自組織網(wǎng)絡(luò)

　　自組織網(wǎng)絡(luò)概述

　　移動(dòng)自組織(Ad Hoc)網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng)，它的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網(wǎng)絡(luò)和之后于1973提出的PR(Packet Radio)網(wǎng)絡(luò)。ALOHA網(wǎng)絡(luò)需要固定的基站，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須和其它所有節(jié)點(diǎn)直接連接才能互相通信，是一種單跳網(wǎng)絡(luò)。直到PR網(wǎng)絡(luò)，才出現(xiàn)了真正意義上的多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)不需要直接連接，而是能夠通過中繼的方式，在兩個(gè)距離很遠(yuǎn)而無法直接通信的節(jié)點(diǎn)之間傳送信息。PR網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。IEEE在開發(fā)802.11標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提出將PR網(wǎng)絡(luò)改名為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，也即今天我們常說的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。

　　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。一方面，網(wǎng)絡(luò)信息交換采用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的分組交換機(jī)制，而不是電話交換網(wǎng)中的電路交換機(jī)制;另一方面，用戶終端是可以移動(dòng)的便攜式終端，如筆記本、PDA等，用戶可以隨時(shí)處于移動(dòng)或者靜止?fàn)顟B(tài)。無線自組網(wǎng)中的每個(gè)用戶終端都兼有路由器和主機(jī)兩種功能。作為主機(jī)，終端可以運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序;作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，這種分布式控制和無中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠在部分通信網(wǎng)絡(luò)遭到破壞后維持剩余的通信能力，具有很強(qiáng)的魯棒性和抗毀性。

　　作為一種分布式網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自治、多跳網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠在不能利用或者不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(如基站、AP)的情況下，提供終端之間的相互通信。由于終端的發(fā)射功率和無線覆蓋范圍有限，因此距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)終端如果要進(jìn)行通信就必須借助于其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，這樣節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成了一種無線多跳網(wǎng)絡(luò)。

　　網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端具有路由和分組轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以通過無線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。移?dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)既可以作為單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立工作，也可以以末端子網(wǎng)的形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，如Internet網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)。

　　自組織網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

　　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)能夠利用移動(dòng)終端的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，在無基礎(chǔ)設(shè)施的情況下進(jìn)行通信，從而彌補(bǔ)了無網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施可使用的缺陷。自組網(wǎng)技術(shù)為計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作系統(tǒng)提供了一種解決途徑，主要特點(diǎn)有：

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化

　　在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于用戶終端的隨機(jī)移動(dòng)、節(jié)點(diǎn)的隨時(shí)開機(jī)和關(guān)機(jī)、無線發(fā)信裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的相互干擾以及地形等綜合因素的影響，移動(dòng)終端間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測的。

　　自組織無中心網(wǎng)絡(luò)

　　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，是一種對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)能夠隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障都不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。

　　多跳網(wǎng)絡(luò)

　　由于移動(dòng)終端的發(fā)射功率和覆蓋范圍有限，當(dāng)終端要與覆蓋范圍之外的終端進(jìn)行通信時(shí)，需要利用中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

　　值得注意的是，與一般網(wǎng)絡(luò)中的多跳不同，無線自組網(wǎng)中的多跳路由是由普通節(jié)點(diǎn)共同協(xié)作完成的，而不是由專門的路由設(shè)備完成的。

　　無線傳輸帶寬有限

　　無線信道本身的物理特性決定了移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的帶寬比有線信道要低很多，而競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號(hào)衰減、噪音干擾及信道干擾等因素使得移動(dòng)終端的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。

　　移動(dòng)終端的局限性

　　自組織網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端(如筆記本電腦、手機(jī)等)具有靈巧、輕便、移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其電源有限、內(nèi)存小、CPU性能低等限制，使得我們?cè)陂_發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，需要考慮這些因素。

　　自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域

　　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)通常應(yīng)用在沒有或者不便利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情形中。主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域。

　　軍事通信

　　在現(xiàn)代化的戰(zhàn)場上，由于沒有基站等基礎(chǔ)設(shè)施可以利用，裝備了移動(dòng)通信裝置的軍事人員、軍事車輛以及各種軍事設(shè)備之間可以借助移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，以保持密切聯(lián)系，協(xié)同完成作戰(zhàn)任務(wù);裝備了音頻傳感器和攝像頭的軍事車輛和設(shè)備也可以通過移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，將目標(biāo)區(qū)域收集到的位置和環(huán)境信息傳輸?shù)教幚砉?jié)點(diǎn);需要通信的艦隊(duì)?wèi)?zhàn)斗群之間也可以通過移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)建立通信，而不必依賴陸地或者衛(wèi)星通信系統(tǒng)。移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)已成為美軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，美軍的數(shù)字電臺(tái)和無線互聯(lián)網(wǎng)控制器等主要通信裝備都使用了移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)。

　　移動(dòng)會(huì)議

　　當(dāng)前，人們經(jīng)常攜帶筆記本、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)等便攜式終端參加各種會(huì)議。通過移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)，可以在不借助路由器、集線器或基站的情況下，就將各種移動(dòng)終端快速組織成無線網(wǎng)絡(luò)，以完成提問、交流和資料的分發(fā)。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

　　移動(dòng)終端一般沒有與拓?fù)湎嚓P(guān)的固定IP地址，所以通過傳統(tǒng)的移動(dòng)IP協(xié)議無法為其提供連接，需要采用移動(dòng)多跳方式聯(lián)網(wǎng)。由于采用的是平面拓?fù)?，因而沒有地址變更的問題，從而使得這些移動(dòng)終端仍然像在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)環(huán)境中一樣。

　　此外，在實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)自組網(wǎng)除了可以單獨(dú)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)局部通信以外，還可以作為末端子網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，例如Internet或者蜂窩網(wǎng)。作為末端子網(wǎng)，只允許產(chǎn)生于或者目的地是自治系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)出，而不準(zhǔn)許其它信息穿越自治系統(tǒng)。由此可見，移動(dòng)自組網(wǎng)可以成為各種通信網(wǎng)絡(luò)的一種無線接入手段。

　　連接個(gè)域網(wǎng)絡(luò)

　　個(gè)域網(wǎng)絡(luò)(PAN)只包含與某個(gè)人密切相關(guān)的裝置，這些裝置無法與廣域網(wǎng)連接。藍(lán)牙技術(shù)當(dāng)前一種典型的個(gè)域網(wǎng)技術(shù)，但是它只能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)近距離的通信，因此，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)就為建立PAN與PAN之間的多跳互連提供了可能性。

　　緊急服務(wù)和災(zāi)難恢復(fù)

　　在由于自然災(zāi)害或其它各種原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障而無法使用時(shí)，快速恢復(fù)通信是非常重要的。借助于移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠快速建立臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，延伸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，從而減少營救時(shí)間和災(zāi)難帶來的危害。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一大應(yīng)用領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)使用無線通信技術(shù)，由于發(fā)射功率較小，只能采用多跳轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行通信。分布在各處的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織成網(wǎng)絡(luò)，以完成各種應(yīng)用任務(wù)。