水下傳感器組網拓撲結構研究

萬 駿

（三峽大學 湖北 宜昌 443003）

1 Ad Hoc網絡應用在軍事中的背景意義

隨著我國軍事實力的不斷增強，在國際地位的話語權顯著提升。我國海軍急切地需要建立暢通無阻的通信自組網絡系統(tǒng)，構建穩(wěn)定、快速、高效的通信網絡，滿足現(xiàn)代化海軍作戰(zhàn)的需要。

Ad hoc網絡與其他無線網絡組網結構有很大差異，網絡中并未設置任何中心節(jié)點，全部結點的地位均是等同的，作用是相等的，不但具有其他無線網絡節(jié)點的基本功能，而且還能作為其他節(jié)點的中轉站，具有轉發(fā)傳播的功能。正是基于這一優(yōu)勢，Ad hoc網絡與其他無線移動網絡相比，各節(jié)點能夠自由進入網絡或者離開網絡，節(jié)點的增加和刪減，對Ad hoc整個網絡的運行并未產生影響，具有靈活自由、抗打擊、抗毀壞的能力。Ad hoc網絡可有效解決水下網絡通訊的弊端，增強水下通訊的穩(wěn)定性和可靠性，對貫徹新形勢下軍事戰(zhàn)略方針，組建一支強大的海洋艦隊，保衛(wèi)我國的海洋領土具有重要的意義。

2 Ad Hoc網絡的作用

2.1 Ad Hoc網絡的概念

“Ad Hoc”概念最初來源于拉丁語，本意是專用的、特定的，引申意思為“為某種目的而專門設置的”。Ad Hoc網絡通常也稱為“無固定設網”、“自組織網”、“多跳網絡”。目前，Ad Hoc網絡已經獲得各國的認可，由于其自組網、抗毀壞、快速的傳輸特點，被廣泛應用到軍事和民用領域。尤其水下作為無線網絡通信的瓶頸，長期以來，由于受水下通信技術的傳輸限制，水下通信效果不佳，Ad Hoc網絡的應用改善了這一現(xiàn)狀，已經成為水下軍事作戰(zhàn)信息通信的核心技術，未來應用空間巨大。

2.2 Ad Hoc網絡提出的歷史過程

Ad Hoc網絡最開始被美國國防部首次提出的未來通訊的核心技術，主要用于在軍事作戰(zhàn)通信中。他是基于之前的技術，重新構建的一種適合全球信息化發(fā)展的新型網絡構架，開啟了一場人類歷史性的無線網絡通信技術的革命。

2.3 Ad Hoc的網絡結構

當前，水下無線通信組網包括分層分布式結構和平面式結構。分層式網絡結構中按照簇（CLUST）的組成來進行劃分單元。每一組簇由一個簇首和其它多個成員組成，這些簇首聚集在一起，能夠形成上一層級的網絡結構，在上一層級的網絡結構中又可以形成新的簇，發(fā)展成更高層級的網絡結構。分層分布式網絡結構需要由中心節(jié)點向其它節(jié)點轉發(fā)信息。而平面式結構所有節(jié)點在網絡中的地位是平等的，發(fā)揮的作用是等同的。這種網絡結構每個節(jié)點可以靈活進入網絡，不會影響整體網絡的通信結構。軍事中水下節(jié)點包括潛艇、航行器、魚雷等，水下網絡采用上述無線網絡通訊結構，提高了各節(jié)點通信的自由度，使通信傳輸更暢通自如。見圖1。

2.4 Ad Hoc的路由協(xié)議

水下通信自組網在網絡拓撲結構出現(xiàn)改變時，能夠第一時間重構網絡。而路由協(xié)議是保障網絡穩(wěn)定的基礎，路由算法的改進和提升是Ad Hoc網絡性能的關鍵，路由信息表是實現(xiàn)路由技術的重要途徑。水下通信自組網通過路由表的連接可以實現(xiàn)各節(jié)點的無線通信，以最簡單的網絡結構進行解釋，便于更好理解路由協(xié)議。見表2。

基于無線網絡的路由協(xié)議包括DSDV、WRP、DSR、LMR、AODV等。DSDV協(xié)議是對Bellman-Ford協(xié)議的改進，解決無窮循環(huán)計數問題，每個節(jié)點的信息存儲在同一張路由表中，路由信息發(fā)送具有周期性，為防止路由環(huán)路問題的發(fā)生。其算法如下：

AODV協(xié)議是根據DSDV演變發(fā)展而來，按照實際網絡的需求開展信息發(fā)送，根據數據信息量建立路由，是按需路由協(xié)議之一。

3 Ad Hoc網絡的軍事應用

Ad Hoc網絡在復雜水下環(huán)境中傳輸無線信息，使水下艦艇編隊、水下全過程監(jiān)視、立體式協(xié)同作戰(zhàn)等方面成為現(xiàn)實，具有較大的應用前景。一是應用Ad Hoc網絡在潛艇之中，使水下活動更為隱蔽，可以提供持續(xù)不間斷的無線網絡通信服務，提高傳播信道穩(wěn)定性，大幅度提升潛艇的作戰(zhàn)能力。二是Ad Hoc網絡在水下軍事中的應用為水下提供了通信暢通的網絡，去中心指揮信息平臺的通信方式，為海軍水下編隊，與空軍、陸軍協(xié)同作戰(zhàn)提供基礎，提升了立體性的作戰(zhàn)協(xié)同能力。三是因深海水下環(huán)境極其復雜，潛艇和人員無法進入這部分海域實行監(jiān)控。通過Ad Hoc網絡搭建水下監(jiān)控網絡，將UUV作為通信節(jié)點逐步搭建網絡，可以實現(xiàn)復雜水域的全過程監(jiān)控。

4 結語

綜上所述，本文通過對比Ad Hoc網絡在水下軍事應用的優(yōu)勢，得出Ad Hoc網絡拓撲結構比其他拓撲結構更適用于水聲通信，在水下無線通信中應用Ad Hoc網絡組網通信效果優(yōu)于其他網絡技術，為組建水下艦艇編隊的無線通信網絡、實現(xiàn)深海不間斷監(jiān)測等軍事應用提供了途徑，對建設海軍強國具有重要意義。