Ad hoc技术在未来无线通信中的组网研究

摘要　在未来的移动接入网中，点对点（Ad hoc）可以独立组网也可以与其它网络整合组网。大规模的独立Ad hoc网由于其在安全性、建设成本、传输性能等方面面临问题，不具有商业价值；小规模的Ad hoc网可以作为接入网与其他网络整合组网。文章提出了两种较为可行的整合方案，通过网关将小规模的Ad hoc网络与Internet和蜂窝网络整合，充分利用了Ad hoc网简单、灵活等优势。文章同时也对整合网络的研究现状和所面临的问题进行了总结。

　　点对点（Ad hoc）技术研究开始于20世纪70年代，与传统无线网络不同的是：Ad hoc网络既不需要固定的网络结构，也没有专用的固定的基站或路由器作为网络的管理中心。网络中的每个节点具有路由器功能，能够发现和维护到其它节点的路由，向邻居节点发射和转发数据分组。由于其组网简单灵活、成本低、生存能力强等特点，Ad hoc网络应用范围不断扩大，由最先的军用扩大到地震、火灾等紧急通信场合。目前，作为后3G（B3G）系统的重要特点之一，Ad hoc技术正在逐渐成为研究的热点。

1、Ad hoc独立组网

　　独立组网意味着同一网络中的各节点彼此通信，而不与任何有基础设施的网络相连。独立的Ad hoc网分为两种类型：大型Ad hoc独立网络和小型Ad hoc独立网络。

　　1.1　大规模独立Ad hoc网络

　　大规模独立Ad hoc网络包括成百上千个节点。有研究者曾建议应用大规模的Ad hoc网络形成无线城域网（甚至广域网），替代现有的有线通信网络。目前看来，这种想法可以作为一种方案用来进行科学研究，但缺乏潜在的商业价值。因为Ad hoc只适用于在某些特定的场合用非常少的数据传输非常重要的信息，如在战场传达命令或在高速公路上通知其它车辆关于交通堵塞的情况等。大规模Ad hoc网络不适合传输大量的信息，因为大规模的Ad hoc网络会产生高风险、高成本、低效率等问题。

　　1.1.1　 安全问题

　　无线信道暴露在外部环境中，很容易被窃听和干扰，受到主动入侵、伪造身份、拒绝服务等攻击。另外，无中心、无组织的网络结构也很容易受到攻击。由于没有任何集中控制的基础设施，要想采用密钥分发中心或信任证书权威机构提供密钥和数字证书来帮助节点相互认证是非常困难的。

　　在安全路由领域，未来研究中最重要的是跟踪和消除行为失效节点。跟踪和消除这些作为现有路由的一部分失效节点可以预防网络隔离问题，这些问题在无线Ad hoc这种没有中心控制职能的网络中非常重要。因为在无线Ad hoc网中，个体节点作为路由器在它们的无线覆盖范围内转发信息包。如果一个节点受损或失效，经过这个节点的路由就会受到威胁，这样就需要一种机制来挽救节点失效或崩溃时的路由。无线Ad hoc网络中的节点是移动的，如果一个节点是一些失效路由的组成部分，就会导致网络隔离（网络的一部分不能与另一部分通信）。在大规模的Ad hoc网中很难找到一种完善的安全机制满足上述条件。

　　1.1.2　过高的路由成本

　　随着网络规模的扩大，信令的成本会急剧增加。在IETF中的路由协议草案，如AODV、DSR等被动路由协议，源节点需要洪泛路由请求来寻找到目的节点的路由。在大规模的Ad hoc网络中，这种洪泛的路由请求过程会消耗大量的网络资源。

　　1.1.3　传输性能的变化

　　除了安全和路由问题之外，Ad hoc网络在时延和吞吐量等传输性能方面的指标也会随着跳数的增加而急剧下降。

　　1.2　小规模的Ad hoc独立组网

　　与大规模的Ad hoc单独组网相比，小规模的Ad hoc单独组网具有较大的商业价值，其应用环境包括家庭、商务会议区、医院等。例如，家庭环境中，Ad hoc可为用户建立无线家庭网络，可以把所有的家电用网络连接起来。比如把电脑、音响、厨房用具、保安系统等连在一起，从而更方便交流，还可实现资源共享。不断涌现的无线局域网技术象802.11、蓝牙等不断给Ad hoc的发展提供动力。

　　在实际应用中，Ad hoc网络除了可以单独组网实现局部的通信外，也可以作为末端子网通过接入点接入其他固定或移动的通信网络，与Ad hoc网络以外的主机进行通信。因此，Ad hoc网络也可以作为各种通信网络的无线接入手段，这就是下面我们要谈的整合的Ad hoc网络。

2、整合的Ad hoc网络

　　2.1　Ad hoc网络与Internet整合

　　2.1.1　Ad hoc与Internet整合的网络拓扑

　　在Ad hoc网络与Internet相整合的场景中，WA-GW（wireless Ad hoc Gateway）、MA-GW（mobile Ad hoc Gateway）、MH-GW（mobile hotspot Gateway）这三种网关被用来整合小规模的Ad hoc网络与基于IP的宽带接入网。Ad hoc MT即Ad hoc移动终端通过网关与AP相连，再通过访问接入点（AP）接入Internet。

为什么Ad hoc MT不能够直