1概述2自组织网的特点

1浅谈自组织无线网络技术李燕(甘肃中医学院网络中心，甘肃兰州730000)摘要：移动自组织网络源于军事应用，经过30多年的研发，应用目标扩大到了家庭网络、个人无线移动通信等广大的民用领域。它是未来移动通信技术的核心组成部分之一，本文介绍了自组织网络技术的概念，特点及体系结构的知识，使我们更进一步了解这种技术。关键词：自组织网；特点；体系结构中图分类号：TN929.51概述自组织(AdHoc)网络的概念是由Baker等人提出的，它是由若干带有无线收发信机的节点构成的一个多跳的具有自组织功能的通信网络，在国际上一般被称为MANET（MobilAdHocNetworks）。近些年来，随着移动通信技末和计算机技术的发展以及用户需求的不断增长，对自组织通信网的研究得到了飞速的发展，尤其在那些没有通信基础设施支持、网络节点状态变化剧烈、对网络抗毁性要求较高的场合，如军事野战通信、抢险救灾等，自组织网正以其固有的优势引起越来越多的关注。AdHoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。AdHoc网络最初应用于军事领域，它的研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目，该项目由DARPA资助，其后，又在1983年和1994年进行了抗毁可适应网络SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和全球移动信息系统GloMo(GlobalInformationSystem)项目的研究。由于无线通信和终端技术的不断发展，AdHoc网络在民用环境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时，可以很方便地通过搭建AdHoc网络实现。2自组织网的特点由于自组织网有其特殊的应用环境，因此它具有区别于其它常规通信网络的特点：(1)网络拓扑结构动态变化自组织网中，各节点可以以任意速度和任意方式在网中移动，加上无线发信机发送功率的变化、信道内的各种干干扰、地形变化等因素的影响，各节点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)采用分布式控制方式此特点使得自组织网有别于常规移动通信网和无线局域网，因为后两者需要有中心站来进行控制。在自组织网中，不设专门的拄制中心，把网络的控制功能分散配置到各节点，网络的建立和调整是通过各节点的有机配合实现的。即自组织网均衡了网中各节点的特殊性和重要佐，从控制能力上看，各节点没有重要和次要之分，从而可防止一旦拄制中心被破坏而引起全网瘫痪的危险，提高了网络的抗毁性。同时，网络也可根据需要，选定一个或几个节点充当控制中心。在自组织网中，任何普通节点都有能力充当控制中心，并可根据情况变化自动更换。2(3)采用自适应组网技术网中各节点能相互协调的遵循一种自组织原则，自动探测网络的拓扑信息，自动选择传输路由，自动进行控制，把网中所有节点组成一个有机整体。即使网络发生动态变化或某些节点严重受损时，仍可迅速调整其拓扑结构以保持必耍的通信能力。(4)不需要原有通信基础设施的支持自组织网不依赖于原有通信基础设施，网内各节点本身就可组成一个完整的通信网络，可满足随时随地组网、使用的要求。(5)信道质量较差自组织网采用无线传输技术作为物理层通信手段。无线信道由于其本身的物理特性，如衰减大、干扰大、多径效应等，信道质量比有线信道差的多。(6)用户终端能源受限在自组织网中，用户终端通常为手持电脑、掌上电脑或笔记本电脑，这些装置虽然重量轻、移动性好，但主要靠电池供电，因此在进行网络系统设计时必须耍考虑到节电问题。(7)安全性面临挑战自组织网由于采用无线信道、分布式控制等技术，更容易受到被动窃听、主动人侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”（终端无法进人睡眠模式）、信息阻塞、信息假冒等会种方式的攻击。由于终端电源有限，自组织网无法实现复杂的加密算法，增加了被窃密的可能性。在军事应用中，节点很可能被占领，恶意的攻击不仅来自自组织网之外，而且可能从网内产生。3自组织网络的体系结构自组织网络可以分成两种结构：平面结构和分级结构。平面结构中，所有结点的地位平等，所以又称为对等式结构。而分级结构中，网络被划分为簇，每个簇由一个簇头和多个成员节点组成，簇头结点负责簇间业务的转发。根据不同的硬件配置，分级结构又可以分为单频分级和多频分级两种。单频率分级网络只有一个通信频率，所有结点使用同一个频率通信。为了实现簇头之间的通信，需要有网关结点（同时属于两个或多个簇的结点）的支持。簇头和网关形成了高一级的网络，称为虚拟骨干。而在多频率分级网络中，不同级采用不同的通信频率。低级的结点的通信范围较小，而高级的结点要覆盖较大的范围。高级的结点同时处于多个级中，有多个频率，用不同的频率实现不同级的通信。在两级网络中，簇头结点有两个频率。频率1用于簇头与簇成员的通信。而频率2用于簇头之间的通信。平面结构的网络配置比较简单，网络中所有结点是对等的，原则上不存在瓶颈，所以比较健壮。平面结构的最大缺点是网络规模受限。在平面结构中，每一个结点都需要知道到达其它所有结点的路由。由于结点的移动性，维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息。网络规模越大，路由维护和网络管理的开销就越大，网络的可扩充性就较差。分级结构克服了平面结构可扩充性差的缺点，网络规模不受限制。分级结构中，簇头的功能相对较强，而普通节点的功能比较简单，基本上不需要维护路由，这大大减少了网络中路由控制信息的数量。此外，分级结构易于实现节点的移动性管理和保障通信业务的服务质量。因此，当网络规模较大并需要提供一定的服务质量保障时宜采用分级网络结构。3参考文献：[1]T.Rappaport,WirelessCommunications­Principles&Practice,2nded.Prentice­Hall,2002.[2]VDavies．Evaluatingmobilitymodelswithinanadhocnetwork．MasterDissertation．ColoradoAcademyofMines，Golden，CO，USA，2000.[3]K.Terplan,CommunicationNetworkManagement.EnglewoodCliffs,NJ:Prentice­Hall,1989.[4]C.E.PerkinsandE.M.Royer,Adhocon­demanddistancevectorrouting,inProceedingsofthe2ndIEEEWorkshoponMobileComputingSystemsandApplications,Feb.1999,pp.90–100.[5]D.Johnson,D.Maltz,Y.­C.Hu,andJ.G.Jetcheva,DynamicSourceRoutingProtocolforMobileAdHocNetworks(DSR)ting,IETF.[6]MANETgroup,INTERNETDRAFT,November2001.[7]D.Maltz,J.Broch,andD.Johnson,Experiencesdesigningandbuildingamulti­hopwirelessadhocnetworktestbed,1999.Available:citeseer.nj.nec.com/maltz99experience.html.[8]S.Doshi,S.Bhandare,andT.X.Brown,Anon­demandminimumenergyroutingprotocolforawirelessadhocnetwork,MobileComputingandCommunicationsReview,vol.6,pp.50–66,2002.[9]CharlesE.Perkins,AdHocNetworking,Addison­Wesley,2001.[10]PhilippeJacquet,AnisLaouiti,AnalysisofMobileAd­hocnetworkroutingprotocolsinrandomgraphmodels,TechnicalReport,1999.作者资料：李燕，1976年5月，女，汉，籍贯甘肃，西北师范大学数信学院在职研究生，甘肃中医学院网络中心讲师。主要研究方向：计算机网络。长期从事计算机课程的教学与研究工作。通信地址：甘肃省兰州市甘肃中医学院网络中心邮编：730000注：发表第一单位是西北师范大学。LiyanFrom:李燕[e-mail]:[e-mail]­To:李燕[e-mail]:12May2005,02:30:22AMSubject:投稿4