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Adhoc网络技术在物联网终端技术研究中的应用

更新时间:2025-01-18 工作计划 版权反馈
【摘要】:在Ad Hoc网络中没有中心控制节点,主机通过分布式协议互联。Ad hoc网络技术已经成为美军战术互联网的核心技术。近期美军的数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了Ad hoc网络技术。传感器网络是Ad hoc网络技术的另一应用领域。Ad hoc网络技术的独立组网能力和自组织特点,是这些场合通信的良好选择。Ad hoc网络还可以与蜂窝移动通信系统相结合,利用移动台的多跳转发能力扩大蜂窝移动通信系统的覆盖范围、均衡相邻小区

1.Ad hoc简介

一般提及移动通信网络都是有控制中心的,要基于预设的网络设施才能运行。例如,蜂窝移动通信系统要有基站的支撑;无线局域网一般也工作在有AP接入点和有线骨干网的模式下。但对于一些特殊场合来说,有中心的移动网络并不能胜任。比如,战场上部队快速展开和推进,地震或水灾后的营救等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的网络设施,而是需要一种能够临时快速自动组网的移动网络,Ad hoc网络可满足这样的需求。

Ad Hoc技术起源于20世纪70年代,它是在美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助研究的“战地无线分组数据网(PR-NET)”项目中产生的一种新型网络技术。后来DARPA又于1983年和1994年分别资助进行了抗毁自适应网络(Survivable Adaptive Network,SURAN)和全球移动信息系统(Global Mobile Information Systems,GloMo)两个项目的研究,以便能够建立某些特殊环境或紧急情况下的无线通信网络。最初的动机之一是要满足战场生存的军事需求,因此可要求能够快速装备,具备自组织的移动基础设施,这是该网络区别于其他商业蜂窝系统的基本要素,它将分组交换网络的概念引申到广播网络的范畴。这项工作开辟了移动自组网(Mobile Ad Hoc Network,简称Ad Hoc网络或MANET)研发的先河。

在20世纪90年代中期,随着一些技术的公开,Ad Hoc网络开始成为移动通信领域一个公开的研究热点。1991年成立的IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述这种特殊的对等式无线移动网络。因特网任务工作组(IETF)于1996年成立了MANET(Mobile Ad Hoc Networks)工作组,专门研究Ad Hoc网络环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。这导致Ad Hoc网络的设计思路也由传统的单一技术体系过渡到基于IP的多技术体系,以至于该网络更具有开放性、适应性和灵活性,提升了开发速度。

2.Ad hoc网络的特点

Ad Hoc网络作为一种新的组网方式,具有以下特征:

(1)网络的独立性。Ad Hoc网络相对常规通信网络而言,最大的区别就是可以在任何时间、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持,快速构建起一个移动通信网络。它的建立不依赖于现有的网络通信设施,且具有一定的独立性。Ad Hoc网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。

(2)动态变化的网络拓扑结构。在Ad Hoc网络中,移动主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失,主机之间的关系不断发生改变。在自组网中,主机可能同时还是路由器,因此,移动会使网络拓扑结构不断发生变化,而且变化的方式和速度都是不可预测的。对于常规网络而言,网络拓扑结构则相对较为牢固。

(3)有限的无线通信带宽。在Ad Hoc网络中没有有线基础设施的支持,因此,主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性,它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外,考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素,移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值。

(4)有限的主机能源。在Ad Hoc网络中,主机均是一些移动设备,如PDA、便携计算机或掌上电脑。由于主机可能处在不停地移动状态下,主机的能源主要由电池提供,因此Ad Hoc网络具有能源有限的特征。

(5)网络的分布式特性。在Ad Hoc网络中没有中心控制节点,主机通过分布式协议互联。一旦网络的某个或某些节点出现故障,其余的节点仍能够继续正常工作。(www.xing528.com)

(6)生存周期短。Ad Hoc网络主要用于临时的通信需求,相对于有线网络,它的生存时间一般比较短。

(7)有限的物理安全。移动网络通常比固定网络更容易受到物理安全攻击,易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。现有的链路安全技术有些已应用于无线网络中来减小安全攻击。不过Ad Hoc网络的分布式特性相对于集中式网络具有一定的抗毁性。

3.Ad hoc网络的应用领域

因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。军事应用仍是Ad hoc网络的主要应用区域,但在民用方面也有非常广泛的应用前景。它的应用场合主要有以下几类:

(1)军事应用。军事应用是Ad hoc网络技术的主要应用领域。因其特有的无须架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点,成为数字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。近期美军的数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了Ad hoc网络技术。

(2)传感器网络(Sensor Network)。传感器网络是Ad hoc网络技术的另一应用领域。最近,人们开始关注大量分布的传感器协调工作问题。传感器可以工作在危险的环境(如化学有害物质泄漏现场),通过在传感器上装备位置指示器、Ad hoc收发器等,将传感器所在现场的信息传送到危险现场以外,避免救援人员进入现场去收集和辨别事故发生时的信息。

(3)紧急事故和临时场合。在发生地震、水灾、强热带风暴或遭受其他灾难后,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,是这些场合通信的良好选择。

(4)个人通信、个人局域网是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种通信。

(5)与移动通信系统的结合。Ad hoc网络还可以与蜂窝移动通信系统相结合,利用移动台的多跳转发能力扩大蜂窝移动通信系统的覆盖范围、均衡相邻小区的业务、提高小区边缘的数据效率等。

在实际的应用中,Ad hoc网络除了可单独组网实现局部的通信外,还可以作为末端子网通过接入点接入其他的固定或移动通信网络,与Ad hoc网络以外的主机进行通信。因此,Ad hoc网络也可以作为各种通信网络的无线接入网。

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