移動自組織網路

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移動自組織網路(mobile Ad hoe network，MANET)

　　移動自組織網路是一種移動通信和電腦網路相結合的網路，是移動電腦網路的一種，用戶終端可以在網內隨意移動而保持通信。

　　移動自組織網路在結構上具有以下一些主要特征：

　　動態拓撲：即網路中的節點可以任意移動，因此，網路的拓撲結構也可能會變化；

　　鏈路帶寬受限、容量時變：由於拓撲動態變化導致每個節點轉發的非自身作為目的地的業務量也隨時間變化，因此與有線網路不同，它的鏈路容量表現出時變的特征；

　　動力受限：由於網路節點的移動特征，其中大多數節點以電池為動力，因而，在進行系統設計時，節能就成為一個非常重要的指標；

　　物理上安全有限：移動網路比固定網路(有線和無線)更易受到安全威脅。除了需要剋服無線鏈路的安全弱點以外，還需要剋服移動拓撲所帶來的新的安全隱患。

　　除了在結構上的特點外，移動自組織網路在技術上還具有或要求具有以下特征：

　　完善而又可靠的路由和移動性管理演算法：提高網路的可靠性和可用性，即降低任何網路部件與網路的其他部分分離的概率；

　　自適應演算法和協議：調整與適應無線傳播環境、網路拓撲和業務條件頻率的變化；

　　低開銷演算法和協議：儘可能地節省無線通信資源。在移動自組織網路中節點或系統的資源比在有線網路中更加珍惜；

　　多重路由：在源節點和目標節點之間最好能有多條不同的路由，以降低在某一些節點(特別是作為信息轉發的瓶頸節點)中的擁塞，增加網路的可靠性和生存能力；

　　可靠的網路結構：避免網路對某些鏈路失效或終端、擁塞、路由等過分敏感。

　　根據網路控制結構，移動自組織網路可分為全分散式網路和分層分散式網路。

　　(1)全分散式移動自組織網路

　　全分散式控制結構網路屬於對等網路。在這種網路結構中，沒有任何中心控制節點，網路的控制和管理功能均分散到每個節點中，所有節點都是網路控制和管理的參與者。所有節點的軟／硬體配置及地位均相同，都提供維護和修正路由表，監測和維護網路連接，檢測擁擠狀態和控制業務流量等功能。該結構的優點是：可靠性高，抗毀能力強，能動態跟蹤網路的拓撲變化。其不足之處是：每個節點都需有較大的存儲容量和較強的處理能力，網路開銷大。

　　(2)分層分散式移動自組織網路

　　分層分散式控制網路形成過程如下：從網路的普通節點中，篩選出一組節點作為控制節點(群首)，由這些控制節點組成一個全分散式控制的幹線網路；每個控制節點具有相同的責任和權力，可各自控制一群普通節點；當網路節點數較大時，還可從控制節點中再篩選出一組超群控制節點(超群首)，由這些超群控制節點組成一個全分佈控制的網路。如果需要，還可從超群控制節點中產生更高一層的控制節點，直至產生最高層的控制節點。

　　根據網路的組網體制，移動自組織網路可分為集中式移動自組織網路和分散式移動自組織網路。

　　(1)集中式移動自組織網路

　　在集中式組網方式中，網路有專門的組網期，在此期間內實現網路的各種演算法。組網期以外為正常通信期，在此期間內網路一般不作調整。該方式又可分為周期性組網和非周期性組網兩類。周期性組網指網路每隔一個固定的時間間隔，重新組網一次；非周期性組網指網路根據當前的工作狀態決定何時重新組網。

　　(2)分散式移動自組織網路

　　在分散式組網方式中，網路沒有專門的組網期。網路可隨時跟蹤拓撲變化，並修正節點的有關參數。該方式又可分為周期性分散組網方式和非周期性分散組網方式兩類。周期性分散組網方式指網路每個節點周期性地廣播一個自組織數據包，將自己取得的信息和有關計算結果通知相鄰節點；非周期性分散組網方式指網路節點不定期地廣播自組織數據包，如果節點發送數據的間隔不超過規定的時間，則不廣播自組織包；若節點空閑，則周期性地廣播自組織數據包。

　　1.高效的數據傳輸技術

　　在移動通信中，信號在傳播過程中會受到各種於擾而衰落，因此移動自組織網路要使性能穩定可靠且保持高速，就必須具備在複雜惡劣的通信環境中對數據能可靠、高速高效傳輸的無線電臺。這些電臺應具備以下特性：(1)高速數據傳輸能力，數據速率應大於200kb／S；(2)良好的抗多徑衰落，抗多普勒頻移能力；(3)良好的抗敵方惡意干擾能力；(4)低功耗、低成本、高可靠性和較強的可擴展能力。為了實現高效的數據傳輸技術，還應對網路的同步、抗多徑和抗衰落等關鍵技術進行更深入的研究，適應移動自組織網路的發展趨勢。

　　2.支持移動性的路由協議

　　在自組織網路中，路由選擇非常重要，它既涉及到信息的傳輸策略，也涉及到網路的管理。為了支持大規模移動自組織網路的實現，路由協議的性能好壞是關鍵。當前，在路由協議設計中急需解決一個問題，即在儘量減少網路開銷的前提下，提高網路收斂速度，避免“路由閉環”和“無窮計算”，使其對網路拓撲的快速變化具有較強的自適應性。由於移動自組網具有動態變化的拓撲結構、帶寬資源受限和鏈路容量不定、終端存在局限性和單向鏈路等與常規網路不同的特點，一些成熟的路由協議(如距離矢量路由和鏈路狀態路由)對其並不適用，所以必須加以改進或提出新的設計思路。

　　目前，自組織網的路由協議一般分為路由表驅動協議和源始發按需路由協議兩種。表驅動路由繼承了傳統的IP路由，但在消除路由環路和已過時路由等方面作了適應自組織網特性的改進。其優點是在有信息傳送時不需要等待建立路由，所以時延小。但這種路由協議也存在不足之處，即無論路由是否被用，每個節點都要維持路由表併進行路由信息交換，這樣將會對移動終端造成儲存和計算負擔，大量浪費網路帶寬，而且當網路拓撲變化較快時，這些大量交換的控制信息將影響數據信息的傳送。

　　近年來，由於源始發按需路由協議具有更適合自組織網的特性而備受關註。通常，按需路由分為路由建立和路由維護兩個過程。只有在節點有信息要發送時，廣播路由才建立分組並尋找最佳路由，而不是維護所有路由信息，這樣可有效地節省帶寬和記憶體，但這顯然是以增加路由建立時延為代價，而且路由建立過程是靠泛洪方式廣播路由信息，這在一定程度上又使其優點有所削弱。

　　3.多協議無線路由器(網關)技術

　　移動自組織網路通過多協議路由器將各種通信系統(如異構網路單元和同構網路單元)互連，進行不同協議報文分組格式的轉換，從而實現各種網路的網間互連。多協議路由器應能適應不同工作頻段的移動自組織分組式子網技術體系、TCP／口連接協議、區域網CSMA／CD協議和令牌匯流排協議等。因此，對多協議無線路由器的研究將是實現大規模移動自組織網路布設工作的前提。

　　移動自組織網路通常應用在沒有或者不便利用現有的網路基礎設施的情形中。主要應用在以下領域。

　　1.軍事通信

　　在現代化的戰場上，由於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藉助移動自組織網路進行信息交換，以保持密切聯繫，協同完成作戰任務;裝備了音頻感測器和攝像頭的軍事車輛和設備也可以通過移動自組織網路，將目標區域收集到的位置和環境信息傳輸到處理節點;需要通信的艦隊戰鬥群之間也可以通過移動自組織網路建立通信，而不必依賴陸地或者衛星通信系統。移動自組網技術已成為美軍戰術互聯網的核心技術，美軍的數字電臺和無線互聯網控制器等主要通信裝備都使用了移動自組網技術

　　2.移動會議

　　當前，人們經常攜帶筆記本、PDA(個人數字助理)等攜帶型終端參加各種會議。通過移動自組網技術，可以在不藉助路由器、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路，以完成提問、交流和資料的分發。

　　3.移動網路

　　移動終端一般沒有與拓撲相關的固定IP地址，所以通過傳統的移動IP協議無法為其提供連接，需要採用移動多跳方式聯網。由於採用的是平面拓撲，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電腦環境中一樣。此外，在實際應用中，移動自組網除了可以單獨組網實現局部通信以外，還可以作為末端子網通過網關連接到現有的網路基礎設施上，例如Internet或者蜂窩網。作為末端子網，只允許產生於或者目的地是自治系統內部節點的信息進出，而不准許其它信息穿越自治系統。由此可見，移動自組網可以成為各種通信網路的一種無線接入手段。

　　4.連接個域網路

　　個域網路(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，但是它只能實現室內近距離的通信，因此，移動自組織網路就為建立PAN與PAN之間的多跳互連提供了可能性。

　　5.緊急服務和災難恢復

　　在由於自然災害或其它各種原因導致網路基礎設施出現故障而無法使用時，快速恢復通信是非常重要的。藉助於移動自組網路技術，能夠快速建立臨時網路，延伸網路基礎設施，從而減少營救時間和災難帶來的危害。

　　6.無線感測器網路

　　無線感測器網路是移動自組織網路技術的一大應用領域。感測器網路使用無線通信技術，由於發射功率較小，只能採用多跳轉發方式進行通信。分佈在各處的感測器節點自組織成網路，以完成各種應用任務。