認知Ad hoc網絡與傳統Ad hoc網絡的研究

喬瑞娟 張雅男 劉廷廷 李珊珊

摘 要：本文介紹了傳統的Ad hoc網絡的基本網絡結構以及涉及到的關鍵技術，分析了傳統的Ad hoc網絡發展趨勢及面臨的技術問題。在傳統的Ad hoc網絡中結合認知無線電技術，構建具有認知功能的無線自組網，并分析了發展趨勢。

關鍵詞：Ad hoc網絡；無線自組網絡；認知技術

1 引言

無線Ad hoc網絡是一種自組織、自適應、不需要基礎設施的網絡。自20世紀90年代中后期以來，無線Ad hoc網絡的標準化有了很大的發展，但是作為移動的無線網絡Ad hoc網絡有很大的缺點，比如信道干擾嚴重，信號不穩定，設計非常復雜，因此面臨很多挑戰。

2 Ad hoc網絡的網絡結構

Ad hoc網絡一般可以分為兩種結構：平面結構和分級結構。在平面結構中，所有結點地位平等又可以稱為對等式結構。而在分級結構中，網絡被劃分為簇，每個簇由一個簇頭或多個簇頭組成，這些簇頭形成了高一級的網絡。同樣在高一級網絡中，又可以分簇，再次形成更高一級的網絡，直至最高級網絡。

平面結構的網絡結構較簡單，網絡中所有結點是完全對等的，原則上不存在瓶頸，較健壯。但是它存在缺點即可擴充性較差，并且對路由的路徑必須非常清楚，因此維護這些路由信息必然需要大量的控制消息。然而在分級結構的網絡中沒有必要維護這些復雜的路由信息。這就大大減少了網絡中路由控制信息的數量，因此具有很好的擴充性。

3 Ad hoc網絡中的關鍵技術

一般無線網絡系統是干擾受限的系統，需要進行功率控制或速率控制。由于無線Adhoc網絡中可能存在多跳，在一個多跳、承載數據業務的網絡中進行功率控制很困難，因此需要一種自適應的功率控制與速率控制相結合的方法，可以在一定程度上使網絡的工作狀態處在最佳。

無線Ad hoc網絡中一般不存控制中心，接入控制的工作通過分布式完成，經常存在隱蔽終端和暴露終端問題。有的許多媒體接入控制協議在傳輸高速數據時，設計了一些時間片迸行控制或保護，這些控制對傳送高速數據來說可能造成一定的浪費。能否設計一種更為合理的，適用于無線Ad hoc網絡的媒體接入協議將直接影響到整個無線Ad hoc網絡的性能。

4 認知Ad hoc網絡

Ad hoc網絡使用無線技術作為底層通信手段，與有線信道相比，帶寬窄，信道質量差，對協議的設計提出新的要求。因此認知Ad hoc網絡技術成為重要的技術之一。

認知網絡不是簡單的停留在認知無線電層次，而是上升到整個網絡的層次，即實現端到端的目標。端到端的目標立足于全網，要求數據流所經過的所有網絡元素都采取相應的措施來保證數據流的可靠傳輸。認知網絡的認知過程是它的最大的特征，其具有自調節和自適應能力，能對“感知—規劃—決策—行動”整個動態自適應過程進行學習，并將學習到的知識用于指導未來的決策。如圖1所示的認知反饋環很好地說明了認知網絡是如何通過學習來指導網絡的決策和行動的。

由于認知Ad hoc網絡采用了認知無線電技術，使得認知Ad hoc網絡與傳統的Ad hoc網絡存在著很多區別：①在頻譜方面，認知Ad hoc網絡中的授權用戶的“出現”和“消失”不斷變化，自然環境和認為的干擾，使得節點的可用頻譜集隨時間和空間不斷變化，而傳統的Ad hoc網絡各個節點的可用頻譜集相同且是固定不變的；②在設備方面，認知Ad hoc網絡中認知節點具備認知功能，能夠實時的進行頻譜和授權用戶的檢測，而傳統的網絡則沒有；③在網絡拓撲方面，認知Ad hoc網絡中的網絡拓撲的動態變化主要是由節點的可用頻譜集的變化和節點的移動性造成的，且節點間存在更復雜的合作和競爭關系，而傳統的網絡中網絡拓撲的動態變化僅僅是由節點的移動性引起的。

5 結束語

由此可見，認知Ad hoc網絡具有很多的優良特性，因此有非常廣泛的應用前景。認知網絡的研究目前正處于初級階段，它的設計和實現遠比常規的網絡復雜的多。

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