移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)研究與發(fā)展現(xiàn)狀

1、挪動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)研究與開展現(xiàn)狀摘要：本文簡要介紹挪動AdH網(wǎng)絡(luò)開展的歷史、理論和技術(shù)上的一些熱點問題，以及它的一些應(yīng)用，從而給讀者一個概括性的理解，為進一步學(xué)習(xí)和研究挪動AdH網(wǎng)絡(luò)奠定一些基矗為了便于讀者跟蹤國外先進的研究成果，本文最后介紹了一些在這一領(lǐng)域比擬活潑的研究機構(gòu)以及他們的主要工作。關(guān)鍵詞：挪動AdH網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)A協(xié)議路由協(xié)議藍牙網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用一、挪動AdH網(wǎng)絡(luò)的歷史一般認為，沒有根底設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)出如今20世紀70年代，在最初開發(fā)報文交換技術(shù)后來開展成因特網(wǎng)不久，美國國防部高級研究規(guī)劃署DARPA資助了一項特別的研究一分組無線網(wǎng)絡(luò)PaketRadiNetrk，即讓報文交換技術(shù)在不受固定或有

2、線的根底設(shè)施限制的環(huán)境下運行。最初的動機之一就是滿足戰(zhàn)場生存的軍事需求。在戰(zhàn)場惡劣的環(huán)境下，通信設(shè)備不可能依賴已經(jīng)敷設(shè)的通信根底設(shè)施，一方面這些設(shè)施可能根本不存在，另一方面，這些設(shè)施會隨時遭到破壞。因此，能快速裝備、自組織的挪動根底設(shè)施是這種網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于其他商業(yè)蜂窩系統(tǒng)的根本要素。在構(gòu)造上，這種網(wǎng)絡(luò)是由一系列挪動結(jié)點組成，是一種自組織的網(wǎng)絡(luò)，它不依賴于任何已有的網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點動態(tài)且任意分布，結(jié)點之間通過無線方式互連，它將分組交換網(wǎng)絡(luò)的概念引伸到播送網(wǎng)絡(luò)的范疇。這項工作開拓了挪動自組網(wǎng)bileAdHNetrk，簡稱AdH網(wǎng)絡(luò)或ANET研發(fā)的先河。與此同時，美國政府還資助了其他一些相關(guān)研

3、究工程，其中包括“可生存自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)SURAN、“低本錢報文無線電LR、“可生存通信網(wǎng)絡(luò)SN、“戰(zhàn)術(shù)因特網(wǎng)和近期無線電NTDR工程等。不過，這些研究內(nèi)容在當時并沒有公開，在20世紀70年代到90年代早期，我們很難從公開的出版物上獲得有價值的理論與技術(shù)成果。由于自組網(wǎng)可以廣泛地應(yīng)用于戰(zhàn)場通信指揮與控制、警察與醫(yī)療部門的搶險救災(zāi)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、課堂教育等眾多領(lǐng)域，其戰(zhàn)略意義非常重要。90年代中期，隨著一些技術(shù)的公開，AdH網(wǎng)絡(luò)開場成為挪動通信領(lǐng)域一個公開的研究熱點。目前AdH網(wǎng)絡(luò)尚未到達完全實用階段，大局部工作仍處在仿真和實驗階段，仿真規(guī)模在數(shù)百至數(shù)千結(jié)點，實驗規(guī)模在幾十個結(jié)點左右。二、挪動AdH網(wǎng)絡(luò)

4、的特征與研究熱點由于挪動AdH網(wǎng)絡(luò)是一種挪動、多跳、自律式系統(tǒng)，因此它具有以下一些主要特征：動態(tài)拓撲：即網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以任意挪動，因此，網(wǎng)絡(luò)的拓撲構(gòu)造也可能會變化。鏈路帶寬受限、容量時變：由于拓撲動態(tài)變化導(dǎo)致每個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的非自身作為目的地的業(yè)務(wù)量隨時間而變化，因此與有線網(wǎng)絡(luò)不同，它的鏈路容量表現(xiàn)出時變特征。動力受限：由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的挪動特征，其中大多數(shù)節(jié)點以電池作為動力，因此，在進展系統(tǒng)設(shè)計時節(jié)能就成為一個非常重要的指標。物理上平安有限：挪動網(wǎng)絡(luò)比固定網(wǎng)絡(luò)有線和無線更易受到平安威脅。需要克制無線鏈路的平安弱點及挪動拓撲所帶來的新的平安隱患。90年代以來，挪動AdH網(wǎng)絡(luò)的研究在世界范圍內(nèi)方興未艾，

5、已經(jīng)從無線通信領(lǐng)域中的一個小分支逐漸擴大到相對較獨立的領(lǐng)域。目前，無論在國際上，還是在區(qū)域上歐洲和亞洲等地區(qū)，周期性的AdH網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會議日益增多?？偨Y(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，AdH網(wǎng)絡(luò)成果主要在以下幾個方面：1提出新的路由協(xié)議。AdH路由面臨的主要挑戰(zhàn)是：傳統(tǒng)的保存在結(jié)點中的分布式路由數(shù)據(jù)庫如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)變化。新協(xié)議一般以播送或組播方式建立網(wǎng)絡(luò)路由，核心是減少播送風暴。目前，一般普遍得到認可的代表性成果有DSDV、RP、ADV、DSR、TRA和ZRP等。源頭性的創(chuàng)新性研究主要集中在2001年以前，后續(xù)的成果多為這些協(xié)議的改良，目前，路由協(xié)議的研究仍然是AdH網(wǎng)絡(luò)成果最集中的局部。不過，從實現(xiàn)的

6、難度來看，這些協(xié)議離適用性還有一定的間隔 。2提出基于AdH網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制A協(xié)議。主要是解決隱藏終端和暴露終端問題，影響比擬大的有AA協(xié)議，即RTS/TS/AK方案，控制信道和數(shù)據(jù)信道分裂的雙信道方案和基于定向天線的A協(xié)議，以及一些改良類的A協(xié)議。有一些研究那么是側(cè)重于將IEEE802.11的A協(xié)議移植到AdH網(wǎng)絡(luò)中。基于定向天線的A協(xié)議在理論上性能較為優(yōu)越，但在技術(shù)上實現(xiàn)的難度較大。3AdH網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)的互連互通。文17-19研究并提出了一種iARinternetellularandAdhRealy系統(tǒng)，提供蜂窩小區(qū)內(nèi)信號的補盲。該方案給出了在參加補盲點之后系統(tǒng)性能改善的性能評價。從結(jié)果

7、看，該系統(tǒng)只是針對目前的2G系統(tǒng)，尚無法聯(lián)絡(luò)到基于IP方式的分組網(wǎng)絡(luò)。最近，文22提出了一種在蜂窩網(wǎng)上覆蓋一個無線多跳網(wǎng)絡(luò)的方案，其中用一些無線路由器來代替蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的一些結(jié)點。該構(gòu)造與17-19所提一致，但通過優(yōu)化路由、信道規(guī)劃和功率控制等使系統(tǒng)在發(fā)射功率受限的情況下到達系統(tǒng)吞吐量最大化，其他方面沒有太多的奉獻。4基于AdH網(wǎng)絡(luò)的多播/組播協(xié)議、TP協(xié)議、地址分配、功率節(jié)能控制、平安性問題、分布式算漢、QS等方面有一些研究成果，但各局部的數(shù)量相對較少。其中，比擬有意思的有，文20試圖把挪動IP擴展到AdH網(wǎng)絡(luò)，根本方案是要用特定的RIP協(xié)議RutingInfratinPrtl作為路由協(xié)議，但

8、這種方案與AdH網(wǎng)絡(luò)的其他路由協(xié)議不相容。5在實驗和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上，最近比擬值得注意的是，一些學(xué)者正在研究用藍牙節(jié)點組建AdH網(wǎng)絡(luò)。就藍牙本身的技術(shù)來說，藍牙可以組成微微網(wǎng)pinet，微微網(wǎng)通過橋節(jié)點bridge互連，可以形成多跳的AdH網(wǎng)絡(luò)，也稱為藍牙散射網(wǎng)satternet。藍牙標準尚未對藍牙微微網(wǎng)之間的通信和基于藍牙的AdH網(wǎng)絡(luò)的形成等內(nèi)容做出詳細描繪，這是一個開放的問題，目前已有一些文獻針對基于藍牙的AdH網(wǎng)絡(luò)的形成提出了各種不同的協(xié)議或方案。6國內(nèi)學(xué)者所發(fā)表的AdH網(wǎng)絡(luò)的研究成果較少。從2001年起，開場有少量成果發(fā)表，研究類的論文大約有數(shù)十篇，主要成果根本上集中在路由協(xié)議的一些改

9、良，少量成果涉及A協(xié)議的研究?？梢哉f國內(nèi)在該研究領(lǐng)域根本上是剛剛起步。三、挪動AdH網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用挪動AdH網(wǎng)絡(luò)潛在的應(yīng)用很多，可分為以下幾類：挪動會議：在室外臨時環(huán)境中，工作團體的所有成員可以通過AdH方式組成一個臨時網(wǎng)絡(luò)來協(xié)同完成一項大的任務(wù)，或協(xié)同完成某個計算任務(wù)。在室內(nèi)辦公環(huán)境中，辦公人員攜帶的包含AdH收藏器的PDA可以通過無線方式自動從臺式機上下載電子郵件，更新工作日程表等。家庭關(guān)網(wǎng)：通過挪動聯(lián)網(wǎng)的方式把辦公室的協(xié)公環(huán)境延伸到家庭，必要時在家庭辦公?；蛘呃梦覀冸S身攜帶的個人無線AdH設(shè)備與裝備了AdH收發(fā)器的家庭電器通信，自動完成開鎖、開燈、翻開娛樂設(shè)備、調(diào)節(jié)空調(diào)等操作。緊急效勞：由

10、于停電或其他災(zāi)害出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施遭到破壞時，組建一個AdH網(wǎng)絡(luò)幫助緊急救援人員完成必要的通信工作。傳感器網(wǎng)絡(luò)：最近，人們開場關(guān)注大量分布的傳感器協(xié)調(diào)工作問題。傳感器可以工作在危險的環(huán)境如化學(xué)有害物質(zhì)泄漏現(xiàn)場，通過在傳感器上裝備位置指示器、AdH收發(fā)器等，將傳感器所在現(xiàn)場的信息傳送到危險現(xiàn)場以外，防止救援人員進入現(xiàn)場，搜集和辯別事故信息。個人域網(wǎng)絡(luò)：通過AdH網(wǎng)絡(luò)把個人通信、娛樂、辦公等設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，這些設(shè)備可以或不需要與因特網(wǎng)相連，但在執(zhí)行用戶的某項活動時肯定需要彼此通信，在這種情況下，挪動性不是主要問題。軍事無線通信：在現(xiàn)代化戰(zhàn)場上，各種軍事車輛之間、士兵之間、士兵與軍事車輛之間都需要保持親密

11、的聯(lián)絡(luò)，以完成集中一指揮，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)。這樣的通信網(wǎng)絡(luò)是一種典型的AdH網(wǎng)絡(luò)。據(jù)報道，在最近的伊拉克戰(zhàn)爭中，挪動AdH網(wǎng)絡(luò)得到有效的應(yīng)用。其他商業(yè)應(yīng)用：如將來裝備AdH收發(fā)設(shè)備的機場預(yù)約和登機系統(tǒng)可以自動地與乘客攜帶的個人無線AdH設(shè)備通信，完成目前的換登機牌等手續(xù)。如商場內(nèi)商品RF標簽，廉價的RF標簽可以通過無線接口由AdH設(shè)備動態(tài)刷新。顧客假設(shè)攜帶手持無線設(shè)備可以很容易地找到某種商品和價格。這種設(shè)備已由NR公司消費。以下是一個挪動AdH網(wǎng)絡(luò)在軍事上的研究與應(yīng)用實例。美國DAPRA近期資助了一項研究“自愈式雷場系統(tǒng)。該工程時間跨度為2000年至2022年。系統(tǒng)方案采用智能化的挪動反坦克地雷陣來挫

12、敗敵人對地雷防線的打破。這些地雷均裝備有無線通信與自組織聯(lián)網(wǎng)單元，通過某種方式布撒之后如通過飛機、地地導(dǎo)彈或火箭彈進展遠程布撒，這些地雷迅速構(gòu)成挪動AdH網(wǎng)絡(luò)。在遭到敵方坦克打破之后，這種地雷通過對拓樸構(gòu)造的判斷，以及自動彈跳功能迅速“自愈，即通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)恢復(fù)連通。如此反復(fù)，直到系統(tǒng)無法重構(gòu)為止，最后自行引爆。“自愈式雷場系統(tǒng)可以大大限制敵軍的機動才能，延緩敵軍進攻或撤退的速度，在一段時間內(nèi)封鎖特定區(qū)域。該系統(tǒng)采用FHSS擴頻方式，中心頻率為2.4GHz，帶寬為83Hz。節(jié)點之間采用聲波沿距10米定位。四、研究挪動AdH網(wǎng)絡(luò)活潑的機構(gòu)目前，國際上在挪動AdH網(wǎng)絡(luò)方面研究較為活潑的幾個研究機構(gòu)有：加州大學(xué)洛杉磯分校ariGerla教授所指導(dǎo)的“無線自適應(yīng)挪動性實驗室TheA(irelessAdaptivebilityLab,./NRL/ireless/。研究方向包括AdH網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議、多播協(xié)議、多跳網(wǎng)絡(luò)QS、A協(xié)議、功率控制、藍牙網(wǎng)絡(luò)等?？的螤柎髮W(xué)ZyguntJ.Hass教授所指導(dǎo)的“無線網(wǎng)絡(luò)實驗室irelessNetrksLabratry,/。研究方向包括AdH網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、A協(xié)議、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)平安