Ad Hoc无线网络

无线Ad Hoc网络是由一组自主的无线节点或终端相互合作而形成的,独立于固定的基础设施的并且采用分布式管理的网络,是一种自创造、自组织和自管理网络。

与传统的蜂窝网络相比,无线 Ad hoc网络没有基站,所有节点分布式运行 ,具有路由器的功能 ,负责发现和维护到其它节点的路由 ,向邻居节点发射或转发分组。这种网络既可以单独运行,又可以通过网关接入到有线骨干网络(如因特网)。

Ad hoc来源于拉丁语 ,字面上的意思是 “为特定目的或场合的” 或 “仅为这种情况的” 。当时分组无线电网络已经用于大规模的军事和救援行动中 , 采用新的名字 , IEEE希望Ad hoc网络成为为特定目的而临时组建并短期存在的网络。需要指出的是 , IEEE802. 11标准定义的 Ad hoc 网络为仅由那些通过无线媒质能够互相进行直接通信的站点组成的网络 , 即独立的基本服务集( I BSS) 。I BSS没有接入点 ,为单跳 Ad hoc网络 ,但是目前研究的Ad hoc网络通常是多跳的。 1997年 IETF成立了移动Ad hoc网络MANET(Mobile Ad hoc NET w ork ) 工作组 , 专门负责具有数百个节点的移动 Ad hoc网络的路由算法的研究和开发 , 并制定相应的标准。MANET工作组的工作成绩斐然 , 已经制定了十几个Internet草案标准。

Ad Hoc无线网络的拓扑结构可分为两种：对等式平面结构和分级结构。在对等式平面结构中，所有网络节点地位平等。

而在分级结构的AdHoc无线网络拓扑结构中，整个网络是以簇为子网组成，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，簇头形成高一级网络，高一级网络又可分簇形成更高一级网络。每一个簇中的簇头和簇成员是动态变化、自动组网。分级结构根据硬件的不同配置，又可以分为单频分级结构和多频分级结构。单频分级结构使用单一频率通信，所有节点使用同一频率;而在多频分级结构中，若存在两级网络，则低级网络通信范围小，高级网络通信范围大，簇成员用一个频率通信，簇头节点用一个频率与簇成员通信，用另一个频率来维持与簇头之间的通信。

对等式平面结构和分级结构使用时各存在优缺点：对等式平面结构网络结构简单，各节点地位平等，源节点与目的节点通信时存在多条路径，不存在网络瓶颈，而且网络相对比较安全，但最大的缺点是网络规模受到限制，当网络规模扩大时路由维护的开销指数增长而消耗掉有限的带宽;分级结构网络规模不受限制，可扩充性好，而且由于分簇，路由开销相对小一些，虽然分级结构中需要复杂的簇头选择算法，但由于分级网络结构具有较高的系统吞吐量，节点定位简单，目前AdHoc无线网络正逐渐呈现分级化的趋势，许多网络路由算法都是基于分级结构网络模式提出的。

Ad Hoc无线网络作为一种新的组网方式，具有以下特点。

1、动态变化的网络拓扑结构

在Ad Hoc网络中，移动主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。在自组网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络拓扑结构不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。对于常规网络而言，网络拓扑结构则相对较为稳定。

2、网络的独立性

Ad Hoc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、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。它的建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立性。Ad Hoc网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。

3、有限的无线通信带宽

在Ad Hoc网络中没有有线基础设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性，它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值。

4、有限的主机能源

在Ad Hoc网络中，主机均是一些移动设备，如PDA、便携计算机或掌上电脑。由于主机可能处在不停的移动状态下，主机的能源主要由电池提供，因此Ad Hoc网络有能源有限的特点。

5、网络的分布式特性

在Ad Hoc网络中没有中心控制节点，主机通过分布式协议互联。一旦网络的某个或某些节点发生故障，其余的节点仍然能够正常工作。

6、生存周期短

Ad Hoc网络主要用于临时的通信需求，相对与有线网络，它的生存时间一般比较短。

7、有限的物理安全

移动网络通常比固定网络更容易受到物理安全攻击，易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。现有的链路安全技术有些已应用于无线网络中来减小安全攻击。不过Ad Hoc网络的分布式特性相对于集中式的网络具有一定的抗毁性。

与蜂窝网络相比, 无线Ad hoc网络具有不可比拟的优点。首先,不需要固定的基础设施(如基站) ,无线Ad hoc网络可以被随时随地建立,可以在没有其它通信设施,或者由于保密、 费用、 安全性等原因使一些设施不能被使用的情况下使用。 其次,Ad hoc网络不受固定拓扑结构的限制,具有很强的容错性和鲁棒性。

无线Ad hoc网络具有广阔的应用前景。 军事行动和地震、 水灾或偏远地区的救援行动都是Ad hoc网络的传统应用领域。它也可以作为无线接入网, 提供迅速的组网能力。在本地范围内,笔记本和掌上型电脑可以采用Ad hoc的方式在会议中发布和共享信息。采用蓝牙技术的个人局域网作为短距离的 Ad hoc网络极具发展前途。 传感器网络可以用于战地情报搜集、 环境污染监测、 地震和海啸的早期预报、 生产车间监控等许多领域。