環(huán)境下的TCP技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制以及安全保障機(jī)制6個(gè)方面。下圖給出移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路

7、控制信道接入路由無線TCP安全服務(wù)質(zhì)量保證面向能耗路由算法基于預(yù)測(cè)選擇算法基本路由選擇算法混合路由協(xié)議按需路由驅(qū)動(dòng)協(xié)議表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議五、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的路由選擇算法移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有較大差異，其節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)使得必須開發(fā)新的路由協(xié)議。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)的路由協(xié)議一樣，都是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的搞笑、快速、準(zhǔn)確傳送。根據(jù)移動(dòng)組織網(wǎng)絡(luò)所具有的特點(diǎn)，其路由機(jī)制應(yīng)具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)性、節(jié)能性和安全性等特點(diǎn)。當(dāng)前移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇算法從預(yù)測(cè)模型、能量模型、位置信息、服務(wù)質(zhì)量控制和安全支持五個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行研究。預(yù)測(cè)模型通過基于歷史信息的移動(dòng)預(yù)測(cè)，降低了路由選擇的時(shí)間代價(jià)。在基于預(yù)測(cè)的路

8、由選擇算法方面，如何設(shè)計(jì)時(shí)間代價(jià)較低并且及時(shí)更新的預(yù)測(cè)路由選擇算法，具有很好的研究前景。該問題的關(guān)鍵是建立較好的預(yù)測(cè)模型，基于節(jié)點(diǎn)歷史行為進(jìn)行描述和建模，從而對(duì)路由的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。然而移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)具有高度動(dòng)態(tài)性，這使得建立上述預(yù)測(cè)模型存在一定困難。與此同時(shí)，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量有限，需要充分考慮預(yù)測(cè)模型的時(shí)間代價(jià)和空間代價(jià)。能耗模型則著重采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來描述網(wǎng)絡(luò)的能耗情況，在選路過程中實(shí)現(xiàn)了分組傳送的能耗最小化和能量負(fù)擔(dān)之間的權(quán)衡4。降低節(jié)點(diǎn)能耗的主要方法在于基于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)信息的共享和網(wǎng)絡(luò)流量信息的預(yù)測(cè)，選擇合適的數(shù)學(xué)模型描述能耗情況并進(jìn)行優(yōu)化?；谖恢玫穆酚蛇x擇算法根據(jù)節(jié)點(diǎn)的地理位置標(biāo)

9、志目的地，并利用該地理位置信息進(jìn)行路由選擇。該算法需要通過全球定位系統(tǒng)（GPS）或者其他定位服務(wù)裝置獲得的節(jié)點(diǎn)位置信息，然后通過上述節(jié)點(diǎn)物理位置信息或者節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行路由計(jì)算。該算法無需存儲(chǔ)路由表，也無需發(fā)送消息保持路由表的更新，并且支持特定地理區(qū)域的數(shù)據(jù)包傳送。服務(wù)質(zhì)量感知路由的路由選擇算法在本地計(jì)算中考慮帶寬、延遲、能量和電池生命周期等多重信息，在進(jìn)行路由選擇的同時(shí)，還進(jìn)一步引入了服務(wù)質(zhì)量支持。安全路由選擇算法則利用適合移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的密鑰、哈希鏈、電子簽名等對(duì)協(xié)議交互的消息進(jìn)行加密，在路由選擇中保障網(wǎng)絡(luò)安全。六、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 軍事領(lǐng)域：基于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)所具有的無需基礎(chǔ)設(shè)施

10、支持，能夠快速部署，具 有自恢復(fù)的能力等的特點(diǎn)，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)成為數(shù)字化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要技術(shù)2。現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上，各種作戰(zhàn)車輛、作戰(zhàn)人員、作戰(zhàn)航空器以及衛(wèi)星之間需要相互配合，在位置關(guān)系動(dòng)態(tài)變化的戰(zhàn)場(chǎng)條件下保持密切聯(lián)系，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)。在這種情況下，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)具有非常好的應(yīng)用前景。應(yīng)急指揮：在發(fā)生地震、火災(zāi)、水災(zāi)、火山噴發(fā)等突發(fā)事件時(shí)，固定結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施很容易被摧毀，這就需要移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)這種不依賴于固定基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)能夠在沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施的前提下迅速部署，在惡劣環(huán)境下提供通信支持。特殊環(huán)境：在邊遠(yuǎn)地區(qū)、野外或地下作業(yè)時(shí)，難以找到固定結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)提供通信支持，這時(shí)也可以采用移動(dòng)自

11、組織網(wǎng)絡(luò)作為野外科考隊(duì)員之間、邊緣礦山作業(yè)工作人員之間以及深層礦井礦工之間無線通信的網(wǎng)絡(luò)形式，減少作業(yè)中的危險(xiǎn)。環(huán)境監(jiān)測(cè)：環(huán)境監(jiān)測(cè)具有監(jiān)測(cè)范圍廣、數(shù)據(jù)量大、突發(fā)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)成為其必不可少的組成部分3。夏威夷大學(xué)曾在美國(guó)火山國(guó)家公園內(nèi)部署了自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)特定物種在特定環(huán)境中的生存狀況，并且還可以研究公園內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，如大氣溫濕度監(jiān)測(cè)、洪水預(yù)警等方面，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)起到了重要的作用。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)：移動(dòng)終端一般沒有與拓?fù)湎嚓P(guān)的固定IP地址，所以通過傳統(tǒng)的移動(dòng)IP協(xié)議無法為其提供連接，需要采用移動(dòng)多跳方式聯(lián)網(wǎng)。由于采用的是平面拓?fù)洌蚨鴽]有地址變更的問題，從而使得這些移動(dòng)終端

12、仍然像在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)環(huán)境中一樣。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)自組網(wǎng)除了可以單獨(dú)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)局部通信以外，還可以作為末端子網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，例如Internet或者蜂窩網(wǎng)。作為末端子網(wǎng)，只允許產(chǎn)生于或者目的地是自治系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)出，而不準(zhǔn)許其它信息穿越自治系統(tǒng)。由此可見，移動(dòng)自組網(wǎng)可以成為各種通信網(wǎng)絡(luò)的一種無線接入手段。七、結(jié)束語當(dāng)然，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)目前還存在很多待完善的地方，主要是數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)絡(luò)效率較低，不能良好支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)等。但是移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限性，能夠快速、便捷、高效地部署，因此具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著對(duì)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)注程度逐漸增加以及研究人員不斷加入，相信移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)將會(huì)得到迅猛發(fā)展，并在不同領(lǐng)域展現(xiàn)出自身的魅力