移动自组织网络原理及应用

　　1. 移动自组织网络概述

　　移动自组织(Ad Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(Packet Radio)网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网络。直到PR网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为Ad Hoc网络，也即今天我们常说的移动自组织网络。

　　移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面，用户终端是可以移动的便携式终端，如笔记本、PDA等，用户可以随时处于移动或者静止状态。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端可以运行各种面向用户的应用程序;作为路由器，终端需要运行相应的路由协议。这种分布式控制和无中心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，具有很强的鲁棒性和抗毁性。

　　作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。

　　网络中的移动终端具有路由和分组转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。移动自组织网络既可以作为单独的网络独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝网。

　　2. 移动自组织网络特点

　　移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，主要特点有：

　　(1) 网络拓扑结构动态变化

　　在移动自组织网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。

　　(2) 自组织无中心网络

　　移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对等式网络。节点能够随时加入和离开网络，任何节点的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

　　(3) 多跳网络

　　由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行转发。如下图所示。

　　图 移动自组网多跳组网方式

　　值得注意的是，与一般网络中的多跳不同，无线自组网中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专门的路由设备完成的。

　　(4) 无线传输带宽有限

　　无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有线信道要低很多，而竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽远远小于理论值。

　　(5) 移动终端的局限性

　　自组织网络中的移动终端(如笔记本电脑、手机等)具有灵巧、轻便、移动性好等优点，但同时其电源有限、内存小、CPU性能低等限制，使得我们在开发应用程序时，需要考虑这些因素。

　　【IT专家网独家】1. 移动自组织网络概述

　　移动自组织(Ad Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(Packet Radio)网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网络。直到PR网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为Ad Hoc网络，也即今天我们常说的移动自组织网络。

　　移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面，用户终端是可以移动的便携式终端，如笔记本、PDA等，用户可以随时处于移动或者静止状态。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端可以运行各种面向用户的应用程序;作为路由器，终端需要运行相应的路由协议。这种分布式控制和无中心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，具有很强的鲁棒性和抗毁性。

　　作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。

　　网络中的移动终端具有路由和分组转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。移动自组织网络既可以作为单独的网络独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝网。

　　2. 移动自组织网络特点

　　移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，主要特点有：

　　(1) 网络拓扑结构动态变化

　　在移动自组织网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。

　　(2) 自组织无中心网络

　　移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，是一种对等式网络。节点能够随时加入和离开网络，任何节点的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

　　(3) 多跳网络

　　由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行转发。如下图所示。

　　图 移动自组网多跳组网方式

　　值得注意的是，与一般网络中的多跳不同，无线自组网中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专门的路由设备完成的。

　　(4) 无线传输带宽有限

　　无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有线信道要低很多，而竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽远远小于理论值。

　　(5) 移动终端的局限性

　　自组织网络中的移动终端(如笔记本电脑、手机等)具有灵巧、轻便、移动性好等优点，但同时其电源有限、内存小、CPU性能低等限制，使得我们在开发应用程序时，需要考虑这些因素。

　　3. 移动自组织网络应用领域

　　移动自组织网络通常应用在没有或者不便利用现有的网络基础设施的情形中。目前主要应用在以下领域。

　　(1) 军事通信

　　在现代化的战场上，由于没有基站等基础设施可以利用，装备了移动通信装置的军事人员、军事车辆以及各种军事设备之间可以借助移动自组织网络进行信息交换，以保持密切联系，协同完成作战任务;装备了音频传感器和摄像头的军事车辆和设备也可以通过移动自组织网络，将目标区域收集到的位置和环境信息传输到处理节点;需要通信的舰队战斗群之间也可以通过移动自组织网络建立通信，而不必依赖陆地或者卫星通信系统。移动自组网技术已成为美军战术互联网的核心技术，美军的近期数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了移动自组网技术

　　(2) 移动会议

　　当前，人们经常携带笔记本、PDA(个人数字助理)等便携式终端参加各种会议。通过移动自组网技术，可以在不借助路由器、集线器或基站的情况下，就将各种移动终端快速组织成无线网络，以完成提问、交流和资料的分发。

　　(3) 移动网络

　　移动终端一般没有与拓扑相关的固定IP地址，所以通过传统的移动IP协议无法为其提供连接，需要采用移动多跳方式联网。由于采用的是平面拓扑，因而没有地址变更的问题，从而使得这些移动终端仍然像在标准的计算机环境中一样。

　　此外，在实际应用中，移动自组网除了可以单独组网实现局部通信以外，还可以作为末端子网通过网关连接到现有的网络基础设施上，例如Internet或者蜂窝网。作为末端子网，只允许产生于或者目的地是自治系统内部节点的信息进出，而不准许其它信息穿越自治系统。由此可见，移动自组网可以成为各种通信网络的一种无线接入手段。

　　(4) 连接个域网络

　　个域网络(PAN)只包含与某个人密切相关的装置，这些装置无法与广域网连接。蓝牙技术当前一种典型的个域网技术，但是它只能实现室内近距离的通信，因此，移动自组织网络就为建立PAN与PAN之间的多跳互连提供了可能性。

　　(5) 紧急服务和灾难恢复

　　在由于自然灾害或其它各种原因导致网络基础设施出现故障而无法使用时，快速恢复通信是非常重要的。借助于移动自组网络技术，能够快速建立临时网络，延伸网络基础设施，从而减少营救时间和灾难带来的危害。

　　(6) 无线传感器网络

　　无线传感器网络是移动自组织网络技术的一大应用领域。传感器网络使用无线通信技术，由于发射功率较小，只能采用多跳转发方式进行通信。分布在各处的传感器节点自组织成网络，以完成各种应用任务。