Ad hoc网络的关键技术

摘要　Ad hoc网络是一种独具特色的网络，作为一种新型的无线、多跳、无中心分布式控制网络，它无需网络基础设施，具有很强的自组织性、鲁棒性、抗毁性和容易构建的特点，其关键技术一直是研究的热点和难点。文章主要对Ad hoc网络的路由协议、服务质量、功率控制、安全问题和互联问题进行分析和探讨，最后展望了Ad hoc网络的发展前景。

1、Ad hoc网络特点

　　随着移动通信技术的飞速发展和普及，人们对移动通信的需求越来越强烈，涌现出了众多的移动通信技术，Ad hoc就是其中之一。Ad hoc网络是一种无线多跳网络，与传统的无线网络相比，它不依赖于任何固定的基础设施和管理中心，而是由一组自主的移动节点临时组成，通过移动节点间的相互协作和自我组织，保持网络连接和实现数据的传递，主要应用于军事战场、医疗抢险以及抗洪救灾等特殊紧急环境。

　　Ad hoc网络组网灵活、快速，使用非常方便，但必须为Ad hoc设计专门的协议和技术，因为传统固定网络和移动蜂窝网络中的技术和协议无法直接复制到Ad hoc网络，这是由Ad hoc网络自身特性决定的。因此有必要对Ad hoc网络的路由协议、服务质量和功率控制等关键技术进行探讨。

2、关键技术探讨

　　2.1　路由协议

　　路由协议是Ad hoc网络的重要组成部分，开发良好的路由协议是建立Ad hoc网络的首要问题。与传统网络的协议相比，Ad hoc网络路由协议的开发更具挑战性，这是因为传统网络的路由方案都假设网络的拓扑结构是相对稳定的，而Ad hoc网络的网络拓扑结构是不断变化的。另外，传统网络的路由方案主要依靠大量的分布式数据库，这些数据库保存在某些网络节点和特定的管理节点中，而Ad hoc网络中的节点不会长期存储路由信息，并且这些存储的路由信息也不总是可靠的。大量的研究表明，理想的Ad hoc网络路由协议必须具备以下功能：a）维护网络拓扑的连接。b）及时感知网络拓扑结构的变化。c）高度的自适应性。

　　根据路由表的维护特点，Ad hoc网络的路由协议大致可分为：a）表驱动路由协议。b）按需驱动路由协议。c）混合路由协议。表驱动路由协议又称先应式路由协议，是指网络中的节点通过周期性的广播交换路由信息，获取其他节点的路由。由于这种方式需要不断在节点之间进行路由信息的交换和更新，占用了大量的网络资源，而事实上有很多的路由信息并不是必须的，这就造成了网络资源的浪费，所以这种路由方式一般只用在传统网络中，不大适用于Ad hoc网络。按需路由协议又称反应式路由协议，是指节点只对自己需要使用的路由进行维护和查找，也就是说，节点之间不必周期性的交互路由信息，解决了因交互无用的路由信息引起的网络资源浪费。混合路由协议是对表驱动路由协议和按需驱动路由协议的综合，它先在局部范围内使用表驱动路由协议，缩小路由控制消息传播的范围，当目标节点较远时，再通过按需驱动路由协议查找发现路由，这样就均衡了路由协议的控制开销和时延两个性能指标。

　　目前，大多数Ad hoc网络路由协议采用的是按需驱动路由方式，其中，具有代表性的有动态资源路由协议（DSR）、Ad hoc请求距离向量协议（AODV）和定位辅助路由协议（LAR）等，而目的序列距离矢量路由协议（DSDV）则是表驱动路由协议的代表。

　　2.2　服务质量

　　服务质量（QoS）指网络在传输数据流时必须满足的一系列性能指标，主要包括时延、可用带宽、丢包率和抖动等。目前，很多业务（如实时多媒体业务、交互式业务等）都要求网络提供QoS保障，虽然人们对QoS保障问题的研究取得了许多进展，但大多数方案都是针对固定网络特性而设计的，无法直接用到Ad hoc网络中。Ad hoc网络链路质量差、网络拓扑动态变化、信道访问存在竞争的特点使得QoS保障问题变得更加复杂。Ad hoc网络的QoS支持主要面临以下问题：a）无线信道的时变性。b）无线信道的带宽受限。c）路由机制。d）有限的电池能量。

　　为了更加合理地利用Ad hoc网络资源，获取更好的数据传输性能，为多媒体业务的QoS提供保障，研究人员提出了3种QoS模型，所提出的模型不但要求能适应Ad hoc网络拓扑的动态变化和无线信道的时变性，同时还能保证与其他网络互连。

　　1）集成服务模型

　　集成服务模型是从Internet网络环境中发展起来的，借鉴了电话网络和ATM中的虚连接机制。该模型的特点是在路由器中不能高速处理大量的数据流，否则会导致主干路由器成为网络瓶颈，但可采用资源预留协议为每个流预留端到端的网络资源，网络中的路由器也采用相应的资源管理机制，从而提供定量的QoS。

　　2）区分服务模型

区分服务模型将网络分为边缘和核心两部分，它们