以較低的成本獲得高的數據速率是無線通信領域的關鍵。然而,未來無線通信網絡的另一要素是在沒有固有的網絡結構的情況下存在的能力。因此,即興(Ad hoc)網就成為了未來系統的關鍵技術。“Ad Hoc”是一個拉丁詞匯,在拉丁語中他的意思是:即興,即席,臨時(improvised、impromptu),沒有實現商量的等。Ad hoc網絡是在沒有任何現存網絡基礎設施或集中管理的情況下通過一組移動節點的合作動態形成的臨時網絡結構。網絡內部的鏈接是動態的,常常會因為節點的移動而斷開。Ad hoc網絡的歷史可以追溯到1968年,當時剛剛興起對ALOHA網絡的研究。ALOHA的協議支持單跳網絡(網絡中的每一個節點都可以到達所有其他的節點)的分布式信道接入,但這最初用于固定網絡節點。1973年,DARPA開始研究多跳的分組無線網絡協議。多跳技術通過空間域的復用增大了網絡的容量,不過這需要更為復雜的路由協議來支持。過去Ad hoc網絡主要用于戰場和災區這些無法或不便預先敷設網絡設施的場合。現在,隨著新興的無線技術如藍牙技術的成熟,Ad hoc網絡的商用也稱為現實,實現了各種便攜設備如筆記本、移動電話、PDA、MP3播放器的互聯。
現行的蜂窩系統要依靠集中控制和管理,而下一代移動無線系統的標準將努力朝Ad hoc的方向發展。例如HIPERLAN/2的直接模式,相鄰的終端之間直接通信。藍牙技術、IEEE 802.11的Ad hoc模式、IEEE 802.16的Ad hoc網絡(MANET)、IEEE 802.15的個人領域網絡(PAN)提供了分散的無線、接入和路由技術。因此Ad hoc無線網絡具有廣闊的應用前景。
由于Ad hoc網絡沒有預先確定的結構,加之網絡鏈接的多變性,在設計和實施過程中存在一些關鍵性的技術挑戰,包括:需要綜合考慮安全性和路由問題,保證網絡在分布式環境下有效運行;附加開銷要在確保動態網絡拓撲的條件下最小化(盡量降低路由表的更新頻率);通過合理的路由協議設計,多跳網絡中鏈路容量的不穩定性要保證最小;網絡鏈接(覆蓋)、延時需求、網絡容量和功率預算之間要合理折中;通過合理的應用功率控制機制和最優的媒質接入控制(MAC)設計,降低與其他技術之間的干擾。
Ad Hoc網絡是由一組帶有無線收發裝置的移動終端組成的多跳臨時性自治系統,移動終端具有路由功能,可以通過無線連接構成任意的網絡拓撲,這種網絡可以獨立工作,也可以與因特網或蜂窩無線網絡連接。Ad Hoc網絡中,每個移動終端兼備路由器和主機兩種功能:作為主機,終端需要運行面向用戶的應用程序;作為路由器,終端需要運行相應的路由協議,根據路由策略和路由表參與分組轉發和路由的維護工作。在Ad Hoc網絡中,節點間的路由通常由多個網段(跳)組成,由于終端的無線傳輸范圍有限,兩個無法直接通信的終端節點往往要通過多個中間節點的轉發來實現通信。典型的Ad Hoc網絡拓撲結構如圖1所示,所以它又被稱為多跳無線網、自組織網絡、無固定設施的網絡或對等網絡。
圖1:典型的Ad Hoc網絡拓撲結構
與其他傳統通信網絡相比Ad Hoc網絡具有下表1所示的8大特點。
表1:Ad Hoc網絡的特點
Ad Hoc網絡是一種動態變化的并基于無線信道的自組織網絡,其體系結構、QoS保障和應用等問題比較復雜并難以實現。固定網絡和蜂窩網絡中使用的各種協議和技術無法直接應用于Ad Hoc網絡,因此需要為Ad Hoc網絡設計專門的協議和技術,其關鍵技術主要包括以下8個方面,具體詳見下表2中。
表2:Ad Hoc網絡的關鍵技術
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