移動Ad Hoc網絡技術的分析

劉巧平,王建望

（1.延安大學物電學院通信工程專業，陜西延安,716000;2、中鐵一局集團第五工程有限公司，陜西寶雞,721000）

移動Ad Hoc網絡技術的分析

劉巧平1,王建望2

（1.延安大學物電學院通信工程專業，陜西延安,716000;2、中鐵一局集團第五工程有限公司，陜西寶雞,721000）

移動Ad Hoc網絡，它是Mobile Ad Hoc Networks的簡稱，它不會受到空間與時間的制約，更加快捷和方便，不但能夠在危險環境、遠距離、戰場、會議和救援等環境當中應用，而且還能夠擴展末端網絡，它的應用具有普遍性。為此，本文論述了移動Ad Hoc網絡的基本概念和特點，接著分析了移動Ad Hoc網絡設計面臨的挑戰，最后討論了它的應用。

移動Ad Hoc網絡；多跳；自組織

0 引言

移動Ad Hoc網絡作為一種無限移動通信網絡而言，具有本身的特殊性。它屬于一個多跳的臨時性自治系統，該系統是由無線收發裝置的移動終端而組成的，在新一代的移動通信系統實施規劃當中，它是最有可能被實施的末端網絡。在Ad Hoc網絡當中，節點的地位都是平等的，不需要核心的控制節點，它的抗毀性是也是非常強的。移動終端具備路由器和主機的雙重功能。在這樣的網絡環境下，是能夠獨立運行的，也能夠將蜂窩無線網絡或者是Internet接入。在無線移動 Ad hoc 網絡的影響下，人們能夠在一切環境當中自由地通信，與此同時，也有利于臨時性通信與災難救助的順利進行。近些年以來，計算機與通信領域的研究熱點之一就是Ad hoc 網絡。

1 Ad Hoc網絡的特點

Ad Hoc網絡屬于無中心、臨時性、多跳和自組織的網絡。網絡當中的所有終端具有相等的地位，并且是能夠移動的。這跟有線網絡進行比較，Ad Hoc 網絡也具備自身的一些特性。

（1）多跳。當在它們的目的節點和移動節點不可以直接通信的時候，它們就轉發通過中間節點對它們發送的分組。這樣，目的節點與源節點就能夠應用比兩者直接通信小的功率實施通信，從而有效地減少了電池能量的損耗，中間的節點轉發分組，不但能夠降低成本與電磁干擾、功耗，而且還能夠使得移動終端的便捷性與靈活性提高，與此同時，使得自組織網絡的覆蓋面擴大。

（2）無中心。Ad Hoc網絡的結構是無中心的，任何節點具有平等的地位，屬于一種對等式的網絡，節點能夠實時地離開與加入網絡，能夠實時地處于關機與開機狀態。整個網絡的運行都不會受到所有節點故障的影響。Ad Hoc網絡所實施的方式是分布式的控制，這就讓它不但具備有效的魯棒性，而且具備抗毀性。

（3）獨立組網。Ad Hoc網絡具備獨立組網的能力，換言之，不要求事前網絡基礎設施的架設就能夠形成網絡。在節點開機之后，各自的行為是通過分布式算法與分層協議來協調的，在任何的時間和任何的地點，都能夠自動和迅速地組合成為一個獨立性的網絡。

（4）網絡拓撲結構的動態變化性。在移動 Ad Hoc 網絡當中，移動用戶能夠通過任何的方式與速度在網中進行移動，且能夠實時地關閉電臺，再者，無線發送設備地形因素、無線信道之間的干擾性、發送功率的改變、天線種類的多樣性，就使得網絡拓撲結構會出現改變，并且是較難預測改變的速度與方式的。而在網絡拓撲當中，重點是在分別的改變，鏈路的與節點的數量上。

像是圖1：節點F在節點B的通信范圍外進行移動，到達了D的通信范圍之內。盡管到了節點F不可以跟B進行直接的通信，可是能夠通過節點C、E、D跟B進行通信。

圖1 動態變化的拓撲結構

（5）鏈路容量受到帶寬限制的影響。Ad hoc網絡的底層通信方式是實施的無線傳輸技術，這跟有線信道進行比較，會受到帶寬的制約，無線信道會降低鏈路容量，且因為面臨信號干擾、噪聲干擾、多徑衰落等要素，所以無線鏈路容量變得更加有限，從而造成了移動節點的實際帶寬遠遠地小于理論值。

（6）移動終端面臨不足。移動 Ad Hoc 網絡當中的移動用戶終端的內存比較小，所帶的電源是有限的，CPU的處理能力比較差等，這增大了網絡設計的困難。

（7）安全性比較差。移動 Ad hoc 網絡這一種分布式的結構是無線形式的，因此會受到拒絕服務、被竊聽、主動入侵等的肆意攻擊。這就要求安全機制的健全。

（8）節點的功能是雙重性的。Ad Hoc 網絡當中缺少基站裝置，以節點之間的協同工作轉發報文的，所有的節點都為為它的幾點實施分組轉發，為此，移動節點充當著主機運行面向用戶的應用程序與運行有關路由協議的路由器，節點的功能是雙重性的。

（9）生存周期短。通常來講，Ad hoc 網絡是為了實現臨時性的要求而創建的，在完成任務之后，就會撤除它。

2 Ad hoc網絡的設計面臨的挑戰

在看到Ad Hoc網絡優良特性的同時還應注意到設計和應用該網絡時面臨的諸多困難。具體有以下幾點：

（1）提供的電源數非常有限。都是應用電池為多數節點進行供電的，因此應當確保網絡管理的負荷制約是最小值。應當盡可能地減少處理與收發的節點數目。

（2）網絡動態性改變的拓撲信息要求適合Ad Hoc網絡的安全路由協議來維護。

（3）Ad Hoc網絡需要提供QoS保障。人們渴望Ad Hoc網絡能夠對一些綜合性的業務進行傳送，且希望提供QoS保障不相同的業務。在Ad Hoc網絡當中，QoS支持的提供會存在新的挑戰與新的問題。

（4)安全性比較差是Ad Hoc網絡的一個特點，它容易受到惡意網絡的攻擊。為此，應當探究應用于Ad Hoc網絡的安全技術與安全體系結構。

(5)在Ad Hoc網絡當中，無線信道節點的隨意移動、干擾、衰落等要素會導致報文的丟失與碰撞，這會使得TCP的性能下降。為此，在 Ad Hoc網絡當中，應當修改傳輸層服務，以更加順利地傳輸數據。

（6）具有比較廣的網絡管理范圍，這主要有Ad Hoc網絡當中的服務管理、地質管理和移動性管理等。應當具備一定的解決機制，以有效地解決地質子配置和節點定位的問題。

由于Ad Hoc網絡屬于新興的網絡，所以面臨的挑戰可能會越來越多，它需要我們一一去解決，才能讓它更好的服務于人們。

3 Ad hoc網絡的應用領域

因為Ad Hoc網絡具有本身的特殊性，它能夠在臨時性自動快速組網的地方，以及不方便創建或者是沒有網絡裝置的地方應用。它的應用場所可以分為下面的幾種：

（1）與移動通信系統的結合：這種網絡能夠獨立性地運行，也能夠將蜂窩無線移動通信或者是Internet網絡接入，通過移動臺的多跳轉發以使蜂窩移動通信系統的覆蓋面擴大，對相鄰小區的業務加以均衡，從而使得小區邊緣的數據速率提高。

（2）商業應用：Ad hoc網絡還可以用于臨時的通信需求，如商務會議中需要參會人員之間互相通信交流，可以通過Ad hoc網絡來快速完成通信任務，結束后再迅速拆除。借助Ad Hoc網絡還能夠建立家庭無線網絡、無線數據傳輸系統和移動醫療監控系統，以及在自動高速公路協調車輛等。

（3）個人通信：不但能夠在PDA、手機、筆記本電腦等個人通信設施間進行通信，還能夠在實現個人局域網間的多跳通信。

（4）偏遠野外：當處于偏遠野外地區時，由于成本、地理環境惡劣等原因往往缺少有線通信設施，難以依靠預設的或者是固定的網絡裝置實施通信。Ad Hoc網絡的特點是自組織與單獨組網，這是偏遠野外進行通信的最理想選擇。它的主要有邊遠執行任務、野外礦山作業，以及野外勘測等等。

（5）臨時與緊急場所：在出現地震、強熱帶風暴、水災、火災，以及其它的災難之后，固定的通信網絡裝置不能夠有效運行或者是全面被毀壞，針對救災搶險而言，這就要求Ad Hoc網絡，由于它能夠迅速自動地組織網絡，并且不依賴于固定的網絡裝置，因此， Ad hoc網絡技術非常得有利于救災與搶險等。

（6）傳感器網絡：針對不少的應用場所而言，傳感器網絡僅僅可以應用于無線通信技術。且顧及到節能與體積等要素的影響，傳感器具有非常小的發射功率。散步在每一個地方的傳感器組成Ad Hoc網絡技術，從而形成一個新型的網絡，能夠在控制中心與傳感器間進行通信。因此，Ad Hoc網絡技術的一個應用領域就是傳感器網絡，并且它的應用前景是很廣闊的。

（7）軍事：Ad hoc網絡對基礎裝置沒有要求，能夠迅速地組網，具有魯棒性強與抗毀性的特點，它是數字化戰場實施通信的一項關鍵技術。

4 結語

總之，移動Ad Hoc網絡具有快捷和方便的優勢，不但能夠在遠距離、戰場、會議和救援等危險環境當中應用，還能夠擴展末端網絡，因此得它的應用是普遍性的。可是，它還面臨著一些不足之處，需要我們加以克服。在不斷增多的新的應用領域的影響下，新的挑戰的問題也越來越多。隨著日益增多的專家的進一步探究，日益健全的移動Ad Hoc網絡技術一定能夠在無線通信領域當中起著重大的作用。

[1] Perking C.Ad hoc Networking[M].New York,USA: Addison-Wesley,2001:5-20.

[2] 宋建剛.Ad Hoc網絡路由技術的研究：[碩士學位論文].武漢理工大學，2006:6.

[3] 孫弋.短距離無線通信及組網技術.西安：西安電子科技大學出版社，2008:229.

Analysis of mobile Ad Hoc Networks technology

Liu Qiaoping1,Wang Jianwang2
(1.Institute of Physics and Electronics Communication Engineering;Yanan University,Shanxi,716000, China; 2.The Fifth Engineering CO.,LTD.Of China Railway First Group,Baoji,Shanxi,721000,China)

It would not be space and time constraints,more efficient and convenient,not only in hazardous environments,remote battlefield,conferences and rescue environment in which applications,but also to extend the end of the network,its application is universal.Therefore,this article discusses the basic concepts and features of Mobile Ad Hoc Networks,and then analyzes the challenges faced by mobile Ad Hoc network design, it is best to discuss its applications.

Mobile Ad Hoc networks (MANETS)；Self-Organized Multi-hop

TN393

A

劉巧平（1981-），女，漢，陜西武功，延安大學信息學院講師，主要研究方向：無線通信技術術（Ad Hoc網絡，OFDM(正交頻分復用)技術等)。

王建望（1981-），男，漢，陜西武功，中鐵一局集團第五工程有限公司工程師，主要研究方向：公路橋梁及爆破技術。

氧化鋅納米線低溫水熱法制備及特性研究（陜西教育廳11JK0846）,基于超聲波技術的高精度原油流量測量系統研發（陜西教育廳12JK0495）,延安大學自然科學專項基金項目(YD2011-11）共同支助