浅谈ad hoc的应用,ad hoc网络应用前景

　　一、Ad Hoc网络产生背景

　　随着信息技术的不断发展．人们对移动通信的需求越来越强。近年来，移动通信技术得到了飞速发展和普及。蜂窝移动通信系统、无线局域网（IEEE802．11Ⅲ和HiperLAN［21）、蓝牙技术（Bluetooth）131、家庭无线网（HomeRF）141等移动通信新技术也纷纷涌现。这些技术的出现，极大方便了人们的生活，同时出推动了无线通信技术的发展。

　　无线通信网络按照其组网控制方式一般分为两类：一类是集中式控制的，即有中心的。这类无线网络的运行耍依赖预先部署的网络基础设施。典型的例子有：蜂窝移动通信系统，其依靠基站和移动交换中心等基础设施的支持；基于接入点（access poim）和有线骨干网模式的无线局域网。但对于某些特殊场合，不可能有这种预先部署的固定设施可以利用。比如，战场上部队快速展开和推进、发生地震或火灾后的营救、野外科学考查、偏远山区、临时会议等。在这种情况下，就需要一种能够临时快速自动组网的移动通信技术。这也形成了另一类无线通信技术，即Ad Hoc网络通信技术。

　　“Ad Hoc”一词来源于拉丁语，意思是“专用的，特定的” 。Ad Hoc网络通常也可称为“无固定基础设施网”或“自组织网”。由于组网快速、灵活，使用方便，目前Ad Hoc网络已经得到了国际学术界和工业界的广泛关注，并正在得到越来越广泛的应用，已经成为移动通信技术向前发展的一个重要方向，并将在未来的通信技术中占据重要地位。

　　二、Ad Hoc网络的发展历史

　　Ad Hoc网络的前身是分组无线网（packet radio network），对分组无线网的研究源于军事通信的需要。早在1972年，美国的DARPA就启动了分组无线网项目PRNET研究在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。在此之后，DARPA于1983年启动了高残存性自适应网络SURAN（survivable adaptive network）项目，研究如何将PRNET的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络。1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统GloMo（globle mobile information system）项目，旨在对能满足军事应用需要的、高抗毁性GloMo项目，旨在对能满足军事应用需要的、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。成立于1991年的IEEE802．11标准委员会采用了“Ad Hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，Ad Hoc网络就此诞生。IETF将AdHoc网络称为MANET（移动AdHoc网络）。

　　三、Ad Hoc网络的定义

　　Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。每个移动终端兼备路由器和主机两种功能：作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作。在Ad Hoc网络中，结点间的路由通常由多个网段（跳）组成，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往通过多个中间结点的转发来实现通信。所以，它又被称为多跳无线网、自组织网络、无固定设施的网络或对等网络。

　　Ad Hoe网络特征：

　　由此可以看出，与其他通信网络相比，基于Ad Hoe技术的Ad Hoe网络具有以下特征：

　　（1）网络的自组性。Ad hoc网络可以在任何时刻任何地方构建，而不需要现有的信息基础网络设施的支持，形成一个自由移动的通信网络。

　　（2）动态网络的拓扑结构。从网络层来看，Ad Hoc网络中，移动用户可以咀任意的速度和任意方式在网中移动，加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰因素、地形因素等的影响，节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时都会发生变化。

　　（3）有限的无线传输带宽。无线信道本身的物理特性使Ad Hoc网络的网络带宽相对有线方式要小的多，另外还要考虑无线信道竞争时所产生的信号衰落、碰撞、阻塞、噪声干扰等因素，这使得实际有效带宽要小得多。

　　（4）移动终端的有限性。Ad Hoc网络中的移动用户终端内存小、CPU处理能力低、所带电源有限使得Ad Hoe网络的设计更加困难。

　　（5）安全性差。Ad Hoc网络是一种无线方式的分布式结构，所以更加容易被窃听、入侵、网络攻击和拒绝服务等。

　　（6）网络的分布式。Ad Hoc网络中的移动节点都兼有路由和主机功能，不存在类似于基站的网络中心控制点，节点地位平等，采用分布式控制方式，增强了网络健壮性。

　　（7）网络的可扩展性不强。由于采用TCP／IP协议中的子网技术使得Internet具有网络的可扩展性，而Ad Hoe网络动态变化的拓扑结构使得子网技术所带来的网络可扩展性不能得到应用。

　　（8）存在单向无线信道。由于地理位置或节点发射功率等因素，在采用无线通信的自组网环境中，可能存在单向信道。两个移动终端A和B，A由于发射功率较大所以能够到达B，而反之不行，即存在一条A—B的单向信道。

　　（9）生存时间短。Ad I-lot组网通常是由于某个特定原因而临时创建的，使用结束后，网络环境将会自动消失。其网络生存时间相对于固定网络而言是短暂的。

　　四、Ad hoc应用领域

　　军事应用

　　军事应用是Ad hoc网络技术的主要应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，它是数字人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。美军的近期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

　　传感器网络是Ad hoc网络技术的另一大应用领域。对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术。而考虑到体积和节能等因素，传感器的发射功率不可能很大。使用Ad hoc网络实现多跳通信是非常实用的解决方法。分散在各处的传感器组成Ad hoc网络，可以实现传感器之间和与控制中心之间的通信。这在爆炸残留物检测等领域具有非常广阔的应用前景。

　　紧急应用

　　在发生了地震、水灾、强热带风暴或遭受其他灾难打击后，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，是这些场合通信的最佳选择。

　　个人通信

　　个人局域网（PAN，Personal Area Network）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跳通信。蓝牙技术中的超网（Scatternet）就是一个典型的例子。

　　其他

　　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速率等。在实际应用中，Ad hoc网络除了可以单独组网实现局部的通信外，它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手段之一。

　　五、AODV 一按需距离矢量路由协议

　　Ad Hoc网络设计中的一个关键问题是开发能够在两个节点之间提供高质量高效率通信的路由协议。网络节点的移动性使得网络拓扑结构不断变化，传统的基于因特网的路由协议无法适应这些特性，需要有专门的应用于Ad Hoc网络的路由协议，其中又以AODV路由协议应用最为广泛，很多新型路由协议都是在AODV基础之上加以改进的。

　　AODV是基于距离矢量算法的一种路由协议，它只在必要时请求路由，而且不要求节点维持当前通信中不使用的路由，也就是说，只要通信连接的节点之间有可用路由，AODV不起任何作用。为了找到通往目的节点的路由，源端将广播一个路由请求分组，邻居节点依次向周围节点广播此分组直到该分组被送到一个知道目的节点路由信息的中间节点或目的节点本身。一个节点将丢弃重复收到的请求分组，路由请求分组中的序列号用来防止路由环路，并能判断中间节点是否响应了相应的路由请求。当节点转发路由请求分组时，它会将其上游节点的标志ID录入路由表，．从而能够构建一条从目的节点到源节点的反向路由。当源端移动时，它会重新发起路由发现算法：如果中间节点移动，那么与其相邻的节点会发现链路失效并向其上游节点发送链路失效消息并一直传到源节点，而后源节点根据情况重新发起路由发现过程。AODV的实现组合了DsR和DSDVI协议，它既具有DSR协议的路由发现和路由维护功能，同时又使用了DSDV采用的逐跳路由、序列号和Beacon消息。

　　图1-1是一个AODV路由建立的简单例子。

　　无线媒质上，源节点1每隔一段时间就广播一个HELLO消息，以知道节点1周围都有哪些相邻节点。当源节点1需要与远端目的节点4（不是参考节点的相邻节点）通信时，就需要借助中间节点的转发。此时，要利用AODV路由协议来建立这条通信链路。

　　如图1.1所示，AODV首先广播路由请求消息（RREQ），该消息中包含几个关键字段，它们是源地址、目的地址、生命周期和序号。节点l的相邻节点2和5收到该RREQ消息后，可以有两种选择。如果该相邻节点知道通往目的地址的路由，那么直接向参考节点回送一条路由应答消息（RREP）。否则，该相邻节点转发该RREQ消息。节点2的路由表中没有到达节点4的路由信息，所以继续转发RREQ消息。节点3收到RREQ消息后，由于路由表中有相关信息，所以立即沿着原路以单播的方式回送一个路由应答消息（RREP）给源节点1，并且更新该路由上所有节点的路由表。

　　在规定的时间内，参考节点如果收到RREP消息，说明路由已经成功建立；否则，参考节点就得重新发送RREQ消息。这里RREQ消息的序号就像一个时间标签，能够时刻保证路由表里的路由是最新的。

　　六、ad-hoc的应用前景

　　Ad-hoc类型的网络特点就是所有的节点对等，既充当AP又充当客户端，所以也成为自组织网络。Ad-hoc网络根据移动性可以粗略的分为无线mesh网络和移动ad-hoc网络。无线mesh网络中所有的节点位置相对固定，适合搭建无线骨干网；移动ad-hoc网络则表现为网络中节点移动性较强。

　　由于ad-hoc网络的节点对等，所以鲁棒性好，抗打击性好。在基础设施类类网络中如果AP损坏，网络就会瘫痪，而ad-hoc网络中每一个节点的损坏对网络的影响不会很大。因此它适合的应用场景一般是军警相关的，比如单兵作战通信设备、消防应急通信设备等。

　　目前ad hoc网络已经发展到mesh，窄带mesh主要是zigbee等方面用于物联网等小数据传输，宽带mesh主要由wlan mesh（wifi）和cofdm mesh（winet），前者使用wifi机制，带宽高，后者采用cofdm机制，适用于传输视频和实时性要求较高的数据。

　　总的来说，ad-hoc的应用场景还是有的，但是比较窄，军口、应急通信设备都是很需要的。如果要深入了解，找一两个场景深入调研一下应该就会有所了解了。

　　七、结束语

　　随着Adhoc网络的组网技术的不断发展，Ad hoc网络与现有网络的融合已经成为网络互联的重要内容。Ad hoc网络与现有网络融合的主要目的是完成异构网络的无缝互连，将传统的有基础设施的无线网络中的移动IP协议加以改进，与Ad hoc网络技术有机结合起来，使得它在军事领域的应用中保持重要地位，在民用领域中的作用逐步扩大。然而，它作为一种新型网络，还存在很多问题，新的应用也对它的研究和发展不断提出新的挑战。随着研究的深入，Ad hoc网络将在无线通信领域中有着更加广阔的前景。