無限自組網(wǎng)技術(shù)綜述與設(shè)計(jì)

1、無線自組網(wǎng)技術(shù)綜述和設(shè)計(jì)摘要無線自組織網(wǎng)絡(luò)即MANET(MobileAdHocNetwork)是一種不同于傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)的新型網(wǎng)絡(luò),具有自組織、多跳路由和動(dòng)態(tài)拓?fù)涞忍攸c(diǎn),在軍事上和商業(yè)應(yīng)用中有著很大的前景.無線自組織網(wǎng)絡(luò)可以不必依托于根底設(shè)備,組網(wǎng)擁有了動(dòng)態(tài)性.從現(xiàn)狀看,自組織網(wǎng)絡(luò)可被用作商業(yè)及軍事,注重了網(wǎng)絡(luò)本體的移動(dòng)屬性.在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi),無線架構(gòu)的自組織網(wǎng)絡(luò)獲取了明顯進(jìn)步.然而,受到自身約束,這類網(wǎng)絡(luò)仍存有假設(shè)干疑難有待于化解,例如隱暴終端、路由是否擁有最優(yōu)的適應(yīng)特性、系統(tǒng)配備的單向鏈路.關(guān)鍵詞：無線自組織網(wǎng)絡(luò)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀A(yù)bstractWirelessadhocnetworks,

2、whicharedifferentfromtraditionalwirelesscommunicationnetworks,havemanycharacteristics,suchasself-organization,multihoproutinganddynamictopology,whichhavegreatprospectsinmilitaryandcommercialapplications.Wirelessadhocnetworksdonothavetorelyontheinfrastructure,thenetworkhasadynamic.Fromthecurrentsitua

3、tion,theself-organizingnetworkcanbeusedasthecommercialandmilitary,andithasafocusonthemobilepropertyofthenetworkontology.Inallareas,thewirelessarchitectureoftheself-organizingnetworkhasmadesignificantprogress.However,subjecttoitsownconstraints,therearestillsomeproblemstoberesolvedinthiskindofnetwork,

4、suchasthehiddenstormterminal,routinghasthebestadaptivecharacteristics,thesystemisequippedwithaone-waylink.Keyword:MANET;keytechnology;Applicationstatus隨著社會(huì)的開展和科技的進(jìn)步,人們對(duì)信息的需求日益高漲,而隨時(shí)隨地獲取所需信息的渴望更使無線網(wǎng)絡(luò)得到飛速的開展,在過去的十年里,無線自組網(wǎng)已經(jīng)成為移動(dòng)通信技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一,正得到越來越廣泛的應(yīng)用,并將在未來的通信技術(shù)中占據(jù)重要地位.媒體接入限制技術(shù)和節(jié)能機(jī)制是當(dāng)前無線自組網(wǎng)的研究熱點(diǎn),與整個(gè)無線網(wǎng)

5、絡(luò)的性能息息相關(guān).相比其他情形下的網(wǎng)絡(luò),無線自組織網(wǎng)絡(luò)容易變更本身的帶寬,網(wǎng)絡(luò)設(shè)有移動(dòng)情形的節(jié)點(diǎn)且變更了自帶的鏈路,但是,受到設(shè)備限制,網(wǎng)絡(luò)也潛在多樣的平安隱患.因此設(shè)定了更高水準(zhǔn)的協(xié)議棧：它能吻合隨機(jī)調(diào)配的限制協(xié)議,符合移動(dòng)架構(gòu)的分布節(jié)點(diǎn)1;解析網(wǎng)絡(luò)固有的構(gòu)架,獲取更優(yōu)成效的動(dòng)態(tài)拓?fù)?；路由依循的算法增添了穩(wěn)健性,便于互聯(lián)路徑的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；跨層設(shè)有互通信息必備的新奇設(shè)計(jì),配備了平安管控的機(jī)制.隨著信息技術(shù)的不斷開展,近年來移動(dòng)通信技術(shù)得到了飛速開展和普及.蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)(IEEES02.1和HiperLAN)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)和家庭無線網(wǎng)(HomeRF殍移動(dòng)通信新技術(shù)

6、紛紛涌現(xiàn)并不斷完善.這些無線接入技術(shù)的開展使得移動(dòng)用戶可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)以任何方式來訪問網(wǎng)絡(luò)所提供的任何效勞.然而目前的移動(dòng)通信大多需要有線根底設(shè)糟(如基站)的支持才能實(shí)現(xiàn),為了能夠在沒有任何固定基站的地方進(jìn)行通信,Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生.Adhoc網(wǎng)絡(luò)的起源可以追溯到1968年美國夏威夷大學(xué)建立的ALOH胭絡(luò).盡管ALOH煙絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是固定不動(dòng)的,并且其運(yùn)行的協(xié)議也僅僅是一種單跳的協(xié)議,不支持路由功能,但是該協(xié)議為以后開發(fā)分布式信道接入技術(shù)奠定了根底,而這種信道接入方案恰恰就是當(dāng)前Adhoc網(wǎng)絡(luò)所采用的技術(shù).1 MANET勺定義及網(wǎng)絡(luò)組成1.1 MANET定義無線自組織網(wǎng)絡(luò)即MANE

7、T(MobileAdHocNetwork),是一種不同于傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù).傳統(tǒng)的無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò),需要固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如基地站的支持,進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和用戶效勞限制.而無線自組織網(wǎng)絡(luò)不需要固定設(shè)備支持,各節(jié)點(diǎn)即用戶終端自行組網(wǎng),通信時(shí),由其他用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā).這種網(wǎng)絡(luò)形式突破了傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的地理局限性,能夠更加快速、便捷、高效地部署,適合于一些緊急場(chǎng)合的通信需要,如戰(zhàn)場(chǎng)的單兵通信系統(tǒng).但無線自組織網(wǎng)絡(luò)也存在網(wǎng)絡(luò)帶寬受限、對(duì)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)支持較差、平安性不高的弊端.目前,國內(nèi)外有大量研究人員進(jìn)行此工程研究.無線自組織網(wǎng)絡(luò)(mobilead-hocnetwork)是一個(gè)由幾十到上百個(gè)節(jié)點(diǎn)組

8、成的、采用無線通信方式的、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò).其目的是通過動(dòng)態(tài)路由和移動(dòng)治理技術(shù)傳輸具有效勞質(zhì)量要求的多媒體信息流.通常節(jié)點(diǎn)具有持續(xù)的能量供給.1.2 MANET網(wǎng)絡(luò)組成相比于簇狀層次,無線自組織設(shè)有新式架構(gòu)內(nèi)的物理分層,這種架構(gòu)根植于異構(gòu)節(jié)點(diǎn).網(wǎng)絡(luò)存有假設(shè)干類的節(jié)點(diǎn),異構(gòu)節(jié)點(diǎn)擁有自帶的參數(shù),這就創(chuàng)設(shè)了網(wǎng)絡(luò)架設(shè)起來的多層次.分層組成篩選了如下典型：骨干的可移動(dòng)網(wǎng)絡(luò).在其中,網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)整合了常規(guī)節(jié)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)著的骨干節(jié)點(diǎn),骨干節(jié)點(diǎn)銜接了收點(diǎn),二者直接互通.無線設(shè)備延展了傳輸經(jīng)由的路徑,傳輸依托于更長的路徑,加快了常態(tài)的速率.無線網(wǎng)絡(luò)縮減了額外增設(shè)的供電約束,節(jié)點(diǎn)串聯(lián)至架設(shè)的無線設(shè)備,這種構(gòu)

9、架很近似一簇網(wǎng)絡(luò),可調(diào)配并維護(hù)細(xì)分出來的各個(gè)子網(wǎng).平面網(wǎng)絡(luò)可分成內(nèi)含的各個(gè)子網(wǎng),依托于信道來串聯(lián)節(jié)點(diǎn),這就省掉了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn).組網(wǎng)信道有著多樣的特性,網(wǎng)絡(luò)可劃分雙重的本身架構(gòu).信道擁有最正確的速率,網(wǎng)絡(luò)是同質(zhì)的,借助于分簇方式,還可細(xì)分邏輯類的更多層次.自組織特有的無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建于分簇的思維,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含多個(gè)簇,每簇都配有常見節(jié)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的簇頭.節(jié)點(diǎn)彼此的互通不可脫離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),它搭設(shè)了更高層次之中的網(wǎng)絡(luò).骨干網(wǎng)擁有虛擬的特性,擺脫了規(guī)模的約束,這樣在最大范疇內(nèi)減低了消耗的路由開支,同步調(diào)配了現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),針對(duì)可供給的網(wǎng)內(nèi)效勞,可選取分布特性的分層網(wǎng)絡(luò).分簇的網(wǎng)絡(luò)融入了多樣優(yōu)勢(shì),設(shè)有反響式內(nèi)在的架構(gòu),分級(jí)

10、路由從根本上提升了算法優(yōu)勢(shì).用分簇算法,網(wǎng)絡(luò)分級(jí)增添了原有的實(shí)用優(yōu)勢(shì),設(shè)定更適宜的網(wǎng)絡(luò)算法,適當(dāng)減小了消耗的總體開銷.網(wǎng)關(guān)擁有分布式框架,路由因此可被優(yōu)化.針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò),便于調(diào)配內(nèi)在的假設(shè)干資源,簇頭協(xié)調(diào)了各時(shí)段設(shè)定的節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求,適當(dāng)調(diào)配帶寬且提升了實(shí)效.圖1無線自組織網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)2 MANET關(guān)鍵技術(shù)分類綜述2.1MAC介質(zhì)訪問限制協(xié)議(MediaAccessControl,MAC是無線自組網(wǎng)協(xié)議棧的重要組成局部,決定了節(jié)點(diǎn)如何通過共享的無線空間信道發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文.MAO議能否高效的利用有限的無線信道資源對(duì)無線自組網(wǎng)的性能有決定性的影響.基于隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的MAO議開銷低,適合在無線自組網(wǎng)環(huán)境下單個(gè)節(jié)

11、點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)且實(shí)現(xiàn)開銷不高,因而成為無線自組網(wǎng)MAO議研究中最主流的技術(shù).作為基于隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的無線自組網(wǎng)MAC協(xié)議最典型和最成功的代表,IEEE802.11協(xié)議在研究和實(shí)際應(yīng)用中使用最為廣泛.在無線自組網(wǎng)中,在給定區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行的傳輸越多,那么整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量就越高.因而,在保證彼此不破壞對(duì)方傳輸?shù)那疤嵯?在一定的空間范圍內(nèi)調(diào)度盡可能多的傳輸是提升無線自組網(wǎng)MACB議吞吐量的有效途徑之一.無線自組織網(wǎng)中由于通信的多跳性,造成結(jié)點(diǎn)間的干擾加劇,網(wǎng)絡(luò)的吞吐量較低,提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量成為無線自組織網(wǎng)絡(luò)MACB協(xié)議研究的重點(diǎn)之一.傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中往往具有根底設(shè)施,就可以通過接入點(diǎn)或者基站進(jìn)行集中式的分配,而無線自

12、組織網(wǎng)采用的是多跳共享的無線播送信道,每個(gè)結(jié)點(diǎn)不僅要發(fā)送和接收自己的數(shù)據(jù),還要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)其他結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),這樣在結(jié)點(diǎn)密度大、流量高的情況下,對(duì)共享信道的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)嚴(yán)重.因此傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中有效的沖突防止算法并不適用于無線自組織網(wǎng)絡(luò),或者表現(xiàn)出的性能較差.無線自組織網(wǎng)MAO議的開展經(jīng)歷了從簡單的單信道協(xié)議到多信道協(xié)議,又開展了基于有向天線的協(xié)議,這些開展都在逐步提升了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量.為了進(jìn)一步增加WMN抻的網(wǎng)絡(luò)性能及網(wǎng)絡(luò)容量,一種有效的方法就是使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作于多個(gè)信道上,而不僅僅只工作在某個(gè)固定的信道.依靠硬件平臺(tái),各種不同的多信道MAC協(xié)議需要被開發(fā)出來.2.2 路由協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的作用是否相同,

13、可以將路由協(xié)議分成平面協(xié)議(uniformprotocol)和分層協(xié)議(non-uniformprotocol).在平面協(xié)議中各節(jié)點(diǎn)以相同的方式發(fā)送和響應(yīng)路由限制信息(如DS*AODV)節(jié)點(diǎn)只需要維護(hù)周圍鄰居的信息,不用考慮鄰居之外的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這使其操作簡單靈活,但可擴(kuò)展性不高.在分層協(xié)議中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)或者從鄰居節(jié)點(diǎn)中選出一局部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由計(jì)算/轉(zhuǎn)發(fā)分組如OLSR,或者被分成簇的結(jié)構(gòu)如CBRP選擇一些節(jié)點(diǎn)成為簇首cluster-head或網(wǎng)關(guān)gateway,它們負(fù)責(zé)簇間的分組轉(zhuǎn)發(fā).分層協(xié)議通過減少參與路由計(jì)算的節(jié)點(diǎn)數(shù)來限制路由計(jì)算的復(fù)雜性,增加了擴(kuò)展性,但是簇首的選擇需要謹(jǐn)慎考慮,而且這類協(xié)

14、議在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓叨葎?dòng)態(tài)的時(shí)候維護(hù)的開銷比擬大.無線自組織網(wǎng)絡(luò)中,結(jié)點(diǎn)間的無線鏈路以及由此而形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨著結(jié)點(diǎn)位置的分布而移動(dòng),信道的變化的因素呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的特性.無線網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)面臨的困難遠(yuǎn)比有線網(wǎng)絡(luò)的大的多,因此有線網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)是無法完全適用于無線網(wǎng)絡(luò)的.根據(jù)路由協(xié)議建立和維護(hù)的方式不同,可以分為：混合式路由協(xié)議,反響式路由協(xié)議,先應(yīng)式路由協(xié)議2.混合式路由協(xié)議：在局部地區(qū)使用先應(yīng)式路由協(xié)議,維護(hù)準(zhǔn)確的路由信息,并可縮小路由限制消息傳播的范圍,當(dāng)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí),通過查找發(fā)現(xiàn)路由,這樣既可以減少路由協(xié)議的開銷,也可以改善時(shí)延特性.反響式路由協(xié)議：在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才開始查找路由,和先

15、應(yīng)式路2由相比,反響式路由協(xié)議開銷較小,能夠快速的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?但是由于存在發(fā)現(xiàn)過程使得數(shù)據(jù)報(bào)傳送的時(shí)延較大,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下,其性能較差.先應(yīng)式路由協(xié)議：在每個(gè)結(jié)點(diǎn)建立和維護(hù)包含到達(dá)其他結(jié)點(diǎn)的路由信息的路由表,源結(jié)點(diǎn)一旦要發(fā)送報(bào)文,可以立即獲得到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的路由.因此這種路由協(xié)議的時(shí)延開銷較大,在移動(dòng)性高而負(fù)載小的網(wǎng)絡(luò)中性能較差.2.3 拓?fù)湎拗茻o線自組網(wǎng)的拓?fù)渚褪且恍┞酚煽蛇_(dá)的申路集合,其主要取決于無線收發(fā)器的地理位置、發(fā)射器的發(fā)射功率、無線干擾、天線的方向等因素.拓?fù)湎拗频哪繕?biāo)是通過限制節(jié)點(diǎn)間的通信申路和結(jié)點(diǎn)的傳輸范圍使生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錆M足一定的性質(zhì),以延長網(wǎng)絡(luò)生命周期,降低網(wǎng)

16、絡(luò)干擾提升吞吐率.一般把拓?fù)湎拗茊栴}表示為一個(gè)三元組M,GP,O,其中Me侑向圖,無向圖表示無線自組網(wǎng)的圖模型,G昧示預(yù)期的圖屬性,如強(qiáng)連接,2度連接等,O屬于最大功率,總功率表示要優(yōu)化目標(biāo).例如：拓?fù)湎拗茊栴}有向圖,強(qiáng)連接最大功率就表示有向圖必須是強(qiáng)連通的,而且使收發(fā)器的最大消耗功率必須最小.拓?fù)湎拗茊栴}無向圖,2度連通,總功率要求無向圖節(jié)點(diǎn)白連接至少為2,而且所有收發(fā)器消耗的功率總和必須最小.拓?fù)湎拗茊栴}無向圖,2度連通,總功率要求無向圖節(jié)點(diǎn)的連接度至少為2,而且所有收發(fā)器消耗的功率總和必須最小.拓?fù)湎拗撇呗栽跓o線自組網(wǎng)中至關(guān)重要,如果不采用拓?fù)湎拗撇呗?所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都將以最大傳輸功率工作

17、,這將嚴(yán)重影響自組網(wǎng)的整體性能：由于自組網(wǎng)的主機(jī)都是依靠電池提供能源,如果以最大傳輸功率工作,節(jié)點(diǎn)能量將迅速耗盡,從而縮短自組網(wǎng)的生命周期；節(jié)點(diǎn)的傳輸功率越大它所覆蓋的范圍也越大,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵罅康倪?從而增加了路由計(jì)算的復(fù)雜度,這對(duì)于承當(dāng)路由器任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)來說是個(gè)巨大的挑戰(zhàn).節(jié)點(diǎn)的,無線信號(hào)將覆蓋大量其它節(jié)點(diǎn),這將頻繁引起無線干擾,影響節(jié)點(diǎn)的通信質(zhì)量,降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率.因此,迫切需要研究拓?fù)湎拗茊栴},在降低能量消耗和無線干擾的前提下,通過限制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信串路和結(jié)點(diǎn)的傳輸范圍來延長網(wǎng)絡(luò)生命周期,提升網(wǎng)絡(luò)效率.i匕向雷裳里圖2兩個(gè)無線自組網(wǎng)的圖模型1972年美國DARPA(Defe

18、nseAdvancedResearchProjectAgency)啟動(dòng)了分組無線網(wǎng)工程,目的是研究其在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用問題.為了解決無線自組網(wǎng)本身的一些局限性,如功率消耗和網(wǎng)絡(luò)處理水平最優(yōu)化問題,研究人員已經(jīng)提出了許多拓?fù)湎拗撇呗?C根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍r是否相同,我們把這些限制策略分為兩類：同構(gòu)拓?fù)湎拗坪头峭瑯?gòu)拓?fù)湎拗?所謂同構(gòu)拓?fù)渚褪侵杆芯W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍；都相同,這種拓?fù)湎拗茊栴}就簡化為在滿足一定網(wǎng)絡(luò)特性的前提下需要確定傳輸范圍r的最小值,也就是臨界傳物范圍(CTR),這是理想狀態(tài)下所采取的舉措,是比擬簡單的.又根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的密集程度,進(jìn)一步細(xì)分為稀疏網(wǎng)的拓?fù)湎拗坪兔芗W(wǎng)的

19、拓?fù)湎拗?但在實(shí)際環(huán)境中,由于受到內(nèi)因(主機(jī)能源的差異)和外因(建筑物、地形和其他障礙物)的影響,所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍r不可能完全相同,所以一般無線自組網(wǎng)都是非同構(gòu)的根據(jù)生成拓?fù)鋾r(shí)所的信息類型不同,這類拓?fù)湎拗撇呗钥梢赃M(jìn)一步細(xì)分為基于方向的拓?fù)湎拗撇呗浴⒒卩従庸?jié)點(diǎn)的拓?fù)湎拗撇呗?、基于位置的拓?fù)湎拗撇呗?如圖3所示.圖3拓?fù)湎拗撇呗缘姆诸?.4 資源調(diào)度分配調(diào)度算法是當(dāng)前有線和無線網(wǎng)絡(luò)中常用的一種網(wǎng)絡(luò)資源治理方法,對(duì)于有效保證上層應(yīng)用的效勞質(zhì)量非常重要.調(diào)度算法SchedulingAlgorithm是當(dāng)前有線和無線網(wǎng)絡(luò)中常用的一種網(wǎng)絡(luò)資源治理算法,對(duì)于有效保證上層各種應(yīng)用的效勞質(zhì)量非常重要.

20、有線網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度一般指分組的調(diào)度,即系統(tǒng)為滿足特定要求在確定輸出鏈路上分組輸出次序時(shí)所采用的策略.評(píng)價(jià)調(diào)度算法常用的指標(biāo)包括公平性、時(shí)間復(fù)雜性和端到端時(shí)延.公平性用來衡量一個(gè)流是否能得到它所預(yù)約的效勞,時(shí)間復(fù)雜性指分組調(diào)度算法確定下一個(gè)要效勞的分組的時(shí)間消耗.端到端時(shí)延指在特定的分組調(diào)度算法及相關(guān)機(jī)制作用下,流所屬分組在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的最大時(shí)延值.分組調(diào)度與信道接入?yún)f(xié)議相關(guān)但又有明顯區(qū)別,后者主要解決節(jié)點(diǎn)如何高效、公平地占用和訪問信道,而前者主要解決如何及何時(shí)發(fā)送分組的策略,它也考慮公平性和最大化信道利用率,但是并不解決信道競(jìng)爭(zhēng)以及隱終端和暴露終端等問題.但是,在同步的網(wǎng)絡(luò)中,分組調(diào)度和信道接入在

21、很多方面近似,由于信道時(shí)隙是確定的.但是,信道接入?yún)f(xié)議要考慮如何預(yù)約時(shí)隙的問題,而分組調(diào)度只需考慮如何利用可用的時(shí)隙發(fā)送分組,即把一幀中的時(shí)隙根據(jù)一定規(guī)那么分配給各節(jié)點(diǎn),不需考慮節(jié)點(diǎn)如何能夠預(yù)約這些時(shí)隙.實(shí)際上,有些文獻(xiàn)并不嚴(yán)格區(qū)分分組調(diào)度和信道接入,即將它們都視為節(jié)點(diǎn)如何獲得信道并高效利用信道來發(fā)送分組的問題.在無線自組網(wǎng)中,一般認(rèn)為調(diào)度的目標(biāo)包括最大化信道利用率考慮頻率和空間重用、最小化幀長以及保證公平性.在無線自組網(wǎng)中,信道接入通常不由中央節(jié)點(diǎn)限制,而是采用分布式方式實(shí)現(xiàn).只要一個(gè)流的發(fā)送者或接收者處于另外一個(gè)流的發(fā)送者或接收者的傳播范圍之內(nèi),兩個(gè)流就構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系.相反,非競(jìng)爭(zhēng)流可以同時(shí)

22、傳送數(shù)據(jù),從而到達(dá)信道在空間上的重用.位置相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)以及空間重用給無線自組網(wǎng)中的分組調(diào)度帶來了新問題.在有線或無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,分組在每個(gè)輸出鏈路種獨(dú)立被調(diào)度.因此,一個(gè)鏈路的調(diào)度器只需考慮競(jìng)爭(zhēng)該鏈路的那些數(shù)據(jù)流,而不需要對(duì)鄰居的節(jié)點(diǎn)實(shí)施協(xié)調(diào).所以,有根底設(shè)施網(wǎng)絡(luò)可以通過公平排隊(duì)算法來保證多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)鏈路的數(shù)據(jù)流在時(shí)間上公平地共享帶寬.但是,在共享媒介的多跳無線自組網(wǎng)中,位置相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)在多個(gè)流之間產(chǎn)生了耦合效應(yīng),使得流調(diào)度不能只依賴于本地流.此時(shí),公平隊(duì)列調(diào)度變成了一個(gè)三維的問題,即需要在時(shí)間和空間上執(zhí)行調(diào)度,并且要在鄰居節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行協(xié)調(diào).在無線自組網(wǎng)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載和擁塞程度不僅依賴于調(diào)度機(jī)制而

23、且依賴于路由算法,低效的路由協(xié)議會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞的增加和吞吐量的減少.另外,帶寬的分配應(yīng)基于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)量需求和鏈路的質(zhì)量,并且調(diào)度算法應(yīng)考慮補(bǔ)償那些經(jīng)歷較差信道質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)和流.然而,如果無線自組網(wǎng)采用分簇結(jié)構(gòu),那么可考慮由簇頭充當(dāng)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn),這種情況下可以在一定程度上采用無線網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度算法.借助于分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以采用由簇頭發(fā)起的集中式的調(diào)度算法,也可以在規(guī)模較小的簇內(nèi)采用簡單的分布式調(diào)度算法.3當(dāng)前研究現(xiàn)狀綜述4Adhoc網(wǎng)絡(luò)具有無中央、自組織、多跳路由、獨(dú)立組網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等特點(diǎn).這使得它在很多特殊場(chǎng)合的通信應(yīng)用中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),但這些獨(dú)有的特點(diǎn)也使得Adhoc網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)方式上和傳統(tǒng)的無線通

24、信網(wǎng)絡(luò)有極大的差異.Adhoc網(wǎng)絡(luò)的多跳共享無線信道播送,多跳路由等都是普通有中央的無線網(wǎng)絡(luò)不可能遇到的.為了適應(yīng)這種獨(dú)特的組網(wǎng)和工作方式,必須為Adhoc單獨(dú)設(shè)計(jì)相應(yīng)的協(xié)議,無論是信道接入?yún)f(xié)議、路由協(xié)議、傳輸協(xié)議等都要根據(jù)Adhoe網(wǎng)絡(luò)的需要和特點(diǎn)進(jìn)行改良和調(diào)整.除此之外.Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特殊性也引發(fā)了很多其他問題：分簇、節(jié)點(diǎn)功率限制、QoS等.這些問題形成了Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)5.信道接入?yún)f(xié)'議位于AdHoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的底層,由它限制節(jié)點(diǎn)如何接入無線信道,即無線節(jié)點(diǎn)如何接入無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)幀的問題.信道接入?yún)f(xié)議能否有效地使用無線信道的有限帶寬,將對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生重要的影

25、響.如果協(xié)議設(shè)計(jì)不當(dāng),會(huì)帶來較多的沖突,重傳以及空閑等.因此,MAC協(xié)議設(shè)計(jì)將面臨很多新的問題：(1) 不同的信道共享方式.通信網(wǎng)絡(luò)中的信道共享方式一般有種：點(diǎn)對(duì)點(diǎn),點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和多點(diǎn)共享t雖然Adhoc網(wǎng)絡(luò)的無線信道也是一個(gè)共享的播送信道,但它不是單跳共享,而是多跳共享播送信道.多跳共享播送信道帶來的直接影響就是報(bào)文沖突與節(jié)點(diǎn)所處的位置有關(guān).在Adhoc網(wǎng)絡(luò)中,報(bào)文沖突只是局部事件.并非所有節(jié)點(diǎn)都能感知,也就是說發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn).感知到的信道狀況不盡相同.因此將會(huì)帶來隱藏終端和暴露終端等一系列的特殊問題(2) 隱藏終端與暴露終端.單信道和多信道的Adhoc網(wǎng)絡(luò)都會(huì)產(chǎn)生隱藏終端與暴露終端問題.隱

26、藏終端是指在接收節(jié)點(diǎn)的覆盞區(qū)內(nèi)而在發(fā)送方覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn).隱藏終端因偵聽不到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送而向同一接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組,造成分組在接收節(jié)點(diǎn)處沖突.沖突后發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要重傳沖突的分組,從而降低了信道的利用率.暴露終端是指在發(fā)送節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)而在接收節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn).暴露終端因能夠偵聽發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送而發(fā)生延遲發(fā)送.但因它在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍之外,它的發(fā)送實(shí)際上不會(huì)給接收節(jié)點(diǎn)造成沖突,這就引入了不必要的延遲.如圖1.5中單信道的情況,當(dāng)節(jié)點(diǎn)B要和節(jié)點(diǎn)c建立通信時(shí),它往節(jié)點(diǎn)c發(fā)送RTS報(bào)文,但此時(shí)節(jié)點(diǎn)D沒有水平偵聽到這種狀況,而它恰好也要和節(jié)點(diǎn)c進(jìn)行通信,于是發(fā)送RTS報(bào)文,B和D的報(bào)文在C處就會(huì)發(fā)生

27、沖突,此時(shí)的節(jié)點(diǎn)D相對(duì)通信雙方B和C而言就是通信節(jié)點(diǎn)B的隱藏終端,隱藏終端引起的最大問題就是分組碰撞；而節(jié)點(diǎn)A由于偵聽到B的RTS報(bào)文,那么它必須在B和c的通信時(shí)間內(nèi)保持沉默,即使它的發(fā)送可能不會(huì)影響節(jié)點(diǎn)C的接收,此時(shí)A成了B的暴露終端,暴終端引起的最大問題就是網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用率問題.多信道下隱藏終端和暴露終端問題除了單信道問題外,也有可能是由于信道切換引起的沖突問題.這些都是當(dāng)前MAO議研究的主要熱點(diǎn)問題.圖4單信道和多信道的隱藏終端與暴漏終端4當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀綜述6(1)軍事應(yīng)用:軍事應(yīng)用是adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域.因其特有的無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,可快速展開,康惠興強(qiáng)等特點(diǎn),它是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)通

28、信的首要技術(shù),并已經(jīng)成為戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù).為了滿足信息戰(zhàn)和數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)的需要,美軍研制了大量的無線自組網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,用于單車,車載,指揮等不同的場(chǎng)合,并大量裝備軍隊(duì).(2)緊急和突發(fā)場(chǎng)合：在發(fā)生了地震,水災(zāi),火災(zāi)或遭受其他災(zāi)難后,固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施都可能無法正常工作.此時(shí)adhoc網(wǎng)絡(luò)能夠在這些惡劣的環(huán)境下提供通信支持,對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)工作具有重要意義.此外,當(dāng)刑警或消防隊(duì)員緊急執(zhí)行任務(wù)時(shí),可以通過adhoc網(wǎng)絡(luò)來保證通信指揮的順利進(jìn)行.(3) 偏遠(yuǎn)野外地區(qū)當(dāng)處于遙遠(yuǎn)或野外地區(qū)時(shí),無法以來固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信.adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有單純組網(wǎng)水平和自組織特點(diǎn),是這些場(chǎng)合通信的最正確選擇.無線自組

29、網(wǎng)有許多潛在的應(yīng)用,移動(dòng)自組織網(wǎng)可以應(yīng)用于救災(zāi)通信、WLAN擴(kuò)展、傳統(tǒng)移動(dòng)通信的后備網(wǎng)絡(luò)、信息家電互聯(lián).機(jī)器人之間的通信.個(gè)人無線網(wǎng)絡(luò)等臨時(shí).快速建立通信的場(chǎng)合,目前主要有：軍事應(yīng)用、傳感器網(wǎng)絡(luò)、緊急和臨時(shí)場(chǎng)合、個(gè)人通信等.5無人機(jī)之間的自組織網(wǎng)絡(luò)無人機(jī)(UAV)是目前迅速開展的高技術(shù)之一,尤其在特殊領(lǐng)域里的應(yīng)用更是今非昔比.由于無人機(jī)相對(duì)有人機(jī)來說具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、不需要傳統(tǒng)意義上的飛行員等許多優(yōu)點(diǎn),特別是在對(duì)有人機(jī)來說是高危險(xiǎn)性的區(qū)域(生物、化學(xué)、甚至是核環(huán)境下的應(yīng)等),更是讓有人機(jī)望塵莫及.無人機(jī)從投入使用到現(xiàn)在根本上是單飛單控的,這一方面是由于技術(shù)的原因,另一方面也是由于沒有這樣的需求而造成的.隨著無人機(jī)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用開展,在一些復(fù)雜場(chǎng)合單機(jī)應(yīng)用不再適合,需要有機(jī)群編組和協(xié)同去完成較為復(fù)雜的任務(wù),這就要求無人機(jī)系統(tǒng)要從目前的單飛單控變?yōu)槎囡w單控或者多飛多控,組成無人機(jī)自組網(wǎng).在現(xiàn)有的無人機(jī)中,每架無人機(jī)都裝配有主機(jī)和電臺(tái),所以只需增