网络自组织通信模式和技术研究综述

新型自组织通信网络

　　3.1　移动自组织网络（MANET）

　　移动自组织网络（Mobile Ad hoc Network，MANET）是由一组具有无线通信能力的移动节点组成的一个多跳（Multi-hops）、临时性拓扑结构的自治系统。在MANET环境中，由于节点的无线通信覆盖范围有限，两个无法直接通信的移动节点需要借助其它节点的分组转发实现通信。移动节点综合了传统主机和路由器的功能，能够自由运动并以任意方式进行组织，不再需要有线的核心网络支持即可运行，因此也被称为无基础设施的网络（Infrastructureless Network），呈现了显著的自组织特性。MANET突出多跳、自组织、无中心的思想，在军事通信、移动会议、个人通信等领域具有广阔的应用前景。

　　MANET是一种自组织、自配置、自管理的通信系统，可以在任何时间、任何地点不依赖任何预设的固定网络设施，通过节点之间的自我组织，快速、灵活地构建一个移动通信网络并提供一个通信支撑环境。MANET自组织研究主要关注于网络拓扑的组织形式和演化以及性能评价，当前主要有两种网络结构：平面结构和分层结构。平面结构中，所有节点处于同等地位，又称为对等结构。分层结构中，以簇（Cluster）为单位划分网络。每个簇由一个簇头节点（Cluster Header）和多个成员节点组成。簇头节点负责簇间业务的转发。根据不同的通信模式，分层结构可分为单频率分层网络和多频率分层网络。单频率分层网络只使用一个通信频率，簇头节点之间的数据通信由网关节点（同时属于两个或多个簇的节点）支持。簇头节点和网关节点形成了上一层网络（虚拟骨干层）。在多频率分层网络中，不同层采用不同的通信频率。下层节点无线覆盖范围较小，而上层节点可覆盖较大的范围。上层节点同时处于多个层次中，拥有多个通信频率，使用不同的频率实现不同层的通信。MANET因其自身独特的网络架构，有着不同于传统网络的路由机制和网络管理策略。

　　IETF于1996年成立了MANET工作组（Mobile Ad-hoc Networks Working Group），开始了MANET网络IP路由的标准化工作。当前MANET研究主要集中于自组织路由和媒体接入控制（MAC），服务质量（Quality of Service）保证、能耗控制、网络安全、网络自愈重构等。

　　3.2　无线传感器网络（Wireless Sensor Network）

　　无线传感器网络（Wireless Sensor Network）是由随机分布的具有数据收集、处理和无线通信功能的传感器节点以自组织方式构成的无线网络。传感器节点一般由传感器单元（数据采集）、处理单元（数据处理）、无线通信单元（数据传输）和电源这四部分组成。传感器单元类型由被监测的目标信息的形式决定。处理器通常选用嵌入式CPU和外围接口模块。无线通信单元是低功耗、短距离的无线通信模块。传感器节点散布在监测区域内，使用内置的传感器元件测量周围环境的目标信息，经过数据处理产生数据包，并通过无线多跳路由把数据包直接或经由网关节点传送给汇聚点（Sink），再由汇聚点通过Internet或卫星链路传递到数据的接收方。同时，传感器节点还负责转发相邻节点的数据包，全部的传感器节点形成一个具备自组织能力的无线网络。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗健康、数字家庭等领域有着广泛的应用前景，在空间探索、灾难拯救等特殊领域，也有其独特的技术优势。

　　与移动自组织网络相比，无线传感器网络有自身的特点：传感器节点数量通常较MANET节点多几个数量级且受限于电源功率、计算能力、内存等，节点分布更为密集和随机，节点更易于失效而拓扑频繁变化，通常使用的是广播通信方式，而在MANET较多使用的是点到点通信等。无线传感器网络中，大部分节点部署在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，处于静止状态，只有少数节点需要移动，这一点与移动自组织网络有显著区别。

　　无线传感器网络的研究主要可分为节点层面和网络层面两部分。节点层面的研究内容主要包括传感器测量、低功耗芯片、无线通信等，偏重利用微型机电系统（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS）技术设计小型化的传感器节点，代表性的研究项目有Smart Dust和WINS；网络层面的研究内容主要包括低能耗路由、低能耗媒体访问控制（MAC），还包括能耗管理、协同定位、时钟同步、数据融合等。无线传感器网络综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等技术，体现了自组织通信的特征，成为近期网络研究的热点。

　　3.3　自组织覆盖网络（Self-Organizing Overlay Network）

自组织覆盖网络是当前互联网中广泛应用且对互联网性能产生重要影响的虚拟网络形式。它呈现出大量