无限自组网技术综述与设计
无线自组网关键技术研究
无线自组网关键技术研究无线自组网已经成为了未来科技发展的重要方向之一。
通过无线自组网技术，各种设备可以互相通信，形成一个自组织、自修复、自适应的网络体系。
无线自组网技术的发展离不开关键技术的研究。
本文就无线自组网的关键技术展开阐述。
一、路由技术在无线自组网中，路由技术是关键中的关键。
不同于传统有线网络，无线自组网拓扑结构动态变化且线路不稳定。
这就要求无线自组网需要一套灵活可靠的路由机制，使网络中的数据包能够按照最优路径进行传递，并不断适应网络拓扑的变化。
近年来，一些新的路由协议也在不断出现。
诸如AODV等协议，在具有一些优秀特性的同时，也存在一些问题。
尤其是对于大型网络，路由协议的处理效率和速度亟待进一步提升。
因此，未来的研究重点将放在大型无线网络路由的设计和性能优化方面。
二、资源管理技术在无线自组网中，存在许多不同类型的网络设备和多种不同的应用需求。
因此，资源的管理和动态调配成为一项非常必要的技术。
资源管理技术包括对网络带宽、电量等限制条件的优化，以及对网络拓扑结构的实时变化进行监测和适应，使得网络的总资源得到最佳化利用。
资源管理技术将来会重点研究以下方面：首先，需要基于对应用需求和网络状况的实时分析，确定资源的分配策略；其次，需要考虑网络拓扑的动态变化，以及对节点间通讯效率的不断优化；最后，还需要从安全方面考虑资源的合理分配，避免恶意节点对网络资源的滥用。
三、能量和功耗管理技术在无线自组网中，节点的能量和功耗是一个严重的问题。
特别是对于低功耗设备来说，如何合理利用能量资源，延长设备续航时间成为一个重要的研究问题。
未来的研究方向包括以下两个方面：第一，通过对网络拓扑结构的动态调整，实现节点间的能量平衡；第二，将低功耗设备的节能机制融入整个网络的策略中，从而实现全网功耗的降低。
四、安全技术无线自组网的安全性是网络设计中非常重要的一方面，因为在无线自组网中，节点的数量和密度较大，网络的拓扑也相对复杂，非常容易被黑客攻击。
无线自组织网络建模与优化技术研究
无线自组织网络建模与优化技术研究自组织网络是指一种无中心控制的网络，其中设备可以自动形成和管理网络。
这种网络是现在越来越普遍的形式，因为它有许多优点，如灵活性、鲁棒性和协作性等。
在无线网络中，自组织网络尤其重要，因为它可以在无需预先规划或配置的情况下，迅速部署和维护网络。
在本文中，我们将探讨无线自组织网络建模与优化技术的研究。
1. 自组织网络的建模自组织网络的建模是指将网络中的各种元素、结构和功能定义和描述的过程。
在无线网络中，自组织网络的建模也是一项具有挑战性的任务，因为无线网络中的拓扑和连接关系受到环境因素、移动性和干扰的影响。
因此，要建立一个准确的自组织网络模型就需要考虑许多因素并采用一些复杂的技术。
首先，我们需要选择用于描述自组织网络的模型类型。
在无线网络中，常见的模型类型包括基于图论的模型、基于无线通信的模型以及基于随机过程的模型等。
其中，基于图论的模型是最常用的。
因为它可以准确地描述网络中的节点和连接关系。
另外，基于随机图模型的方法可定量地描述网络的连接特性和性能指标。
其次，我们需要考虑自组织网络中的各种特性。
这些特性包括节点位置、节点移动性、环境因素和通信机制等。
通过分析这些特性，我们可以更准确地建立一个自组织网络模型。
例如，在考虑节点移动性时，可以采用随机游走模型来描述节点在网络中的移动；在考虑干扰时，可以采用基于信道的模型来描述干扰影响。
最终，我们需要组合各种模型及其参数以创建一个相对真实的自组织网络模型。
此时，我们需要考虑的问题包括如何校准模型参数以反映实际情况，如何验证模型的有效性以及如何使用该模型来解决相关问题等。
2. 自组织网络的优化自组织网络的优化是指最大限度地提高网络性能，例如提高网络覆盖范围、提高网络容量、降低网络延迟和功耗等。
在自组织网络优化领域，研究者使用的方法包括数学建模、算法设计和仿真分析等。
在这方面，下面给出一些例子。
（1）拓扑控制拓扑控制是指通过控制网络拓扑，优化网络性能。
《基于WIFI的自组网系统设计及应用研究》范文
《基于WIFI的自组网系统设计及应用研究》篇一一、引言随着信息技术的快速发展，无线通信技术已成为现代通信领域的重要组成部分。
其中，基于WIFI的自组网系统以其灵活、便捷、可扩展等优势，在各个领域得到了广泛应用。
本文将针对基于WIFI的自组网系统设计及应用进行研究，探讨其系统架构、设计思路、应用场景及未来发展趋势。
二、自组网系统概述自组网，即Ad Hoc网络，是一种无需基础设施支持的无线网络技术。
它允许终端设备之间直接通信，形成一个临时的、自治的网络。
基于WIFI的自组网系统是利用WIFI技术实现的自组网系统，具有自组织、自管理和自修复等特点。
三、系统设计1. 硬件设计基于WIFI的自组网系统硬件主要包括无线网卡、路由器等设备。
设计时需考虑设备的兼容性、功耗、传输速率等因素，确保设备能够满足系统的需求。
此外，还需考虑设备的部署方式和布局，以便更好地实现网络的覆盖和通信。
2. 软件设计软件设计是自组网系统的核心部分。
它包括操作系统、网络协议、通信算法等。
设计时需考虑系统的可扩展性、可维护性及安全性等因素。
同时，还需根据具体应用场景，设计合适的网络协议和通信算法，以满足系统的需求。
四、系统架构基于WIFI的自组网系统架构主要包括以下几个部分：终端设备、无线网卡、路由器、网络层和应用层。
终端设备通过无线网卡与路由器进行通信，路由器负责数据的转发和路由。
网络层负责数据的传输和交换，应用层则负责为用户提供各种应用服务。
五、应用场景基于WIFI的自组网系统具有广泛的应用场景。
例如，在灾害救援中，自组网系统可以快速构建一个临时的通信网络，为救援人员提供实时的信息支持；在智能城市建设中，自组网系统可以实现设备间的无线通信，提高城市管理的效率和智能化水平；在工业自动化领域，自组网系统可以实现设备的互联互通，提高生产效率和质量。
六、应用研究基于WIFI的自组网系统在各个领域的应用研究正在不断深入。
一方面，研究人员正在探索更高效的通信算法和网络协议，以提高系统的传输速率和稳定性；另一方面，研究人员也在关注系统的安全性和隐私保护，以确保用户数据的安全和隐私。
无线自组织网络3篇
无线自组织网络一、无线自组织网络综述无线自组织网络（Wireless Ad hoc Network，简称WANET）是指在没有任何设备已预先部署的情况下，通过不需要任何网络设备（如路由器、交换机）的辅助，以节点之间的自主协调和通信，在物理范围内建立临时网络。
它是一种分布式、去中心化的通信网络，由多个具有连接、路由和数据转发能力的节点组成，可在不可信任的环境下实现有效的通信。
WANET网络的主要特点是节点随时加入、离开，网络拓扑结构动态变化，同时网络中的节点还要完成路由转发等网络协议功能，网络资源有限，且信息传输会受到信道的干扰影响。
WANET应用广泛，比如：灾难野外通信、军事战场通信、车联网、物流配送、智能家居等领域。
因此，以WANET为研究对象，综述WANET的技术特点和研究进展，对于提高WANET应用的数据传输质量、提升网络安全性、优化网络拓扑结构等方面具有很大的意义。
二、WANET技术特点1. 网络自主建立WANET不需要中央控制，节点可以根据需要自主地建立和拆除连接，构建出网络拓扑结构。
它们之间可以通过广播或目标使命令将信息传递给其他节点，从而有效进行自治通信。
2. 网络动态调整WANET的拓扑结构和节点数量在运行过程中会发生变化，一些节点可能会离开网络并重新加入。
此时，整个网络需要进行调整，以适应网络的变化和节点之间实时连通的需求。
3. 路由机制自动选择WANET中，每个节点都有一定的路由功能。
当数据流动时，它们会动态选择路由以完成数据传输。
通过自动选择最短路径的路由，网络的吞吐量和数据传输效率可以得到极大的提升。
4. 资源有限WANET网络中的节点的资源是非常有限的，主要指存储空间、计算资源和电力。
在资源有限的情况下，如何有效利用每个节点的资源以支持可靠的数据传输是WANET设计的主要难点。
5. 通信受到信道质量的影响WANET中的数据传输主要依赖于无线信道，在移动节点速度和位置变化的情况下，通信质量也会随之改变。
《基于WIFI的自组网系统设计及应用研究》范文
《基于WIFI的自组网系统设计及应用研究》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，WIFI技术已成为现代通信网络的重要组成部分。
基于WIFI的自组网系统设计及应用研究，旨在通过无线通信技术实现网络设备的自组织、自管理和自优化，提高网络系统的灵活性和可扩展性。
本文将介绍基于WIFI的自组网系统设计的基本原理、关键技术和应用领域，以期为相关研究和应用提供参考。
二、自组网系统设计基本原理基于WIFI的自组网系统设计主要依赖于无线通信技术，其基本原理包括以下几个方面：1. 网络拓扑结构：自组网系统采用无线通信链路构建网络拓扑结构，实现网络设备的互联互通。
通过自适应调整通信参数，系统能够根据网络拓扑的变化自动调整通信链路，保证网络的连通性和稳定性。
2. 信道选择与协调：自组网系统采用动态信道选择和协调机制，以避免信道冲突和提高信道利用率。
系统能够根据实时信道质量信息，自动选择最佳信道，并在必要时进行信道切换，以保证通信的可靠性和实时性。
3. 节点发现与通信：自组网系统通过信号传输和接收实现节点发现与通信。
系统采用信号强度检测和信号质量评估等技术，实现节点的自动发现和连接。
同时，系统支持多种通信协议和数据传输方式，以满足不同应用场景的需求。
三、关键技术基于WIFI的自组网系统设计的关键技术包括：1. 无线通信技术：采用WIFI通信协议，实现网络设备的无线连接和通信。
2. 分布式网络管理：通过分布式网络管理技术，实现网络设备的自组织和自管理。
系统采用分布式控制算法，实现节点的动态分配和协调。
3. 数据加密与安全：为了保证数据传输的安全性，系统采用数据加密技术和安全协议，对传输的数据进行加密处理和身份验证。
4. 移动性管理：系统支持节点的动态移动和切换，保证网络的连通性和稳定性。
四、应用领域基于WIFI的自组网系统设计及应用研究在多个领域具有广泛的应用价值，主要包括：1. 军事领域：自组网系统具有抗干扰、抗摧毁和自恢复等特点，适用于军事通信、战场指挥等场景。
WiFi-Mesh无线自组网系统关键技术综述
2016年4月第27卷 第2期装 备 学 院 学 报J o u r n a l o fE q u i p m e n tA c a d e m y A pr i l 2016V o l .27 N o .2收稿日期 2015-12-08作者简介 刘作学(1962-),男,教授,主要研究方向为军事无线通信技术㊂l z x 626@s o h u .c o mW i F i -M e s h 无线自组网系统关键技术综述刘作学, 代健美(装备学院信息装备系,北京101416) 摘 要 W i F i -M e s h 无线自组网系统是基于802.11协议和无线路由协议实现的一类自组织网络系统的统称㊂按照分层的方法对系统的多天线技术㊁多载波调制技术㊁媒体接入控制机制和路由算法等关键技术进行了分析和讨论,对多天线条件下信道状态信息的获取技术㊁正交频分复用条件下的降低峰均比技术㊁载波侦听多址接入/冲突避免和时分多址的改进机制,以及混合无线M e s h 协议和最佳移动网络路由协议的研究现状㊁难点和未来改进方向进行了重点阐述,对可能用于W i F i -M e s h 无线自组网系统的新技术进行了展望㊂关 键 词 信道状态信息;峰均比;载波侦听多址接入/冲突避免;时分多址;路由协议中图分类号 T P 393.0文章编号 2095-3828(2016)02-0095-07文献标志码 AD O I 10.3783/j .i s s n .2095-3828.2016.02.021C o m p r e h e n s i v eS t u d y o nK e y T e c h n o l o gi e s o fW i F i -M e s hW i r e l e s sN e t w o r k L I UZ u o x u e , D A I J i a n m e i(D e p a r t m e n t o f I n f o r m a t i o nE q u i p m e n t ,E q u i p m e n tA c a d e m y ,B e i j i n g 101416,C h i n a )A b s t r a c t W i F i -M e s hw i r e l e s s n e t w o r k i s a c o l l e c t i v e n a m e f o r a t y p e o f a d -h o c n e t w o r k s y s t e m s b a s e do n 802.11p r o t o c o l a n dw i r e l e s s r o u t i n gp r o t o c o l .W i t h a l a y e r e d a p p r o a c h ,t h e p a p e rm a k e s a -n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no nt h e m u l t i -a n t e n n a lt e c h n o l o g y ,m u l t i -c a r r i e rt e c h n o l o g y ,m e d i a -a c c e s s e d c o n t r o lm e c h a n i s m ,r o u t i n g a l g o r i t h ma n d s o m e o t h e r k e y t e c h n o l o g i e s f o r t h e s y s t e ma n d p u t s p r i o r i -t y o n t h e s t a t u s q u o ,c h a l l e n g e s a n d f u t u r e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n o n i n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o n t e c h n o l o -g y o f c h a n n e l s t a t e i n f o r m a t i o n (C S I )i nm u l t i -a n t e n n a l c o n d i t i o n ,p e a k t o a v e r a g e p o w e r r a t i o r e d u c -i n g t e c h n i q u e i no r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g (O F D M ),c a r r i e r s e n s em u l t i p l ea c c e s s /c o l l i s i o na v o i d a n c e ,i m p r o v e m e n tm e c h a n i s mo f t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s (T D MA ),h y b r i dw i r e -l e s sM e s h p r o t o c o l a n do p t i m i z e dm o b i l en e t w o r kr o u t i n gp r o t o c o l .I n t h e e n d ,t h e p a p e r s h o w s t h e o u t l o o ko f t h en e wt e c h n o l o g i e sw h i c hm a y b eu s e d f o rW i F i -M e s hw i r e l e s s a d -h o c n e t w o r ks y s t e m.K e yw o r d s c h a n n e l s t a t e i n f o r m a t i o n (C S I );p e a k t o a v e r a g e p o w e r r a t i o (P A P R );c a r r i e r s e n s e m u l t i p l e a c c e s s /c o l l i s i o na v o i d a n c e (C S MA /C A );t i m ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s (T D MA );r o u t i n gpr o t o c o l W i F i -M e s h 无线自组网系统,既具有a dh o c 网络自组织㊁自愈㊁自管理和多跳中继的特性,又具有W i F i 网络带宽高㊁接入简单㊁容易实现等特点,在飞行器组网㊁车联网㊁智慧城市构建㊁抢险救灾应急通信㊁战场战术分队组网等方面有着广阔的应用空间㊂目前,国内外已经研发了一些实用的W i F i -M e s h 产品(如美国s t r i x 公司系列产品),装备学院自主研发的 无线M e s h 自组网系统”已经在多个野战部队㊁试验基地,以及多次通信保障任务中使用,取得了良好的应用效果㊂随着信息技术的不断发展,以及无线自组网用户数和大容量高速业务的持续增加,人们对W i F i-M e s h自组网提出了更高的要求,如何使其具有更快的传输速度㊁更大的系统接入能力㊁更高的频谱效率以及更强的无线信道抗干扰能力,还需要进行大量㊁深入的研究㊂W i F i-M e s h无线自组网系统的关键技术主要包括遵循802.11标准的物理层(P h y s i c a lL a y-e r,P H Y)技术和媒体访问控制(M e d i a A c c e s s C o n t r o l,MA C)技术,以及网络路由技术等,本文将对上述三方面关键技术的研究现状及难点㊁改进方向和应用策略等进行分析和阐述,为W i F i-M e s h无线自组网系统的后续研究提供参考㊂1 物理层技术802.11的物理层技术经历了从单载波直接序列扩频(D i r e c tS e q u e n c e S p r e a d S p e c t r u m, D S S S)到正交频分复用(O r t h o g o n a lF r e q u e n c y D i v i s i o n M u l t i p l e x i n g,O F D M)㊁二进制相移键控(B i n a r y P h a s eS h i f tK e y i n g,B P S K)到高阶正交幅度调制(Q u a d r a t u r e A m p l i t u d e M o d u l a t i o n, Q AM)㊁单天线到多输入输出(M u l t i p l eI n p u t M u l t i p l eO u t p u t,M I MO)天线的发展过程,相比较调制效率已接近理论极限的调制技术,M I MO 多天线技术和O F D M技术还有很大的发展空间㊂1.1 M I M O多天线的C S I获取技术M I MO多天线技术是在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下,通过增加收发天线数提高系统容量的下一代移动通信核心技术㊂由于能有效提高系统的频谱利用率和功率效率, 802.11n和802.11a c标准相继完整引入了单用户M I MO通信技术和多用户M I MO(M u l t i-u s e r M I MO,MU-M I MO)通信技术㊂自M I MO提出以来,C S I的有效获取问题一直是M I MO研究的焦点和难点,也是制约M I MO使用性能的重要因素㊂802.11n和I E E E 802.11a c标准使用 基于接收端有限反馈”的方法获取信道状态信息,该方法与文献[1-3]相似,都是基于信号处理直接获取C S I信息的思路,其精度和准确度受输入参数和环境影响明显㊂在现有机制下,发送节点(如M e s h节点或M e s h接入点)并不能获知各用户信道是否有波动,即无法精确快速获取C S I信息,从而无法通过发送端的预编码来减小或者消除用户间的干扰,难以满足现实需要;文献[4]给出了另一种解决思路,通过利用信干比反馈和功率最优分配策略,间接获取C S I信息,也达到了提升系统性能的目的㊂尽管该算法仅考虑了传统无线局域网接入点(多天线)与客户端(单天线)的通信过程,但其思想完全可用于多天线M e s h节点间的通信㊂1.2 O F D M的抗P A P R技术O F D M是一种多载波调制技术,该技术利用快速傅里叶反变换(I n v e r s eF a s tF o u r i e rT r a n s-f o r m,I F F T)将一个宽的带宽分割成多个紧密相邻(甚至部分重合)㊁相互正交的子载波,有效提升了频谱利用效率;利用串并变换将高速的信息流变换成多路低速的数据流,有效提高了抗频率选择性衰落的能力㊂基于O F D M在频率利用率和抗干扰能力上的优势,802.11a/g/n/a c/a d等系列标准将O F D M作为必选的另一物理层关键技术㊂在802.11系统中,O F D M子载波的频率间隔设定为312.5k H z,子载波数根据带宽的不同从52个(802.11a/g)到484个(802.11a c)不等,其中数据子载波最高达468个,O F D M与M I MO 的结合,大幅度提升了数据传输速率㊂但是, O F D M普遍存在P A P R高的问题,较高的P A P R 容易引起器件的非线性失真,降低功放效率,从而造成频谱 外泄”和子载波间的干扰,造成O F D M 系统的误码性能下降,缩短电池的工作时间㊂降低P A P R的技术主要包括信号畸变类技术㊁概率类技术和混合类技术㊂1)信号畸变技术[5-6]㊂典型的有,文献[7]提出的 限幅+扩幅”组合方法,该方法通过设置适当的波峰和波谷阈值来改善P A P R性能,这类方法具有实现过程简单㊁降低P A P R效果明显的特点,但会产生带内畸变和带外扩展;文献[8]设计了一种联合抑制P A P R算法,该算法通过对信号进行编码来降低P A P R,不会产生限幅噪声,但计算复杂度非常高,编解码比较复杂,而且信息速率降低很快,只适用于子载波数比较少的情况㊂2)概率类技术㊂典型的有,利用A l a m o u t i 空频分组码(S p a c e-f r e q u e n c y B l o c k C o d e s, S F B C)固有的冗余性而提出的不需传输边信息的选择映射法(S e l e c t i v eM a p p i n g,S L M)方法[9],利用交织㊁时域备选技术的 半盲S L M方法”[10],多级寻优的改进部分传输序列法(P a r t i a lT r a n s m i t S e q u e n c e,P T S)方法[11],以及能够大幅度减少I F F T次数的 基于时域子块信号部分循环移位的部分传输序列算法”(M o d i f i e dP a r t i a lT r a n s-m i t S e q u e n c e,M P T S)[12]等方法,其思路是通过69装 备 学 院 学 报 2016年破坏子载波相位之间的相关性来降低高O F D M 信号幅值出现的概率,具有较好的降P A P R性能,改进算法相对于经典算法的计算量有所减少,但实现复杂度仍然较大㊂3)混合类技术是上述方法的联合,包括信号畸变类和概率类的联合㊁限幅类和编码类的联合,以及概率类与编码类的联合等[13],目前相关成果不多㊂2 M A C层技术802.11的MA C层基于C S MA/C A机制实现,这种机制在高负荷的网络中会产生大量的节点碰撞,导致不公平㊁不可预测和不稳定[14]问题,很多文献从改进C S MA/C A性能的角度进行了研究;但该协议不能从根本上解决冲突问题,而将T D MA机制引入802.11协议,可以达到保证信息数据的无冲突传输,并使系统适于室外长距离㊁多跳传输的目的㊂2.1 C S M A/C A机制的公平性改善技术1)竞争窗口调节法[15]㊂这种方法通过每次成功传输后禁止竞争窗口复位到最小值来提高吞吐量,但没有考虑短期的公平性,使某些节点由于经历连续的碰撞而被迫处于长时间的退避阶段,造成传输速率更低㊂2)竞争参数调整法[16]㊂这种方法通过估计竞争者(用户)的数量并调整竞争参数来提高吞吐量并兼顾公平性,但复杂度大幅提高,而且当出现信道错误时,会使估计结果的准确性大大降低㊂3)确定性退避法㊂这类方法通过将随机退避机制改为确定性退避来实现近似无碰撞传输,从而提高系统的吞吐量,文献[17-18]提出了一种具有碰撞避免增强功能的确定性退避方法(C S-MA/E C A);文献[19]在此基础上考虑了公平性问题,也考虑了多跳特性,但存在系统用户数不能超过确定性退避值的限制;文献[20]提出了迟滞确定性退避的方法,通过修改C S MA/E C A实现了系统容纳用户数的增加,结合公平分享(f a i r-s h a r e)策略,进一步保证了长期的公平性㊂目前,有些方法已经进行了软硬件实现,下一步有望被802.11标准协议接纳㊂但需要注意的是,上述方法主要考虑了C S MA/C A的退避机制和公平性问题,并没有突破C S MA/C A本身的限制,无法从根本上解决数据碰撞的问题,在大容量用户情况下提升吞吐量的能力有限㊂2.2 基于802.11的T D M A改进技术M o r a e s等[21]率先证明了T D MA用于802.11系统的可行性,R O S A L N e t[22]㊁公路链状网[23]㊁点对点长距离系统[24]等应用进一步证明,相比较C S MA/C A机制,基于T D MA的W i F i-M e s h无线自组网系统具有更好的延时㊁抖动和健壮性,传输距离更远,对移动性支持更好㊂T D-MA的实现难点是同步精度难以保证,D j u k i c 等[25]提出了基于软件的T D MA MA C协议(S o f t-T D MA C),该协议通过锁相环实现了节点的两两同步,然后通过建立基于最小跳数的全网同步树,实现了全网的紧同步,降低了全网的同步错误,提高了同步精度和分配效率,但可靠性不高;文献[26]讨论了L i T-MA C的原理和具体实现问题,该方法能够提高时间同步的可靠性,并兼顾了多信道㊁长距离传输等问题,但需要统一的集中管理器进行时间调度,抗干扰性不足㊂上述改进思路主要是对802.11协议进行修改以支持高同步精度T D MA,但仍存在互相无法兼容㊁系统灵活性低等问题,如果基于软件定义网络(S o f t-w a r e-D e f i n e dN e t w o r k i n g,S D N)思想,在不改变原有架构的基础上叠加一个统一的控制层来实现T D MA,再利用精准时间协议(P r e c i s eT i m eP r o-t o c o l,P T P)和一些新技术实现微秒量级的定时精度,将大幅提高系统的通用性,促进多网融合㊂2.3 C S M A/T D M A结合技术将C S MA和T D MA结合使用是另一种研究思路,这种方法是对实现复杂度和性能的折中考虑,比较适合节点数量不多的多跳网络㊂S a y a d i 等[27]提出了基于T D MA的单触发时隙预留(O n es h o tS l o tT D MA-b a s e d R e s e r v a t i o n,O S-T R)方案,该方案将时间帧分为2种子帧,一种是遵循C S MA/C A信道接入方案的C O N T R O L子帧,主要完成控制命令等数据量较少的短报文传输;另一种是按照固定调度的方式进行接入的D A T A子帧,主要完成业务数据的传输㊂这种方案既利用T D MA实现了固定时隙分配,又利用C S MA实现了全网节点时隙的动态按需分配,增加了系统带宽,比较适合多跳传输的应用场景,但该算法并没有考虑业务的服务质量(Q u a l i t y o f S e r v i c e,Q o S)问题㊂文献[28]也利用确定性退避的方法结合T D MA固定时隙调度思想提出了一种不间断无冲突MA C自适应算法,在无需考虑流量类型和终端数量的情况下能保证无碰撞的数据传输㊂79第2期 刘作学,等:W i F i-M e s h无线自组网系统关键技术综述3 网络路由技术网络路由技术是实现W i F i-M e s h无线自组网系统多跳㊁自组织特性的决定性技术,目前的路由协议主要有基于网络层设计的三层路由协议和基于链路层设计的二层路由协议2类㊂相比较三层路由协议,二层路由协议不需要在用户空间和内核空间频繁地进行数据读取㊁写入和交换,可极大地降低数据包处理开销,并实现对网络层的透明性,大大提高了协议的可扩展性[29]㊂其中最有代表性的二层路由协议是混合无线M e s h协议(H y b r i d W i r e l e s sM e s hP r o t o c o l,HWM P)[30]和最佳移动网络路由协议(B e t t e r A p p r o a c h T o M o b i l e A d-h o c N e t w o r k i n g A d v a n c e d,B A T-MA N-a d v)[31]路由协议㊂3.1 HWM P路由协议及其改进技术HWM P协议是802.11s工作组专门为W i F i-M e s h网络开发制定的综合路由协议,该协议结合了反应式路由协议和基于树状拓扑的先验式路由协议的优点,能较好地适应无线M e s h网络㊂当前的改进思路主要是通过增加不同的路由判据来实现性能的优化:基于预留的HWM P (R e s e r v a t i o n-b a s e d HWM P,R-HWM P)协议[32]通过在路由请求和转发包中引入R S p e c和T S p e c 字段,提高了端到端的服务质量(Q o S);HWM P-E T X路由协议[33]㊁Q-HWM P[34]和HWM P+协议[35]分别通过引入期望传输数量(E x p e c t e d T r a n s m i s s i o n c o u n t,E T X)㊁时延特性㊁链路质量和吞吐量等路由判据,降低了时延和丢包率;E l-t a h i r等[36]将链路消亡时间(L i n k E x p i r a t i o n T i m e,L E T)引入路由判据,利用L E T决定链路的稳定性,提高了移动性适应能力㊂此外,能量有效的HWM P(e n e r g y-e f f i c i e n t HWM P, e HWM P)协议[37]通过将节点剩余能量作为路由判据,提高了能量有效性㊂上述改进协议能够在一定程度上提高Q o S㊁时延㊁吞吐量㊁能量有效性等性能,但与传统的协议一样,它们都缺乏有效的拥塞控制策略,也没有充分考虑负载均衡的问题,当网络中有大量数据需传输时,将产生网络根节点流量过载的情况㊂3.2 B A T M A N-a d v路由协议及其改进技术B A T MA N-a d v协议是一种新的引入了综合人工智能(c o l l e c t i v e i n t e l l i g e n c e)思想的路由协议㊂基本思路是通过整个网络的所有节点共同维护网络拓扑信息,来达到更好地对抗由于网络波动而引起的边界效应并补偿不稳定性的目的,非常适用于传输质量不稳定的W i F i-M e s h网络[38]㊂国外很多学者对这种路由算法的实用性进行了测试[39-41],并与一些开源的路由协议进行了对比分析,证明该算法在丢包率㊁延迟㊁网络的吞吐量等方面具有很好的表现,与HWM P相比,具有更优的稳定性[42-43]㊂但这种路由协议还存在网络拓扑变化后,收敛速度慢的问题[44-45],可以从以下几个方面进行改进:1)探测包(O r i g i n a t o rM e s s a g e,O GM)发送间隔优化㊂协议默认设置的O GM发送间隔是1s,缩小发送间隔能够加快路径发现的时间,但是会降低2个终端的带宽㊂研究发现,当O GM 发送间隔设置为0.2s[46]时,能够取得收敛速度和带宽的平衡㊂2)滑动窗口机制优化㊂研究发现,当节点刚开始工作时,由于尚未收到任何本地邻居节点传来的O GM报文,本节点记录的最新序列号尚未完成赋值初始化工作,因此当收到O GM报文时,计算收到的O GM报文与节点记录的最新序列号的差值将产生超出窗口范围的错误,从而引发滑动窗口复位,进入保护周期,丢弃O GM报文,路由收敛速度降低㊂文献[47]在代码中增加了一个负责检查节点的本地邻居列表的开关,当本地邻居列表为空时,关闭窗口保护机制;当存在新的邻居时,再打开窗口保护,避免了源节点列表更新的延迟,提高了路由的收敛速度㊂3)链路传输质量(T r a n s m i tQ u a l i t y,T Q)计算方式优化㊂通过改进本地T Q㊁传输T Q和全局T Q的计算方法[48-49],可实现对路径变化的快速感知,从而达到快速切换㊁提升路由收敛速度的目的㊂此外,改进信号强度㊁改进消息处理机制也可以对路由收敛速度进行优化㊂4 W i F i-M e s h系统关键技术展望W i F i-M e s h系统性能的提升需要从物理层技术㊁MA C层技术和网络路由技术等多方面进行优化和改进㊂由上述分析可以看出:1)M I MO和O F D M技术将得到更快发展㊂除了解决C S I的有效获取问题,为了进一步提升M I MO性能,在有效解决因收发天线数量增加所带来的收发机波束矩阵计算复杂度问题,以及因天线数量和移动用户终端节点增加所带来的能量消耗问题的前提下[50-51],综合考虑更多天线带来89装 备 学 院 学 报 2016年的体积㊁重量增加问题,将贝尔实验室科学家M a-r z e t t a提出的大规模M I MO(M a s s i v e-M I MO)[52]技术引入系统具有很大的可行性㊂解决O F D M 的P A P R问题需要考虑应用环境特点:针对能量有效性要求高而数据带宽要求相对低的军事战术通信场合,利用信号畸变技术降低P A P R具有较大的可行性和合理性;随着处理器运算能力的大幅度提升,运用联合类算法将是降低P A P R㊁保证系统性能的可靠手段㊂2)C S MA和T D MA各有优势㊂在负载较小㊁传输距离较近㊁实时性要求不高的情况下,可通过优化C S MA满足W i F i-M e s h无线自组网系统的使用需求,并保证系统的通用性和可扩展性;在负载较多㊁传输距离较远㊁实时性要求高的场合,引入T D MA的性能优势更加明显,但要考虑实现的复杂度和同步精度问题;对于节点数不多的多跳网络,C S MA/T D MA的组合方式在一定程度上能够取得实现复杂度和系统性能的平衡㊂3)二层路由协议是未来系统应用的首选㊂从目前情况看,尽管HWM P是802.11s的标准路由协议,人们对其进行了广泛的研究,但其实际使用性能较弱㊁稳定性不高,距离实际部署及应用差距较大;而对于目前已发布2015.1r e l e a s e版的开源B A T MA N-a d v协议,得益于其轻量化㊁跨平台的设计思想和基于统计方法的路由查找策略,在对收敛速度进行根本性优化的前提下,其发展空间更加广阔,是非常值得关注的一种实用路由协议㊂5 结束语随着信息科技的不断进步,包括蜂窝通信系统㊁宽带无线接入系统在内的多种无线网络发展迅猛,上述关键技术性能的提高,将使基于802.11的W i F i-M e s h无线自组网系统继续得以长足发展㊂未来,通过引入新技术,还将使W i F i-M e s h 无线自组网系统性能得到更大程度的提高㊂如,引入协作通信技术,通过为系统提供 用户合作分集”[53]实现无线资源(信道容量优化和频谱共享)的高效管理;引入认知无线电技术,通过使系统快速识别和调整可用频率而大幅度提升频谱利用效率;引入内容缓存技术[54-55],通过动态缓存重要数据有效降低因链路异常中断,而导致消息丢失的概率;引入延时容忍网络(D e l a y T o l e r a n tN e t-w o r k,D T N)技术[56],通过某种存储感知路由协议对端到端的链路变化进行预估,也可实现波动链路状态下信息传输的鲁棒性㊂需要说明的是,安全性技术也是W i F i-M e s h 无线自组网系统的关键技术之一,限于篇幅和研究方向,本文对此并未涉及㊂参考文献 (R e f e r e n c e s)[1]S AMA R D Z I J A D,MA N D A Y AM N.P i l o ta s s i s t e de s t i m a-t i o no fM I MOf a d i n g c h a n n e l r e s p o n s ea n da c h i e v a b l ed a t a r a t e s[J].I E E E T r a n s a c t i o n so nS i g n a lP r o c e s s i n g,2003,51 (11):2882-2890.[2]MA R Z E T T A TL.B l a s t t r a i n i n g:e s t i m a t i n g c h a n n e l c h a r a c-t e r i s t i c s f o r h i g h-c a p a c i t y s p a c e-t i m ew i r e l e s s[C]//37t hA n-n u a l A l l e r t o n C o n f e r e n c eo n C o mm u n i 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无线自组网技术研究综述
0 引言随着无线通信技术的不断发展，通信模块的集成处理能力也得到很大提升，使通信节点的成本不断下降。
因而在实际的应用中，如何通过仅部署低成本的通信节点就可以实现特定场景要求下的无线通信，并且能够满足信息采集、信息回传等需求，已成为我们首先考虑的问题。
对于电网信息传输而言，其具有以下几个特点[1]：一是节点位置相对固定；二是通信信道基本为单径信道，多普勒效应不明显；三是节点数量庞大且密度较高；四是数据量小，数量庞大，存在多用户并发的状况。
除上述特点以外，很多的电力网络中存在多用户并发的情形，其并发量可能达到几百甚至上千，因而就要求通信系统必须具备在短时间内处理多用户并发情况的能力。
同时，考虑到电网的部署要求和其自身情况的特殊性，与移动通信网络相类似的网络规划的方法难以在网络拓扑的提前部署中采用，因此，在实际应用中，就需要另外设计相应的无线自组网通信协议。
在现有的无线自组网技术标准中，802.15.4g是一种较为流行的通信协议，我们首先对802.15.4g进行介绍，然后对无线自组网的物理层设计与路由技术进行总体描述，最后给出当前具有实用化特征的自组网结构并对比其特点。
1 政策法规及监管为适应无线电技术发展趋势，深入贯彻“放管服”精神，落实《中华人民共和国无线电管理条例》，切实减轻企业负担，2019年11月19日，工业和信息化部发布了2019年第52号公告，对微功率短距离无线电发射设备（以下简称微功率设备）生产、进口、销售和使用进行了规范。
该公告充分考虑频率使用现状、系统间干扰共存要求、应用发展需要等因素，在广泛征求了各行业、各部门的意见，并公开向社会征求意见后发布。
公告对原有微功率设备目录进行了调整，并对微功率设备的频率、台站和设备管理要求，干扰处理原则，使用要求和技术指标等方面内容进行了规定。
802.15.4g技术的应用应符合国家无线电管理的相关规定。
2 802.15.4g概述802.15.4g[3]-[9]标准定义了物理层的用于数据传输的无线物理信道以及MAC层间的接口，它提供了PHY层数据服务和PHY层管理服务[2]两种功能服务。
无线自组网络路由算法综述
知道路 由的 中间节点进 行 响应
链 路失效 能够 被立 即报 告 ,这
样路 由可重新建立 不活跃的路由在一定时间后会被删除 。 即 一 即 是一个分布 式 、 适 应 、 回路 的路 由算法 。 包含 自 无 它 个 功能 路 由建立 、 路
由维持 、 路由释放 。当源节点需要通讯时 ,采用洪泛式请求 , 目 的节 点应 答 ,这 时路 由建立 。 网络拓扑 结构 发生 变化 是 ,采用 当 “ 链路反向 ” 算法 ,来修改路 由 。当某个路由失效时 ,洪泛一个 释放路由 。 播。 一 协议是环路开放的 、 分组复用的 ,它为 自组织网定义一个新的度量 。。这个 。 就是联合稳定性程度 。在 ,路 由的选择基于节点的联合稳定性程度 。 节点周期性地 发送信标来表明 自身的情况 。 一旦相邻节点收到信标 ,它们 的 联合路 由表就会 被更 新 。每接收 一个 信标 ,节 点就 增 加一个 关 于发送信标 的节点的联合条 目。 联合稳定性通过节点和其它节 点在时间和空间的连接稳定性来定义 。 高联合稳定性也许意味 着节点的低移动率 ,而低稳定性意味着高移动率 。当节点的相 邻节点或节点本身移动出相邻的范围时 , 联合条 目会被刷新 。 的基本 目标是为 自组织 网找出生命时间更长的路 由。
述。
被称 为 网关 。 每个节 点 维护两 种 数据 结构 路 由表 和簇 成员 表 。 协议 ,周期性地与同簇内的邻居节点交换簇成 员表 ,更新表信息 。 当一个节点要与簇外节点通信时 ,数据包首 先传递给 自己所在簇 的簇首 , 然后通过网关到达另外一个簇 首 ,以此种 方法 穿过 中间的 分簇 ,到达 目的节 点所 在簇 的簇 首 , 然后 再 转 发给 目的节 点 。 通 过 分 簇 ,大 大减 少 了维护 路 由表所需要的信息量 。另外 ,采用这种路 由的网络有 比较好的 扩展 性 ,但 其缺 点 是算 法相 对复 杂 ,需 要一 定 的执 行代 价 。 是一种 基于最短路 径 的路 由协 议 ,每 个节 点都 维持 距 离表 、 由表 、 路 开销 表 和报 路 链 文重传 表 个表 , 通 过其邻 近节点 的最短 路径 生成树 生成 自己的 后 ,再向邻节点传
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无线自组网技术综述和设计摘要无线自组织网络即MANET（Mobile Ad Hoc Network)是一种不同于传统无线通信网络的新型网络，具有自组织、多跳路由和动态拓扑等特点，在军事上和商业应用中有着很大的前景。
无线自组织网络可以不必依托于基础设备，组网拥有了动态性。
从现状看，自组织网络可被用作商业及军事，注重了网络本体的移动属性。
在各个领域内，无线架构的自组织网络获取了明显进步。
然而，受到自身约束，这类网络仍存有若干疑难有待于化解，例如隐暴终端、路由是否拥有最优的适应特性、系统配备的单向链路。
关键词：无线自组织网络；关键技术；应用现状AbstractWireless ad hoc networks, which are different from traditional wireless communication networks, have many characteristics, such as self-organization, multi hop routing and dynamic topology, which have great prospects in military and commercial applications. Wireless ad hoc networks do not have to rely on the infrastructure, the network has a dynamic. From the current situation, the self-organizing network can be used as the commercial and military, and it has a focus on the mobile property of the network ontology. In all areas, the wireless architecture of the self-organizing network has made significant progress. However, subject to its own constraints, there are still some problems to be resolved in this kind of network, such as the hidden storm terminal, routing has the best adaptive characteristics, the system is equipped with a one-way link.Keyword: MANET; key technology; Application status前言随着社会的发展和科技的进步，人们对信息的需求日益高涨，而随时随地获取所需信息的渴望更使无线网络得到飞速的发展，在过去的十年里，无线自组网已经成为移动通信技术研究的热点之一，正得到越来越广泛的应用，并将在未来的通信技术中占据重要地位。
媒体接入控制技术和节能机制是当前无线自组网的研究热点，与整个无线网络的性能息息相关。
相比其他情形下的网络，无线自组织网络容易变更本身的带宽，网络设有移动情形的节点且变更了自带的链路，但是，受到设备限制，网络也潜在多样的安全隐患。
因此设定了更高水准的协议栈：它能吻合随机调配的控制协议，符合移动架构的分布节点[1]；解析网络固有的构架，获取更优成效的动态拓扑；路由依循的算法增添了稳健性，便于互联路径的异构网络；跨层设有互通信息必备的新颖设计，配备了安全管控的机制。
随着信息技术的不断发展，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(IEEES02．1和HiperLAN)、蓝牙技术(Bluetooth)和家庭无线网(HomeRF)等移动通信新技术纷纷涌现并不断完善．这些无线接入技术的发展使得移动用户可以在任何时候、任何地点以任何方式来访问网络所提供的任何服务．然而目前的移动通信大多需要有线基础设糟(如基站)的支持才能实现，为了能够在没有任何固定基站的地方进行通信，Ad hoc网络技术应运而生．Adhoc网络的起源可以追溯到1968年美国夏威夷大学建立的ALOHA网络。
尽管ALOHA网络的节点是固定不动的，并且其运行的协议也仅仅是一种单跳的协议，不支持路由功能，但是该协议为以后开发分布式信道接入技术奠定了基础，而这种信道接入方案恰恰就是当前Adhoc网络所采用的技术。
1 MANET的定义及网络组成1.1 MANET定义无线自组织网络即MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。
传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。
而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。
这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。
但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。
目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。
无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。
其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。
通常节点具有持续的能量供给。
1.2 MANET网络组成相比于簇状层次，无线自组织设有新式架构内的物理分层，这种架构根植于异构节点。
网络存有若干类的节点，异构节点拥有自带的参数，这就创设了网络架设起来的多层次。
分层组成筛选了如下典型：骨干的可移动网络。
在其中，网内节点整合了常规节点及对应着的骨干节点，骨干节点衔接了收点，二者直接互通。
无线设备延展了传输经由的路径，传输依托于更长的路径，加快了常态的速率。
无线网络缩减了额外增设的供电约束，节点串联至架设的无线设备，这种构架很近似一簇网络，可调配并维护细分出来的各个子网。
平面网络可分成内含的各个子网，依托于信道来串联节点，这就省掉了网关节点。
组网信道有着多样的特性，网络可划分双重的本身架构。
信道拥有最佳的速率，网络是同质的，借助于分簇方式，还可细分逻辑类的更多层次。
自组织特有的无线网络构建于分簇的思维，网络内含多个簇，每簇都配有常见节点及对应的簇头。
节点彼此的互通不可脱离网关节点，它搭设了更高层次之中的网络。
骨干网拥有虚拟的特性，摆脱了规模的约束，这样在最大范畴内减低了耗费的路由开支，同步调配了现有的移动网络，针对可供应的网内服务，可选取分布特性的分层网络。
分簇的网络融入了多样优势，设有反应式内在的架构，分级路由从根本上提升了算法优势。
用分簇算法，网络分级增添了原有的实用优势，设定更适宜的网络算法，适当减小了耗费的总体开销。
网关拥有分布式框架，路由因此可被优化。
针对无线网络，便于调配内在的若干资源，簇头协调了各时段设定的节点请求，适当调配带宽且提升了实效。
图1 无线自组织网络的架构2 MANET关键技术分类综述2.1 MAC介质访问控制协议(Media Access Control，MAC)是无线自组网协议栈的重要组成部分，决定了节点如何通过共享的无线空间信道发送和接收报文。
MAC协议能否高效的利用有限的无线信道资源对无线自组网的性能有决定性的影响。
基于随机竞争的MAC协议开销低，适合在无线自组网环境下单个节点上实现且实现开销不高，因而成为无线自组网MAC协议研究中最主流的技术。
作为基于随机竞争的无线自组网MAC协议最典型和最成功的代表，IEEE 802.11协议在研究和实际应用中使用最为广泛。
在无线自组网中，在给定区域内同时进行的传输越多，则整个系统的吞吐量就越高。
因而，在确保彼此不破坏对方传输的前提下，在一定的空间范围内调度尽可能多的传输是提高无线自组网MAC协议吞吐量的有效途径之一。
无线自组织网中由于通信的多跳性，造成结点间的干扰加剧，网络的吞吐量较低，提高网络的吞吐量成为无线自组织网络MAC层协议研究的重点之一。
传统的网络中往往具有基础设施，就可以通过接入点或者基站进行集中式的分配，而无线自组织网采用的是多跳共享的无线广播信道，每个结点不仅要发送和接收自己的数据，还要负责转发其他结点的数据，这样在结点密度大、流量高的情况下，对共享信道的竞争越发严重。
因此传统无线网络中有效的冲突避免算法并不适用于无线自组织网络，或者表现出的性能较差。
无线自组织网MAC协议的发展经历了从简单的单信道协议到多信道协议，又发展了基于有向天线的协议，这些发展都在逐步提高了网络的吞吐量。
为了进一步增加 WMNs 中的网络性能及网络容量，一种有效的方法就是使网络节点工作于多个信道上，而不仅仅只工作在某个固定的信道。
依靠硬件平台，各种不同的多信道 MAC 协议需要被开发出来。
2.2 路由协议根据网络中各节点的作用是否相同，可以将路由协议分成平面协议(uniform protocol)和分层协议(non-uniform protocol)。
在平面协议中各节点以相同的方式发送和响应路由控制信息(如DSR与AODV)，节点只需要维护周围邻居的信息，不用考虑邻居之外的网络拓扑结构，这使其操作简单灵活，但可扩展性不高。
在分层协议中，每个节点或者从邻居节点中选出一部分节点进行路由计算/转发分组(如OLSR），或者被分成簇的结构(如CBRP)，选择一些节点成为簇首(cluster-head)或网关(gateway)，它们负责簇间的分组转发。
分层协议通过减少参与路由计算的节点数来限制路由计算的复杂性，增加了扩展性，但是簇首的选择需要谨慎考虑，而且这类协议在网络拓扑高度动态的时候维护的开销比较大。
无线自组织网络中，结点间的无线链路以及由此而形成的网络拓扑结构随着结点位置的分布而移动，信道的变化的因素呈现出动态变化的特性。
无线网络的路由技术面临的困难远比有线网络的大的多，因此有线网络的路由技术是无法完全适用于无线网络的。
按照路由协议建立和维护的方式不同，可以分为：混合式路由协议，反应式路由协议，先应式路由协议[2]。
混合式路由协议：在局部地区使用先应式路由协议，维护准确的路由信息，并可缩小路由控制消息传播的范围，当目标结点较远时，通过查找发现路由，这样既可以减少路由协议的开销，也可以改善时延特性。
反应式路由协议：在需要发送数据时才开始查找路由，和先应式路2由相比，反应式路由协议开销较小，能够快速的适应网络拓扑的变化，但是由于存在发现过程使得数据报传送的时延较大，在网络负载很重的情况下，其性能较差。