-
移动
AdHoc
网络
研究和发展现状
.txt
不要放弃自己！
-------
（妈妈曾经这样对我说，转身
出门的一刹那
，我泪流满面，却不想让任何人看见！
）
看到这一句
小编也心有感触，想起<
/p>
当初离家前往几千里外的地方的时候，妈妈也说过类似的话，但是身为男儿，必须创出一片
天，才能报答父母的养育之恩！
！
本
文
由
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专题
专题
:
《数据通信》
2003
年
第
4
期
1 5 ?
移动
A d
Ho c
网络研究和发展现状
移动
Ad Hoc
网络研究和发展现状
方旭明
(
西南交通大学计算机和通信工程学院
)
摘
要
:
本文简要介绍移动
ad
hoc
网络发展的历史、
理论和技术上的一些热点问题
,
以及它
的一些使用
,
从而给读者一个概括性的了解
,
为进一步学习和研究移动
ad hoc
网
络奠定一些基础。
为了便于读者跟踪国外先进的研究成果
,
本文最后介绍了一些在这一领域
比较活跃的研究机构以
及他们的主要工作。
关键词
:
移动
A
d
Hoc
网络
自组网
A
C
协议
路由协议
蓝牙网络
使用
M
一、
移动
Ad
Hoc
网络的历史
一般认为
,
没有基础设施的网络出现在
20
世纪
70
年代
,
在最初开发报文交换技术
(
后来发展成因
特网
)
不久
,
美国国防部高级研究规划署
(DA R PA )
资
助了一项特别的
研究—分组无线网络
( Packet R ad io N etw o rk ) ,
即让报文交换技术在不受固定或
有
线的基础设施限制的环境下运行。
最初的动机之
一就是满足战场生存的军事需求。
在战场
恶劣的环
境下
,
通信设备不可能依赖已经敷设的通信基础设
施
,
一方面这些设施可能根本
不存在
,
另一方面
,
这
些设施会随时遭到破坏。
因此
,
能快速装备、
自组织
的移动基础
< br>设施是这种网络区别于其他商业蜂窝系
统的基本要素。
在结构上
,
这种网络是由一系列移
动
结点组成
,
是一种自组织的网络
,
它不依赖于任何已
有的网络基础设施。
网络中的结点
动态且任意分布
,
结点之间通过无线方式互连
,
它将分组交换网络的
概念引伸到广播网络
的范畴。
这项工作开辟了移动
自组网
(M ob ile A d Hoc N etw
o rk ,
简称
A d Hoc
网
络或
M
AN ET )
研发的先河
[ 1
]
。
和此同时
,
美国政府
还资助了其他一些相关研究项目
,
其中包括
“
可生存
自
适
应
网
络
(
SU
RAN
)
”
“
低
成
本
报
文
无
线
电
、
(L
CR
)
”
、
“可生存通信网络
(
SCN
)
”
、
“战术因特网和
[2
]
(N
TDR
)
”
近期无线电
项目等
。
不过
,
这些研究内
容在当时并没有公开
,
在
20
世纪
70
年代到
90
年代
早期
,
我们很难
从公开的出版物上获得有价值的理
收稿日期
: 2003207218
论和技术成果。
由于自组网可以广泛地使用于战场
通信指挥和控制、
警察和医疗部门
的抢险救灾、
传感
器网络、
课堂教育等众多领域
,
其战略意义非常重
要。
90
年代中期
,
随着一些技术的公开
,
A
d
Hoc
网
络开始成为移动通信领域一个公开的研究热点。
目
前
A
d Hoc
网络尚未达到完全实用阶段
,
大部分工
作仍处在仿真和实验阶段
,
仿真规模在数百
至数千
结点
,
实验规模在几十个结点左右。
二、
移动
Ad Hoc
网络的特征和研
究热点
由于移动
A d Hoc
网络是一种移动、
多跳、
自律
式系统
,
因此它具有以下一些主要
特征
[ 2
]:
动态拓扑
:
即网络中的节点可以任意移动
,
因
此
,
网络的拓扑结构也可能会变
化。
链路带宽受限、
容量时变
:
由于拓扑动态变化导
致每个节点转发的非自身作为目的地
的业务量随时
间而变化
,
因此和有线网络不同
,
它的链路容量表现
出时变特征。
动力受限
:
由于网络节点的移动特征
,
其中大多
数节点以电池作为动力
,
因而
,
在进行系统设计时节
能就成为一个非常重要的指标。
物理上安全有限
:
移动网络比固定网络
(
有线和
无线
)
更
易受到安全威胁。
需要克服无线链路的安全
弱点及移动拓扑所带来的新的安全隐患。
90
年
代以来
,
移动
A d Hoc
网络的研究在世界
16?
《数据通信》
2003
年
第
4
期
专题
范围内方兴未艾
,
已经从无线通信领域中的一个小
分支逐渐扩大到相对较独立的领域。
目前
,
无论在国
际上
,
还是在区域上
(
欧洲和亚洲等地区
)
,
周期性的
A
d
Hoc
网络学术
会议日益增多。
总结国内外研究
现状
, A d Hoc
网络成果主要在以下几个方面
: ( 1)
提出
新的路由协议。
d Hoc
路由面临的主
A
要挑战是
:
传统的保存在结点中的分布式路由数据
库如何适应网络拓扑的动态变化。
新协议一般以广
播或组播方式建立网络路由
,
核心是减
少广播风暴。
目前
,
一般普遍得到认可的代表性成果有
D SDV [ 3
]
、
W RP
[6 ] [7 ] [8 ] [9 ]
、
AODV
、
SR
、
RA
和
ZR P
等。
D TO
源头性的创新性研究
主要集中在
2001
年以前
,
后续
的成果多为这些协议的改进
,
目前
,
路由协议的研究
仍然
是
A d Hoc
网络成果最集中的部分。不过
,
从实
现的难度来看
,
这些协议离适用性还有一
定的距离。
(2 )
提出基于
A d Hoc
网络的媒体接入控制
(M A C )
协议。
主要是解决隐
藏终端和暴露终端问
[
4, 5 ]
为路由协议
,
但这种方案和
A
d
Hoc
网络的其他路
由协议不相容。
(5)
在实验和使用
网络的构建上
,
最近比较值
得注意的是
,
一些学者正在研究用蓝牙节点组建
A d [ 23,
24 ]
。
就蓝牙本身的技术来说
,
蓝牙可以组
Hoc
网络
(p iconet ) ,
微微网通过桥节点
(
b
ridge
)
互
成微微网
连
,
可以形成多跳的
A
d
Hoc
网络
,
也称为蓝牙散射
网
(
sca
t
ternet
)
。蓝牙规范尚未对蓝牙微微网之间的
通信和基于蓝牙的
A
d
Hoc
网络的形成等内
容做出
具体描述
,
这是一个开放的问题
,
目前已有一些文献
针对基于蓝牙的
A
d
Hoc
网络
的形成提出了各种不
同的协议或方案
[
25
～
35
]
。
( 6 )
国内学者所发表的
A d Hoc
网
络的研究成
果较少。
2001
年起
,
开始有少量成果发表
,
研究类
从
的论文大约有数十篇
,
主要成果基本上集中在路由
协议的一些改进
[
36
～
42 ] ,
少量成果涉及
M A C
协议的
研
究
[ 43, 44
]
。可以说国内在该研究领域基本上是刚刚
起步。
三、
移动
Ad
题
,
影响比较大的有
M A CA
协议
[ 10 ] ,
即
R T S CT S A CK
方案
,
控制信道和数
据信道分裂的双信道方
案
[ 11 ]
和基于定向天线的
M A C
协议
[ 12, 13 ] ,
以及一些
改
进类的
M A C
协议
[
14
～
16
]
。有一些研究则是侧重于
将
IEEE 802. 11
的
M A C
协议
移植到
A
d
Hoc
网络
中。
基于定向天线的
M
A
C
协议在理论上性能较为
优越
,
但在技术
上实现的难度较大。
(
3) A d Hoc
网络和蜂窝网的互连互通。
文
[ 17
～
19 ]
研究并提
出了一种
iCA R (
in ternet Cellu la r and A d hoc R ea ly )
系统
,
提供蜂窝小区内
信号的补
盲。
该方案给出了在加入补盲点之后系统性能改善
的性能评价。
从结果看
,
该
系统只是针对目前的
2G
系统
,
尚无法联系到基于
IP
方式的分组网络。
最近
,
文
[ 22 ]
提出了一种在蜂窝网上覆盖一个无线多跳网
络的方案
,
其中用一些无线路由器来代替蜂窝
网络
中的一些结点。
该结构和
[ 17 19 ]
所提一致
,
但通过
～
优化路由、
信道规划和
功率控制等使系统在发射功
率受限的情况下达到系统吞吐量最大化
,
其他方面
没有太多的
贡献。
(
4
)
基于
A
d
Hoc
网络的多播
组播协议、
TCP
协议、
地址分配、
功率
(
节能
)
控制、
安全性问题、
分布
式算法、
oS
等方面有一些研究成果
,
但各部分的
Q
数量相对
较少。
其中
,
比较有意思的有
,
文
[
20
]
试图
把移动
IP
扩展到
A
d
Hoc
网络
,
基本方
案是采用特
定的
R IP
协议
(Rou t ing Info rm a t
ion P ro toco l) [ 21 ]
作
Hoc
网络的使用
移动
A
d
Hoc
网络潜在的使用很多
,
可分为以
下几类
:
移动会议
:
在室外临时环境中
,
工作团体的所有
成员可以通过
A d Hoc
方式组成一个临时网络来协
同完成一项大的任务
,
或协同完成某个计算任务。
在
室内办公环境中
,
办公人员携带的包含
A d Hoc
收
发器的
PDA
可以通过无线方式自动从台式机上下
载电子邮件
,
更新工作日程表等。
家庭联网
:
通
过移动联网的方式把办公室的办
公环境延伸到家庭
,
必要时在家庭办公。
或者利用我
们随
身携带的个人无线
A
d
Hoc
设备和装备了
A
d
开灯、
Hoc
收发器的家庭电器通信
,
自动完
成开锁、
打开娱乐设备、
调节空调等操作。
紧急服务
:
由于停电或其他灾害出现
,
网络基
础
设施遭到破坏时
,
组建一个
A d Hoc
网络帮助紧急
救援人员完成必要的通信工作。
传
感器网络
:
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、
d
Hoc
收发器等
,
将传感器所在现场
A
的信息传送到危险现场以外
,
避免救援人员进入现
场
,
收集和辨别事
故信息。
专题
《数据通信》
2003
年
第
4
期
1 7 ?
个人域网络
:
通过
A d Hoc
网络把个人通信、
娱
乐、
办公等设备联网
,
这些设备可
以或不需要和因特
网相连
,
但在执行用户的某项活动时肯定需要彼此
通信
,
在这种情况下
,
移动性不是主要问题。
军事无线通信
:
在现代化战场上
,
各种军事车辆
之间、
士兵之间、
士兵和军事车辆之间都需要保持密
切的联系
,
以完成集中统一指挥
,
协调作战。
这样的
通
信网络是一种典型的
A
d
Hoc
网络。据报道
,
在最
近的伊拉克战争中
,
移动
A
d
Hoc
网络
得到有效的
使用。
其他商业使用
:
如未来装备
A d Hoc
收发设备
的机场预约和登机系统
可以自动地和乘客携带的个
人无线
A
d
Hoc
设备通信
,
完成目前的换登机牌等
手续。如商
场内商品
R
F
标签
,
廉价的
R
F
标签可以
通过无线接口由
A
d
Hoc
设备动态刷新。
顾客
若携
带手持无线设备可以很容易地找到某种商品和价
格。
这种设备已由
N CR
公司生产。
以下是一个移动
A
d
Hoc
网络在军事上的研究
和使用实例。
美国
DA
PRA
近期资助了一项
研究
[
45
——
“自愈式雷场系统”
]
。
该项目时间跨度为
2000
年至
2003
年。
系统计
划采用智能化的移动反坦克地
雷阵来挫败敌人对地雷防线的突破。
这些地雷均配
备有无线
通信和自组织联网单元
,
通过某种方式布
撒之后
(
如通过飞机、
-
地导弹或火箭弹进行远
程
地
布撒
)
,
这些地雷迅速构成移动
A
d
Hoc
网络。
在遭
到敌方坦克突破之后
,
这种地
雷通过对拓扑结构的
判断
,
以及自动弹跳功能迅速
“自愈”即通过网络重
,
构恢复连通。
如此反复
,
直到系统无法重构为止
,
最
后自行引爆。
“自愈式雷场系统”
可以大大限制敌
军
的机动能力
,
延缓敌军进攻或撤退的速度
,
在一段时
间内封锁特定区域。
该系统采用
FH
SS
扩频方式
,
中
心频率为
2.
4
GH
z,
带宽为
83
M
H
z
。节点之间采用
声波测距
(
10
米
)
定位。
～
四、
研究移动
协议、
多播协议、
多跳网络
Q
oS
、
A C
协议、
功率控
M
制、
蓝牙网络等。
康奈
尔大学
Zygm un t
J. H aa s
教授所领导的
(
“无
线
网
络
实
验
室”
W ireless N etw
o rk s L abo rato ry, h ttp: w n l.
ece. co rnell. edu )
。
研究方向包括
A d Hoc
网
络重构、
A
C
协议、
路由协议、
网络安全等。
M
伊
利
诺
大
学
U
rbana
2
Cham
p
a
ign
分
校
N
it in V a idya
教授
( h t tp:
www. crhc. u iuc. edu
～
nhv
)
所领导的
A d
Hoc
网络研究小组
(
现在伊利诺大学
U rbana 2Cham p a
ign
分校
ECE
系
)
。
研究方向
包括
定向路由协议、
网
A d Hoc
网络的定向
M A C
协议、
络调度等。
马里兰大学
Sa t
ish K.
T rip a th i
教授所领导的
“移
动
计
算
和
多
媒
体
实
验
室
”
( T
he M ob
ile Com p u t ing
and M u lt im ed ia L abo ra to ry (M CM L ) , h t
tp: www. cs.
um d. edu p ro ject s m cm
l )
。
研究
Com pu ter
Comm un ication s R esearch Group , h ttp: www.
cse. ucsc. edu resea
rch ccrg hom e. h
tm l )
。
研究方
多播协议、
地址重构、
安全
A d Hoc
网络路由协议、
Ad
Hoc
网络活跃的
机构
目前
,
国际上在移动
A d Hoc
网络方面研究较
为活跃的几个研究机构有
:
加州大学洛
杉矶分校
M
a
rio
Gerla
教授所领导
(
的
“无线自适应移动性实验室”
T
he
W
AM
(W
ireless
A dap tive M ob
ility ) L ab, h t tp: www. cs. ucla. edu N RL w
ireless )
。
研
究方向包括
A d Hoc
网络路由
性、
oS
、
可伸缩性和适应性等。
Q
加
州
大
学
圣
克
鲁
兹
分
校
J.
J.
Ga
rcia
2
una 2 L (
“计算机通信研究小组”
T he A ceves
教授所领导的
向主要包括无线网络的信
道接入等。
其他比较活跃的机构还包括美国陆军、
海军和
一些企业的研究机构。
五、
结语
医疗、
家庭、
办公环境、
军事等各种场合
,
所有行业几
乎无所不在其中
,
尤其在未
来战场上
, A d Hoc
网络
对于高技术武器装备、
集中指挥、
协同作战和提高作
战机动性
等具有非常重要的意义。
和扩频通信技术
一样
,
源于军事领域研究的移动
A d Hoc
网络
,
必将
给民用产品的开发也带来了巨大的经济和社会效
益。
我们希望我国的学者广泛地开展
A
d Hoc
网络
方向包括
A d Hoc
网络路由协议、
oS
等。
Q
加州大学圣巴巴拉分校
E lizabeth M .
B
eld
ing
2
“移动性管理和联网实验室”
Royer
教授所领导的
(
T
he
M
ob
ility
M
anagem
en t and N etw o rk ing (M OM EN T )
研究方向包括
L ab, h t tp: m om en
t. cs. ucsb.
edu )
。
A
d Hoc
网络可以通过临时组网的方式在恶劣
环境中支持移动节点之间的数
据、
语音、
图像和图形
等业务的无线传输
,
使用范围可以覆盖工业、
商业、
18?
《数据通信》
2003
年
第
4
期
w ireless netw o rk s, In ternational Conference
on
专题
Parallel
的研究
,
通过此项研究
,
获得具有我国自主知识产权
的相关技术
,
以适应我国未来高
技术民用和军事发
展的需要。
这项研究不仅具有重要的社会和经济意
义
,
也具有十分重要
的战略意义。
参考文献
1
C 2K Toh. A d Hoc M ob ile W ireless N
etw o rk s: P ro toco ls and System
s,
2002 (1) : 9 14
～
～
P
rocessing, 2002. 539 546
16
J
ung
2
on
K
im
,
Bam
bo
s
N.
Pow
er2efficien
t
m
ac
schem
e
u
sing
W
channel
p rob
ing
in m
u ltirate w ireless ad
hoc netw
o rk s, IEEE 56th V
eh icu lar
T echno
logy Conference, 2002, 4: 2380 2384
～
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Sw ades D
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lar and
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on System Sciences, 2001
H ICSS, 2001.
3931 3938
～
( in teg rated
18
W u H , Q iao C, Tonguz O. Perfo
rm
ance analysis of iCA R cellu lar and
ad 2hoc relay system ) , IEEE In ternational
Conference on Comm un ication s, 2001.
ICC 2001, 2001, 2: 450 455
～
system s: iCA
R , IEEE Jou rnal on
Selected A reas in
system s: p u sh
ing the p erfo rm ance lim its of conven tional