自組織網絡

　　自組織網絡概述

　　移動自組織(Ad Hoc)網絡是一種多跳的臨時性自治系統(tǒng)，它的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網絡和之后于1973提出的PR(Packet Radio)網絡。ALOHA網絡需要固定的基站，網絡中的每一個節(jié)點都必須和其它所有節(jié)點直接連接才能互相通信，是一種單跳網絡。直到PR網絡，才出現(xiàn)了真正意義上的多跳網絡，網絡中的各個節(jié)點不需要直接連接，而是能夠通過中繼的方式，在兩個距離很遠而無法直接通信的節(jié)點之間傳送信息。PR網絡被廣泛應用于軍事領域。IEEE在開發(fā)802.11標準時，提出將PR網絡改名為Ad Hoc網絡，也即今天我們常說的移動自組織網絡。

　　移動自組織網絡。一方面，網絡信息交換采用了計算機網絡中的分組交換機制，而不是電話交換網中的電路交換機制;另一方面，用戶終端是可以移動的便攜式終端，如筆記本、PDA等，用戶可以隨時處于移動或者靜止狀態(tài)。無線自組網中的每個用戶終端都兼有路由器和主機兩種功能。作為主機，終端可以運行各種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(xié)議，這種分布式控制和無中心的網絡結構能夠在部分通信網絡遭到破壞后維持剩余的通信能力，具有很強的魯棒性和抗毀性。

　　作為一種分布式網絡，移動自組織網絡是一種自治、多跳網絡，整個網絡沒有固定的基礎設施，能夠在不能利用或者不便利用現(xiàn)有網絡基礎設施(如基站、AP)的情況下，提供終端之間的相互通信。由于終端的發(fā)射功率和無線覆蓋范圍有限，因此距離較遠的兩個終端如果要進行通信就必須借助于其它節(jié)點進行分組轉發(fā)，這樣節(jié)點之間構成了一種無線多跳網絡。

　　網絡中的移動終端具有路由和分組轉發(fā)功能，可以通過無線連接構成任意的網絡拓撲。移動自組織網絡既可以作為單獨的網絡獨立工作，也可以以末端子網的形式接入現(xiàn)有網絡，如Internet網絡和蜂窩網。

　　自組織網絡特點

　　移動自組織網絡能夠利用移動終端的路由轉發(fā)功能，在無基礎設施的情況下進行通信，從而彌補了無網絡通信基礎設施可使用的缺陷。自組網技術為計算機支持的協(xié)同工作系統(tǒng)提供了一種解決途徑，主要特點有：

　　網絡拓撲結構動態(tài)變化

　　在移動自組織網絡中，由于用戶終端的隨機移動、節(jié)點的隨時開機和關機、無線發(fā)信裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的相互干擾以及地形等綜合因素的影響，移動終端間通過無線信道形成的網絡拓撲結構隨時可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預測的。

　　自組織無中心網絡

　　移動自組織網絡沒有嚴格的控制中心，所有節(jié)點的地位是平等的，是一種對等式網絡。節(jié)點能夠隨時加入和離開網絡，任何節(jié)點的故障都不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

　　多跳網絡

　　由于移動終端的發(fā)射功率和覆蓋范圍有限，當終端要與覆蓋范圍之外的終端進行通信時，需要利用中間節(jié)點進行轉發(fā)。

　　值得注意的是，與一般網絡中的多跳不同，無線自組網中的多跳路由是由普通節(jié)點共同協(xié)作完成的，而不是由專門的路由設備完成的。

　　無線傳輸帶寬有限

　　無線信道本身的物理特性決定了移動自組織網絡的帶寬比有線信道要低很多，而競爭共享無線信道產生的碰撞、信號衰減、噪音干擾及信道干擾等因素使得移動終端的實際帶寬遠遠小于理論值。

　　移動終端的局限性

　　自組織網絡中的移動終端(如筆記本電腦、手機等)具有靈巧、輕便、移動性好等優(yōu)點，但同時其電源有限、內存小、CPU性能低等限制，使得我們在開發(fā)應用程序時，需要考慮這些因素。

　　自組織網絡應用領域

　　移動自組織網絡通常應用在沒有或者不便利用現(xiàn)有的網絡基礎設施的情形中。主要應用在以下領域。

　　軍事通信

　　在現(xiàn)代化的戰(zhàn)場上，由于沒有基站等基礎設施可以利用，裝備了移動通信裝置的軍事人員、軍事車輛以及各種軍事設備之間可以借助移動自組織網絡進行信息交換，以保持密切聯(lián)系，協(xié)同完成作戰(zhàn)任務;裝備了音頻傳感器和攝像頭的軍事車輛和設備也可以通過移動自組織網絡，將目標區(qū)域收集到的位置和環(huán)境信息傳輸到處理節(jié)點;需要通信的艦隊戰(zhàn)斗群之間也可以通過移動自組織網絡建立通信，而不必依賴陸地或者衛(wèi)星通信系統(tǒng)。移動自組網技術已成為美軍戰(zhàn)術互聯(lián)網的核心技術，美軍的數字電臺和無線互聯(lián)網控制器等主要通信裝備都使用了移動自組網技術。

　　移動會議

　　當前，人們經常攜帶筆記本、PDA(個人數字助理)等便攜式終端參加各種會議。通過移動自組網技術，可以在不借助路由器、集線器或基站的情況下，就將各種移動終端快速組織成無線網絡，以完成提問、交流和資料的分發(fā)。

　　移動網絡

　　移動終端一般沒有與拓撲相關的固定IP地址，所以通過傳統(tǒng)的移動IP協(xié)議無法為其提供連接，需要采用移動多跳方式聯(lián)網。由于采用的是平面拓撲，因而沒有地址變更的問題，從而使得這些移動終端仍然像在標準的計算機環(huán)境中一樣。

　　此外，在實際應用中，移動自組網除了可以單獨組網實現(xiàn)局部通信以外，還可以作為末端子網通過網關連接到現(xiàn)有的網絡基礎設施上，例如Internet或者蜂窩網。作為末端子網，只允許產生于或者目的地是自治系統(tǒng)內部節(jié)點的信息進出，而不準許其它信息穿越自治系統(tǒng)。由此可見，移動自組網可以成為各種通信網絡的一種無線接入手段。

　　連接個域網絡

　　個域網絡(PAN)只包含與某個人密切相關的裝置，這些裝置無法與廣域網連接。藍牙技術當前一種典型的個域網技術，但是它只能實現(xiàn)室內近距離的通信，因此，移動自組織網絡就為建立PAN與PAN之間的多跳互連提供了可能性。

　　緊急服務和災難恢復

　　在由于自然災害或其它各種原因導致網絡基礎設施出現(xiàn)故障而無法使用時，快速恢復通信是非常重要的。借助于移動自組網絡技術，能夠快速建立臨時網絡，延伸網絡基礎設施，從而減少營救時間和災難帶來的危害。

　　無線傳感器網絡

　　無線傳感器網絡是移動自組織網絡技術的一大應用領域。傳感器網絡使用無線通信技術，由于發(fā)射功率較小，只能采用多跳轉發(fā)方式進行通信。分布在各處的傳感器節(jié)點自組織成網絡，以完成各種應用任務。