Ａｄ Ｈｏｃ網(wǎng)絡(luò)的教育應(yīng)用研究

摘 要 對教育網(wǎng)絡(luò)平臺的現(xiàn)狀進行了分析，介紹了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，提出應(yīng)用Ad Hoc搭建教育網(wǎng)絡(luò)平臺，做到對現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺的補充。

關(guān)鍵詞 Ad Hoc；網(wǎng)絡(luò)平臺；教育應(yīng)用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A文章編號：1671-489X（2007）08－0058-04

Education Application Research based onAd Hoc//Liu Biao

Abstract The paper analyzes the present situation of education network platform.Ad Hoc is a temporary network which formed of a lot of wireless host and based on no concentrating infrastructure. In the paper， we discuss using Ad Hoc to construct an education network platform.

Key words Ad Hoc;network platform; education application

Author's address Communication Media Science Technology Department， University of Science Technology of Suzhou， Suzhou 215011

1引言

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，對教育產(chǎn)生了深遠的影響。當前大多數(shù)教育機構(gòu)已經(jīng)構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)教育支撐平臺。然而，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺還在一定程度上存在這樣那樣的問題。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無中心的臨時性自組織網(wǎng)絡(luò)，是全新體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，將其應(yīng)用于教育中，是對現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺的有益補充。研究Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)對構(gòu)建教育平臺具有現(xiàn)實意義。

2 現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺

現(xiàn)有的教育網(wǎng)絡(luò)平臺主要有兩種：有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。

2.1 有線局域網(wǎng)

2.1.1 簡介

有線局域網(wǎng)絡(luò)是目前教育支撐系統(tǒng)中主要的網(wǎng)絡(luò)平臺。1980年（美國）電氣電子工程師學會（IEEE）成立了專門負責制定局域網(wǎng)絡(luò)標準的IEEE 802委員會。該委員會開始研究一系列局域網(wǎng)（LAN）和城域網(wǎng)（MAN）標準，這些標準統(tǒng)稱為IEEE 802標準，其中802.3針對整個CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)，802.4針對令牌總線網(wǎng)絡(luò)，802.5針對令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。目前CSMA/CD的媒體接入方式占主流，因此本文僅對IEEE 802.3作介紹。IEEE 802.3對于基于總線型的局域網(wǎng)進行了規(guī)定。

在局域網(wǎng)中，多個節(jié)點共享傳輸介質(zhì)，必須有某種機制來決定下一個時刻，哪個設(shè)備占用傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)。因此，局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制的功能。數(shù)據(jù)鏈路層又劃分成兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC，Logic Line Control）子層和介質(zhì)訪問控制（MAC，Media Access Control）子層。其中，LLC子層負責向其上層提供服務(wù)；MAC子層的主要功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝及卸裝，幀的尋址和識別，幀的接收與發(fā)送，鏈路的管理，幀的差錯控制等。該局域網(wǎng)技術(shù)采用具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）這種介質(zhì)訪問方法。802.3局域網(wǎng)根據(jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速率區(qū)分，主要有以下幾種標準：標準以太網(wǎng)：10Base2、10Base5、10BaseT；快速以太網(wǎng)：100Base-TX、100Base-F、100Base-T4；千兆以太網(wǎng)：1000Base-SX，1000Base-LX，1000Base-CX

1000Base-T。2000年3月，IEEE專門成立了IEEE 802.3ae特別工作組，負責制定10 G以太網(wǎng)，即萬兆以太網(wǎng)標準。

這些網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)主要有雙絞線，同軸電纜，光纖等有線介質(zhì)，故把這些網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為有線局域網(wǎng)。

2.1.2有線局域網(wǎng)的不足

1) 受地理環(huán)境的限制。不是任何地方，任何環(huán)境都適合布線，架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)。比如很多老建筑物布線非常困難，并且布線繁瑣，工作學習環(huán)境容易造成電纜線泛濫。

2）有線介質(zhì)固有的物理缺陷。有線介質(zhì)傳輸距離、傳輸速率會有一個極限；金屬接頭容易生銹、滲水、接觸不良、人為或意外造成線路中斷，網(wǎng)絡(luò)維護困難。

3)可重用性不高，升級困難。原有網(wǎng)絡(luò)需要升級時，成本很高，基本要重新布局，重新安裝。

4) 移動性、靈活性不高，無法真正實現(xiàn)從移動設(shè)備訪問局域網(wǎng)。

2.2無線局域網(wǎng)

2.2.1簡介

無線局域網(wǎng)(WLAN，wireless local area network)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以無線多址信道作為傳輸媒介，利用電磁波完成數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能。目前，很多教育機構(gòu)也開始建設(shè)無線局域網(wǎng)絡(luò)教育平臺。無線局域網(wǎng)技術(shù)主要有IEEE 802.11 系列、HiperLAN技術(shù)等。HiperLAN是歐盟在1992年提出的一個WLAN標準，HiperLAN2是它的后續(xù)版本。HiperLAN2部分建立在GSM基礎(chǔ)上，使用頻段為5 GHz。它采用OFDM技術(shù)，最大數(shù)據(jù)速率為54 Mbps。HiperLAN2采用TDMA結(jié)構(gòu)。目前得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)是IEEE 802.11 系列。IEEE的802.11標準由很多子集構(gòu)成，它詳細定義了WLAN中從物理層到MAC層的通信協(xié)議。表1是802.11系列標準的一個簡單總結(jié)。

2.2.2無線局域網(wǎng)的不足

1)標準、設(shè)備眾多，不統(tǒng)一。正如上文介紹，無線局域網(wǎng)絡(luò)當前標準較多，各自為政，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不兼容。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)以后的擴展和升級， 必須要慎重考慮選擇網(wǎng)絡(luò)所使用的協(xié)議標準和設(shè)備。

2）傳輸介質(zhì)易受干擾。由于無線局域網(wǎng)依靠無線電波的傳播， 易受天氣、環(huán)境的影響；電波發(fā)射時， 受墻壁、大型用具和其他障礙物阻礙， 也會使得網(wǎng)絡(luò)的性能降低；傳輸穩(wěn)定性不高。

3) 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護較為困難。無線網(wǎng)絡(luò)達到一定規(guī)模會遇到功率控制、頻率選擇、環(huán)境噪聲等很多問題，應(yīng)妥善考慮無線網(wǎng)絡(luò)的支撐系統(tǒng)(包括無線網(wǎng)管、無線計費等) ，否則會對網(wǎng)絡(luò)管理造成很大困難。

4）網(wǎng)絡(luò)安全差。如果獲得網(wǎng)絡(luò)的訪問代碼， 那么， 在無線電波廣播范圍內(nèi)的任何人， 都可以監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的通信。因此， 要加強數(shù)據(jù)的安全性。

5)性價比不高。無線網(wǎng)絡(luò)速率相對有線網(wǎng)絡(luò)較慢，價格較高，因而它主要面向有特定需求的用戶和特定的環(huán)境。

3 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)

3.1簡介

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)被譯為“自組網(wǎng)”或“多跳網(wǎng)絡(luò)”，它是一種不依賴任何基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均由移動設(shè)備構(gòu)成。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最初的研究起源于戰(zhàn)場環(huán)境下分組無線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信項目，該項目由ＤＡＲＰＡ資助，其后，又在1983年和1994年進行了抗毀可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和全球移動信息系統(tǒng)項目的研究。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當兩個移動主機在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時，它們可以直接通信。但是由于移動主機的通信覆蓋范圍有限，兩個相距較遠的主機通信則需要通過它們之間的第三方的轉(zhuǎn)發(fā)才能實現(xiàn)。因此在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機同時還是路由器，擔負著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報文的工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個主機的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個主機的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達目的地。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以看作是移動通信和計算機網(wǎng)絡(luò)的交叉。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，使用計算機網(wǎng)絡(luò)的分組交換機制，而不是電路交換機制。通信的主機一般是便攜式計算機、個人數(shù)字助理（ＰＤＡ）等移動終端設(shè)備。

3.2特點

Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：

1)網(wǎng)絡(luò)的自組性。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以在任何時刻任何地方構(gòu)建，而不需要現(xiàn)有的信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，形成一個自由移動的通信網(wǎng)絡(luò)。

2)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。從網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層來看，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，移動用戶可以以任意的速度和任意方式在網(wǎng)中移動，加上無線發(fā)送裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的相互干擾因素、地形因素等的影響，節(jié)點間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)隨時都會發(fā)生變化。

3)有限的無線傳輸帶寬。無線信道本身的物理特性使Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線方式要低的多，另外還要考慮無線信道競爭時所產(chǎn)生的信號衰落、碰撞、阻塞、噪聲干擾等因素，這使得實際帶寬要小的多。

4)移動終端的有限性。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動用戶終端內(nèi)存小、CPU 處理能力低、所帶電源有限使得Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計更加困難。

5)安全性差。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無線方式的分布式結(jié)構(gòu)，所以更加容易被竊聽、入侵、網(wǎng)絡(luò)攻擊和拒絕服務(wù)等。

6)網(wǎng)絡(luò)的分布式。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點都兼有獨立路由和主機功能，不存在類似于基站的網(wǎng)絡(luò)中心控制點，節(jié)點地位平等，采用分布式控制方式，增強了網(wǎng)絡(luò)健壯性。

7)網(wǎng)絡(luò)的可擴展性不強。由于采用TCP/IP 協(xié)議中的子網(wǎng)技術(shù)，使得Internet具有網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的拓撲結(jié)構(gòu)使得子網(wǎng)技術(shù)所帶來的網(wǎng)絡(luò)可擴展性不能得到應(yīng)用。

8)單向無線信道的存在。

9)生存時間短。組網(wǎng)通常是由于某個特定原因而臨時創(chuàng)建的，使用結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將會自動消失。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存時間相對于固定網(wǎng)絡(luò)而言是短暫的。

4Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的教育應(yīng)用

4.1 Ad Hoc與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的比較

通過上文分析，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)還存在著一些不足。我們可進一步對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)進行比較：

1）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺都需要通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持，如基站、交換機等，這些設(shè)施的建立和運轉(zhuǎn)需要大量的人力和物力，成本比較高，同時建設(shè)的周期較長；Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基站的支持，由主機自己組網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)建立的成本低，同時時間也短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。

2）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)中終端之間并不直接通信，只屬于資源子網(wǎng)節(jié)點，不具備通信功能；Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，移動主機之間可以直接通信，而移動主機不僅收發(fā)數(shù)據(jù)，同時還轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，具備路由通信功能。

3）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定；Ad Hoc拓撲結(jié)構(gòu)易于變化，具有自組性、靈活性、臨時性的優(yōu)點，不受時間、空間的限制。

4.2 Ad Hoc的教育應(yīng)用場合及方式

針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的不足以及Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)可以作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補充，用于搭建網(wǎng)絡(luò)教育平臺。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以用于以下教育應(yīng)用場合：

1）沒有或者不適和搭建有線通信設(shè)施的地方，如偏遠或不發(fā)達地區(qū)，古舊的教學樓，操場等。在這些地區(qū)，由于造價、地理環(huán)境等原因往往沒有有線通信設(shè)施，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以解決這些環(huán)境中的通信問題。

2）現(xiàn)有通信設(shè)施不足，需要臨時快速建立一個通信網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，如臨時教育課堂，臨時教育資源傳輸，臨時教育會議等。

Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)用于構(gòu)建教育平臺可以有兩種方式：第一種，獨立組網(wǎng)，用于本網(wǎng)內(nèi)部移動節(jié)點的通信，交換數(shù)據(jù)；第二種，通過網(wǎng)關(guān)連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，與本網(wǎng)外用戶通信。第二種情況Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)通常作為末端網(wǎng)絡(luò)，即它只允許產(chǎn)生于或目的地是自治系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點的信息進出，而不會讓其他信息穿越自治系統(tǒng)。

4.3實例：“隨時隨地”的教與學活動

傳統(tǒng)的基于網(wǎng)絡(luò)平臺的教育都只是在特定的時間、特定的地點出現(xiàn)，如某節(jié)課在某個固定的網(wǎng)絡(luò)教室進行教育活動，或者必須在某個安裝無線設(shè)備的特定場所才能使用無線局域網(wǎng)絡(luò)進行交互。這些活動不同程度地受到時間、空間的限制。文中所提到的“隨時隨地”的教與學活動在任何時間、任何地點都是可行的。通過移動Ad Hoc設(shè)備，教育者與學習者在一定范圍內(nèi)按照一定規(guī)則互相匹配，進行教育活動。學習者在教學樓、圖書館、操場等任何地點，都可通過Ad Hoc 設(shè)備在周圍進行掃描，尋找相匹配的移動節(jié)點。任何Ad Hoc設(shè)備都可以成為教育資源提供者或使用者。根據(jù)Ad Hoc節(jié)點持有者的興趣、學科查找的資源等進行分類，按照設(shè)備之前定義好的規(guī)則、連接條件等進行查找與匹配。一旦相互匹配成功，網(wǎng)絡(luò)會提醒用戶并請求對等體相互聯(lián)系，進行網(wǎng)絡(luò)交互，達到學習與交流的目的。可以用圖1來表示此過程：

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也是分層的。低層協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相似，網(wǎng)絡(luò)層采用與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同的路由協(xié)議，應(yīng)用層采用相應(yīng)的應(yīng)用協(xié)議，用戶的匹配可由面向應(yīng)用的具體軟件實現(xiàn)。如圖1，用戶1與用戶4采用相同的軟件架構(gòu)，兩者進入網(wǎng)絡(luò)通訊范圍，就可以根據(jù)條件進行匹配，驗證通過即可進行通信交流。

5 結(jié)束語

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種新型的移動計算機網(wǎng)絡(luò)類型，它既可以作為一種獨立的網(wǎng)絡(luò)運行，也可以作為分支連入當前具有固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)。其自身的特性使它可以應(yīng)用于教育之中，搭建教育支撐平臺。當然，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)還存在許多要進一步解決的問題，如路由協(xié)議、安全問題、節(jié)點電源能量消耗以及傳輸帶寬等。Ad Hoc不是對現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺的替代，而是對現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)平臺的補充。隨著Ad Hoc技術(shù)的不斷成熟以及相關(guān)產(chǎn)品設(shè)備的不斷推出和成本的下降，“隨時隨地的教育”將會得到很好的發(fā)展，對教育產(chǎn)生深遠的影響。