Ad Hoc 自组织网络

1、Ad Hoc自组织网络12070423 程鹏Ad Hoc网络是基于预先架设网络基础设施的无线网络，他依赖于基站、无线接入点等 现有基础设施网络。自组织网络的应用需求有临时会议，紧急情况科学考察，探险，军事战 场，接入网络服务商所需的时间和成本，现有服务和架构的性能或者能力，远离网络基础设 施而希望保持与网络的连接。Ad Hoc结构是一种省去了无线中介设备AP而搭建起来的对等网络结构，只要安装了无 线网卡，计算机彼此之间既可实现无线互联；其原理是网络中的一台计算机主机建立点到点 连接，相当于虚拟AP，而其他计算机就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。自组织网的起源与1972年战场环境下

2、的用于数据通信的分组无线网，1983年发展成支 持大规模网络，适应战场快速变化环境需要的自适应网络协议的抗毁自适应网络。1994年 进一步发展为满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁星的移动信息系统。1991年IEEE 802.11首次提出“Ad Hoc网络” 自组织、对等式、多跳无线移动通信网络。1997年IETF 成立MANET工作组 基于IP的无线多跳网络路由。2003年IRTF成立ANS研究组。Ad Hoc网络是由一组带有无线通信收发装置的(移动)终端节点组成的一个多跳临时性 自治系统。每个(移动)终端同时具有路由器和主机两种功能：作为主机，终端需要运行面向 用户的应用程序；作为路由器

3、，终端需要运行相应的路由协议。节点间路由通常由多跳(Hop) 组成。不需要网络基础设施，可以在任何地方、任何地点快速构建。Ad Hoc网络的特点有：独立组网一一不需要任何预先网络基础设施。动态拓扑一一节 点移动/开机/关机，节点无线发送功率变化、无线信道干扰或者地形等因素影响。自组织一 一无控制中心，节点故障不会影响到整个网络。多跳路由一一接收端和发送端可使用比两者 直接通信小得多的功率进行通信，因此节省了能量消耗。通过中间节点参与分组转发，能够 有效降低对无线传输设备的设计难度和成本，同时扩大了自组织网络的覆盖范围。特殊的无 线信道特征一一无线信道提供的网络带宽比有线信道低得多，竞争无线共享

4、信道产生碰撞。 信号衰落、噪声干扰以及信道之间的干扰等。终端的局限性一一能量、存储、计算等资源受 限。安全性差一一无线链路的开放性，移动性导致节点之间信任关系的变化。可扩展性不强 一一节点之间的相互干扰造成网络容量下降，各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下降。 存在单向无线信道一一终端发射功率的不同及地形环境的影响。Sensor网络可以看作是一种特殊类型的Ad Hoc网络。各个无线节点静态地随机分布在某 一区域。传感器负责收集区域内的传感信号，将它们发到网关节点。网关具有更大的处理能 力，能进一步处理信息，并且具有更大的发送范围，可将信息送往某个大型网络(Internet) 并且到达最终的用户

5、。Ad Hoc网络所面临的问题特殊的信道共享方式:共享信道，隐藏节点问题/暴露节点问题。 动态变化网络拓扑：传统路由协议花较高代价获取的路由信息可能已经陈旧。有限的无线传 输带宽一一减少节点之间的交换的消息，减少控制消息带来的额外开销。有限的能量一一能 量管理机制，各层考虑能量控制，包括网络层路由。安全问题一一无线信道的开放性更容易 受到各种攻击，移动性使得节点的信任关系不断变化，由于节点资源受限，安全机制应该是 分布式的。拓扑管理一一确定将一组节点组织成网络的机制。移动性管理跟踪网络中移 动节点的位置。服务质量管理一一多跳拓扑动态变化的移动Ad Hoc网络使得服务质量保证 更加困难。自动配置

6、。实现Ad Hoc网络的关键技术有：路由协议一一感知网络拓扑结构的变化，维护网络拓扑 的连接，高度自适应性，能量、服务质量等约束。服务质量管理。功率控制信道接入技 术，节能机制。传输层性能。Ad Hoc网络互联一一多个Ad Hoc网络互联，Ad Hoc内部节点 访问Internet。安全问题，网络管理。Ad Hoc节点结构：主机：运行应用程序，完成数据处理等功能。路由器：运行路由协议， 完成路由选择、转发分组等功能。无线收发装置：完成数据传输功能。网络结构：所有节点 地位平等，网络被划分为簇(Cluster)，每个簇由簇首节点(Cluster Head)和簇成员节点(Cluster Membe

7、r)构成。簇首节点可形成更高一级的网络。网络协议栈：基于TCP/IP体系结构 与Internet互联。传统路由协议需要修改，以适应网络拓扑结构动态变化。传输层实现适应 于无线网络的端到端可靠服务。Ad Hoc网络多用于能量受限的环境，能量管理尤为重要， 因此各层都定义相应的节能机制。Ad Hoc网络中的跨层设计：严格分层的体系结构OSI参考模型，TCP/IP模型)协议的 设计缺乏足够的适应性，不能满足Ad Hoc网络动态变化的需求，特别是在能量或者QoS等 约束条件下。跨层体系结构任意层之间能够进行信息交互协作。在动态环境下，根据能 量或者QoS等约束条件自适应调节。避免重复的功能，减少开销。

8、减少反应时间，快速适 应网络动态变化。Ad Hoc路由需要进行通信的两个节点可能不在相互的无线信号范围内，需要其它节点承 担转发工作，节点移动后需要重新建立新的路由。Ad Hoc网络划分为区域，即个节点在区 域内部采用表驱动路由，对于区域外节点采用按需路由，簇和区域的不同，簇内所有节点都 与簇首直接通信，簇内节点间的通信一般是两跳，区域的大小没有限制，区域内的节点通信 可以多跳。Ad Hoc路由协议的性能指标：端到端数据吞吐量和延时一一反映了数据的传输质量。路 由获取时间一一有数据要发送到发送出去的时间。乱序分组发送率一一衡量无连接路由协议 应用于需要有序发送的传输层协议例如TCP时的性能。路

9、由协议的效率路由控制消息、/ 发送数据。由于Ad hoc网络的特殊性，它的应用领域与普通的通信网络有着显著的区别。它适合被 用于无法或不便预先铺设网络设施的场合、需快速自动组网的场合等。针对Ad hoc网络的 研究是因军事应用而发起的。因此，军事应用仍是Ad hoc网络的主要应用领域，但是民用 方面，Ad hoc网络也有非常广泛的应用前景。它的应用场合主要有以下几类：2.1、军事应用军事应用是Ad hoc网络技术的主要应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、 抗毁性强等特点，它是数字人战场通信的首选技术。Ad hoc网络技术已经成为美军战术互 联网的核心技术。美军的近期数字电台和无线

10、互联网控制器等主要通信装备都使用了 Ad hoc 网络技术。2.2、传感器网络传感器网络是Ad hoc网络技术的另一大应用领域。对于很多应用场合来说传感器网络只能 使用无线通信技术。而考虑到体积和节能等因素，传感器的发射功率不可能很大。使用Ad hoc 网络实现多跳通信是非常实用的解决方法。分散在各处的传感器组成Ad hoc网络，可以实 现传感器之间和与控制中心之间的通信。这在爆炸残留物检测等领域具有非常广阔的应用前 景。2.3、紧急应用在发生了地震、水灾、强热带风暴或遭受其他灾难打击后，固定的通信网络设施(如有线通 信网络、蜂窝移动通信网络的基站等网络设施、卫星通信地球站以及微波接力站等)可

11、能被 全部摧毁或无法正常工作，对于抢险救灾来说，这时就需要Ad hoc网络这种不依赖任何固 定网络设施又能快速布设的自组织网络技术。类似地，处于边远或偏僻野外地区时，同样无 法依赖固定或预设的网络设施进行通信。Ad hoc网络技术的独立组网能力和自组织特点， 是这些场合通信的最佳选择。2.4、个人通信个人局域网(PAN,Personal Area Network)是Ad hoc网络技术的另一应用领域。不仅可用于 实现PDA、手机、手提电脑等个人电子通信设备之间的通信，还可用于个人局域网之间的多 跳通信。蓝牙技术中的超网(Scatternet)就是一个典型的例子。2.5、其他Ad hoc网络还可以与蜂窝移动通信