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)可以不必依托于基礎(chǔ)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)仍存有若干疑難有待于化解，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,w

2、hicharedifferentfromtraditionalwirelesscommunicationnetworks,havemanycharacteristics,suchasself-organization,multihoproutinganddynamictopology,whichhavegreatprospectsinmilitaryandcommercialapplications.Wirelessadhocnetworksdonothavetorelyontheinfrastructure,thenetworkhasadynamic.Fromthecurrentsituat

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

4、uchasthehiddenstormterminal,routinghasthebestadaptivecharacteristics,thesystemisequippedwithaone-waylink.Keyword:MANET;keytechnology;Applicationstatus隨著社會(huì)的發(fā)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)得到飛速的發(fā)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。媒體接入控制技術(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)絡(luò)

5、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)也潛在多樣的安全隱患。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)配的控制協(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)洌宦酚梢姥乃惴ㄔ鎏砹朔€(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穎設(shè)計(jì)，配備了安全管控的機(jī)制。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來移動(dòng)通信技術(shù)得到了飛速發(fā)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)紛

6、紛涌現(xiàn)并不斷完善.這些無線接入技術(shù)的發(fā)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)所提供的任何服務(wù).然而目前的移動(dòng)通信大多需要有線基礎(chǔ)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)奠定了基礎(chǔ)，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MANET

7、(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)和用戶服務(wù)控制。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，適合于一些緊急場合的通信需要，如戰(zhàn)場的單兵通信系統(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、安全性不高的弊端。目前，國內(nèi)外有大量研究人員進(jìn)行此項(xiàng)目研究。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)組成

8、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)管理技術(shù)傳輸具有服務(wù)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)存有若干類的節(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)架很

9、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)。信道擁有最佳的速率，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)減低了耗費(fèi)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)可供應(yīng)的網(wǎng)內(nèi)服務(wù)，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，設(shè)有反應(yīng)式內(nèi)在的架構(gòu)，分級(jí)路由從

10、根本上提升了算法優(yōu)勢。用分簇算法，網(wǎng)絡(luò)分級(jí)增添了原有的實(shí)用優(yōu)勢，設(shè)定更適宜的網(wǎng)絡(luò)算法，適當(dāng)減小了耗費(fèi)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)在的若干資源，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)訪問控制協(xié)議(MediaAccessControl,MAC是無線自組網(wǎng)協(xié)議棧的重要組成部分，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?；陔S機(jī)競爭的MAO議開銷低，適合在無線自組網(wǎng)環(huán)境下單個(gè)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)

11、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)競爭的無線自組網(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，則整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量就越高。因而，在確保彼此不破壞對(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高無線自組網(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，提高網(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)中往往具有基礎(chǔ)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，而無線自組織網(wǎng)采用

12、的是多跳共享的無線廣播信道，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)共享信道的競爭越發(fā)嚴(yán)重。因此傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中有效的沖突避免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議的發(fā)展經(jīng)歷了從簡單的單信道協(xié)議到多信道協(xié)議，又發(fā)展了基于有向天線的協(xié)議，這些發(fā)展都在逐步提高了網(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，可以將路由

13、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)路由控制信息(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)中選出一部分節(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

14、類協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓叨葎?dòng)態(tài)的時(shí)候維護(hù)的開銷比較大。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。按照路由協(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，反應(yīng)式路由協(xié)議，先應(yīng)式路由協(xié)議2?；旌鲜铰酚蓞f(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，并可縮小路由控制消息傳播的范圍，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。反應(yīng)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，

15、和先應(yīng)式路2由相比，反應(yīng)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怯捎诖嬖诎l(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)淇刂茻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)淇刂频哪繕?biāo)是通過控制節(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

16、低網(wǎng)絡(luò)干擾提高吞吐率。一般把拓?fù)淇刂茊栴}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)淇刂茊栴}（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)淇刂茊栴}（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)淇刂茊栴}（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)淇刂撇呗栽跓o線自組網(wǎng)中至關(guān)重要，如果不采用拓?fù)淇刂撇呗?，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都

17、將以最大傳輸功率工作，這將嚴(yán)重影響自組網(wǎng)的整體性能：因?yàn)樽越M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?jì)算的復(fù)雜度，這對(duì)于承擔(dān)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)淇刂茊栴}，在降低能量消耗和無線干擾的前提下，通過控制網(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，提高網(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

18、DARPA(DefenseAdvancedResearchProjectAgency)啟動(dòng)了分組無線網(wǎng)項(xiàng)目，目的是研究其在戰(zhàn)場環(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)處理能力最優(yōu)化問題，研究人員已經(jīng)提出了許多拓?fù)淇刂撇呗?C根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍r是否相同，我們把這些控制策略分為兩類：同構(gòu)拓?fù)淇刂坪头峭瑯?gòu)拓?fù)淇刂?。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)淇刂茊栴}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)下所采取的措施，是比較簡單的。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)

19、的拓?fù)淇刂坪兔芗W(wǎng)的拓?fù)淇刂?。但在?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)淇刂撇呗钥梢赃M(jìn)一步細(xì)分為基于方向的拓?fù)淇刂撇呗浴⒒卩従庸?jié)點(diǎn)的拓?fù)淇刂撇呗?、基于位置的拓?fù)淇刂撇呗?。如圖3所示。圖3拓?fù)淇刂撇呗缘姆诸?.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)資源管理方法，對(duì)于有效保證上層應(yīng)用的服務(wù)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)資源管理算法，對(duì)于有效保證上層各種

20、應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量非常重要。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)約的服務(wù)，時(shí)間復(fù)雜性指分組調(diào)度算法確定下一個(gè)要服務(wù)的分組的時(shí)間耗費(fèi)。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爭以及隱終端和暴露終端等問題。但是，在同步的網(wǎng)絡(luò)

21、中，分組調(diào)度和信道接入在很多方面近似，因?yàn)樾诺溃〞r(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)隙按照一定規(guī)則分配給各節(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心節(jié)點(diǎn)控制，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

22、爭關(guān)系。相反，非競爭流可以同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，從而達(dá)到信道在空間上的重用。位置相關(guān)的競爭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)度器只需考慮競爭該鏈路的那些數(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，有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)可以通過公平排隊(duì)算法來保證多個(gè)競爭鏈路的數(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)的競爭在多個(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

23、和擁塞程度不僅依賴于調(diào)度機(jī)制而且依賴于路由算法，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)，則可考慮由簇頭充當(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)具有無中心、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合的通信應(yīng)用中有獨(dú)特的優(yōu)勢，但這些獨(dú)有的特點(diǎn)也使得Adhoc網(wǎng)

24、絡(luò)在組網(wǎng)方式上和傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)有極大的差異。Adhoc網(wǎng)絡(luò)的多跳共享無線信道廣播，多跳路由等都是普通有中心的無線網(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)行改進(jìn)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)功率控制、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，由它控制節(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)

25、絡(luò)性能產(chǎn)生重要的影響.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)共享的廣播信道，但它不是單跳共享，而是多跳共享廣播信道.多跳共享廣播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

26、與暴露終端問題.隱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沒有能力偵聽到這種狀況，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

27、報(bào)文在C處就會(huì)發(fā)生沖突，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，則它必須在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，也有可能是因?yàn)樾诺狼袚Q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)，

28、它是數(shù)字化戰(zhàn)場通信的首要技術(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，指揮等不同的場合，并大量裝備軍隊(duì)。(2)緊急和突發(fā)場合：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)來保障通信指揮的順利進(jìn)行。(3) 偏遠(yuǎn)野外地區(qū)當(dāng)處于邊遠(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)能力和自組織特點(diǎn)，是這些場合通信的最佳

29、選擇。無線自組網(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)是目前迅速發(fā)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。因?yàn)闊o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)在基本上是單飛單控的，這一方面是由于技術(shù)的原因，另一方面也是因?yàn)闆]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)用發(fā)展，在一些復(fù)雜場合單機(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