Ad hoc网络（二）

2019-11-03 10:19:30

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供稿：网友

　　4　Ad hoc网络面临的特殊问题

　　4.1特殊的信道共享方式

　　通信网络中的信道共享方式一般有三种：点对点、点对多点和多点共享。点对点是最简单的共享方式，两个结点可以共享一个信道（有线或无线）。点对多点共享一般用于有中心站控制的无线信道，例如蜂窝移动通信系统的无线信道。在这种方式中，终端（如移动电话）在中心站（如基站）的控制下共享一个或多个无线信道，所有终端均处在中心站的覆盖范围内。多点共享指多个终端共享一个广播信道，以太网就是最典型的多点共享方式。在多点共享方式中，一个终端发送报文，所有的终端都可以听到，即相当于一个全互联的网络，我们称这种共享方式下的信道为一跳共享广播信道。

　　Ad hoc网络的信道共享方式与它们不同。虽然Ad hoc网络的无线信道也是一个共享的广播信道，但它不是一跳共享的。因为当一个结点发送报文时，只有在它覆盖范围内的结点（称为邻居）才能够收到，而覆盖范围外的结点则感知不到任何通信的存在。这恰恰也是Ad hoc网络的优势所在，发送结点覆盖范围外的结点不受发送结点的影响，它们也可以同时发送报文。我们称Ad hoc网络的共享信道为多跳共享广播信道。

　　多跳共享广播信道带来的直接影响就是报文冲突与结点所处的位置相关。在一跳共享的广播信道中，报文冲突是个全局事件。所有结点要么都收到正确的报文，要么都会感知到报文冲突。而在Ad hoc网络中，报文冲突只是局部事件，并非所有结点都可以感知到。一个结点正确收到了一个报文，该报文可能会在另一个结点处发生冲突。也可能报文在接收结点处发生了冲突，而发送结点丝毫觉察不到。也就是说发送结点和接收结点感知到的信道状况不一定相同，由此将会带来隐终端、暴露终端等一系列的特殊问题。

　　由于Ad hoc网络特定的信道共享方式，基于点对多点共享信道和一跳共享广播信道接入协议无法被Ad hoc网络直接使用，需要为它设计专用的信道接入协议。信道接入协议是报文在信道上发送和接收的直接控制者，它的行为对Ad hoc网络的性能起着决定性的作用。因此，信道接入协议一直是Ad hoc网络技术的研究重点之一。

　　4.2　动态拓扑

　　Ad hoc网络中的结点不仅可以自由移动，还可以随时开机和关机。这将造成网络拓扑的动态变化。考虑到Ad hoc网络的多跳特性，结点要有报文转发功能，这要求结点实现相应的路由协议。传统的基于因特网的路由协议是为相对稳定的网络拓扑而设计的，它们无法满足快速变化拓扑网络的需要。因此，路由协议也成了Ad hoc网络的研究特点。

　　现有的Ad hoc网络路由协议可以分为先应式（PRoactive）、反应式（Reactive）和混合式三种。先应式路由协议又被称为表驱动（Table-driven）路由协议，它通过连续地检测链路质量，时刻维护准确的网络拓扑和路由信息。其优点是发送报文时可以立即得到正确的路由，缺点是开销太大。反应式路由协议，又称为随选　路由（On-Demand Routing），并不时刻维护准确的路由信息，仅当需要时才查找路由。其优点是降低了路由维护的开销，缺点是查找路由会引入较大的时延。结点先应式和反应式特点的路由协议称为混合式路由协议。它在局部范围内使用先应式路由协议，以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，时延特性也得到了改善。

　　鉴于路由协议的重要性，IETF的MANET工作组目前专注于Ad hoc网络路由协议的研究。虽然已经取得了一定的成果，但仍有很多问题没有解决。

　　4.3其他问题

　　安全问题：Ad hoc网络面临的安全性威胁来自无线信道和网络。无线信道容易被窃听和干扰。此外，无中心和自组织的网络组织形式不仅容易遭受冒充、欺骗等形式的攻击，还对网络的安全体系结构提出了新的要求。需要研究适用于Ad hoc网络的安全体系结构和用户认证、加密等安全技术。目前，针对Ad hoc网络安全的问题已开展了一些研究，但还没有较完善的解决方案。

　　电源问题：作为移动终端的Ad hoc网络结点一般采用电池供电，这与普通的网络设备使用电源线供电有着显著的差异。为了延长电池的使用时间，在设计网络协议时，要尽量节约电池的电能。这可以通过功率控制和在适当的时候关闭发射机来实现。

　　协议设计：Ad hoc网络使用无线通信技术。与有线信道相比，带宽窄，信道质量差。这对协议的设计提出了新的要求。为了节约有限的带宽，Ad hoc网络协议设计的原则要尽量减少结点间交互的信息量。此外，由于无线信道的衰落、结点移动等因素会造成报文冲突和丢失，这将严重影响TCP的性能。因此，在Ad hoc网络中要对TCP的传输层服务进行改进，以满足数据传输的需要。

　　网络管理：Ad hoc网络的自组织网方式也给网络管理提出了新的要求。不仅要对网络设备和用户进行管理，还要有相应的机制解决移动性管理、服务管理、结点定位、地址配置等特殊问题。

　　5　结束语

　　由于Ad hoc网络的特殊性，它将面临许多特有的问题。这些问题涵盖了网络组织、协议设计、网络运地维护的方方面面，需要进行专门的研究才能解决。针对Ad hoc网络已经开展了大量的研究，目前的研究方向主要集中在信道接入协议和路由协议等方面。现有的研究成果都有它特定的使用环境，对很多问题而言，寻找一个通用的解决方法是非常困难的。这也是Ad hoc网络协议至今难以标准化的原因。目前，针对网络安全、广播和多播的支持、服务质量保证、网络管理、网络互联等问题都开展了一些初步的研究，但还未有完善的解决方案。这为Ad hoc网络技术的深入研究留下了非常广阔的空间。

　　摘自《中国数据通信》2002.9

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