基于自组织网络在物联网中应用的研究

基于自组织网络在物联网中应用的研究作者：续晓燕山东商务职业学院信息工程与艺术设计系教师摘要：关键字：前言：2009年1月28日，美国总统奥巴马就职后不久，对IBM提出的“智慧地球”（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）概念给予积极回应，并上升至美国国家战略。由此引发了世界各国对物联网的广泛关注。2009年8月7日，国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察,指出关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。在过去的10年间，由于互联网技术取得了巨大成功,推动了经济的快速增长。而目前波动全球的经济危机让人们再次寻找技术手段，物联网技术作为当前推动经济增长的特别重要的推手成为各国关注的焦点。物联网除了低成本实现数据的高速传输外，还要求在无专用通信基础设施的场景下，网络具有适应性和生存能力，因此无线传感器网络和自组织网络将因其灵活性而在未来移动通信网络中起到重要作用。一、物联网的概述通过射频识别（RFID），红外线感应器，全球定位系统，激光扫描等信息传感设备，按约定的协议，把所有物品通过互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，就叫物联网。说白了物联网就是“物物相连的互联网”。这种说法具有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。它是有着自我配置能力的全球动态网络，在其中，物质和虚拟的“物”都有着自己的身份、物质属性、虚拟特性和可使用的智能接口，并无缝集成到信息网络。它涉及从信息获取、传输、存储、处理、应用的全过程，材料、器件、软件、系统、网络各方面的创新都会促进物联网的发展。二、自组织网络1、什么是自组织网络？移动自组织(AdHoc)网络是一种多跳的临时性自治系统。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。在该网络中，网络的拓扑、信道的环境、业务的模式是随节点的移动而动态改变的。该网络可以快速地为民用和军事应用建立通信平台。目前自组织网络已经与2.5G和3G移动通信进行了有效的结合，而大规模宽带无线自适应自组织网络将会成为宽带无线通信或未来移动通信的重要形式。2、自组织网络的特点与其他传统通信网络相比，自组织网络具有以下显著特点：(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)无中心和自组织性。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。网络中的节点通过分布式算法来协调彼此的行为，无需人工干预和任何其他预置的网络设施，可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。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。由于节点发射功率的限制，节点的覆盖范围有限，所以需要中间节点进行转发。节点转发如下图所示：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。自组织网络采用无线传输技术作为底层通信手段，由于无线信道本身的物理特性，它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。此外，考虑到竞争共享无线信道产生的冲突、信号衰减、噪音和信道之间干扰等多种因素，移动终端得到的实际带宽远远小于理论上的最大带宽。(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。(6)安全性较差。自组织网络是一种特殊的无线移动网络，由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等技术，它更加容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”等网络攻击。信道加密、抗干扰、用户认证和其他安全措施都需要特别考虑。3、自组织网络的应用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况下，它的应用范围主要分为以下六个领域：（1）无线传感网无线传感网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。（2）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。（3）军事通讯在现代化的战争中，由于基站等基础设施的匮乏，装备了移动通信装置的军人、军车和各种军事设备之间可以利用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。（4）无线会议当前，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和基站的情况下，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。（5）连接个域网络个域网络是指无法与广域网连接的小型网络设置。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。（6）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。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。