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无线自组网技术综述和设计摘要无线自组织网络即MANET（MobileAdHocNetwork)是一种不同于传统无线通信网络的新型网络，具有自组织、多跳路由和动态拓扑等特点，在军事上和商业应用中有着很大的前景。无线自组织网络可以不必依托于基础设备，组网拥有了动态性。从现状看，自组织网络可被用作商业及军事，注重了网络本体的移动属性。在各个领域内，无线架构的自组织网络获取了明显进步。然而，受到自身约束，这类网络仍存有若干疑难有待于化解，例如隐暴终端、路由是否拥有最优的适应特性、系统配备的单向链路。关键词：无线自组织网络；关键技术；应用现状AbstractWirelessadhocnetworks,whicharedifferentfromtraditionalwirelesscommunicationnetworks,havemanycharacteristics,suchasself-organization,multihoproutinganddynamictopology,whichhavegreatprospectsinmilitaryandcommercialapplications.Wirelessadhocnetworksdonothavetorelyontheinfrastructure,thenetworkhasadynamic.Fromthecurrentsituation,theself-organizingnetworkcanbeusedasthecommercialandmilitary,andithasafocusonthemobilepropertyofthenetworkontology.Inallareas,thewirelessarchitectureoftheself-organizingnetworkhasmadesignificantprogress.However,subjecttoitsownconstraints,therearestillsomeproblemstoberesolvedinthiskindofnetwork,suchasthehiddenstormterminal,routinghasthebestadaptivecharacteristics,thesystemisequippedwithaone-waylink.Keyword:MANET;keytechnology;Applicationstatus前言随着社会的发展和科技的进步，人们对信息的需求日益高涨，而随时随地获取所需信息的渴望更使无线网络得到飞速的发展，在过去的十年里，无线自组网已经成为移动通信技术研究的热点之一，正得到越来越广泛的应用，并将在未来的通信技术中占据重要地位。媒体接入控制技术和节能机制是当前无线自组网的研究热点，与整个无线网络的性能息息相关。相比其他情形下的网络，无线自组织网络容易变更本身的带宽，网络设有移动情形的节点且变更了自带的链路，但是，受到设备限制，网络也潜在多样的安全隐患。因此设定了更高水准的协议栈：它能吻合随机调配的控制协议，符合移动架构的分布节点[1]；解析网络固有的构架，获取更优成效的动态拓扑；路由依循的算法增添了稳健性，便于互联路径的异构网络；跨层设有互通信息必备的新颖设计，配备了安全管控的机制。随着信息技术的不断发展，近年来移动通信技术得到了飞速发展和普及。蜂窝移动通信系统、无线局域网(IEEES02．1和HiperLAN)、蓝牙技术(Bluetooth)和家庭无线网(HomeRF)等移动通信新技术纷纷涌现并不断完善．这些无线接入技术的发展使得移动用户可以在任何时候、任何地点以任何方式来访问网络所提供的任何服务．然而目前的移动通信大多需要有线基础设糟(如基站)的支持才能实现，为了能够在没有任何固定基站的地方进行通信，Adhoc网络技术应运而生．Adhoc网络的起源可以追溯到1968年美国夏威夷大学建立的ALOHA网络。尽管ALOHA网络的节点是固定不动的，并且其运行的协议也仅仅是一种单跳的协议，不支持路由功能，但是该协议为以后开发分布式信道接入技术奠定了基础，而这种信道接入方案恰恰就是当前Adhoc网络所采用的技术。1MANET的定义及网络组成1.1MANET定义无线自组织网络即MANET(MobileAdHocNetwork)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。无线自组织网络(mobilead-hocnetwork)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。1.2MANET网络组成相比于簇状层次，无线自组织设有新式架构内的物理分层，这种架构根植于异构节点。网络存有若干类的节点，异构节点拥有自带的参数，这就创设了网络架设起来的多层次。分层组成筛选了如下典型：骨干的可移动网络。在其中，网内节点整合了常规节点及对应着的骨干节点，骨干节点衔接了收点，二者直接互通。无线设备延展了传输经由的路径，传输依托于更长的路径，加快了常态的速率。无线网络缩减了额外增设的供电约束，节点串联至架设的无线设备，这种构架很近似一簇网络，可调配并维护细分出来的各个子网。平面网络可分成内含的各个子网，依托于信道来串联节点，这就省掉了网关节点。组网信道有着多样的特性，网络可划分双重的本身架构。信道拥有最佳的速率，网络是同质的，借助于分簇方式，还可细分逻辑类的更多层次。自组织特有的无线网络构建于分簇的思维，网络内含多个簇，每簇都配有常见节点及对应的簇头。节点彼此的互通不可脱离网关节点，它搭设了更高层次之中的网络。骨干网拥有虚拟的特性，摆脱了规模的约束，这样在最大范畴内减低了耗费的路由开支，同步调配了现有的移动网络，针对可供应的网内服务，可选取分布特性的分层网络。分簇的网络融入了多样优势，设有反应式内在的架构，分级路由从根本上提升了算法优势。用分簇算法，网络分级增添了原有的实用优势，设定更适宜的网络算法，适当减小了耗费的总体开销。网关拥有分布式框架，路由因此可被优化。针对无线网络，便于调配内在的若干资源，簇头协调了各时段设定的节点请求，适当调配带宽且提升了实效。图1无线自组织网络的架构2MANET关键技术分类综述2.1MAC介质访问控制协议(MediaAccessControl，MAC)是无线自组网协议栈的重要组成部分，决定了节点如何通过共享的无线空间信道发送和接收报文。MAC协议能否高效的利用有限的无线信道资源对无线自组网的性能有决定性的影响。基于随机竞争的MAC协议开销低，适合在无线自组网环境下单个节点上实现且实现开销不高，因而成为无线自组网MAC协议研究中最主流的技术。作为基于随机竞争的无线自组网MAC协议最典型和最成功的代表，IEEE802.11协议在研究和实际应用中使用最为广泛。在无线自组网中，在给定区域内同时进行的传输越多，则整个系统的吞吐量就越高。因而，在确保彼此不破坏对方传输的前提下，在一定的空间范围内调度尽可能多的传输是提高无线自组网MAC协议吞吐量的有效途径之一。无线自组织网中由于通信的多跳性，造成结点间的干扰加剧，网络的吞吐量较低，提高网络的吞吐量成为无线自组织网络MAC层协议研究的重点之一。传统的网络中往往具有基础设施，就可以通过接入点或者基站进行集中式的分配，而无线自组织网采用的是多跳共享的无线广播信道，每个结点不仅要发送和接收自己的数据，还要负责转发其他结点的数据，这样在结点密度大、流量高的情况下，对共享信道的竞争越发严重。因此传统无线网络中有效的冲突避免算法并不适用于无线自组织网络，或者表现出的性能较差。无线自组织网MAC协议的发展经历了从简单的单信道协议到多信道协议，又发展了基于有向天线的协议，这些发展都在逐步提高了网络的吞吐量。为了进一步增加WMNs中的网络性能及网络容量，一种有效的方法就是使网络节点工作于多个信道上，而不仅仅只工作在某个固定的信道。依靠硬件平台，各种不同的多信道MAC协议需要被开发出来。2.2路由协议根据网络中各节点的作用是否相同，可以将路由协议分成平面协议(uniformprotocol)和分层协议(non-uniformprotocol)。在平面协议中各节点以相同的方式发送和响应路由控制信息(如DSR与AODV)，节点只需要维护周围邻居的信息，不用考虑邻居之外的网络拓扑结构，这使其操作简单灵活，但可扩展性不高。在分层协议中，每个节点或者从邻居节点中选出一部分节点进行路由计算/转发分组(如OLSR），或者被分成簇的结构(如CBRP)，选择一些节点成为簇首(cluster-head)或网关(gateway)，它们负责簇间的分组转发。分层协议通过减少参与路由计算的节点数来限制路由计算的复杂性，增加了扩展性，但是簇首的选择需要谨慎考虑，而且这类协议在网络拓扑高度动态的时候维护的开销比较大。无线自组织网络中，结点间的无线链路以及由此而形成的网络拓扑结构随着结点位置的分布而移动，信道的变化的因素呈现出动态变化的特性。无线网络的路由技术面临的困难远比有线网络的大的多，因此有线网络的路由技术是无法完全适用于无线网络的。按照路由协议建立和维护的方式不同，可以分为：混合式路由协议，反应式路由协议，先应式路由协议[2]。混合式路由协议：在局部地区使用先应式路由协议，维护准确的路由信息，并可缩小路由控制消息传播的范围，当目标结点较远时，通过查找发现路由，这样既可以减少路由协议的开销，也可以改善时延特性。反应式路由协议：在需要发送数据时才开始查找路由，和先应式路2由相比，反应式路由协议开销较小，能够快速的适应网络拓扑的变化，但是由于存在发现过程使得数据报传送的时延较大，在网络负载很重的情况下，其性能较差。先应式路由协议：在每个结点建立和维护包含到达其他结点的路由信息的路由表，源结点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的结点的路由。因此这种路由协议的时延开销较大，在移动性高而负载小的网络中性能较差。2.3拓扑控制无线自组网的拓扑就是一些路由可达的申路集合,其主要取决于无线收发器的地理位置、发射器的发射功率、无线干扰、天线的方向等因素。拓扑控制的目标是通过控制节点间的通信申路和结点的传输范围使生成的网络拓扑满足一定的性质,以延长网络生命周期,降低网络干扰提高吞吐率。一般把拓扑控制问题表示为一个三元组(M,GP,O),其中Me{有向图,无向图}表示无线自组网的图模型,GP表示预期的图属性，如强连接，2度连接等，O属于{最大功率,总功率}表示要优化目标。例如:拓扑控制问题(有向图，强连接最大功率)就表示有向图必须是强连通的,而且使收发器的最大消耗功率必须最小。拓扑控制问题(无向图,2度连通,总功率)要求无向图节点的连接至少为2,而且所有收发器消耗的功率总和必须最小。拓扑控制问题(无向图,2度连通，总功率)要求无向图节点的连接度至少为2，而且所有收发器消耗的功率总和必须最小。拓扑控制策略在无线自组网中至关重要，如果不采用拓扑控制策略，所有网络节点都将以最大传输功率工作，这将严重影响自组网的整体性能:①因为自组网的主机都是依靠电池提供能源，如果以最大传输功率工作，节点能量将迅速耗尽，从而缩短自组网的生命周期;②节点的传输功率越大它所覆盖的范围也越大,导致网络拓扑将包含大量的边,从而增加了路由计算的复杂度,这对于承担路由器任务的网络主机来说是个巨大的挑战。③节点的，无线信号将覆盖大量其它节点,这将频繁引起无线