无线Adhoc网络技术样本

无线Adhoc网络技术摘要：无线Adhoc网络是随着无线通信技术迅速发展而浮现一种新型网络。文章详细简介了无线Adhoc网络由来、重要特性、核心技术和应用等方面，并展望了它发展前景。核心词：Adhoc网络；路由技术；安全问题；互联；分层自组网；多跳网ABSTRACT：Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologies,thewirelessAdhocnetworkcomesupasanewtypeofnetwork.Thispaperdescribestheorigin,features,keytechnologiesandapplicationsoftheAdhocnetworkindetail,andforecastsitsdevelopmenttrends.KEYWORDS：Adhocnetwork;Routingtechnology;Securityproblem;Interconnection;Hierarchicalself-organizingnetworks;Multi-hopnetwork近几年，无线网络在支持移动性方面发展非常迅速。按照移动通信系统与否具备基本设施，可以把移动无线网络提成两类。第1种类型是具备基本设施网络。移动节点借助于通信范畴内近来基站实现通信。在这样网络里，移动节点相称于移动终端，它不具备路由功能，而只有移动互换机负责路由和互换功能。这种类型网络典型例子有蜂窝无线系统、办公室无线局域网等。移动无线网络第2种类型是一种无基本设施移动网络，也就是无线Adhoc网(见图1)。它是一种自治无线多跳网，整个网络没有固定基本设施，也没有固定路由器，所有节点都是移动，并且都能以任意方式动态地保持与其他节点联系。在这种环境中，由于终端无线覆盖范畴有限性，两个无法直接进行通信顾客终端可以借助于其他节点进行分组转发。每一种节点都可以说是一种路由器，它们要能完毕发现和维持到其他节点路由功能。典型例子有交互式讲演，可以共享信息商业会议，战场上信息中继，以及紧急通信需要。Adhoc网络技术早在20近年前就已开始研究，且研究重点重要放在国防项目上，诸如抗毁、自适应网络研究筹划(SURAN)、低开销分组无线网络研究筹划(LCR)。其最初项目支持者是美国国防高档研究筹划局(DARPA)和美国陆军以及海军研究办公室(ONR)。当前，美国政府资助这方面筹划仍在继续进行，例如战术互联网、近距离数字无线电台。Adhoc网络技术在军事领域发展同步，也引起了商用领域极大兴趣。Internet工程任务组(IETF)也成立了一种移动Adhoc网络工作组(MANET)，其重要目的就是针对无线Adhoc多跳网开发一种基于IP合同路由机制，使得IP合同扩展到这种自组织、迅速移动无线网。1无线Adhoc网络特点无线Adhoc网络是由移动主机构成自主系统，重要特性如下：(1)网络自主性无线Adhoc网相对常规通信网络而言，最大区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要既有信息基本网络设施。这也是个人通信一种体现形式。(2)动态拓扑节点具备任意移动性。此外，无线传播条件迅速变化，也导致了网络拓扑需以不可预测方式任意和迅速地变化。(3)带宽限制和变化链路容量无线Adhoc网络采用无线传播技术作为底层通信手段，其相对于有线信道具备较低容量；并且由于多路访问、多径衰落、噪声和信号干扰等各种因素，使得移动节点实际带宽不大于理论上最大带宽值。(4)能量限制节点移动节点依托电池提供工作所需能量。减少功耗将是影响网络合同设计一种非常重要因素。(5)多跳通信由于无线收发机信号传播范畴有限，Adhoc网络规定支持多跳通信。这种多跳通信由此也带来了隐藏终端、暴露终端和公平性等问题。(6)分布式控制无线Adhoc网络中顾客节点都兼备独立路由和主机功能，不存在一种网络中心控制点，顾客节点之间地位是平等，网络路由合同普通采用分布式控制方式，因而具备很强鲁棒性和抗毁性。而在常规通信网络中，由于存在基站、网控中心或路由器这样一类集中控制设备，顾客终端与它们所处地位不是对等。(7)有限安全性普通，移动无线网络由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等因素，会比有线网络更易受到安全性威胁。这些安全性袭击涉及窃听、电子欺骗和回绝服务等袭击手段。2无线Adhoc网络核心技术2.1无线Adhoc网络路由技术在Adhoc网络里，移动节点通过多跳无线链路实现互相间通信。整个网络没有固定基本设施，例如基站。网内每一种节点都可作为路由器，向其他节点转发数据分组。开发一种能有效地找到节点间路由动态路由合同就成为Adhoc网络设计核心。Adhoc路由合同需要可以实现如下功能：(1)能感知网络拓扑构造变化Adhoc路由合同要可以检测到网络拓扑动态变化。由于Adhoc网络需要进行多跳通信,因此路由合同必要保证途径中链路具备很强连接性。Adhoc网络中节点必要懂得它周边环境和可以与它直接进行通信节点。Adhoc网络里提供网络连接办法重要有两种：平面路由网络构造和分层路由网络构造(见图2)。在平面路由网络构造中，所有节点都是平级，分组路由是基于对等连接。但是在分层路由构造中，较低层至少要有一种节点作为与高层联系网关。(2)维护网络拓扑连接由于每个移动主机都可以随时变化位置，因此网络拓扑是频繁变化。这样，Adhoc路由合同为了维持节点之间链路具备较强连接性，它必要动态更新链路状态和对自己重新配备。如果采用中心控制路由算法，为把节点链路状态变化传送到所有节点，就会消耗过多时间和精力，显然是不适合。因此要采用一种全分布式路由算法。(3)高度自适应路由相对于有线网络里静态节点，Adhoc网络规定一种高度自适应路由机制，来解决迅速拓扑变化。而老式路由合同，如距离矢量和链路状态算法，规定在指定路由器间互换大量路由信息，因而在Adhoc网络里都不能有效地工作。因此针对Adhoc网络特点，提出了新路由算法。总来说，这些路由算法可以分为3种类型：表驱动算法、需求驱动算法、表驱动和需求驱动算法相混合算法。表驱动路由合同采用周期性路由分组广播，来互换路由信息。每个节点维护去往全网所有节点路由。积极路由长处是当节点需要发送一种去往其她节点数据分组时，只要路由存在，发送分组延时就很小；缺陷是表驱动路由合同需耗费较高代价(如带宽、电源、CPU资源等)，使路由表可以跟上当前网络拓扑构造变化，但动态变化拓扑构造又也许使高价得来路由表中内容变成无效信息，路由合同始终处在不收敛状态。当前，这种类型无线Adhoc网络路由合同已提出了几种机制，用以改进这些方面性能。需求驱动路由合同是依照发送节点需要，按需进行路由发现过程，网络拓扑构造和路由表内容也是按需建立，因此其内容也许仅仅是整个网络拓扑构造信息一某些。按需路由长处是不需要周期性广播路由信息，节约了一定网络资源；缺陷是在发送数据分组时，因没有去往目节点路由，要暂时启动路由发现过程来寻找路由，因此数据分组需要等待一定期间延时，并且由于路由发现过程普通采用全网泛洪机制进行搜索，这在一定限度上也抵消了按需机制带来好处。当前，国内外研究人员基于各种不同角度提出了许多针对无线Adhoc网路由合同，其中一某些也提交到Adhoc网工作小构成为RFC草案。下面列举某些典型自组网路由合同：●DSDV(Destination-SequencedDistance-Vector)合同●WRP(WirelessRoutingProtocol)●DSR(DynamicSourceRouting)合同●ABR(AssociativityBasedRouting)合同●ZRP(ZoneRoutingProtocol)●AODV(AdhoconDemandDistanceVectorRouting)合同●TORA(TemporallyOrderedRoutingAlgorithm)合同●LS_QoS(Link-StateBasedQoSRouting)合同2.2无线Adhoc网络安全问题与老式无线网不同，无线Adhoc网作为一种新型无线移动网络，不依赖于任何固定设施，而是通过移动节点间互相协作保持网络互联。由于该网络独特性，它正逐渐运用于商业环境。设计这种网络面临一种重要挑战就是它易受到安全袭击，例如受到窃听、伪造、回绝服务等袭击。在无线Adhoc网中没有基站或中心节点，所有节点都是移动，网络拓扑构造动态变化。节点间通过无线信道相连，没有专门路由器，由节点自身充当路由器，同步也没有命名服务、目录服务等网络功能。这就导致了在老式网络中安全机制不再合用于Adhoc网，因此应提出专门针对无线Adhoc网安全机制。当前提出安全方略有：基于口令认证合同，它与老式口令认证不同地方是密钥和口令产生是由多台机器决定，而不是集中由一台机器产生，并且还提供了一种完善口令更新机制；“复活鸭子”安全模式，它重要针对传感器网络里，传感器与控制者之间也许存在不安全问题，提出传感器在“死亡”之前，只受其拥有者控制；异步分布式密钥管理，它提出密钥管理服务是由各种节点(一种集合)来管理，而不是单个节点来管理。2.3无线Adhoc网互联无线Adhoc网是一种多跳网，上述路由算法都属于单个网内，当前多数文章也都集中在这个方面讨论，却很少涉及如何把各种Adhoc子网联接成一种大网及如何与有线Internet相结合，由此便提出将无线Adhoc网络互联问题。通过使用网关路由器，可以实现将几种Adhoc网络互联以及网内节点可以访问互联网功能。这种形式可以向位于各种分散地理位置上工作小组提供协同通信能力。无线Adhoc网与Internet和广域网互联，从外部来看，可以以为Adhoc网是一种IP子网。网内某些分组传送是由网内路由合同完毕(分组到达目地也许要通过多跳)，而当分组进入或离开子网时，采用原则IP路由机制。这就规定网关节点要能运营各种路由合同。无线Adhoc网可以看作是既有网络在特定场合下一种扩展。作为Adhoc网内部移动节点有访问既有有线网络资源，与其她Adhoc网内移动节点通信需求，即Adhoc网互联。3分层无线Adhoc网络应用Adhoc网络作为一种无线自组网，可以用在诸多方面，如军事通信系统、防汛抗洪等应急通信系统、商业应用环境及无线接入网等领域。这里，依照无线Adhoc网特点，咱们提出了它在民用中另一种应用：分层自组网。分层自组网在将来全球移动通信系统中，可作为蜂窝移动通信系统一种重要补充。蜂窝通信系统“无缝”覆盖能力是很强，但它所能提供高速数据业务和多媒体服务却有限，第3代移动通信系统顾客最大数据传播速率只为2Mbit/s，还是不能完全满足将来移动顾客业务需求，特别是在业务比较集中热点社区。而分层自组网由于可以采用基于IP分组互换技术，因此适合在这样热点社区提供高速率数据业务和多媒体业务。图3是分层自组网网络构造图。既有某些接入网如无线局域网(IEEE802.11)、Bluetooth等，在网络层来看，是一种单跳网络，无路由功能，分层自组网则是一种多跳网络。分层自组网可以分为两层，一层是接入层，一层是终端层。接入层是由各种AP(接入点)构成，这些AP既可以作为网络接入点，也可以作为顾客，并且这些AP位置是可以随意移动，这一层就构成一种无线自组网，AP之间通信采用互相转发来实现，也即多跳通信。终端层是由移动终端顾客构成，它们也构成一自组网，互相之间通信也可采用多跳转发，并且可以通过AP与其他微社区顾客通信或接入网络。分层自组网作为蜂窝无线系统重要补充，尚有某些技术难点需要突破，例如越区切换，漫游，满足顾客在高速移动下迅速动态路由技术，移动网络管理技术等。这些技术解决对于网络能否正常和稳定工作是十分核心和必不可少。4无线Adhoc网络发展趋势无线Adhoc网是一种新颖移动计算机网络类型，它既可以作为一种独立网络运营，也可以作为当前具备固定设施网络一种补充形式。其自身独特性，将赋予其具备巨大发展前景。其发展趋势重要有如下几种方面：(1)其民用领域将逐渐扩大；(2)由于当前只有涉及路由合同有关草案，因此原则制定对于无线Adhoc网进一步推广起着重要作用。原则涉及范畴不但仅是网络层，还要涉及物理层及链路层；(3)前述某些技术只是针对特定环境下Adhoc网，因而提出一种能自适应于任何环境下有关合同将很有应用前景。参照文献1TohCK.MaximumBatteryLifeRoutingtoSupportUbiquitousMobileComputinginWirelessAdhocNetworks,IEEECommunMag,,39(6):138―1472兰岚.无线多跳网网络技术研究:[学位论文].西安:电子科技大学通信与信息系统系3ElizabthMR,TohCK.AreviewofCurrentRoutingProtocolsforAdhocMobileWirelessNetworks.IEEEPersonalComm