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AdHoc無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究與展望

云知道


1引言
Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)又稱移動(dòng)自組網(wǎng)、多跳網(wǎng)絡(luò) ， 最初起源于20世紀(jì)70年代的美國軍事研究領(lǐng)域 ， 是一種非凡的在不借助中心治理的情況下 ， 在有限的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)總端的臨時(shí)互聯(lián) ， 它為局域網(wǎng)內(nèi)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供了一種靈活的互聯(lián)方式 。Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活、快捷 ， 不受有線網(wǎng)絡(luò)的影響 ， 可廣泛應(yīng)用于軍事通信、發(fā)生地震或水災(zāi)后的營救等無法或不便預(yù)先敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的場合 ， 具有廣闊的發(fā)展前景 ， 這方面的研究工作正在不斷展開 。

2Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)具有自身的非凡性 ， 在組建實(shí)際使用的無線工作網(wǎng)絡(luò)時(shí) ， 必須充分考慮網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用規(guī)模和擴(kuò)展性 ， 以及應(yīng)用的可靠程度及實(shí)時(shí)性要求 ， 選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。另外 ， 由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自身結(jié)構(gòu)的非凡性 ， 設(shè)計(jì)或組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)充分考慮Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) ， 有助于我們設(shè)計(jì)出適合特定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議 ， 最大限度地發(fā)揮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作性能 。

2.1Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為兩種：對等式平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu) 。在對等式平面結(jié)構(gòu)中 ， 所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地位平等 。

而在分級結(jié)構(gòu)的Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 ， 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是以簇為子網(wǎng)組成 ， 每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成 ， 簇頭形成高一級網(wǎng)絡(luò) ， 高一級網(wǎng)絡(luò)又可分簇形成更高一級網(wǎng)絡(luò) 。每一個(gè)簇中的簇頭和簇成員是動(dòng)態(tài)變化、自動(dòng)組網(wǎng) 。分級結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件的不同配置 ， 又可以分為單頻分級結(jié)構(gòu)和多頻分級結(jié)構(gòu) 。單頻分級結(jié)構(gòu)使用單一頻率通信 ， 所有節(jié)點(diǎn)使用同一頻率；而在多頻分級結(jié)構(gòu)中 ， 若存在兩級網(wǎng)絡(luò) ， 則低級網(wǎng)絡(luò)通信范圍小 ， 高級網(wǎng)絡(luò)通信范圍大 ， 簇成員用一個(gè)頻率通信 ， 簇頭節(jié)點(diǎn)用一個(gè)頻率與簇成員通信 ， 用另一個(gè)頻率來維持與簇頭之間的通信 。

對等式平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)使用時(shí)各存在優(yōu)缺點(diǎn)：對等式平面結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單 ， 各節(jié)點(diǎn)地位平等 ， 源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)存在多條路徑 ， 不存在網(wǎng)絡(luò)瓶頸 ， 而且網(wǎng)絡(luò)相對比較安全 ， 但最大的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受到限制 ， 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)路由維護(hù)的開銷指數(shù)增長而消耗掉有限的帶寬；分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不受限制 ， 可擴(kuò)充性好 ， 而且由于分簇 ， 路由開銷相對小一些 ， 雖然分級結(jié)構(gòu)中需要復(fù)雜的簇頭選擇算法 ， 但由于分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有較高的系統(tǒng)吞吐量 ， 節(jié)點(diǎn)定位簡單 ， 目前Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)正逐漸呈現(xiàn)分級化的趨勢 ， 許多網(wǎng)絡(luò)路由算法都是基于分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模式提出的 。

2.2Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)是一種移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò) ， 網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都兼有路由器和主機(jī)兩種功能 。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下4方面：

（1)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有固定的通信設(shè)施和中心治理設(shè)備 ， 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)地以任意速度朝任何方向移動(dòng) ， 加上無線發(fā)射裝置發(fā)送功率的變化、環(huán)境的影響以及信號之間的互相干擾等因素 ， 都會造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化 。

（2)有限的資源：提供給Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)主機(jī)的工作能量是有限的 ， 而且移動(dòng)主機(jī)損耗能量越多 ， 將降低Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)功能；另一方面 ， 網(wǎng)絡(luò)本身提供帶寬有限以及信號之間的沖突和干擾 ， 使移動(dòng)主機(jī)可得到的有限的傳輸帶寬將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬 。

（3)多跳通信：兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由于受到可用資源的限制 ， 不能處在同一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)內(nèi) ， 可采用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多跳通信 ， 實(shí)現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間的源主機(jī)與目的主機(jī)之間的通信 。

（4)較低的安全性：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信通過無線信道 ， 傳輸?shù)男畔⒎浅］p易受到監(jiān)聽、重發(fā)、篡改、偽造等各種攻擊 ， 假如路由協(xié)議一旦遭受到上述惡意攻擊 ， 整個(gè)自組網(wǎng)絡(luò)將無法正常工作 。這些特點(diǎn)對設(shè)計(jì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法提出了非凡的要求 ， 一個(gè)合理的路由算法必須考慮有限的網(wǎng)絡(luò)資源、動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面的因素 。

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