Ad Hoc網絡在西藏的應用前景

摘要：Ad Hoc網絡具有自組織、無中心、多跳路由、動連拓撲的特點。能很好地支持珠峰登山、藏羚單保護等對通信的需求，在西藏自治區一定有非常廣闊的應用前景。

關鍵詞：Ad Hoc

西藏

應用前景

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A

文章編號：1002-2422(2010)03-0152-04

西藏自治區地處“世界屋脊”的青藏高原，西藏獨特的地理環境造就了獨一無二的雪域風光。同時，青藏高原生態脆弱，生態研究和保護需求大，在進行野外考察、生態保護等工作時，往往沒有預設的通信網絡設施支持，有哪種網絡形式能滿足此環境下的通信需求呢?答案就是Ad Hoc網絡。

Ad Hoc網絡是近些年研究的前沿和熱點領域。AdHoe網絡可以獨立運行，也可以通過網關連接到現有的傳統網絡上，廣泛應用于軍事及民用各領域。

1 Ad Hoc網絡的概念和結構

1，1 Ad Hoc網絡的概念

無線通信網絡大多是有中心的，是基于預設的網絡設施的。但在有些場合，往往沒有預設的網絡設施，需要一種各節點能相互配合、自動組網的網絡形式，這種網絡形式就是Ad Hoc網絡。

在Ad Hoc網絡中，節點必須具有報文轉發能力，節點間的通信是經過多個中間節點的多跳(MuhiHop)轉發。Ad Hoc網絡節點通過分層的網絡協議和分布式算法相互協調，實現網絡的自動組織和運行，因此也被稱為多跳無線網(MultiHop Wireless Network)、自組織網絡(Self Or-ganized Network)或無固定設施的網絡(InfrastmcturelessNetwork)。移動Ad Hoe網絡MANET(Mobile Ad HoeNetwork)節點不但可自由移動，還可隨時進入或退出網絡，網絡的拓撲結構不固定。

1，2 Ad Hoc網絡的節點

按各部分實現的功能可將Ad Hoc網絡的節點分為主機、路由器和電臺三部分。主機部分負責人機接口、數據處理，完成普通移動終端的功能。路由器部分負責維護網絡的拓撲結構和路由信息，完成報文的轉發功能。電臺部分負責為信息傳輸提供信道支持，完成無線通信功能。

1，3 Ad Hoc的網絡結構

Ad Hoc網絡有兩種結構：平面結構和分級結構。

在平面結構中，所有節點的地位平等，所以又稱為對等式結構。這種結構的Ad Hoc網絡比較簡單，網絡中所有節點功能相同、完全對等，整個網絡無中心、不存在瓶頸，健壯性很強。缺點是節點要負責到達所有其他節點的路由，維護這些動態變化的路由需要較大的網絡開銷，可擴充性差，網絡規模不能太大。

在分級結構中，整個網絡被劃分為若干個簇，每個簇由一個簇頭和若干個簇成員組成，簇頭形成高一級的網絡。在高一級網絡中，又可以分簇，再形成更高一級的網絡，直至最高級。在這種結構中，簇頭可以預先指定，也可由節點使用算法自動選舉產生。簇頭節點負責簇間數據的轉發，簇成員的功能比較簡單，不需要維護復雜的路由信息。這大大減少了網絡中路由控制信息的開銷，具有較好的可擴展性，適合較大規模的網絡。由于簇頭節點可以隨時選舉產生，分級結構也具有很強的抗毀性。這種結構的缺點是，維護分級結構需要節點執行簇頭選舉算法，簇頭節點可能會成為網絡的瓶頸。

2 Ad Hoc網絡的特點

2，1多跳路由

當Ad Hoc網絡中的節點要與本節點無線覆蓋范圍之外的節點通信時，需要通過各中間節點的多跳轉發，這種多跳路由是由普通的網絡節點完成的，而不是由專用路由設備完成的，這是與其他網絡的最根本區別。

2，2自組織

Ad Hoc網絡的各節點通過相關協議和算法協調各自的行為，若干節點可快速、自動地組成一個獨立的通信網絡。自組織是Ad Hoc網絡的重要特點。

2，3無中心

Ad Hoc網絡沒有嚴格的中心節點，是一個對等式的網絡，節點隨時都可以加入或離開網絡，任何節點的故障都不會導致整個網絡癱瘓，具有很強的抗毀性。

2，4動態拓撲結構

由于各節點可隨時開機和關機、可隨處移動；由于地形因素使無線裝置接收功率發生的變化、無線信道間的相互干擾等影響，節點間通過無線信道形成的無線網絡拓撲結構是隨時變化的。

2，5帶寬有限

Ad Hoc網絡采用無線傳輸技術作為底層通信手段，而無線信道本身的物理特性決定了其所能提供的網絡帶寬要比有線信道低得多，再加上競爭無線信道產生的碰撞、信號衰減、信道間干擾等影響，Ad Hoc網絡的帶寬非常有限。

2，6能量有限

在移動Ad Hoc網絡中，節點由電池供電，能量有限，當節點轉發數據時會耗費更多的能量，所以在路由策略上需考慮節點的能量因素。

2，7安全問題突出

由于采用無線信道、由節點完成路由、沒有網絡邊界等，Ad Hoc網絡中的安全問題非常突出，易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪“睡眠”等網絡攻擊。

3 Ad Hoc的路由協議

按路由發現的策略不同，Ad Hoc網絡的路由協議分為主動路由協議、按需路由協議以及混合路由協議。

3，1主動路由協議

主動路由協議也叫先驗式(Proactive)路由協議或表驅動路由協議。主動路由協議的路由發現策略與傳統路由協議相似，各節點通過周期性地廣播路由信息分組，交換路由信息而主動發現路由。在這種路由協議中，每個節點維護一張到達其他節點的路由表。當一個節點檢測到網絡拓撲結構發生變化時，便在網絡中發送更新消息，收到更新消息的所有節點將自己的路由表更新以維護及時的、準確的路由。主動路由協議主要有：目的站編號的距離矢量DSDV(Desti-nation Sequenced Distance Veetor)、無線路由協議WRP(wireless muting protocol)等。這種路由協議的時延較小，但網絡需要傳遞大量的路由控制報文信息，協議的開銷較大。

3，2按需路由協議

按需路由協議又稱反應式(Reactive)路由協議或隨選路由協議，是一種當需要發送數據且沒有去往目的節點的路由時才查找路由的路由策略。在這種路由協議中，節點不需要維護及時準確的路由信息。與主動路由協議相比，按需路由協議的開銷小，但是數據報傳送的時延較大，不適合用于實時性較強的網絡。按需路由協議主要有：動態源路由協議DSR(Dynamic Source Routing)，按需距離矢量協議AODV(Ad-hoe on Demand Distance Vector)，臨時排序路由協議TORE(Temporary Ordered Routing Algorithm)等。

3，3混合式路由協議

Ad Hoc無線網絡中單純采用主動路由協議或按需路由協議都存在很大的缺點，不能完全解決路由問題。混合式路由協議是結合主動路由協議和按需路由協議的優點而產生的，它在一定網絡區域內使用主動路由協議，維護準確的路由信息，縮小路由控制消息傳播的范圍，在區域間則采用按需路由協議。這樣既可以減少路由協議的開銷，時延特性也得到了改善。

混合式路由協議主要有區域路由協議ZRP(ZoneRouting Protocol)，該協議中網絡內的所有節點都有一個以自己為中心的虛擬區，區內的節點數與設定的區半徑有關。與分群路由的區別在于ZBP協議中區是重疊的。

Ad Hoc網絡的路由協議是一個比較復雜的問題，很難有一個路由算法和機制完全令人滿意并適合所有的網絡使用環境，只能根據具體網絡的特點和需要選擇或設計最適合的路由協議。

4 Ad Hoc在西藏的應用前景

因Ad Hoc網絡特有的無需架設網絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，除了軍事用途外，它在民用領域也有廣泛的應用。Ad Hoc網絡在西藏自治區主要有如下的應用前景。

4，1地理考查

西藏自治區有高原、谷地、高山峽谷等復雜地形，有冰緣、巖溶、風沙、火山等豐富地貌，有金沙江、怒江、瀾滄江和雅魯藏布江等著名河流，有納木錯、色林錯等高原湖泊，有深達5382米的地球上最深的峽谷一雅魯藏布江大峽谷。

這些豐富的地理資源，使在西藏進行地理考察的需求量非常大。在進行地理考察時，很難有預設的通信設施支持，考察人員無法依賴固定或預設的網絡設施進行遙信。Ad Hoc網絡技術的獨立組網能力和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。地理考查人員可使用各自的設備，用Ad Hoc網絡技術進行必要的數據通信。

4，2生態保護

青藏高原生態脆弱，自然環境一旦遭到損壞很難恢復。要很好地保護環境及對生態環境進行研究，Ad Hoc網絡技術的一大應用領域一無線傳感器網絡是一個很好的工具。如進行凍土保護研究時，可以把大量小巧的、廉價的傳感器網絡節點投放到需要研究及保護的區域，讓這些傳感器節點采集所在區域的相關生態數據，并用組成的Ad Hoc網絡把所采集到的數據傳回研究中心，供專家們分析研究。

4，3藏羚羊研究

現僅存于我國青藏高原的珍稀野生動物藏羚羊，生存環境日漸惡化，活動范圍越來越小，種群數量大幅度萎縮。自然環境的惡化和青藏高原生態的失街，以及對藏羚羊生物特性及其對生存環境的要求知之甚少等問題，是影響對藏羚羊實施有效保護的障礙，盡快開展對藏羚羊的科學研究迫在眉睫。

在對藏羚羊的研究和保護中，Ad Hoc網絡可發揮重要作用。如對藏羚羊生物特性以及其對生存環境的要求進行研究時，可使用無線傳感器網絡來采集科研工作所需要的各種數據。

4，4登山通信

蜿蜒于青藏高原南側的喜馬拉雅山，有海拔8844.43米的世界第一高峰一珠穆朗瑪峰及其他4座8000米以上高峰。在登山活動中，隊員及相關人員可通過Ad Hoc網絡相互進行數據通信，互相傳送語音及圖像信息。并可通過匯集節點與基地聯絡，甚至接入Internet，訪問相關資源，或讓全世界更多的人通過互聯網同步感受登山過程，了解登山活動。

4，5臨時會議

西藏既有獨特的高原雪域風光，又有嫵媚的南國風采，而與這種大自然相融合的人文景觀，也使西藏在旅行者眼中具有真正獨特的魅力。西藏的這些旅游優勢，會吸引全國各地、全世界各地的人們來這里召開各種會議，這些會議的召開具有突發性，除布置必要的固定設施支持其通信及與外界聯絡外，Ad Hoc也可作為一種必要補充，擴大及延伸與會者的通信及服務范圍。

4，6災后救援

Ad Hoc在災后救援等方面也有很明顯的優勢。如地震、冰凍雪災及其他災難等的發生有很大的偶然性與突發性，可能使原有的通信網絡設施(如有線通信網絡、蜂窩移動通信網絡的基站、衛星通信地球站以及微波接力站等)損壞或無法正常工作。而一旦災害發生，社會又要很快投入到救援行動中，這種情況下就可用Ad Hoc不依賴任何固定網絡設施又能快速布設的自組織網絡技術為救援人員提供所需的通信服務，以便于傳輸數據，相互聯系等。

5結束語

Ad Hoc網絡不依賴于預設的通信設施、自組織、無中心、動態拓撲、通過中間節點多跳轉發完成節點間通信，是對原有網絡形式的一極大的豐富和補充。隨著Ad Hoc相關技術的成熟，隨著其路由協議的豐富和完善，這種網絡形式必將在西藏得到廣泛地應用，必將具有廣闊的應用前景。