Ad hoc物理层关键问题的探讨
吴昊, 李承恕
(北京交通大学现代通信研究所,北京100044)
摘要:Ad hoc网络一般都是基于无线通信的,同样需要解决衰落、多径干扰、功率控制等无线通信经常遇到的问题。本文针对Ad hoc网络中物理层的若干关键问题进行了探讨,包括选择和参考的标准,M IM O、O FDM、UW B、软件无线电等与物理层有关的新技术以及物理层模型对其他层的影响。
关键词:Ad hoc;物理层;M IMO;O FDM;UW B;软件无线电
中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1003-8329(2006)03-0016-04
Discussions about Ad Hoc Ph ysical Layer Key Problems
W U H ao, LI Cheng-shu
(M odern Telecommunicatio n Institute,Beij ing J ia oto ng Univ ersity,Beij ing100044,China)
Abstract:Ad hoc netw orks g enerally are based on wireless com munica tion,so they also need to solv e tho se pro blem s that a re o ften meet in wireless comm unicatio n,such as fading,mul-tipath interference,and pow er co ntrol.This paper will mainly discuss so me key pro blem s of the physical lay er in ad hoc netwo rks,including standard,M IM O,O FDM,UW B,softwa re radios and o ther new techniques related to physical layer.The im pact of phy sical m odel to other layers is also described in this paper.
Key words:Ad hoc;phy sical layer;M IMO;OFDM;UW B;softw are radios
1 前 言
Ad hoc网络是一种特殊的多跳移动无线网络,不依赖于任何固定基础设施,这种临时性的网络具有广泛的应用场合,而物理层技术的确定是决定Ad hoc网络潜能能否得到充分施展的一个关键所在。 本文针对ad hoc网络中物理层的若干关键问题进行了探讨,包括选择和参考的标准,M IM O、O FDM等新技术以及物理层模型对其他层的影响。2 Ad hoc物理层可选择
和参考的标准
到目前为止,ad hoc物理层可以选择和参考的标准主要来自构建无线局域网的各种标准,其中包括IEEE802.11系列、蓝牙(Bluetooth)、HiperLAN 等标准所定义的物理层。
2.1 IEEE802.11系列物理层标准
在802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩展频谱技术和一个红外技术规范,无线传输的频
基金项目:国家自然科学基金(No.60372093)和北京交通大学校基金项目(No.2004SM003)。
作者简介:吴昊,女,1973年出生,北京交通大学现代通信研究所,副教授/博士。主要研究方向为移动通信,移动ad hoc网络和宽带无线通信。
道定义在2.4GHz 的ISM 波段内,可以使用跳频扩频FHSS (frequency hopping spread spectrum )和直接序列扩频
DSSS (direct sequence spread
spectrum )技术,扩展频谱技术保证了802.11的设
备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量,这项技术还可以降低同其他使用同一段的设备之间的相互干扰。802.11无线标准定义的传输速率是1Mbit /s 和2Mbit /s 。
802.11规定了infrastructure 和ad hoc 两种工作模式,在ad ho c 模式中(见图1),至少需要包含两个无线终端,每两个无线终端之间直接相连实现资源共享,不需要无线接入点AP 和分布式系统,由此构成的无线局域网也称为独立基本服务集合IBSS (Independent Basic Service Set)网络
。
图1 802.11ad hoc 工作模式
802.11b 的增强物理层增加了两个新的速率:5.5M bit /s 和11Mbit /s 。为了实现这个目标,采用了补码序列CCK(Com plementary Code Keying )与直
接序列扩频技术,采用了动态速率调节技术,允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度来补偿环境的不利影响。在理想状态下,用户以11Mbit /s 的全速运行。
802.11g 其实是一种混合标准,采用了802.11a 中的正交频分复用(O FDM )技术,可提供相对短距离的高达54M bit /s 的速率,同时能适应传统的802.11b 标准,在2.4GHz 频率下提供每秒11M bit /s 数据传输率。
2.2 蓝牙物理层标准
蓝牙更适用于近距离的无线传输,发射距离一般可达10m ,增加功率情况下可达100m ,其工作频段也在ISM 2.4GHz,数据速率为1M bit /s,低功耗是蓝牙设备的一个显著特点,美国要求功耗小于0dBm (1mW ),其他国家可扩展为l 00dBm ,蓝牙采用跳频通信,跳频频率数为79个频点/M Hz,跳频速率1600跳/秒,数据连接方式支持面向连接业务和无
连接业务。蓝牙标准化团体美国蓝牙兴趣小组(Bluetooth Special Interest Group ,Bluetoo th SIG )已宣布下一代高速蓝牙决定采用超宽带(UW B )技术,以获得更高速率。2.3 HIPERLAN 物理层标准
HIPERLAN 标准是欧洲电信标准化协会(ET-SI)的宽带无线电接入网络(BRAN )小组制定的HIPER(H ig h Performa nce Radio )接入泛欧标准,已经推出HIPERLAN 1和HIPERLAN 2。Hiper-LAN1对应IEEE802.11b;HiperLAN 2与IEEE802.11a 具有相同的物理层,强调与3G 整合,是目前较完整的W LAN 协议。
HIPERLAN 工作频段为5.15～ 5.30GHz 和17.1～17.2G Hz,数据率可达23.529M bit /s 。它支持多跳选路(m ultihop routing )、实时业务和节电特性,使用一种类似于CSM A /CD 的接入方式来共享频带。HIPERLAN 主要集中在ad hoc 连网应用和支持更高的数据率。
3 Ad hoc 网络物理层关键技术
Ad ho c 网络多跳共享广播信道带来的直接影响就是存在隐藏终端、暴露终端和入侵终端等问题。这些问题的存在使得传统的无线资源管理与空中接口不再适用于ad hoc 网络中。人们也正在根据移动ad hoc 的新特性致力于将其与现有通信技术融合,充分采用已有的通信理论和方法为其服务。下面我们将介绍ad hoc 网络物理层所涉及的关键技术和新技术。
3.1 正交频分复用
正交频分复用(OFDM )是多载波传输的特例,是以多个副载频并发来传输高速数字信息,每个副载频留取足够长的时间和码元宽度来“躲避”多径衰落信道带来的码间干扰的影响。目前,O FDM 技术也成为了商用高速宽带无线通信技术的主要候选。例如,新的无线局域网标准,包括IEEE 802.11a 和IEEE 802.11g ,都采用了OFDM 技术,它能在5GHz 范围提供高达54Mbit /s 的速率。在高性能局域网如HIPERLAN /2和ETSI -BRAN 中也有采
用。
为了提高ad hoc 网络传输效率与带宽,ad hoc 网络一样可以采用O FDM 技术。但这种采用是吸收
其思想,而无法完全照搬,因为它们在ad hoc 环境下还存在下面一些问题:由于各个节点都是在运动的,在高速移动环境下(一般指速度大于150km /h )多普勒频移产生的时间选择性衰落,目前除了交织码外尚无有效的解决办法。3.2 M IM O (多入多出)技术
M IMO (Multiple-Input Multiple-Output,多入多出)是指在发射端和接收端,分别使用多个发射天线和接收天线。利用M IM O 技术可以提高信道的容量,同时也可以提高信道的可靠性,降低误码率。 目前,M IMO 技术领域的另一个研究热点就是空时编码。空时码的主要思想是,利用空间和时间上的编码,实现一定的空间分集和时间分集,从而降低信道误码率。
M IM O 天线阵列,是一种开环的M IM O 技术,M 个发送天线,使用编码重用技术,将同样码集的每个码重复使用M 次,每个码用来调制不同的数据子流,这样在不增加码资源的基础上,提高了原始数据的传输速率。为了分辨M 个数据子流,在接收端,需要使用多天线和空间信号处理。3.3 M IM O +O FDM 技术
M IM O+OFDM 技术通过在OFDM 传输系统中,采用阵列天线实现空间分集,以提高信号质量,是OFDM 与M IMO 相结合而产生的一种新技术。它采用了时间、频率和空间三种分集技术,使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。
图2为M IM O 和O FDM 系统的接收方案框图
。
图2 M IM O 和O FDM 系统的接收方案框图
从图中可以看出,M IM O +O FDM 系统,有N t
个发送天线和N r 个接收天线,提供多个空间信道,不会全部同时遭受到衰落的影响。
M IMO 和OFDM 技术在各自的领域,都发挥了巨大的作用,将二者相结合并应用到ad hoc 网络的物理层中,正在成为无线通信的一个研究热点。可以
采用波束成形和不同的空时编码算法对链路质量作自适应的调整。因此,对每一对可能的收发信机装置(i ,j )存在一个矩阵信道H i ,j (t )。另外在几何距离上更接近发信机的非视线距离内(N LS)终端可能比视线距离内的远端终端具有更坏的链路。这就促使了采用更复杂的物理层和跨层研究。
3.4 超宽带(UW B)
超宽带(UWB )调制技术采用上升和下降时间都非常快的基带脉冲成形,这样脉冲占用的带宽高达几GHz,因此最大数据传输速率可达几百Mbit /s 。这样避免了传统的窄带调制技术所需的上变频过程。另外由于发射机的脉冲成形不经过上变频直接用于天线,UW B 技术可以利用低成本的宽带发射设备。
UW B 应用于ad hoc 网络能更好的发挥其特殊优势。UWB 能支持很高的数据速率,UW B 可以通过对一些参数进行调整实现对数据速率的重新配置,以更好的满足数据流的需求;由于不需要复杂的同步设备和采用了极其简单的接收结构,UW B 无线设备比采用传统技术的终端设备轻便;由于UW B 技术具有距离、速度和功率的互换性,采用UW B 的ad hoc 网的路由选择要综合考虑发射功率、跳数和传输速率因素,使整个网络的无线资源利用率以及网络吞吐量达到最优。3.5 软件无线电技术
Ad hoc 网络中的节点具有随机移动特点,而且无线传输条件的迅速改变,导致网络拓扑以不可预测的方式任意而快速改变。现有的ad hoc 网络动态适应的能力明显不足,Ad ho c 网络目前面临的问题还包括互操作性,支持蓝牙无线标准的无线设施不能与支持802.11无线标准的无线设施交换数据。针对ad hoc 网络中的上述限制,软件无线电提供了使用动态变化物理层的方式来满足实际通信要求。 软件无线电技术试图在一块通用处理器上实现物理层和链路层功能。例如,手持设备由模拟—数字
(A /D)转换器将RF 频谱数字化,其后的信号处理完全用软件完成。不需要采用专用信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASICs)来执行下变频、低通滤波和解调。软件无线电用于ad hoc 网络具有明显优势。它不仅可以选择传输参数以适合特定信道条件,调整发射机功率、调制和编码使得频谱利用率和能量利用率更高。这种可调的灵活性为频带受限,
网络拓扑经常改变的ad hoc网络提供了很大优势。
4 Ad hoc物理层模型
对其他层的影响
在大多数移动ad hoc网络的研究中,采用仿真模型用来评估协议和设备。这样的仿真更关注于工作于某个高层的协议,而往往忽略在其他层的模型的细节,尤其是在物理层模型的连接。在文献[3]中,就给出了与高层协议的性能估计有关的物理层的因素设置。这些因素包括信号接收,路径损失,衰减,干扰和噪声估计,以及前同步码。由于关系到其他层的性能,因此,对于实际ad hoc网络物理层模型的确认非常重要,包括最近的无线设备技术的评估,比如功率控制,智能天线技术,特别是它们对整个ad hoc网络的影响。例如,在ad hoc网络的M AC层中需要考虑每个设备(节点)都有一个传输半径d和冲突半径d,而二者的的关系取决于下面的物理层。通过分析物理层并利用d和d的关系,可得到竞争链路的几何条件。这些几何条件中的分析结果明显不同于现有的模型,因而证明物理层在评估M AC性能时的重要性。
5 结 论
Ad hoc已成为下一代移动无线系统标准的发展方向之一,例如HIPERLAN/2的直接模式,相邻的终端之间直接通信。蓝牙技术、IEEE802.11的ad hoc模式、IEEE802.16的ad hoc网络(M AN ET)、IEEE802.15的个人领域网络(PAN)都提供了分散的无线接入和路由技术。因此ad hoc无线网络具有广阔的发展前景。
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(收稿日期:2006-03-21)
无线Ad hoc 网络中的随机功率控制 文 凯,郭 伟,黄广杰 (电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都610054) 摘 要: 由于能量的限制,无线Ad hoc 网络面临网络生存时间、无线资源利用效率以及时延要求等方面的挑 战.无线Ad hoc 网络中的功率控制已经成为研究领域中的一个热点,其主要目的是降低网络在分发数据包中的能量消耗,降低网络中的通信干扰.为了节省网络能量消耗,提出了一种随机功率控制的方法,其核心是让节点的发射功率随机分布在一个功率区间.通过对随机功率控制和固定功率控制在成功传输概率和网络节能上的理论分析和数值计算比较发现,合理选择随机功率控制中的最小发射功率,可获得与固定功率控制相当的成功传输概率,并能节省网络能量消耗,延长网络生存周期. 关键词: 固定功率控制;随机功率控制;传输成功概率;平均发射功率中图分类号: T N92915 文献标识码: A 文章编号: 037222112(2008)0721304205 Random Power Control in the Wirele ss Ad hoc Networks WE N K ai ,G UO Wei ,H UANG G uang 2jie (National Anti 2inter ference Communication Technology Lab ,Univer sity o f Electronic Science and Technology o f China ,Chengdu ,Sichuan 610054,China ) Abstract : Due to energy limitation ,the wireless Ad hoc networks face to the challenge of lifetime ,wireless resource utilized efficiency and delay.Now ,the power control in the wireless Ad hoc networks has been the focus of extensive research ,its main ob 2jectives are to reduce the total energy consumed in packet delivery ,reduce the interference to other users in the network.For energy reserving ,a method of Random Power Control (RPC )is proposed ,the RPC lets the transmission power of nodes randomly distribute in an interval.By theoretic analyzing and numerical computing in the successful transmission probability and average transmitting power of RPC and fixed power control ,it indicates that when choosing the proper minimum transmission power in the RPC ,the suc 2cessful transmission probability is almost the same as the fixed power control ,the energy consumed is lower ,and the lifetime of net 2work is prolonged. K ey words : fix power control ;random power control ;successful transmission probability ;average transmitting power 1 引言 由于能量的限制,Ad hoc 网络面临网络生存时间、 无线资源利用效率以及时延要求等方面的挑战,网络中的节能技术已经成为研究领域中的一个热点;同时无线Ad hoc 网络主要采用共享信道,网络中通信的节点会对其它节点的通信造成干扰,有必要对节点的发射功率进行控制,降低网络中的干扰并节省节点的能量消耗.在第二代蜂窝移动通信网络中,由于有集中的控制中心以及专用的控制信道,网络利用这些资源能较好地实现网络节点的功率控制;相对于传统的蜂窝移动通信网络,无线Ad hoc 网络没有集中控制中心,网络带宽资源也相对有限,不能使用传统网络中的功率控制算法,同时 由于节点的处理能力较为低下以及网络全分布等特点,需要采用简单有效功率控制算法.本文针对无线Ad hoc 网络资源相对匮乏,力求功率控制算法简单的特点,研究了一种随机功率控制算法,并分析了该算法对网络性能的影响,经数学分析和数值计算,表明该随机功率控制在保持网络传输成功概率基本不下降的情况下,实现网络节能,并降低网络干扰,延长节点寿命.2 相关研究 通常情况下,在无线Ad hoc 网络需要通过多跳转发才能实现端到端通信,然而对网络节点进行功率控制所带来的直接影响就是会减少节点的邻居数量,这势必将影响到网络的连接性以及节点间的成功通信概率.文 收稿日期:2007203214;修回日期:2008202220 基金项目:国家自然科学基金(N o 160472052,N o.10577007);战术通信抗干扰技术国防科技重点实验室基金(N o.51434020105ZS04) 第7期2008年7月 电 子 学 报 ACT A E LECTRONICA SINICA V ol.36 N o.7 July 2008
?42? 计算机与信息计术 网络天地 基于Ad Hoc 和移动IP 的无线移动 网络技术分析与研究 许绘香 张 慧 （中州大学信息工程学院 河南 郑州 450015） 摘 要 简要介绍了Ad Hoc 和移动IP 的工作原理，探讨了一种基于Ad Hoc 和移动IP 集成的无线移动网络体系结构， 并分析了其工作过程和服务性能。 关键词 Ad Hoc 移动IP 无线移动网络 0 引言 随着互联网和移动通信技术的飞速发展，无线移动互联网（Wireless Mobile Internet）正日益受到人们的关注。它使全球网络基础设施可以实现随时、随地、无缝地接入，从根本上改变了全球通信业的面貌。目前，通过移动IP 实现Ad Hoc 接入Internet 以拓展互联网的无线应用范围，正成为无线移动网络技术的研究热点。 1 Ad Hoc 网络和移动IP 技术概述 1.1 Ad Hoc 网络概述 Ad Hoc 网络即自组网（Self Organized Network），是一种特殊的对等式网络，它使用无线通信技术，由一组带有无线收发装置的移动节点组成，网络中所有节点的地位平等，无需设置任何的中心控制节点，也被称为多跳无线网（Multihop Wireless Network ）、无固定设施的网络（Infrastructureless Network），具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑等特点。Ad Hoc 网络通过移动节点间的相互协作来进行网络互联，而不依赖于任何固定的网络基础设施，每个移动节点都具有报文转发能力；当一个节点需要和另一个节点通信时，它或使用直接的无线链路，或通过到目的节点的多个中间节点的转发，即经过多跳路由，从而实现网络的自动组织和运行。Ad Hoc 网络路由协议通常被分为两类：先验式（proactive）和反应式（reactive）。先验式协议通过周期性路由控制信息的交换，每个节点始终维护到网络中所有节点的路由，如DSDV 和OLSR；反应式协议在节点需要时才发现路由，并且仅维护活动路由，如AODV 和DSR。 1.2 移动IP 概述 移动 IP 是用于移动主机移动性管理的一组网络层协议，其目的是使移动中的主机在保持原IP 地址不变的条件下能保持通信，类似于移动电话系统中的漫游，可适用于各种不同类型的移动通信系统。它定义了四个功能实体：移动主机（mobile host）、通信主机（corresponding host）、家乡代理（home agent）和外地代理（foreign agent）。移动主机是一个能在子网间移动的主机，当Internet 上的通信主机向移动主机发送IP 数据包时，数据包将交付到移动主机的家乡网络， 若移动主机离开了家乡网络，数据包将通过隧道（tunnel）机制交付到外地网络，外地代理负责拆封数据包并转发到移动主机。 2 Ad Hoc 和移动IP 集成原因分析 Ad Hoc 网络有很强的独立性，但它所使用的路由算法大多数只适用于单个Ad Hoc 网络，很少涉及如何实现Ad Hoc 网络与Internet 的互联，这些因素使它难以大范围与互联网通信。 移动IP 使节点在不同的子网间切换时仍可保持正在进行的通信，它提供了一种IP 路由机制，使移动节点能够以一个永久的IP 地址连接到任何子网中，它的扩展性使其能在整个Internet 上应用。 为了达到Ad Hoc 网络中的移动主机可以在不同的Ad Hoc 网络间移动和随时接入互联网，我们利用移动IP 的可扩展及可在不同网络中漫游的特性，从而实现Ad Hoc 网络与Internet 的互联。 3 Ad Hoc 和移动IP 结合的体系结构及工作过程 近几年，许多国内外学者从事Ad Hoc 网络和移动IP 集成方面的研究，并且提出了不同的解决方案。在此我们以图1所示的简单结构模型为例来探讨Ad Hoc 和移动IP 的结合思想及工作过程。 图1 体系结构 3.1体系结构 在图1所描述的体系结构中，无线移动网络由多个Ad Hoc 网组成，每个Ad Hoc 网相当于一个子网，它们都通过相应的网关（即基站）接入Internet，每个网关需配置两块网卡：
文章编号: 049026756(2005)0120068205 Ad H oc 节点移动性模型特点初探 王 兵1,严斌宇2,袁道华1,3 (1.四川大学计算机学院,成都610065;2.四川大学电子信息学院,成都610064) 摘要:无线Ad Hoc 是一种不依赖于任何基础设施无中心自组织的多跳无线网络.对于大规模 的无线网络监控,移动性一直被普遍视为制约其发展的主要障碍.作者从Ad Hoc 网络的特点 出发,研究并利用了Ad Hoc 网络内节点的移动特性.在现实应用中,移动节点趋于显示某些 相关程度(群体取向)的行为:这一特征对于改进网络产品,尤其是目前许多关于开发移动方式 的项目,可以减少路由选择的开销,在大规模的移动Ad Hoc 网络中取得良好的延展性. 关键词:Ad Hoc ;多跳无线网;移动性;参照点移动模型 中图分类号:TN919.72文献标识码:A 一个Ad Hoc 网络就是“不依赖于任何基础设施的移动节点的短时间互联”.Ad Hoc 技术起源于20世纪70年代初期,它是在美国国防部Darpa 资助研究的“战场环境中的无线分组数据网(PRN ET )”项目中产生的一种新型的网络构架技术.Darpa 当时所提出的网络是一种适应军方战时无基础设施或设施被破坏的条件下无线分组网络,实现基于该种网络的数据通信.后来,Darpa 又于1983年和1994年分别资助了抗毁可适应性网络SURAN (Survivable Adaptive Network )和全球移动信息系统G loMo (G lobal Informa 2tion Systems )的研究,以便能够建立某些特殊环境或紧急情况下的无线通信网络[1]. 1 Ad Hoc 网络的基本特点 Ad Hoc 网络是移动计算机通信网络的一种类型,所谓移动计算机通信网络是指用户终端可以在网内自由移动的计算机网络.因此Ad Hoc 网络是移动通信和计算机网络的交叉.这一点在Ad Hoc 网络中的体现是:一方面,网络的信息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,用户终端都是便携式的设备,比如笔记本电脑、PDA 、掌上电脑、车载台等,并配置有相应的无线收发设备,并且用户可以随意移动或处于静止状态. Ad Hoc 网络与其他通信网络相比,它具有以下特征: (1)网络的自组性.Ad Hoc 网络可以在随意构建,不需要现有的信息基础网络设施支持,形成一个自由移动的通信网络; (2)动态拓扑结构.从网络的网络层来看,Ad Hoc 网络中,移动用户可以以任意的速度和任意方式在网中移动,加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰因素、地形因素等的影响,节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时都会发生变化; (3)有限的无线传输带宽.无线信道本身的物理特性使Ad Hoc 网络的网络带宽相对有线方式要低得多,另外还要考虑无线信道竞争时所产生的信号衰落、碰撞、阻塞、噪声干扰等因素,这使得实际带宽要小; (4)移动终端的局限性.Ad Hoc 网络中的移动用户终端为适应移动环境的需要,所带电源能量有限,收稿日期:2004207208 作者简介:王兵(1977-),男,2002级硕士研究生. 3通信联系作者 2005年2月 第42卷第1期四川大学学报(自然科学版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition )Feb.2005Vol.42 No.1
Ad Hoc网络技术 随着人们对摆脱有线网络束缚、随时随地能够实行自由通信的渴望，近几年来无线网络通信得到了迅速的发展。人们能够通过配有无线接口的便携计算机或个人数字助理来实现移动中的通信。当前的移动通信大多需要有线基础设施(如基站)的支持才能实现。为了能够在没有固定基站的地方实行通信，一种新的网络技术——AdHoc网络技术应运而生。AdHoc网络不需要有线基础设备的支持，通过移动主机自由的组网实现通信。AdHoc网络的出现推动了人们实现在任意环境下的自由通信的进程，同时它也为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有效的解决方案。 1AdHoc网络的概念 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年实行了抗毁可适合网络 SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和世界移动信息系统 GloMo(GlobalInformationSystem)项目的研究。因为无线通信和终端技术的持续发展，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实行临时通信时，能够很方便地通过搭建AdHoc 网络实现。 在AdHoc网络中，当两个移动主机(如图1中的主机A和B)在彼此的通信覆盖范围内时，它们能够直接通信。但是因为移动主机的通信覆盖范围有限，如果两个相距较远的主机(如图1中的主机A和C)要实行通信，则需要通过它们之间的移动主机B的转发才能实现。所以在AdHoc网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。在AdHoc网络中，每个主机的通信范围有限，所以路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故AdHoc网络也被称为多跳无线网络。其结构如图2所示。
综合评论电ｌ对荸娃簟ｉ｝玲 Ａｄｈｏｃ综述 张蕾 （北京邮电大学信息工程学院，北京１００８７６） 摘要：Ａｄｈｏｃ作为一种自创造、自组织和自管理的网络，由于其组网的快速灵活性，节点的分布性等诸多的优点，在战争、救灾等特殊领域有着不可替代的作用。文中介绍了Ａｄｈｏｃ的概念、特点、发展历史及国内外的研究现状，并指出了其中需要研究的一些关键技术。 关键词：Ａａｄｈｏｃ；无线网络；动态路由算法；自组织 中图分类号：ＴＮ９１５文献标识码：Ａ １引言 近年来，无线通信网络无论在技术上、还是在商业上都获得了飞速的发展，并且已经在世界范围内被广泛地应用。无线通信网络由于能快速、灵活、方便地支持用户的移动性而使它成为个人通信和Ｉｎ—ｔｅｒｎｅｔ发展的方向，而且也只有通过无线通信网络才能实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换”的理想的通信目标。 我们经常提及的无线通信网络一般都是有中心的，要基于预设的基础设施才能运行。例如，ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）‘１｜、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）【２ｊ等蜂窝移动通信系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有ＡＰ接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊场合来说，有中心的移动网络并不能胜任。比如，战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的基础设施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。无线Ａｄｈｏｃ网络可以满足这样的需求。 ２Ａｄｈｏｃ网络的概念及特点 Ａｄｈｏｃ一词来源于拉丁语，是“特别或专门”的收稿日期：２００５—０３—０３修订日期：２００５—０９—２０意思。这里提出的“Ａｄｈｏｃ网络”所指的就是一种特定的无线网络结构，强调的是多跳、自组织、无中心的概念，比较正规的表述为：无线Ａｄｈｏｃ网络是指一组无线移动节点组成的多跳的临时性的无基础设施支持的无中心网络旧，４Ｊ。在Ａｄｈｏｃ网络中，节点具有报文转发能力，节点间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳（ＭｕｌｔｉＨｏｐ），这是Ａｄｈｏｃ网络与其他移动网络的最根本区别。节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行。因此它也被称为多跳无线网（ＭｕｌｔｉＨｏｐｗｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）、自组织网络（Ｓｅｌｆ一０ｒｇａｎｉｚｅｄＮｅｔｗｏｒｋ）或无基础设施的网络（ＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）。 与普通的移动网络和固定网络相比，Ａｄｈｏｃ网络具有以下特点。 （１）无中心。Ａｄｈｏｃ网络没有严格的控制中心，所有节点的地位平等，即是一个对等式网络。节点可以随时加入和离开网络。任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。 （２）自组织。Ａｄｈｏｃ网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要现有信息基础网络设施（包括有线和无线网络）的支持，快速构建起一个移动通信网络。这也是个人通信的一种体现形式。 （３）多跳路由。当节点要与其覆盖范围之外的
实训项目18搭建Ad-hoc无线对等网络【实验目的】 掌握Ad-hoc无线对等网络的基本原理。 掌握组建Ad-hoc无线对等网络基本方法。 【实验仪器和设备】 计算机3台、TP-LINK TL-WN821N 无线网卡2块。每3名同学为一组。 实验组网图如图18-1所示。 STA STA 图18-1实验组网图 【实验步骤】 Ad-hoc模式无线网络架设步骤如下： 1 ?安装无线网卡及驱动程序 如果客户端没有内置的无线网卡，则首先需要安装无线网卡TP-LINK TL-WN821N 。安装好硬件后，操作系统自动识别到新加硬件，提示安装驱动程序。若未提示，可在“控制面 板”的“系统”中的“设备管理器”，如图18-2、18-3所示。
图18-3安装无线网卡驱动（ 2） 在图18-3中可以看到新设备名称，但工作不正常，是因为 没有安装网卡驱动 图18-2安装无线网卡驱动（ 1 ）
这时需要安装此网卡驱动程序TL-WN821N.rar 中的setup.exe。安装过程如下图18-4、图18-5、图18-6、图18-7、图18-8 所示。 图18-4无线网卡驱动程序安装（1） 图18-5无线网卡驱动程序安装（2） 图18-6无线网卡驱动程序安装（3）
图18-7无线网卡驱动程序安装（4） 图18-8无线网卡驱动程序安装（5） 此时在设备管理系中可以看到 如图 18-9 所示设备。
图18-9无线网卡安装完成 2.查看"无线连接”图标 单击桌面右下角无线网络图标，出现如图18-9所示信息。 图18-9查看无线网络3?在Win7中配置无线网络
无线Adhoc网络技术 摘要： 无线Adhoc网络是随着无线通信技术的快速发展而出现的一种新型网络。文章详细介绍了无线Adhoc网络的由来、主要特征、关键技术和应用等方面，并展望了它的发展前景。 关键词： Adhoc网络；路由技术；安全问题；互联；分层自组网；多跳网 ABSTRACT: Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologi es,thewirel essAdhocnetworkcomesupasanewtypeofnetwork.Thispaperdes cribestheorig in,features,keytechnologiesandapplicationsoftheAdhocnetworki ndetail ,andforecastsitsdevelopmenttrends. KEYWORDS: Adhocnetwork;Routingtechnology;Securityproblem;Interconnec
tion;Hier archicalself-organizingnetworks;Multi-hopnetwork 近几年，无线网络在支持移动性方面的发展非常迅速。按照移动通信系统是否具有基础设施，可以把移动无线网络分成两类。 第1种类型是具有基础设施的网络。移动节点借助于通信范围内最近的基站实现通信。在这样的网络里，移动节点相当于移动终端，它不具备路由功能，而只有移动交换机负责路由和交换功能。这种类型网络的典型例子有蜂窝无线系统、办公室无线局域网等。 移动无线网络的第2种类型是一种无基础设施的移动网络，也就是无线Adhoc网(见图1)。它是一种自治的无线多跳网，整个网络没有固定的基础设施，也没有固定的路由器，所有节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种环境中，由于终端的无线覆盖范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助于其它节点进行分组转发。每一个节点都可以说是一个路由器，它们要能完成发现和维持到其它节点路由的功能。典型例子有交互式的讲演，可以共享信息的商业会议，战场上的信息中继，以及紧急通信需要。
AdHoc网络 AdHoc网络是一个没有有线基础设施支持的移动网络。在AdHoc网络中，所有的节点都是由移动主机构成的。最初是应用于军事领域，是为了在战场环境下分组无线网络数据的通信。AdHoc是一个拉丁词汇，在拉丁语中他的意思是“为了这个目的（forthispurpose）”。 Adhoc网络是一种独具特色的网络，作为一种新型的无线、多跳、无中心分布式控制网络，它无需网络基础设施，具有很强的自组织性、鲁棒性、抗毁性和容易构建的特点，其关键技术一直是研究的热点和难点。文章主要对Adhoc网络的路由协议、服务质量、功率控制、安全问题和互联问题进行分析和探讨，最后展望了Adhoc网络的发展前景。 1、Adhoc网络特点 随着移动通信技术的飞速发展和普及，人们对移动通信的需求越来越强烈，涌现出了众多的移动通信技术，Adhoc就是其中之一。Adhoc网络是一种无线多跳网络，与传统的无线网络相比，它不依赖于任何固定的基础设施和管理中心，而是由一组自主的移动节点临时组成，通过移动节点间的相互协作和自我组织，保持网络连接和实现数据的传递，主要应用于军事战场、医疗抢险以及抗洪救灾等特殊紧急环境。 Adhoc网络组网灵活、快速，使用非常方便，但必须为Adhoc设计专门的协议和技术，因为传统固定网络和移动蜂窝网络中的技术和协议无法直接复制到Adhoc网络，这是由Adhoc网络自身特性决定的。因此有必要对Adhoc网络的路由协议、服务质量和功率控制等关键技术进行探讨。 2、关键技术探讨 2.1路由协议 路由协议是Adhoc网络的重要组成部分，开发良好的路由协议是建立Adhoc网络的首要问题。与传统网络的协议相比，Adhoc网络路由协议的开发更具挑战性，这是因为传统网络的路由方案都假设网络的拓扑结构是相对稳定的，而Adhoc网络的网络拓扑结构是不断变化的。另外，传统网络的路由方案主要依靠大量的分布式数据库，这些数据库保存在某些网络节点和特定的管理节点中，而Adhoc网络中的节点不会长期存储路由信息，并且这些存储的路由信息也不总是可靠的。大量的研究表明，理想的Adhoc网络路由协议必须具备以下功能：a）维护网络拓扑的连接。b）及时感知网络拓扑结构的变化。c）高度的自适应性。 根据路由表的维护特点，Adhoc网络的路由协议大致可分为：a）表驱动路由协议。b）按需驱动路由协议。c）混合路由协议。表驱动路由协议又称先应式路由协议，是指网络中的节点通过周期性的广播交换路由信息，获取其他节点的路由。由于这种方式需要不断在节点之间进行路由信息的交换和更新，占用了大量的网络资源，而事实上有很多的路由信息并不是必须的，这就造成了网络资源的浪费，所以这种路由方式一般只用在传统网络中，不大适用于Adhoc网络。按需路由协议又称反应式路由协议，是指节点只对自己需要使用的路由进行维护和查找，也就是说，节点之间不必周期性的交互路由信息，解决了因交互无用的路由信息引起的网络资源浪费。混合路由协议是对表驱动路由协议和按需驱动路由协议的综合，它先在局部范围内使用表驱动路由协议，缩小路由控制消息传播的范围，当目标节点较远时，再通过按需驱动路由协议查找发现路由，这样就均衡了路由协议的控制开销和时延两个性能指标。 目前，大多数Adhoc网络路由协议采用的是按需驱动路由方式，其中，具有代表性的有动态资源路由协议（DSR）、Adhoc请求距离向量协议（AODV）和定位辅助路由协议（LAR）等，而目的序列距离矢量路由协议（DSDV）则是表驱动路由协议的代表。 2.2服务质量
Ad Hoc网络关键技术及应用 https://www.doczj.com/doc/316072006.html, 2007年6月4日09:20 泰尔网 广东通信技术汪科夫 摘要 Adhoc网络是一种新型无线移动网络。详细分析了Adhoc网络的关键技术，描述了它的应用范围，并在此基础上指出了它的发展前景。 1、介绍 20世纪70年代，美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了“战场环境中的无线分组数据网”项目，研究在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。1983年和1994年，DARPA 又分别于启动了抗干扰自适应网络项目SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和全球移动信息系统GloMo(GlobleMobile Information Systems)项目，对能够满足军事应用需要的移动通信系统进行更深入的研究。后来，IEEE802.11[1]标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织无中心多跳无线网络结构，Ad hoc网络由此诞生。 2、Adhoc网络关键技术 Adhoc网络是一种动态变化的无线自组织网络，它的体系结构、服务质量QoS保障和应用等问题比较复杂并难以实现。传统固定网络和蜂窝移动通信网中使用的各种协议和技术无法被直接使用，因此需要为Adhoc网络设计专门的协议和技术。目前Adhoc网络研究所面临的主要挑战包括：MAC协议[2][3]、路由协议[4][5][6]、QoS[7]、安全问题[8]、功率控制和网络互联等。 2.1MAC协议 MAC协议是Adhoc网络协议的重要组成部分，是分组在无线信道上发送和接收的主要控制者。普通网络的共享广播信道、点对点无线信道和蜂窝移动通信系统中由基站控制的无线信道都是一跳共享信道，Adhoc网络的无线信道与它们不同，它是多跳共享的多点信道。因
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/316072006.html, AD Hoc网络的应用研究 作者：方胜吉 来源：《中国科技纵横》2018年第24期 摘要：移动网络技术的飞速发展极大地影响了人们的生活和工作方式。我们通常谈到的移动网络一般是有中心的，需要提前架设网络基础设施才能正常运行的，如蜂窝式通信系统，移动IP网络等。但在某些特殊场合，无法建立此类有中心的网络。比如，在战场上快速前进中的战斗部队，空中的飞行编队等场合的移动通信就是如此。这些场合的通信不能依赖于任何事先架设好的网络基础设施，而需要一种能够在短时间内快速自动组网的移动网络支持，Ad Hoc网络就很好地满足了这样的要求，而本文分析的就是Ad Hoc的体系结构，为对Ad Hoc网络的应用提供参考。 关键词：移动网络；Ad-Hoc；网络拓扑 中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）24-0039-02 1 Ad Hoc网络的概念 Ad Hoc网络是一种没有有线基础设施或中央控制器支持，由一组自主的无线节点或终端通过某种协议或策略结合在一起形成的移动网络。与传统无线网络不同的是，Ad Hoc网络无需任何网络基础设施的管理支持就可以动态地创建WLAN。在Ad Hoc网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，若两个移动主机处于彼此的通信范围之内，它们可直接通信；当两个无法直接通信的移动主机要建立数据连接时，需要通过这两台主机之间的移动主机转发相应的数据才能实现。因此，在Ad Hoc网络中，移动主机还应具有路由功能，即可实现寻找路由和转发报文的功能。由于每台主机的通信范围有限，因此，数据需经过多跳，才能从源主机发往目的主机。故Ad Hoc网络也被称为多跳无线网络。 2 Ad Hoc网络研究的国内外现状 Ad Hoc网络广阔的应用前景引起了越来越多网络研究人员的关注，国际上对该网络的研究使之成为了无线计算机网络研究的热点，移动Ad Hoc网络的研究已经从无线通信领域中的一个小分支逐渐发展为了一个较独立的领域。目前，整个Ad Hoc网络研究中的热点包括以下几个方面： （1）服务质量的保证：目前为了保证网络的服务质量，通常采用两种策略：一是提供足够的网络资源来避免资源竞争；二是为不同分组划分优先级，然后根据优先级的不同提供不同的服务来保证某些特定业务的服务质量。
移动Ad Hoc网络层路由协议总结 描述Ad Hoc路由质量指标: 快速自适应链路变化； 达到目标节点的最少跳数路径； 传播时延； 开环； 链路质量； Ad Hoc网络中，由于通信半径的限制，网络节点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交互的，需要路由协议完成分组转发决策。与传统路由协议相比，Ad hoc路由协议的设计面临着网络拓扑动态变化、带宽受限、信道容量变化、移动终端有限的可用资源等新的问题和挑战。 1.移动Ad Hoc网络的主动式路由协议 1.1最优化链路状态路由（OLSR）协议 协议概念 OLSR路由协议是由IETF MANET(Mobile Ad hoc NETwork)工作组为无线移动Ad Hoc网提出的一种标准化的表驱动式优化链路状态路由协议。节点之间需要周期性地交换各种控制信息，通过分布式计算来更新和建立自己的网络拓扑图，被邻节点选为多点中继站MPR(MultipointRelay)的节点需要周期性地向网络广播控制信息。控制信息中包含了把它选为MPR的那些节点的信息(称为MPR Selector)，只有MPR节点被用作路由选择节点，非MPR节点不参与路由计算。OLSR还利用MPR节点有效地广播控制信息，非MPR节点不需要转发控制信息。 OLSR主要采用两种控制消息分组，HELLO分组和TC(Topology Control)分组。 HELLO 消息用于建立一个节点的邻居表，报文中可以包括邻居节点的地址以及本节点到邻居节点的延迟或开销，OLSR采用周期性地广播HELLO分组来侦听
邻居节点的状态。HELLO分组只在一跳的范围内广播，不能被转发。与HELLO消息相反，TC分组必须被广播到全网。 节点在从自己的一跳邻居节点中选择MPR时计算的原则是：节点与MPR之间必须是双向对称链路，节点所发送的分组通过MPR的中继，能够到达所有对称的两跳邻居节点,如果能够满足这一点，那么MPR就能有效地进行TC分组的转发，同时，应该使MPR的数量尽量的少。 OLSR路由协议 优缺点 WRP的优点是当节点检测到任何链路变化时便检查邻居的一致性，有助于消除环路以及加速算法收敛。缺点是由于WRP需要保存四张路由表且依赖于周期性的Hello消息，这些需要大量的存储空间和计算资源，浪费了内存和带宽。另外，WRP的可扩展性不强，不适用于大型的Ad Hoc网络。 1.节点之间需要周期性地交换各种控制信息：使接入Ad Hoc网的结点所处环境比较嘈杂； 2. TC分组必须被广播到全网。全网处于动态游走的状态，需要周期性更新TC 分组；占用带宽比较严重。
ADHoc网络的应用----创建WiFi热点又一方法 随着无线网络的普及，手机、PSP和上网本等数码产品也能用无线方式接入网络，上网看资讯、在线视频、收发邮件等应用完全不在话下。不过无线并非毫无限制，手机GPRS上网得考虑网络流量、无线信号及资费问题，而PSP和上网本等设备在没有免费WIFI热点区域也不能使用。其实，只要有一台能上网的电脑，就能免费蹭网 搭建无线网络环境 住校学生本本比较多，有的学校寝室提供了有线网络接口，但要按时间向每人收费，非常的不划算。既然是一个寝室，当然考虑共享上网，WIFI无线热点上网无疑是最方便的了，可以随加随走，不过需要添加传统的无线路由器来转换地址和无线信号。其实不花一分钱，利用本本就能实现共享无线上网。 本本一般内置了无线网卡和有线网卡，可以让笔记本电脑有线网卡接入网络上网，然后用闲置的无线网卡模拟AP热点，不需要购买任何外设，就能让寝室其他朋友通过这个无线人点共享上网了，费用也节省了。 利用Windows 7系统自带的功能，可以通过笔记本有线上网，然后用无线网卡模拟一个临时的无线网络接入点。共享WIFI的原理是网络地址转换。当有线网络连入互联网后，有线网卡获得一个可上网的地址，然后用无线网卡建立一个ADHoc网络，应用该网络让其他WIFI设备访问无线网卡，交换数据，然后将数据转换成有线网卡地址，就可以临时上网了。 无线网卡搭建临时ADHoc 首先，保证无线网卡可以自动获得IP地址。进入到“开始——控制面板——网络和共享中心——网络连接”，右键点击无线网卡并查看属性，转入到TCP/IPV4和TCP/IPV6的属性面板，看默认是否自动获得IP地址，如果之前手动设置过IP地址，选择“自动获得IP地址”后退出。 其次，开启有线网卡设置Internet共享。在“网络和共享中心”中查看有线网卡对应的本地连接属性，打开共享选项卡，勾选“允许……连接”的两个选项后保存退出。 再次，创建ADHoc网络。仍然在“网络和共享中心”的更改网络设置区域内点击“设置新的连接或网络”，在随后的假面内选择“设置无线临时网络”并点击下一步。随后需要填写ADHoc的网络名和安全类型，这里设置安全类型为通用的WEP，并设定符合要求的密码即可，点击下一步即可完成ADHoc网络的创建，这是点击托盘内无线网卡图标可以查看新创建的ADHoc网络。 什么是ADHoc协议？ADHoc是一种没有无线热点支持的网络技术，有着成本低和方便灵活等特性，因此非常适合搭建临时网络。ADHoc网络是一种无中心自组织的多跳无线网络，它不以任何已有的固定设施为基础而能随时随地组建临时性网络。它是具有特殊用途的对等式网络, 使用无线通信技术,网络中的节点互相作为其邻居（在其直接通信范围内的节点）的路由器,通过节点转发实现节点间的通信。 让其他无线设备随时上网 设置完成后，我们的ADHoc网络就建立成功了，无线网卡就可以当做其他无线设备临时通过本本上网的桥梁来用，支持ADHoc无线接入的设备都可以免费上网。比如S60系统
Harbin Institute of Technology 无线自组织网络 课程报告 姓名：李焕英 学号： 1130510205 班级： 1305102 指导教师：张文彬 院系：电子与信息工程学院 时间：2016年12月
RTS/CTS机制下802.11b的最大吞吐量仿真 一、背景知识 1、Ad hoc网络中MAC协议 （1）IEEE 802.11的分布式协调功能(DCF) DCF的基本思路：在无线网络上不可能进行冲突检测，故不设置冲突检测机制，采用规则延迟来处理，以保证MAC控制的可操作性和公平性。基本原则为：节点要发送MAC帧，首先监听无线信道，若空闲，则可以发送该帧；否则延迟等待，再次竞争发送。 （2）面临的主要问题:“隐藏”终端问题 假设：A正在向B传输数据，C也要向B发送数据 隐藏终端：在接收者的通信范围内而在发送者的通信范围外的终端。带来的问题是A向B发送报文，C听不到A的发送。C也发送报文时在B发生碰撞。单频网络的信道接入控制协议，使用RTS-CTS握手机制，力求解决Ad hoc网络中的隐藏终端和暴露终端问题，是构成其他机制的基础。 （3）解决隐藏终端的方法—RTS/CTS a)节点A向节点B发送RTS，表明A需要向B发送数据。RTS 帧有两个目 的：预约无线链路的使用权，并要求接收到这一消息的其他的工作站停 止发送。（发送端清场） b)B接收到A的RTS后，向周边所有节点发出CTS信号，表明已准备就绪， A可以发送。而其他欲向B发送数据的节点则暂停发送。（接收端清场） c)在A、B双方成功交换RTS/CTS信号后，即完成握手后A向B开始发送数 据。 这种机制保证了多个互不可见的发送节点同时向一个接受节点发送信息时，实际上只能是收到接受节点回应CTS的那个节点能够发送，避免了冲突发生。实际上，冲突还是有可能发生，即A、C同时向B发送RTS时，两者的RTS在B上冲突，B无法接收准确的信息，则不发送任何回应的CTS。这样，A和C都收不到B的CTS消息，则采用退避竞争机制分配一个随机定时值，再竞争发送RTS，直到成功为止。 (4) RTS-CTS握手机制 a)当一个终端要发送数据给另一个终端时，它首先发送一个RTS给目标终