無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)樣本

無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)摘要：無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)是隨著無線通信技術(shù)迅速發(fā)展而浮現(xiàn)一種新型網(wǎng)絡(luò)。文章詳細(xì)簡介了無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)由來、重要特性、核心技術(shù)和應(yīng)用等方面，并展望了它發(fā)展前景。核心詞：Adhoc網(wǎng)絡(luò)；路由技術(shù)；安全問題；互聯(lián)；分層自組網(wǎng)；多跳網(wǎng)ABSTRACT：Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologies,thewirelessAdhocnetworkcomesupasanewtypeofnetwork.Thispaperdescribestheorigin,features,keytechnologiesandapplicationsoftheAdhocnetworkindetail,andforecastsitsdevelopmenttrends.KEYWORDS：Adhocnetwork;Routingtechnology;Securityproblem;Interconnection;Hierarchicalself-organizingnetworks;Multi-hopnetwork近幾年，無線網(wǎng)絡(luò)在支持移動性方面發(fā)展非常迅速。按照移動通信系統(tǒng)與否具備基本設(shè)施，可以把移動無線網(wǎng)絡(luò)提成兩類。第1種類型是具備基本設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。移動節(jié)點借助于通信范疇內(nèi)近來基站實現(xiàn)通信。在這樣網(wǎng)絡(luò)里，移動節(jié)點相稱于移動終端，它不具備路由功能，而只有移動互換機負(fù)責(zé)路由和互換功能。這種類型網(wǎng)絡(luò)典型例子有蜂窩無線系統(tǒng)、辦公室無線局域網(wǎng)等。移動無線網(wǎng)絡(luò)第2種類型是一種無基本設(shè)施移動網(wǎng)絡(luò)，也就是無線Adhoc網(wǎng)(見圖1)。它是一種自治無線多跳網(wǎng)，整個網(wǎng)絡(luò)沒有固定基本設(shè)施，也沒有固定路由器，所有節(jié)點都是移動，并且都能以任意方式動態(tài)地保持與其他節(jié)點聯(lián)系。在這種環(huán)境中，由于終端無線覆蓋范疇有限性，兩個無法直接進行通信顧客終端可以借助于其他節(jié)點進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。每一種節(jié)點都可以說是一種路由器，它們要能完畢發(fā)現(xiàn)和維持到其他節(jié)點路由功能。典型例子有交互式講演，可以共享信息商業(yè)會議，戰(zhàn)場上信息中繼，以及緊急通信需要。Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)早在20近年前就已開始研究，且研究重點重要放在國防項目上，諸如抗毀、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)研究籌劃(SURAN)、低開銷分組無線網(wǎng)絡(luò)研究籌劃(LCR)。其最初項目支持者是美國國防高檔研究籌劃局(DARPA)和美國陸軍以及海軍研究辦公室(ONR)。當(dāng)前，美國政府資助這方面籌劃仍在繼續(xù)進行，例如戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、近距離數(shù)字無線電臺。Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在軍事領(lǐng)域發(fā)展同步，也引起了商用領(lǐng)域極大興趣。Internet工程任務(wù)組(IETF)也成立了一種移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)工作組(MANET)，其重要目的就是針對無線Adhoc多跳網(wǎng)開發(fā)一種基于IP合同路由機制，使得IP合同擴展到這種自組織、迅速移動無線網(wǎng)。1無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)特點無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)是由移動主機構(gòu)成自主系統(tǒng)，重要特性如下：(1)網(wǎng)絡(luò)自主性無線Adhoc網(wǎng)相對常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言，最大區(qū)別就是可以在任何時刻、任何地點不需要既有信息基本網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。這也是個人通信一種體現(xiàn)形式。(2)動態(tài)拓?fù)涔?jié)點具備任意移動性。此外，無線傳播條件迅速變化，也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫枰圆豢深A(yù)測方式任意和迅速地變化。(3)帶寬限制和變化鏈路容量無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)采用無線傳播技術(shù)作為底層通信手段，其相對于有線信道具備較低容量；并且由于多路訪問、多徑衰落、噪聲和信號干擾等各種因素，使得移動節(jié)點實際帶寬不大于理論上最大帶寬值。(4)能量限制節(jié)點移動節(jié)點依托電池提供工作所需能量。減少功耗將是影響網(wǎng)絡(luò)合同設(shè)計一種非常重要因素。(5)多跳通信由于無線收發(fā)機信號傳播范疇有限，Adhoc網(wǎng)絡(luò)規(guī)定支持多跳通信。這種多跳通信由此也帶來了隱藏終端、暴露終端和公平性等問題。(6)分布式控制無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)中顧客節(jié)點都兼?zhèn)洫毩⒙酚珊椭鳈C功能，不存在一種網(wǎng)絡(luò)中心控制點，顧客節(jié)點之間地位是平等，網(wǎng)絡(luò)路由合同普通采用分布式控制方式，因而具備很強魯棒性和抗毀性。而在常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)中，由于存在基站、網(wǎng)控中心或路由器這樣一類集中控制設(shè)備，顧客終端與它們所處地位不是對等。(7)有限安全性普通，移動無線網(wǎng)絡(luò)由于采用無線信道、有限電源、分布式控制等因素，會比有線網(wǎng)絡(luò)更易受到安全性威脅。這些安全性襲擊涉及竊聽、電子欺騙和回絕服務(wù)等襲擊手段。2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)2.1無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)在Adhoc網(wǎng)絡(luò)里，移動節(jié)點通過多跳無線鏈路實現(xiàn)互相間通信。整個網(wǎng)絡(luò)沒有固定基本設(shè)施，例如基站。網(wǎng)內(nèi)每一種節(jié)點都可作為路由器，向其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。開發(fā)一種能有效地找到節(jié)點間路由動態(tài)路由合同就成為Adhoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計核心。Adhoc路由合同需要可以實現(xiàn)如下功能：(1)能感知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造變化Adhoc路由合同要可以檢測到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化。由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)需要進行多跳通信,因此路由合同必要保證途徑中鏈路具備很強連接性。Adhoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點必要懂得它周邊環(huán)境和可以與它直接進行通信節(jié)點。Adhoc網(wǎng)絡(luò)里提供網(wǎng)絡(luò)連接辦法重要有兩種：平面路由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和分層路由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造(見圖2)。在平面路由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中，所有節(jié)點都是平級，分組路由是基于對等連接。但是在分層路由構(gòu)造中，較低層至少要有一種節(jié)點作為與高層聯(lián)系網(wǎng)關(guān)。(2)維護網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接由于每個移動主機都可以隨時變化位置，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫穷l繁變化。這樣，Adhoc路由合同為了維持節(jié)點之間鏈路具備較強連接性，它必要動態(tài)更新鏈路狀態(tài)和對自己重新配備。如果采用中心控制路由算法，為把節(jié)點鏈路狀態(tài)變化傳送到所有節(jié)點，就會消耗過多時間和精力，顯然是不適合。因此要采用一種全分布式路由算法。(3)高度自適應(yīng)路由相對于有線網(wǎng)絡(luò)里靜態(tài)節(jié)點，Adhoc網(wǎng)絡(luò)規(guī)定一種高度自適應(yīng)路由機制，來解決迅速拓?fù)渥兓?。而老式路由合同，如距離矢量和鏈路狀態(tài)算法，規(guī)定在指定路由器間互換大量路由信息，因而在Adhoc網(wǎng)絡(luò)里都不能有效地工作。因此針對Adhoc網(wǎng)絡(luò)特點，提出了新路由算法。總來說，這些路由算法可以分為3種類型：表驅(qū)動算法、需求驅(qū)動算法、表驅(qū)動和需求驅(qū)動算法相混合算法。表驅(qū)動路由合同采用周期性路由分組廣播，來互換路由信息。每個節(jié)點維護去往全網(wǎng)所有節(jié)點路由。積極路由長處是當(dāng)節(jié)點需要發(fā)送一種去往其她節(jié)點數(shù)據(jù)分組時，只要路由存在，發(fā)送分組延時就很小；缺陷是表驅(qū)動路由合同需耗費較高代價(如帶寬、電源、CPU資源等)，使路由表可以跟上當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造變化，但動態(tài)變化拓?fù)錁?gòu)造又也許使高價得來路由表中內(nèi)容變成無效信息，路由合同始終處在不收斂狀態(tài)。當(dāng)前，這種類型無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由合同已提出了幾種機制，用以改進這些方面性能。需求驅(qū)動路由合同是依照發(fā)送節(jié)點需要，按需進行路由發(fā)現(xiàn)過程，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造和路由表內(nèi)容也是按需建立，因此其內(nèi)容也許僅僅是整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造信息一某些。按需路由長處是不需要周期性廣播路由信息，節(jié)約了一定網(wǎng)絡(luò)資源；缺陷是在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，因沒有去往目節(jié)點路由，要暫時啟動路由發(fā)現(xiàn)過程來尋找路由，因此數(shù)據(jù)分組需要等待一定期間延時，并且由于路由發(fā)現(xiàn)過程普通采用全網(wǎng)泛洪機制進行搜索，這在一定限度上也抵消了按需機制帶來好處。當(dāng)前，國內(nèi)外研究人員基于各種不同角度提出了許多針對無線Adhoc網(wǎng)路由合同，其中一某些也提交到Adhoc網(wǎng)工作小構(gòu)成為RFC草案。下面列舉某些典型自組網(wǎng)路由合同：●DSDV(Destination-SequencedDistance-Vector)合同●WRP(WirelessRoutingProtocol)●DSR(DynamicSourceRouting)合同●ABR(AssociativityBasedRouting)合同●ZRP(ZoneRoutingProtocol)●AODV(AdhoconDemandDistanceVectorRouting)合同●TORA(TemporallyOrderedRoutingAlgorithm)合同●LS_QoS(Link-StateBasedQoSRouting)合同2.2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全問題與老式無線網(wǎng)不同，無線Adhoc網(wǎng)作為一種新型無線移動網(wǎng)絡(luò)，不依賴于任何固定設(shè)施，而是通過移動節(jié)點間互相協(xié)作保持網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。由于該網(wǎng)絡(luò)獨特性，它正逐漸運用于商業(yè)環(huán)境。設(shè)計這種網(wǎng)絡(luò)面臨一種重要挑戰(zhàn)就是它易受到安全襲擊，例如受到竊聽、偽造、回絕服務(wù)等襲擊。在無線Adhoc網(wǎng)中沒有基站或中心節(jié)點，所有節(jié)點都是移動，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造動態(tài)變化。節(jié)點間通過無線信道相連，沒有專門路由器，由節(jié)點自身充當(dāng)路由器，同步也沒有命名服務(wù)、目錄服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)功能。這就導(dǎo)致了在老式網(wǎng)絡(luò)中安全機制不再合用于Adhoc網(wǎng)，因此應(yīng)提出專門針對無線Adhoc網(wǎng)安全機制。當(dāng)前提出安全方略有：基于口令認(rèn)證合同，它與老式口令認(rèn)證不同地方是密鑰和口令產(chǎn)生是由多臺機器決定，而不是集中由一臺機器產(chǎn)生，并且還提供了一種完善口令更新機制；“復(fù)活鴨子”安全模式，它重要針對傳感器網(wǎng)絡(luò)里，傳感器與控制者之間也許存在不安全問題，提出傳感器在“死亡”之前，只受其擁有者控制；異步分布式密鑰管理，它提出密鑰管理服務(wù)是由各種節(jié)點(一種集合)來管理，而不是單個節(jié)點來管理。2.3無線Adhoc網(wǎng)互聯(lián)無線Adhoc網(wǎng)是一種多跳網(wǎng)，上述路由算法都屬于單個網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)前多數(shù)文章也都集中在這個方面討論，卻很少涉及如何把各種Adhoc子網(wǎng)聯(lián)接成一種大網(wǎng)及如何與有線Internet相結(jié)合，由此便提出將無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題。通過使用網(wǎng)關(guān)路由器，可以實現(xiàn)將幾種Adhoc網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)以及網(wǎng)內(nèi)節(jié)點可以訪問互聯(lián)網(wǎng)功能。這種形式可以向位于各種分散地理位置上工作小組提供協(xié)同通信能力。無線Adhoc網(wǎng)與Internet和廣域網(wǎng)互聯(lián)，從外部來看，可以以為Adhoc網(wǎng)是一種IP子網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)某些分組傳送是由網(wǎng)內(nèi)路由合同完畢(分組到達目地也許要通過多跳)，而當(dāng)分組進入或離開子網(wǎng)時，采用原則IP路由機制。這就規(guī)定網(wǎng)關(guān)節(jié)點要能運營各種路由合同。無線Adhoc網(wǎng)可以看作是既有網(wǎng)絡(luò)在特定場合下一種擴展。作為Adhoc網(wǎng)內(nèi)部移動節(jié)點有訪問既有有線網(wǎng)絡(luò)資源，與其她Adhoc網(wǎng)內(nèi)移動節(jié)點通信需求，即Adhoc網(wǎng)互聯(lián)。3分層無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用Adhoc網(wǎng)絡(luò)作為一種無線自組網(wǎng)，可以用在諸多方面，如軍事通信系統(tǒng)、防汛抗洪等應(yīng)急通信系統(tǒng)、商業(yè)應(yīng)用環(huán)境及無線接入網(wǎng)等領(lǐng)域。這里，依照無線Adhoc網(wǎng)特點，咱們提出了它在民用中另一種應(yīng)用：分層自組網(wǎng)。分層自組網(wǎng)在將來全球移動通信系統(tǒng)中，可作為蜂窩移動通信系統(tǒng)一種重要補充。蜂窩通信系統(tǒng)“無縫”覆蓋能力是很強，但它所能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體服務(wù)卻有限，第3代移動通信系統(tǒng)顧客最大數(shù)據(jù)傳播速率只為2Mbit/s，還是不能完全滿足將來移動顧客業(yè)務(wù)需求，特別是在業(yè)務(wù)比較集中熱點社區(qū)。而分層自組網(wǎng)由于可以采用基于IP分組互換技術(shù)，因此適合在這樣熱點社區(qū)提供高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。圖3是分層自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖。既有某些接入網(wǎng)如無線局域網(wǎng)(IEEE802.11)、Bluetooth等，在網(wǎng)絡(luò)層來看，是一種單跳網(wǎng)絡(luò)，無路由功能，分層自組網(wǎng)則是一種多跳網(wǎng)絡(luò)。分層自組網(wǎng)可以分為兩層，一層是接入層，一層是終端層。接入層是由各種AP(接入點)構(gòu)成，這些AP既可以作為網(wǎng)絡(luò)接入點，也可以作為顧客，并且這些AP位置是可以隨意移動，這一層就構(gòu)成一種無線自組網(wǎng)，AP之間通信采用互相轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)，也即多跳通信。終端層是由移動終端顧客構(gòu)成，它們也構(gòu)成一自組網(wǎng)，互相之間通信也可采用多跳轉(zhuǎn)發(fā)，并且可以通過AP與其他微社區(qū)顧客通信或接入網(wǎng)絡(luò)。分層自組網(wǎng)作為蜂窩無線系統(tǒng)重要補充，尚有某些技術(shù)難點需要突破，例如越區(qū)切換，漫游，滿足顧客在高速移動下迅速動態(tài)路由技術(shù)，移動網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)等。這些技術(shù)解決對于網(wǎng)絡(luò)能否正常和穩(wěn)定工作是十分核心和必不可少。4無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢無線Adhoc網(wǎng)是一種新穎移動計算機網(wǎng)絡(luò)類型，它既可以作為一種獨立網(wǎng)絡(luò)運營，也可以作為當(dāng)前具備固定設(shè)施網(wǎng)絡(luò)一種補充形式。其自身獨特性，將賦予其具備巨大發(fā)展前景。其發(fā)展趨勢重要有如下幾種方面：(1)其民用領(lǐng)域?qū)⒅饾u擴大；(2)由于當(dāng)前只有涉及路由合同有關(guān)草案，因此原則制定對于無線Adhoc網(wǎng)進一步推廣起著重要作用。原則涉及范疇不但僅是網(wǎng)絡(luò)層，還要涉及物理層及鏈路層；(3)前述某些技術(shù)只是針對特定環(huán)境下Adhoc網(wǎng)，因而提出一種能自適應(yīng)于任何環(huán)境下有關(guān)合同將很有應(yīng)用前景。參照文獻1TohCK.MaximumBatteryLifeRoutingtoSupportUbiquitousMobileComputinginWirelessAdhocNetworks,IEEECommunMag,,39(6):138―1472蘭嵐.無線多跳網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究:[學(xué)位論文].西安:電子科技大學(xué)通信與信息系統(tǒng)系3ElizabthMR,TohCK.AreviewofCurrentRoutingProtocolsforAdhocMobileWirelessNetworks.IEEEPersonalComm