关于移动自组织网络浅析

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摘 要：在2001年以前，无基础设施需求的移动自组织网络即MANET（Mobil Ad-Hoc Network），还只是一个只是在实验室里讨论的概念，但是短短几年后，移动自组织网络（下称MANET）就已被认为是未来移动通信技术的核心组成部分之一，甚至很多人认为MANET能把所有我们能想到的所有网络都组合在一起，从而实现统一的全球通信网络。本文将首先介绍MANET的技术，分析其特点并指出现在的应用，最后将简介MANET节点结构。

关键词：移动自组织网络；通信技术；统一

中图分类号：TN929.5

传统通信网络中存在大量的基础设施，如路由器、交换机等，通过这些基础设施完成网络功能。而无线通信网还存在另一种形式，即MANET。如图1便是一个典型的MANET。

图1

MANET是由许多节点以自发的方式即时形成网络。这些节点既可能是源节点或者转接节点。MANET不需要中央控制设施，网络节点通过一套协议自动形成一个网络，实现通信网的各种基本功能。

MANET的无中心、多跳路由、自组织、抗毁性强、无线信道带宽有限、链路随机改变、节点能力受限等特点使得它面临传统因特网及无线网络所没有的巨大挑战[1]。

1 MANET技术简介

1.1 MAC协议

为了MANET适应这种独特的组网方式，必须为移动自组网设计适应分布节点随机移动的协议。如图2所示，为常见的MANET协议分层模型。

图2

数据链路层即（MAC层）做为MANET协议栈最具特色的一层，是为上层的各个协议保证各种QoS的关键，并且直接影响到网络容量、功率控制与终端复杂程度等问题。目前，被广泛应用的主流MAC协议是IEEE 802.11。在实际应用中还会存在着暴露终端、广播扩散、吞吐量下降和传输层不稳定等问题影响通信效果。

当然，使用什么样的MAC协议，还要考虑到各层统一的性能优化；并且具体分析实际的网络环境，使选用的MAC协议适应实际中对各方面的要求。

1.2 路由技术

在MANET中，每个节点设备都可以作为路由器，担负路由器寻路转发的工作。信息从发送端，要经历若干个设备才能到达接收端，而每个设备又都是移动的，这就加大了路由技术的难度。普遍认可的路由协议有DSDV、AODV、DSR等，大多基于链路状态与距离矢量而实现的。而由于网络环境的不同，不同的路由协议会有不同的效果，如何在一个特定的网络环境中选择最佳的路由协议就成了人们最关心的问题。

1.3 动态变化的可拓展的网络结构

MANET的网络结构复杂多样，整体上分为分层与平面结构。而MANET中设备的移动性、随时开机关机、设备发送功率变化、地形等因素的影响带来的拓扑结构的动态变化更是加大了对MANET网络结构的研究。

1.4 降低功耗技术

因为在通信过程中，既要考虑信号功率够得满足可达性，又要尽量减小电池重量设备的满足便携性，所以自组织网络通信必须做到低功耗。引起能源损耗有以下几个方面：空闲侦听、竞争冲突、协议控制损耗等方面。目前很多集中在如何降设备消耗能量消耗上研究取得进展，如减少分组重传，提高收发器的使用效率，设计基于功耗的路由算法等。另外可以参考ZigBee技术，将省电机制写到协议之中，以及使用低功耗的MCUs，采用休眠模式，并缩短工作周期，降低收发功耗。

1.5 MANET与IPv6的契合点

由于MANET自身特殊的组织形式，使得固网与中心无线网的传统协议不能满足它的需要，而IPv6是物联网的主流趋势，很好地解决了区分设备与设备间互联问题，因此研究者们考虑到在IPv6协议的基础上进行改进。基于MANET多跳的特性，IPv6协议多跳切换算法就成了二者的最佳契合点。

文献[6]就给出了一种能够在MANET中实现IPv6快速算法的方法。

1.6 MANET的安全技术

Ad Hoc网络通常应用于军事，因此，要防止窃听、破坏和侵入。所以网管需要结合加密和认证过程。由上可见Ad Hoc网络的网络管理是与传统网络不同的，要解决的问题包括如何有效地收集网络的拓扑信息，如何处理动态的网络配置和安全保密问题。

2 MANET的应用

综上所述，MANET络具有如下特点：

（1）无需基站建设，降低成本。

（2）允许节点发生故障，增加了网络稳定性。

（3）打破蜂窝网的局限性，有利于高效部署。

（4）利用实现中央控制。

正是鉴于这些特性，MANET有望成为今后无线网络的主流趋势，MANET的设备将会越来越多，越来越便宜。MANET会在军事、环境监测、应急指挥、医疗、办公、智能家居等领域得到广泛的应用。

军事领域：军事领域一直是MANET发展强有力的推动力。在现代战场上，在士兵之间、军事车辆之间以及士兵与军事车辆之间，组成了典型的一种MANET，加强了联系，有利于以实现统一指挥和协同作战。这是一种典型的移动自组织网络。在伊拉克战争中，美军每一名士兵，每一车辆，都配备了MANET设备，为战事的推进起到了十分显著地效果。

在环境监测领域：环境监测具有监测范围广、数据量大、突发性强、实时监测等特点，MANET成为了其必不可少的组成部分。夏威夷大学曾在美国火山国家公园内部署了MANET，实时监测特定物种在特定环境中的生存状况，并且还可以研究公园内的生态环境，如大气温湿度监测、洪水预警等方面，为生态环境保护起到了重要的作用[2]。

在应急指挥领域：重大灾害如洪水泥石流、强烈地震、台风等自然灾害的发生具有不确定、突发、紧急等特点，造成大面积通信终端，阻碍了救灾工作的执行。通过无人机、应急指挥车等构成的MANET能够在短时间内起到通信支撑网作用。

医疗领域：MANET可以发挥其实时通信的特点，帮助收集人体生理数据，跟踪病人治疗效果，甚至起到治疗的作用。在文献[5]中就介绍了利用MANET传感器组成的人造视网膜，能够帮助弱视甚至失明的患者恢复视力。

办公领域：MANET是实现办公自动化的基础网络，是办公环境更加人性化，并节约大量的不必要的浪费。

家居领域：“智能家居”的概念是MANET网络走进各家各户提出来的，声控、温控、光控器件与家电的联合使家家户户成为了一个个人性化的MANET。

3 MANET节点结构

无线传感网络节点是MANET的最小单位，是完成信息接收与转发的主体。如图3所示，就是每个节点的模块示意图。

图3

它综合了嵌入式计算、微电子、现代网络与无线通信等先进技术，能够实现实时监测并完成对该区域内监测对象的信息采集，并将采集和转发的数据进行编码、存储和管理，最后将处理后的信息通过无线的方式发送[2]。

4 结束语

当然，MANET目前还存在许多待完善的地方，主要是数据速率和网络效率较低，不能良好支持实时业务等。但是MANET的出现，突破了受到的传统网络的局限性，能够快速、便捷、高效地部署，因此有广泛的应用领域。随着对MACNET关注程度逐渐增加以及研究人员不断加入，相信MANET将会得到迅猛发展，并在不同领域展现出自身的魅力。

参考文献：

[1]韦云凯，毛玉明，吴凡.Key Technologies and Developments on Self-organized Wireless Network.

[2]荆琦，唐礼勇，陈洲峰.无线传感器网络应用支撑技术研究[J].计算机科学，2008.

[3]周炯槃，庞沁华.通信原理（第三版）[M].

[4]漆进，陈文.低功率进程通信技术ZigBee的特点及应用研究[J].电脑知识与技术，2008：2274-2275.

[5]Schw iebert L， Gupt a S K S， et al. Research all enges in