以較低的成本獲得高的數(shù)據(jù)速率是無線通信領(lǐng)域的關(guān)鍵。然而,未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的另一要素是在沒有固有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下存在的能力。因此,即興(Ad hoc)網(wǎng)就成為了未來系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。“Ad Hoc”是一個(gè)拉丁詞匯,在拉丁語中他的意思是:即興,即席,臨時(shí)(improvised、impromptu),沒有實(shí)現(xiàn)商量的等。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是在沒有任何現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施或集中管理的情況下通過一組移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的合作動(dòng)態(tài)形成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的鏈接是動(dòng)態(tài)的,常常會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的移動(dòng)而斷開。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的歷史可以追溯到1968年,當(dāng)時(shí)剛剛興起對(duì)ALOHA網(wǎng)絡(luò)的研究。ALOHA的協(xié)議支持單跳網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以到達(dá)所有其他的節(jié)點(diǎn))的分布式信道接入,但這最初用于固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。1973年,DARPA開始研究多跳的分組無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。多跳技術(shù)通過空間域的復(fù)用增大了網(wǎng)絡(luò)的容量,不過這需要更為復(fù)雜的路由協(xié)議來支持。過去Ad hoc網(wǎng)絡(luò)主要用于戰(zhàn)場(chǎng)和災(zāi)區(qū)這些無法或不便預(yù)先敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的場(chǎng)合?,F(xiàn)在,隨著新興的無線技術(shù)如藍(lán)牙技術(shù)的成熟,Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的商用也稱為現(xiàn)實(shí),實(shí)現(xiàn)了各種便攜設(shè)備如筆記本、移動(dòng)電話、PDA、MP3播放器的互聯(lián)。
現(xiàn)行的蜂窩系統(tǒng)要依靠集中控制和管理,而下一代移動(dòng)無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)將努力朝Ad hoc的方向發(fā)展。例如HIPERLAN/2的直接模式,相鄰的終端之間直接通信。藍(lán)牙技術(shù)、IEEE 802.11的Ad hoc模式、IEEE 802.16的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)、IEEE 802.15的個(gè)人領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)(PAN)提供了分散的無線、接入和路由技術(shù)。因此Ad hoc無線網(wǎng)絡(luò)具有廣闊的應(yīng)用前景。
由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有預(yù)先確定的結(jié)構(gòu),加之網(wǎng)絡(luò)鏈接的多變性,在設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中存在一些關(guān)鍵性的技術(shù)挑戰(zhàn),包括:需要綜合考慮安全性和路由問題,保證網(wǎng)絡(luò)在分布式環(huán)境下有效運(yùn)行;附加開銷要在確保動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臈l件下最小化(盡量降低路由表的更新頻率);通過合理的路由協(xié)議設(shè)計(jì),多跳網(wǎng)絡(luò)中鏈路容量的不穩(wěn)定性要保證最小;網(wǎng)絡(luò)鏈接(覆蓋)、延時(shí)需求、網(wǎng)絡(luò)容量和功率預(yù)算之間要合理折中;通過合理的應(yīng)用功率控制機(jī)制和最優(yōu)的媒質(zhì)接入控制(MAC)設(shè)計(jì),降低與其他技術(shù)之間的干擾。
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端組成的多跳臨時(shí)性自治系統(tǒng),移動(dòng)終端具有路由功能,可以通過無線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,這種網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)立工作,也可以與因特網(wǎng)或蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)連接。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)移動(dòng)終端兼?zhèn)渎酚善骱椭鳈C(jī)兩種功能:作為主機(jī),終端需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序;作為路由器,終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議,根據(jù)路由策略和路由表參與分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由的維護(hù)工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)間的路由通常由多個(gè)網(wǎng)段(跳)組成,由于終端的無線傳輸范圍有限,兩個(gè)無法直接通信的終端節(jié)點(diǎn)往往要通過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn)通信。典型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,所以它又被稱為多跳無線網(wǎng)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)。
圖1:典型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
與其他傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有下表1所示的8大特點(diǎn)。
表1:Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種動(dòng)態(tài)變化的并基于無線信道的自組織網(wǎng)絡(luò),其體系結(jié)構(gòu)、QoS保障和應(yīng)用等問題比較復(fù)雜并難以實(shí)現(xiàn)。固定網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)中使用的各種協(xié)議和技術(shù)無法直接應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò),因此需要為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)專門的協(xié)議和技術(shù),其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下8個(gè)方面,具體詳見下表2中。
表2:Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)
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