无线Adhoc网络技术

无线Adhoc网络技术

摘要：

无线Adhoc网络是随着无线通信技术的快速发展而出现的一种新型网络。文章详细介绍了无线Adhoc网络的由来、主要特征、关键技术和应用等方面，并展望了它的发展前景。

关键词：

Adhoc网络；路由技术；安全问题；互联；分层自组网；多跳网

ABSTRACT:

Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologi es,thewirel essAdhocnetworkcomesupasanewtypeofnetwork.Thispaperdes cribestheorig

in,features,keytechnologiesandapplicationsoftheAdhocnetworki ndetail

,andforecastsitsdevelopmenttrends.

KEYWORDS:

Adhocnetwork;Routingtechnology;Securityproblem;Interconnec

tion;Hier

archicalself-organizingnetworks;Multi-hopnetwork

近几年，无线网络在支持移动性方面的发展非常迅速。按照移动通信系统是否具有基础设施，可以把移动无线网络分成两类。

第1种类型是具有基础设施的网络。移动节点借助于通信范围内最近的基站实现通信。在这样的网络里，移动节点相当于移动终端，它不具备路由功能，而只有移动交换机负责路由和交换功能。这种类型网络的典型例子有蜂窝无线系统、办公室无线局域网等。

移动无线网络的第2种类型是一种无基础设施的移动网络，也就是无线Adhoc网(见图1)。它是一种自治的无线多跳网，整个网络没有固定的基础设施，也没有固定的路由器，所有节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种环境中，由于终端的无线覆盖范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助于其它节点进行分组转发。每一个节点都可以说是一个路由器，它们要能完成发现和维持到其它节点路由的功能。典型例子有交互式的讲演，可以共享信息的商业会议，战场上的信息中继，以及紧急通信需要。

Adhoc网络技术早在20多年前就已开始研究，且研究的重点主要放在国防项目上，诸如抗毁的、自适应的网络研究计划(SURAN)、低开销的分组无线网络研究计划(LCR)。其最初的项目支持者是美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军以及海军研究办公室(ONR)。现在，美国政府资助的这方面的计划仍在继续进行，比如战术互联网、近距离数字无线电台。

Adhoc网络技术在军事领域发展的同时，也引起了商用领域的极大兴趣。Internet工程任务组(IETF)也成立了一个移动Adhoc网络工作组(MANET)，其主要目标就是针对无线Adhoc多跳网开发一种基于IP协议的路由机制，使得IP协议扩展到这种自组织的、快速移动的无线网。

1无线Adhoc网络的特点

无线Adhoc网络是由移动主机构成的自主系统，主要特征如下：

(1)网络自主性

无线Adhoc网相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要现有信息基础网络设施。这也是个人通信的一种体现形式。

(2)动态拓扑

节点具有任意移动性。此外，无线传播条件的快速改变，也导致了网络拓扑需以不可预测的方式任意和快速地改变。

(3)带宽限制和变化的链路容量

无线Adhoc网络采用无线传输技术作为底层通信手段，其相对于有线信道具有较低的容量；并且由于多路访问、多径衰落、噪声和信号干扰等多种因素，使得移动节点的实际带宽小于理论上的最大带宽值。

(4)能量限制节点

移动节点依靠电池提供工作所需的能量。减少功耗将是影响网络协议设计的一个非常重要的因素。

(5)多跳通信

由于无线收发机的信号传播范围有限，Adhoc网络要求支持多跳通信。这种多跳通信由此也带来了隐藏终端、暴露终端和公平性等问题。

(6)分布式控制

无线Adhoc网络中的用户节点都兼备独立路由和主机功能，不存在一个网络中心控制点，用户节点之间的地位是平等的，网络路由协议通常采用分布式控制方式，因而具有很强的鲁棒性和抗毁性。而在常规通信网络中，由于存在基站、网控中心或路由器这样一类集中控制设备，用户终端与它们所处的地位不是对等的。

(7)有限的安全性

通常，移动无线网络由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等原因，会比有线网络更易受到安全性的威胁。这些安全性的攻击包括窃听、电子欺骗和拒绝服务等攻击手段。

2无线Adhoc网络的关键技术

2.1无线Adhoc网络的路由技术

在Adhoc网络里，移动节点通过多跳无线链路实现相互间的通信。整个网络没有固定的基础设施，比如基站。网内每一个节点都可作为路由器，向其它节点转发数据分组。开发一种能有效地找到节点间路由的动态路由协议就成为Adhoc网络设计的关键。Adhoc路由协议需要能够实现以下

的功能：

(1)能感知网络拓扑结构的变化

Adhoc路由协议要能够检测到网络拓扑的动态变化。因

为Adhoc网络需要进行多跳通信,所以路由协议必须确保路

径中的链路具有很强的连接性。Adhoc网络中的节点必须知道它的周围环境和可以与它直接进行通信的节点。Adhoc网

络里提供网络连接的方法主要有两种：平面路由网络结构和分层路由网络结构(见图2)。在平面路由网络结构中，所有的节点都是平级的，分组的路由是基于对等的连接。但是在分层路由结构中，较低层至少要有一个节点作为与高层联系的

网关。

(2)维护网络拓扑的连接

因为每个移动主机都可以随时改变位置，所以网络拓扑是频繁变化的。这样，Adhoc路由协议为了维持节点之间的链路具有较强的连接性，它必须动态更新链路状态和对自己重新配置。如果采用中心控制的路由算法，为把节点链路状态的改变传送到所有的节点，就会消耗过多的时间和精力，显然是不适合的。所以要采用一种全分布式的路由算法。

(3)高度自适应的路由

相对于有线网络里的静态节点，Adhoc网络要求一个高度自适应的路由机制，来处理快速的拓扑变化。而传统的路由协议，如距离矢量和链路状态算法，要求在指定路由器间交换大量路由信息，因此在Adhoc网络里都不能有效地工作。所以针对Adhoc网络的特点，提出了新的路由算法。总的来说，这些路由算法可以分为3种类型：表驱动算法、需求驱动算法、表驱动和需求驱动算法相混合的算法。

表驱动路由协议采用周期性的路由分组广播，来交换路由信息。每个节点维护去往全网所有节点的路由。主动路由的优点是当节点需要发送一个去往其他节点的数据分组时，只要路由存在，发送分组的延时就很小；缺点是表驱动路由协议需花费较高代价(如带宽、电源、CPU资源等)，使路由表能够跟上当前网络拓扑结构的变化，但动态变化的拓扑结