无线自组网原理与应用—计算机网络

无线自组网（Ad Hoc）是在无线分组网的基础上发展起来的，IEEE将其定义为是一种特殊的自组织、对等式、多跳的无线移动网络，称为无线自组网。无线自组网在军事及特殊应用领域网络中发挥重要作用，并成为无线传感器网和无线网状网的发展基础。

（1）无线自组网应用领域与关键技术

无线自组网技术的主要特点：IEEE 802.11无线局域网是基于基础设施的，由结点直接与接入点设备进行通信。无线自组网是不需要基础设施的多跳网络，是由一组带有无线通信收发设备的移动结点组成的多跳、临时和无中心的自治系统。

网络中的移动结点本身具有路由和分组转发的功能，可通过无线方式自行组成任意的拓扑。无线自组网可独立工作，也可接入移动无线网络或互联网，当接入移动无线网络或互联网时，因无线通信设备带宽与电源功率限制，通常不会作为中间承载网络，而是作为末端子网出现，只会产生作为源结点的数据分组或接收将本结点作为目的结点的分组，不转发其他网络穿越本网络的分组。

无线自组网中每个结点都担负着主机与路由器两个角色。结点作为主机，需要运行应用程序。结点作为路由器，需要根据路由策略运行相应程序，参与分组转发与路由维护的功能。

无线自组网的主要特点：①自组织与独立组网。可不需要任何预先架设的无线通信基础设施，所有结点通过分层的协议体系与分布式算法，来协调每个结点各自的行为。结点可快速、自主和独立地组网。②无中心。是一种对等结构网络。网络中所有结点地位平等，没有专门用于分组路由、转发的路由器。任何结点可随时加入或离开网络，任何结点故障不会影响整个网络系统的工作。③多跳路由。由于结点的无线发射功率限制，每个结点的覆盖范围都很有限。在有效发射功率之外的结点之间通信，必须通过中间结点的多跳转发完成。由于无线自组网不需使用路由器，分组转发由多跳结点之间按路由协议协同完成。④动态拓扑。允许结点根据自需开启或关闭，且允许结点在任何时间以任意速度及方向移动，同时受结点地理位置、通信信道的发射功率、天线覆盖范围以及信道之间干扰等因素的影响，使结点之间通信关系不断变化，造成其拓扑的动态改变。为保证无线自组网的正常工作，必须采取特殊路由协议与实现的方法。⑤无线传输的局限与结点能量的限制性。由于无线信道传输带宽较窄，部分结点可能采用单向传输信道，同时无线信道易受干扰和窃听，因此无线自组网的安全性、可扩展性须采取特殊技术加以保证。移动结点具有携带方便、轻便灵活的特点，在处理器、内存与整体外部尺寸上有严格限制，并通常使用电池供电，容量有限，因此须采用能量节约措施，以延长结点的工作时间。⑥网络生存时间限制。无线自组网通常针对某种特殊目的而临时构建，如战场、救灾与突发事件场合等，事件结束后自行结束使命并消失。因此其生存时间相对固网是临时与短暂的。

（2）无线自组网的主要应用

无线自组网在民用与军事通信领域都有很好的应用。由于无线自组网无需事先架设通信设施，可快速组网，生存能力强，因此它已成为未来数字化战场通信的首选技术。无线自组网适用于野外联络、独立战斗群通信、临时性通信，以及无人侦察与情报传输的应用领域。在民用领域中，无线自组网可用于野外科考、矿山作业、边远地区执行任务的通信，在办公、会议、通信、紧急状态等交互式通信等应用领域也具广阔前景。无线自组网技术在未来移动通信中将扮演重要角色。

无线自组网可与无线局域网结合，灵活地将移动用户接入互联网。无线自组网与蜂窝移动通信系统相结合，利用无线自组网结点的多跳路由转发能力，可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传输速率。(www.xing528.com)

（3）无线自组网的关键技术

无线自组网在应用需求、协议设计和组网方面都与传统的802.11无线局域网及802.16城域网有很大区别。其关键技术集中在信道接入、路由协议、服务质量、多播技术及安全技术5个方面。

1）信道接入。是指如何控制结点接入无线信道的方法。信道接入方法是无线自组网协议的基础，对无线自组网的性能起决定性作用。无线自组网采用“多跳共享的广播信道”，当一个结点发送数据时，只有最近邻结点可收到数据，而一跳以外的其他结点无法感知。但感知不到的结点会同时发送数据，这就会产生冲突。因冲突只是一个局部事件，并非所有结点同时能感知冲突的发生，这就导致基于一跳共享的广播信道、集中控制的多点共享信道的介质访问控制方法都不能直接用于无线自组网。因此，“多跳共享的广播信道”的介质访问控制方法很复杂，用户必须专门研究特殊的信道接入技术。

2）路由协议。在无线自组网中，由于结点的移动以及无线信道的衰耗、干扰等原因造成网络拓扑结构的频繁变化，同时考虑到单向信道问题与无线传输信道较窄等因素，无线自组网的路由问题与固定网络相比复杂得多。实现多跳路由必须有相应的路由协议支持。

3）服务质量。初期的无线自组网主要用于传输少量数据。随着应用扩展，需要在无线自组网中传输话音、图像等多媒体信息，该类型信息对带宽、时延、抖动等都提出很高的要求，需保证服务质量。在关注无线自组网服务质量时，应认识其特殊性。其主要表现是链路质量难以预测、链路带宽资源难以确定、分布式控制为保证服务质量带来困难。网络动态性是保证服务质量的难点，如可用性、灵活性和协议执行效率等。

4）多播技术。互联网的多播协议不适用无线自组网。在无线自组网拓扑结构不断动态变化情况下，结点之间路由向量或链路状态表频繁交换，产生大量信道与处理开销，使信道不堪重负。目前多播协议研究分为基于树的多播协议与基于网的多播协议。

5）安全技术。从网络安全角度考虑，传统的网络安全机制不适用于无线自组网。无线自组网面临的安全威胁有其自身特殊性，这种安全性包括机密性、完整性、有效性、身份认证与不可抵赖性等，当用于军事用途时，无线自组网的数据传输安全性要求则更高。