淺談ad hoc的應用,ad hoc網絡應用前景

　　一、Ad Hoc網絡產生背景

　　隨著信息技術的不斷發展．人們對移動通信的需求越來越強。近年來，移動通信技術得到了飛速發展和普及。蜂窩移動通信系統、無線局域網（IEEE802．11Ⅲ和HiperLAN［21）、藍牙技術（Bluetooth）131、家庭無線網（HomeRF）141等移動通信新技術也紛紛涌現。這些技術的出現，極大方便了人們的生活，同時出推動了無線通信技術的發展。

　　無線通信網絡按照其組網控制方式一般分為兩類：一類是集中式控制的，即有中心的。這類無線網絡的運行耍依賴預先部署的網絡基礎設施。典型的例子有：蜂窩移動通信系統，其依靠基站和移動交換中心等基礎設施的支持；基于接入點（access poim）和有線骨干網模式的無線局域網。但對于某些特殊場合，不可能有這種預先部署的固定設施可以利用。比如，戰場上部隊快速展開和推進、發生地震或火災后的營救、野外科學考查、偏遠山區、臨時會議等。在這種情況下，就需要一種能夠臨時快速自動組網的移動通信技術。這也形成了另一類無線通信技術，即Ad Hoc網絡通信技術。

　　“Ad Hoc”一詞來源于拉丁語，意思是“專用的，特定的” 。Ad Hoc網絡通常也可稱為“無固定基礎設施網”或“自組織網”。由于組網快速、靈活，使用方便，目前Ad Hoc網絡已經得到了國際學術界和工業界的廣泛關注，并正在得到越來越廣泛的應用，已經成為移動通信技術向前發展的一個重要方向，并將在未來的通信技術中占據重要地位。

　　二、Ad Hoc網絡的發展歷史

　　Ad Hoc網絡的前身是分組無線網（packet radio network），對分組無線網的研究源于軍事通信的需要。早在1972年，美國的DARPA就啟動了分組無線網項目PRNET研究在戰場環境下利用分組無線網進行數據通信。在此之后，DARPA于1983年啟動了高殘存性自適應網絡SURAN（survivable adaptive network）項目，研究如何將PRNET的研究成果加以擴展，以支持更大規模的網絡。1994年，DARPA又啟動了全球移動信息系統GloMo（globle mobile information system）項目，旨在對能滿足軍事應用需要的、高抗毀性GloMo項目，旨在對能滿足軍事應用需要的、高抗毀性的移動信息系統進行全面深入的研究。成立于1991年的IEEE802．11標準委員會采用了“Ad Hoc網絡”一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動通信網絡，Ad Hoc網絡就此誕生。IETF將AdHoc網絡稱為MANET（移動AdHoc網絡）。

　　三、Ad Hoc網絡的定義

　　Ad Hoc網絡是由一組帶有無線收發裝置的移動終端組成的一個多跳的臨時性自治系統。每個移動終端兼備路由器和主機兩種功能：作為主機，終端需要運行面向用戶的應用程序；作為路由器，終端需要運行相應的路由協議，根據路由策略和路由表參與分組轉發和路由維護工作。在Ad Hoc網絡中，結點間的路由通常由多個網段（跳）組成，由于終端的無線傳輸范圍有限，兩個無法直接通信的終端節點往往通過多個中間結點的轉發來實現通信。所以，它又被稱為多跳無線網、自組織網絡、無固定設施的網絡或對等網絡。

　　Ad Hoe網絡特征：

　　由此可以看出，與其他通信網絡相比，基于Ad Hoe技術的Ad Hoe網絡具有以下特征：

　?。?）網絡的自組性。Ad hoc網絡可以在任何時刻任何地方構建，而不需要現有的信息基礎網絡設施的支持，形成一個自由移動的通信網絡。

　?。?）動態網絡的拓撲結構。從網絡層來看，Ad Hoc網絡中，移動用戶可以咀任意的速度和任意方式在網中移動，加上無線發送裝置發送功率的變化、無線信道間的相互干擾因素、地形因素等的影響，節點間通過無線信道形成的網絡拓撲結構隨時都會發生變化。

　?。?）有限的無線傳輸帶寬。無線信道本身的物理特性使Ad Hoc網絡的網絡帶寬相對有線方式要小的多，另外還要考慮無線信道競爭時所產生的信號衰落、碰撞、阻塞、噪聲干擾等因素，這使得實際有效帶寬要小得多。

　?。?）移動終端的有限性。Ad Hoc網絡中的移動用戶終端內存小、CPU處理能力低、所帶電源有限使得Ad Hoe網絡的設計更加困難。

　?。?）安全性差。Ad Hoc網絡是一種無線方式的分布式結構，所以更加容易被竊聽、入侵、網絡攻擊和拒絕服務等。

　?。?）網絡的分布式。Ad Hoc網絡中的移動節點都兼有路由和主機功能，不存在類似于基站的網絡中心控制點，節點地位平等，采用分布式控制方式，增強了網絡健壯性。

　?。?）網絡的可擴展性不強。由于采用TCP／IP協議中的子網技術使得Internet具有網絡的可擴展性，而Ad Hoe網絡動態變化的拓撲結構使得子網技術所帶來的網絡可擴展性不能得到應用。

　?。?）存在單向無線信道。由于地理位置或節點發射功率等因素，在采用無線通信的自組網環境中，可能存在單向信道。兩個移動終端A和B，A由于發射功率較大所以能夠到達B，而反之不行，即存在一條A—B的單向信道。

　?。?）生存時間短。Ad I-lot組網通常是由于某個特定原因而臨時創建的，使用結束后，網絡環境將會自動消失。其網絡生存時間相對于固定網絡而言是短暫的。

　　四、Ad hoc應用領域

　　軍事應用

　　軍事應用是Ad hoc網絡技術的主要應用領域。因其特有的無需架設網絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，它是數字人戰場通信的首選技術。Ad hoc網絡技術已經成為美軍戰術互聯網的核心技術。美軍的近期數字電臺和無線互聯網控制器等主要通信裝備都使用了Ad hoc網絡技術。

　　傳感器網絡

　　傳感器網絡是Ad hoc網絡技術的另一大應用領域。對于很多應用場合來說傳感器網絡只能使用無線通信技術。而考慮到體積和節能等因素，傳感器的發射功率不可能很大。使用Ad hoc網絡實現多跳通信是非常實用的解決方法。分散在各處的傳感器組成Ad hoc網絡，可以實現傳感器之間和與控制中心之間的通信。這在爆炸殘留物檢測等領域具有非常廣闊的應用前景。

　　緊急應用

　　在發生了地震、水災、強熱帶風暴或遭受其他災難打擊后，固定的通信網絡設施（如有線通信網絡、蜂窩移動通信網絡的基站等網絡設施、衛星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毀或無法正常工作，對于搶險救災來說，這時就需要Ad hoc網絡這種不依賴任何固定網絡設施又能快速布設的自組織網絡技術。類似地，處于邊遠或偏僻野外地區時，同樣無法依賴固定或預設的網絡設施進行通信。Ad hoc網絡技術的獨立組網能力和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。

　　個人通信

　　個人局域網（PAN，Personal Area Network）是Ad hoc網絡技術的另一應用領域。不僅可用于實現PDA、手機、手提電腦等個人電子通信設備之間的通信，還可用于個人局域網之間的多跳通信。藍牙技術中的超網（Scatternet）就是一個典型的例子。

　　其他

　　Ad hoc網絡還可以與蜂窩移動通信系統相結合，利用移動臺的多跳轉發能力擴大蜂窩移動通信系統的覆蓋范圍、均衡相鄰小區的業務、提高小區邊緣的數據速率等。在實際應用中，Ad hoc網絡除了可以單獨組網實現局部的通信外，它還可以作為末端子網通過接入點接入其他的固定或移動通信網絡，與Ad hoc網絡以外的主機進行通信。因此，Ad hoc網絡也可以作為各種通信網絡的無線接入手段之一。