（计算机应用技术专业论文）无线ad+hoc网络备份源路由研究.pdf

中文摘要 无线通信技术和计算机网络技术的发展为无线a d h o c 网络的产生奠定了基 础。由于具有不需要集中式的网络管理和基础设施的显著特点，无线a d h o 。 网 络在近年来受到越来越多的关注。各种无线a d h o c 网络路由协议的提出 及相关 的性能分析评价也成为学术界的研究热点。无线a d h o c 网络拓扑结构的频繁变 化，使得如何提高路由可靠性成为无线a d h o c 网络路由 协议研究的主要目 标之 在众多无线a d h o c 网络协议中， 动态源路由 ( d s r )协议具有相对较好的 性能。 本文中 所实现的 备份源路由( b s r ) 协议， 就是 一种以d s r协议为 基础的、 通过运用备份多径手段来提高路由 可靠性的新型无线a d h o c 网络路由 协议。 b s r 协议通过新的路由发现机制， 获得了可靠的备选路径， 并利用它来辅助节点间的 通讯。通过备份路由 对的方式，b s r协议延长了节点间的路径有效期，从而更 充分的利用了 无线a d h o c 网络中的资源，提高了节点间通讯的可靠性。 论文首先对无线a d h o c 网络和它的路由 协议进行了概述。其次介绍了无线 a d h o c网络多径路由协议的研究现状。然后，在数学建模和分析的基础上，论 文具体给出了b s r协议的 基本算法和进一步的 优化算法。 最后通过软件仿 真的 手段， 论文实现了b s r协议， 并评价了 它的路由 性能。 仿真实验的结果表明: 1 ) 在中载和重载情况下， b s r协议性能都明显优于单径的d s r协议。 2 ) 在重载情 况下， b s r的性能明显优于另一种多径协议一多径源路由 ( ms r ) 协议。 3 ) 在 节点移动频繁的网络中，b s r的性能优势体现的更为明显。因此， b s r协议是 一种有效的多径路由 协议。 关键字:无线a d h o c网络 动态源路由 ( d s r ) 多径备份源路由 ( b s r )路由 可靠性 多径源路由 ( ms r ) a b s t r a c t wi t h t h e d e v e l o p m e n t i n c o m p u t e r a n d w i r e l e s s c o m m u n i c a t io n t e c h n o l o g i e s , m o b i l e w i re l e s s n e t w o r k s a re in c re a s i n g l y w i d e s p r e a d u s e d . t h e w i r e l e s s a d h o c n e t wo r k s a r e r e c e i v e d mo r e a n d mo r e a tt e n t i o n d u e t o t h e i r c h a r a c t e r s o f n o n e t wo r k a d m i n i s t r a t i o n a n d i n fr a s t ru c t u r e . v a r i o u s ro u t i n g p r o t o c o l s t h a t a r e t a i l o r e d t o w i re l e s s a d h o c n e t w o r k s h a v e b e e n p u t u p i n r e c e n t y e a r s b y r e s e a r c h e r s a r o u n d t h e w o r l d . a n d t h e r e l a t e d a n a l y s e s a r e b e i n g d o n e fr o m d i ff e r e n t a s p e c t s . s i n c e n o d e s i n t h e w i r e l e s s a d h o c n e tw o r k s m o v e fr e e l y a n d r a n d o m ly , h o w t o i m p r o v e t h e ro u t e r e l i a b i l i ty b e c o m e s t h e c e n t r a l c h a l l e n g e i n s u c h d y n a m i c w ire l e s s n e t w o r k s . a m o n g w ire l e s s a d h o c r o u t in g p ro t o c o l s , o n e n a m e d d y n a m i c s o u r c e r o u t in g ( d s r ) p r o p o s e d b y c a r n e g i e m e l l o n u n i v e r s i t y h a s a b e tt e r p e r f o r m a n c e t h a n o t h e r s b a c k u p s o u r c e r o u t i n g ( b s r ) , p r o p o s e d i n th i s p a p e r , i s b a s e d o n d s r a n d u s e s t h e c o n c e p t i o n o f b a c k u p r o u t e t o i m p ro v e t h e ro u t e r e l i a b i l i ty . u s in g n o v e l ro u t e d i s c o v e ry a l g o r i t h m, b s r c a n g e t r e l i a b l e b a c k u p p a t h s . t h e s e b a c k u p p a t h s a r e h e lp f u l t o i m p r o v e t h e c o m m u n i c a t i o n q u a li ty b e t w e e n t h e n o d e s i n w i r e l e s s a d h o c n e t w o r k s . v i a b a c k u p ro u t e , w e u s e t h e n e t w o r k r e s o u r c e mo r e e ff i c i e n t l y , s o w e c a n e x t e n d t h e l i f e t i me o f t h e c - mmu n i c a t i o n l i n k . 玩 th i s p a p e r , w e w i ll i n t r o d u c e w i re l e s s a d h o c n e t w o r k s a n d t h e i r rou t i n g p r o t o c o l s a t fi r s t . s e c o n d l y , w e w i l l i n t r o d u c e t h e r e l a t e d r e s e a r c h w o r k a b o u t m u lt i p a t h r o u t i n g i n w i re l e s s a d h o c n e t w o r k s . t h e n w e w i l l e x p l a i n b s r p ro t o c o l i n t h r e e p a rt s : n u m e r i c a l a n a l y s i s , b a s i c a l g o r i t h m s a n d o p t i m i z a t i o n c o n s i d e r a t i o n s . a t l a s t , w e i m p l e m e n t b s r v i a n e t w o r k s i m u l a t i o n a n d e v a l u a t e i t s p e r f o r m a n c e . s i m u l a t i o n s d e m o n s t r a t e t h a t b s r h as t h r e e i n t e re s t i n g f u t u r e s : ( 1 ) i n m i d d l e - l o a d a n d h e a v y - l o a d s i t u a t i o n s , b s r c a n i m p ro v e t h e p e r f o r m a n c e o f s in g l e - p a t h d s r p rot o c o l s i g n i fi c a n t l y . ( 2 ) i n h e a v y - l o a d s i t u a t i o n s , b s r i s m u c h b e t t e r t h a n m u l t i p a t h s o u r c e r o u t i n g ( ms r ) , a n o t h e r m u l t i p a h r o u t i n g p ro t o c o l i n w i r e l e s s a d h o c n e t w o r k s . ( 3 ) 玩m o re c h a l l e n g in g s i t u a t io n s o f h i g h m o b i l i ty , b s r c a n i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e o f d s r m o re s i g n i fi c a n t l y . s o b s r i s a n e ffic i e n t m u l t i p a t h p rot o c o l i n w i r e l e s s a d h o c n e t w o r k s . k e y w o r d s 二wi rel e s s ad ro u t e re l i a l h o c n e t wo r k s b a c k u p s o u r c e r o u t i n g ( b s r ) d y n a m i c s o u r c e r o u g in g ( d s r ) mu l t i p a t h s o u r c e r o u t in g ( ms r ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果， 除了文中 特别加以 标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己 经发表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 k *k * _ 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 签 字 日 期 :z a a j-年沙月1 2日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解益 al 全 大生 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 。 特 授 权 份 . e 主夕可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索， 并采用影印、 缩印 或扫描等复制手段保存、 汇编以 供查阅和借阅。 同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名:哄 征 6 月， 立 日 导师签名: 解k -k 4 签 字日 期: 2 o 岭年 签 字 日 期 :,;v 碎年 了 月 1 2- 日 第一章 绪论 第一章 绪 论 1 . 1 课题背景 1 , l l 无线a d h o c网络 自 从二十世纪七十年代以 来， 无线网络越来越受到计算机业界的重视。无 线网络以 网 络拓扑结构为标准可以 分为 两类: 带 接入点 ( a c c e s s p o in t ) 的 无线 局域网 ( wl a n)和不带接入点的无线自 组网 ( mo b i l e a d h o c n e t w o r k s ? ，即无 线 a d h o c 网络。 带接入点的wl a n有一个“ 基站” ， 负责有线与无线部分的桥接。 网 络中的 移动节点直接与其通讯范围内的最近的基站连接、 通讯。 当移动节点离开某一个 基站的通讯范围而进入另一个基站的通讯范围时， 原基站与新基站之间就要进行 信息交换，从而使移动节点可以不受妨碍地继续通讯。 无线a d h o c网 络是指完全由 无线连接的移动节点所构建而成的网 络， 其拓 扑结构可以随时间动态变化并且频宽也有限， 网络中 没有固定的路由 器， 每个节 点既是主机又都具备路由功能，负责发现并维护通往其它节点的路径。 无线a d h o 。 网 络 的 成 员 可以 是 笔 记 本电 脑、 p d a p e r s o n a l d i g it a l a s s i s t a n t 、 手 机 等。 其应用很广泛，例如军事应用、会议临时组网、紧急救援等等。 本文的其它部分，如无特殊说明，a d h o c 网络均指无线a d h o c 网络。 1 . 1 .2 无线a d h o c网络路由 无线a d h o c 网 络应用广泛， 但是它的网 络结 构很特殊， j e t f 3 3 专门 成 立了 m a n e t 3 n 1 ( m o b i l e a d h o c n e t w o r k s ) 小 组 来 研究 无线a d h o c网 络的 相 关问 题。 a d h o 。网 络的路由问题，即a d h o 。 网 络中的 节点采用何种路由 协议进行通讯， 一直都是a d h o 。 网络的非常重要的研究领域，它也是ma n e t 小组所要解决的 主要问 题。 近年来， 研究人员 提出了 多 种用 于a d h o c 网 络的 路由 协议， 如d s 2 s r a o d v i j , d s d v i i , t o r a 2 9 1 和 m 13 9 1 等， 并 且 对这些协 议进行了 性 能 评 价 和 分析工作， 如 3 0 1 等。 随着对a d h o c 网络的研究的不断深入， 单径路由 协议的 研究己 经相对成熟 b s r协议的侧重点是提高a d h o c 网 络的路由 可靠性， 从而 使 路由协议更能适应 a d h o c 网络多变的拓扑结构。 b s r协议通过新的路由发现机 制， 获得了 可靠的备选路径， 并利用它来辅助节点间的通讯。 通过备份路由 对的 方式，b s r协议延长了节点间的路径有效期，从而更充分的利用了a d h o 。 网络 中的资源， 提高了 节点间 通讯的可靠性。仿真结果表明， b s r协议对于提高 无 线a d h o c 网络的路由可靠性是十分有效的。 本论文的主要工作如下: 1 .通过对多径方式的分析并结合a d h o c 网 络的特点， 说明了 备份多 径路由 的可行性和有效性。 2 .在数学建模和分析的基础上，给出了具体的b s r协议算法。 3 .利用软件仿真的手段， 基于单径的d s r 协议， 实现并优化了b s r协议。 4 通过仿真实验， 将b s r和d s r , m s r c m u l t ip a t h s o u r c e r o u i n g ，多 径 源路由)协议进行了比较，评价了b s r协议的路由性能。 1 5论文结构 论文第二章介绍了 相关的a d h o c 网络路由 背景知识， 包括a d h o c 网络的 特 点、架构及其应用前景，同时还介绍了几种典型的a d h o c 网络路由协议。 第三 章详细论述了 多径路由技术和a d h o c 网络中多 径路由的 研究现状。第四 章对备 份源路由( b s r ) 协议做了 详细阐述， 首先给出 了 数学模型和理论分析， 然 后给 出了 协议的具体算法， 最后提出了 近一步的优化算法。 第五章的主要内 容是b s r 协议的仿真实现、 仿真实验结果和性能分析。 第六章对整个论文进行了 总结并提 出对今后研究的展望。 第二章 无线a d h o c网 络路由概述 第二章 无线a d h o c网络路由概述 无线网络以网络拓扑结构为标准可以分为两类:带接入点 ( a c c e s s p o i n t ) 的无线局域网( wl a n) 和不带接入点的无线自 组网( mo b i l e a d h o c n e t w o r k s ) , 即无线a d h o c 网络。本章将详细介绍a d h o c 网络的起源、 特点、 应用、 体系结 构和其中的路由 协议。 2 . 1 引言 a d h o c ”一词来源于拉丁语，是“ 特别地， 专门地”的意思。 这里提出的 a d h o c技术”所标称的就是一种特定的无线网络结构，强调的是多跳 ( m u lti i - h o p ) 、自 组织、 无中心的概念， 所以国内 一般把基于a d h o 。 技术的网 络 译为 “ 自 组网” ，或者 “ 多跳网络” 等等。 a d h o 。技术起源于 2 0世纪 7 0年代的美国军事领域，它是在美国国防部 ( d a r p a ) 资助研究的“ 战场环境中的无线分组数据网 ( p r n e t ) ” 项目中产生 的一种新型的网络构架技术。d a r p a当时所提出的网络是一种服务于军方的无 线分组网络，并要求实现基于该种网络的数据通信。后来，d a r p a又于 1 9 8 3 年和1 9 9 4 年分别资助进行了 抗毁可 适应性网 络 ( s u r a n : s u r v i v a b l e a d a p t i v e n e tw o r k ) 和全球移动信息系统 ( g 1 o m o : g l o b a l m o b i l e i n f o r m a t i o n s y s t e m s ) 两 个项目的研究，以便能够建立某些特殊环境或紧急情况下的无线通信网络。a d h o c 技术就是在吸取了p r n e t , s u r a n以 及g 1 o mo等项目 的组网思想之后， 产生的一种新型网络构架技术。 1 9 9 1 年成立的i e e e 8 0 2 . 1 1 2 3 1标准委员 会采用了 “ a d h o c 网 络” 一词 来描述这 种特殊的对等式无线移动网络。在a d h o c 网络中，节点具有分组转发能力，节 点间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳，这是a d h o c 网络与 其他移动网络的根本区别之一。节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协 调，实现了网络的自 动组织和运行。因此 a d h o 。网络也被称为多跳无线网络 ( m u l t i - h o p w i r e l e s s n e t w o r k s ) 、自 组 织网 络 ( s e l f - o r g a n i z e d n e t w o r k s ) 或 无固 定设施的网络 ( i n f r a s t r u c t u r e l e s s n e t w o r k s ) . 随 着移动通信和移动终端技术的高速发展， a d h o c技术不但在军事领域中 得到了充分的发展， 而且也在民用移动通信中得到了应用， 尤其是在一些特殊的 工作环境中。 当用户所在的工作场地没有可以利用的设备或者由 于某种因素的限 制 ( 投入、 安全、政策等) 不能使用已有的网络通信基础设施时， 用户之间的信 第二章 无线a d h o c网 络路由概述 第二章 无线a d h o c网络路由概述 无线网络以网络拓扑结构为标准可以分为两类:带接入点 ( a c c e s s p o i n t ) 的无线局域网( wl a n) 和不带接入点的无线自 组网( mo b i l e a d h o c n e t w o r k s ) , 即无线a d h o c 网络。本章将详细介绍a d h o c 网络的起源、 特点、 应用、 体系结 构和其中的路由 协议。 2 . 1 引言 a d h o c ”一词来源于拉丁语，是“ 特别地， 专门地”的意思。 这里提出的 a d h o c技术”所标称的就是一种特定的无线网络结构，强调的是多跳 ( m u lti i - h o p ) 、自 组织、 无中心的概念， 所以国内 一般把基于a d h o 。 技术的网 络 译为 “ 自 组网” ，或者 “ 多跳网络” 等等。 a d h o 。技术起源于 2 0世纪 7 0年代的美国军事领域，它是在美国国防部 ( d a r p a ) 资助研究的“ 战场环境中的无线分组数据网 ( p r n e t ) ” 项目中产生 的一种新型的网络构架技术。d a r p a当时所提出的网络是一种服务于军方的无 线分组网络，并要求实现基于该种网络的数据通信。后来，d a r p a又于 1 9 8 3 年和1 9 9 4 年分别资助进行了 抗毁可 适应性网 络 ( s u r a n : s u r v i v a b l e a d a p t i v e n e tw o r k ) 和全球移动信息系统 ( g 1 o m o : g l o b a l m o b i l e i n f o r m a t i o n s y s t e m s ) 两 个项目的研究，以便能够建立某些特殊环境或紧急情况下的无线通信网络。a d h o c 技术就是在吸取了p r n e t , s u r a n以 及g 1 o mo等项目 的组网思想之后， 产生的一种新型网络构架技术。 1 9 9 1 年成立的i e e e 8 0 2 . 1 1 2 3 1标准委员 会采用了 “ a d h o c 网 络” 一词 来描述这 种特殊的对等式无线移动网络。在a d h o c 网络中，节点具有分组转发能力，节 点间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳，这是a d h o c 网络与 其他移动网络的根本区别之一。节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协 调，实现了网络的自 动组织和运行。因此 a d h o 。网络也被称为多跳无线网络 ( m u l t i - h o p w i r e l e s s n e t w o r k s ) 、自 组 织网 络 ( s e l f - o r g a n i z e d n e t w o r k s ) 或 无固 定设施的网络 ( i n f r a s t r u c t u r e l e s s n e t w o r k s ) . 随 着移动通信和移动终端技术的高速发展， a d h o c技术不但在军事领域中 得到了充分的发展， 而且也在民用移动通信中得到了应用， 尤其是在一些特殊的 工作环境中。 当用户所在的工作场地没有可以利用的设备或者由 于某种因素的限 制 ( 投入、 安全、政策等) 不能使用已有的网络通信基础设施时， 用户之间的信 第二章 无线a d h o 。网络路由概述 息交流以 及协同工作就需要利用a d h o 。 技术完成通信网 络的即时部署。实践证 明，a d h o c 网络技术完全可以满足用户对移动数据通信的需求。 2 . 2 a d h o 。 网络的特点和应用 2 . 2 . 1 a d h o c 网络的特点 根据前面的叙述，a d h o c网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有节 点的地位平等， 无需任何预设的基础设施和任何的中心控制节点。 网络中的节点 不仅具有普通移动终端的功能，而且具有分组转发能力。 与固定网络和普通移动网络相比， a d h o 。 网络具有以下特点: 1 ) 分布式控制: a d h o c 网 络中的 移动节点 兼备主机和路由 功能， 不 存在一 个网络中心控制点， 用户节点之间的地位是平等的， 节点可以随时加入和离开网 络。网络路由 协议通常采用分布式控制方式，因而具有很强的健壮性和抗毁性， 任何节点发生故障都不会影响整个网络的运行。 2 )网 络自 主性: a d h o c 网络相对常规通信网 络而言， 最大的区别就是网 络 的部署或展开无需依赖于任何预设的基础设施。 节点通过分层协议和分布式算法 协调各自的行为，它们可以快速、自 动地组成一个独立的网络。 3 ) 动态拓扑: a d h o c 网络是一个动态的网络。 a d h o c 网络中的节点可以 随 处移动， 也可以随时开机和关机， 这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。 此 外， 无线传播条件的不确定性， 也导致了网络拓扑以 不可预测的方式任意和快速 地改变。 4 ) 有限带宽: a d h o c 网 络采用无线传输技术作为 底层通信手段， 相对于 有 线信道， 其容量较低。 并且由 于多信道竟争、 多径衰落、 噪声和信号干扰等多种 因素，使得移动节点的实际带宽更小。 5)节点能量有限: 移动节点依靠电 池提供所需的能 量， 减少功耗是网 络协 议设计需要考虑的一个非常重要的因素。 6 ) 多跳路由:当 节点 要与其信号覆盖范围 之外的 节点 进行通信时， 需要中 间节点进行分组的多跳转发。与固定网络的多跳不同，a d h o c网络中的多跳路 由是由 普通的网络节点完成的，而不是由专用的路由设备 ( 如路由 器)完成的。 乃有限的 安全性: 因 为a d h o c 网 络采用的是 无线信道， 所以 它会比 有线网 络更易受到安全性的威胁。 这些安全性的攻击包括窃听、 电 子欺骗、 拒绝服务等。 上述特点表明，a d h o c网 络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与 普通移动通信网络和固定网络有着显著的区别。 第二章 无线a d h o 。网络路由概述 息交流以 及协同工作就需要利用a d h o 。 技术完成通信网 络的即时部署。实践证 明，a d h o c 网络技术完全可以满足用户对移动数据通信的需求。 2 . 2 a d h o 。 网络的特点和应用 2 . 2 . 1 a d h o c 网络的特点 根据前面的叙述，a d h o c网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有节 点的地位平等， 无需任何预设的基础设施和任何的中心控制节点。 网络中的节点 不仅具有普通移动终端的功能，而且具有分组转发能力。 与固定网络和普通移动网络相比， a d h o 。 网络具有以下特点: 1 ) 分布式控制: a d h o c 网 络中的 移动节点 兼备主机和路由 功能， 不 存在一 个网络中心控制点， 用户节点之间的地位是平等的， 节点可以随时加入和离开网 络。网络路由 协议通常采用分布式控制方式，因而具有很强的健壮性和抗毁性， 任何节点发生故障都不会影响整个网络的运行。 2 )网 络自 主性: a d h o c 网络相对常规通信网 络而言， 最大的区别就是网 络 的部署或展开无需依赖于任何预设的基础设施。 节点通过分层协议和分布式算法 协调各自的行为，它们可以快速、自 动地组成一个独立的网络。 3 ) 动态拓扑: a d h o c 网络是一个动态的网络。 a d h o c 网络中的节点可以 随 处移动， 也可以随时开机和关机， 这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。 此 外， 无线传播条件的不确定性， 也导致了网络拓扑以 不可预测的方式任意和快速 地改变。 4 ) 有限带宽: a d h o c 网 络采用无线传输技术作为 底层通信手段， 相对于 有 线信道， 其容量较低。 并且由 于多信道竟争、 多径衰落、 噪声和信号干扰等多种 因素，使得移动节点的实际带宽更小。 5)节点能量有限: 移动节点依靠电 池提供所需的能 量， 减少功耗是网 络协 议设计需要考虑的一个非常重要的因素。 6 ) 多跳路由:当 节点 要与其信号覆盖范围 之外的 节点 进行通信时， 需要中 间节点进行分组的多跳转发。与固定网络的多跳不同，a d h o c网络中的多跳路 由是由 普通的网络节点完成的，而不是由专用的路由设备 ( 如路由 器)完成的。 乃有限的 安全性: 因 为a d h o c 网 络采用的是 无线信道， 所以 它会比 有线网 络更易受到安全性的威胁。 这些安全性的攻击包括窃听、 电 子欺骗、 拒绝服务等。 上述特点表明，a d h o c网 络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与 普通移动通信网络和固定网络有着显著的区别。 第二章 无线a d h o c网 络路由概述 2 . 2 . 2 a d h o c 网 络的应用领域 由 于a d h o 。 网络的特殊性，它的 应用领域与普通的无线通信网 络有 着显著 的区别。 它适合用于无法或不便预先铺设网 络设施的场合， 以及其他需要快速自 动组网的 场合等。目 前， a d h o c 网 络的应用主要有以下几个方面: 1 ) 军事应用: 军事应用是a d h o 。 网 络技术的 主要应用领域。 因 其特 有的 无 需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，a d h o c网络是数字化战场通 信的首选技术。美军战术互联网的核心技术就是a d h o 。 网 络技术。美军的 近期 数 字电 台( n t d r n e a r t e r m d i 乡 t a l r a d io ) 3 i和 无 线 互 联网 控 制 器 13 6 等 主 要 通 信装备也都使用了该技术。 2 ) 传 感器 ( s e n s o r ) 网络: 传感 器网 络是a d h o c 网络技术的m一 大应用领 域。 对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术。 由于体积和能源 等因素的限制，传感器的发射功率不可能很大。因此，使用a d h o 。 网络技术实 现多跳 通信是非常实用的解决方法。 分散在各处的 传感器组成a d h o c 网 络后， 可以实现传感器之间以及传感器与控制中心之间的通信。 这在爆炸残留 物检测等 领域具有非常广阔的应用前景。 3 ) 紧急 和临时场合:在发生了 地震、 水灾、 强热带风暴或遭受其他灾难 性 打击后， 固定的通信网络设施 ( 如通信线缆、 蜂窝移动通信基站、 卫星通信地球 站以及微波接力站等)可能被全部摧毁或无法正常工作。这时就需要a d h o c 网 络这种不依赖任何固定网络设施又能快速部署的自组织网络技术来进行抢险救 灾工作。 类似地， 在边远或偏僻野外地区， 同样无法依赖固定或预设的网络设施 进行通信。 a d h o c网络技术具有独立组网能力和自 组织的特点，是此类场合通 信的最佳选择。 4 ) 个人通信: 个人局域网( p a n , p e r s o n a l a r e a n e t w o r k ) 是a d h o 。 网 络技 术的另一应用领域。 a d h o c 网 络不仅可用于实现p d a 、手机、手提电 脑等个人 电 子通信设备之间的 通信， 还可用于个人局域网 之间的多跳通信。 蓝牙技术中的 散射网 ( s c a tt e m e t )就是一个典型的例子。 2 .3 a d h o 。网络的体系结构 a d h o 。 网络一般有两种结构:平面结构 ( 图2 -1 )和分级结构 ( 图2 -2 ) . 在平面结构中， 所有节点的地位平等， 所以 又可以 称为对等式结构。 分级结构中， 网络被划分为簇， 每个簇由 一个簇头和多个簇成员组成， 簇头节点负责簇间数据 的转发。 簇头可以 预先指定， 也可以由 节点 使用 算法自 动选举产生。 这些簇头形 成了 高一级的网络; 在高一级网络中， 又可以 分 簇， 并再次形成更高一级的网 络， 第二章 无线a d h o c网 络路由概述 2 . 2 . 2 a d h o c 网 络的应用领域 由 于a d h o 。 网络的特殊性，它的 应用领域与普通的无线通信网 络有 着显著 的区别。 它适合用于无法或不便预先铺设网 络设施的场合， 以及其他需要快速自 动组网的 场合等。目 前， a d h o c 网 络的应用主要有以下几个方面: 1 ) 军事应用: 军事应用是a d h o 。 网 络技术的 主要应用领域。 因 其特 有的 无 需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，a d h o c网络是数字化战场通 信的首选技术。美军战术互联网的核心技术就是a d h o 。 网 络技术。美军的 近期 数 字电 台( n t d r n e a r t e r m d i 乡 t a l r a d io ) 3 i和 无 线 互 联网 控 制 器 13 6 等 主 要 通 信装备也都使用了该技术。 2 ) 传 感器 ( s e n s o r ) 网络: 传感 器网 络是a d h o c 网络技术的m一 大应用领 域。 对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术。 由于体积和能源 等因素的限制，传感器的发射功率不可能很大。因此，使用a d h o 。 网络技术实 现多跳 通信是非常实用的解决方法。 分散在各处的 传感器组成a d h o c 网 络后， 可以实现传感器之间以及传感器与控制中心之间的通信。 这在爆炸残留 物检测等 领域具有非常广阔的应用前景。 3 ) 紧急 和临时场合:在发生了 地震、 水灾、 强热带风暴或遭受其他灾难 性 打击后， 固定的通信网络设施 ( 如通信线缆、 蜂窝移动通信基站、 卫星通信地球 站以及微波接力站等)可能被全部摧毁或无法正常工作。这时就需要a d h o c 网 络这种不依赖任何固定网络设施又能快速部署的自组织网络技术来进行抢险救 灾工作。 类似地， 在边远或偏僻野外地区， 同样无法依赖固定或预设的网络设施 进行通信。 a d h o c网络技术具有独立组网能力和自 组织的特点，是此类场合通 信的最佳选择。 4 ) 个人通信: 个人局域网( p a n , p e r s o n a l a r e a n e t w o r k ) 是a d h o 。 网 络技 术的另一应用领域。 a d h o c 网 络不仅可用于实现p d a 、手机、手提电 脑等个人 电 子通信设备之间的 通信， 还可用于个人局域网 之间的多跳通信。 蓝牙技术中的 散射网 ( s c a tt e m e t )就是一个典型的例子。 2 .3 a d h o 。网络的体系结构 a d h o 。 网络一般有两种结构:平面结构 ( 图2 -1 )和分级结构 ( 图2 -2 ) . 在平面结构中， 所有节点的地位平等， 所以 又可以 称为对等式结构。 分级结构中， 网络被划分为簇， 每个簇由 一个簇头和多个簇成员组成， 簇头节点负责簇间数据 的转发。 簇头可以 预先指定， 也可以由 节点 使用 算法自 动选举产生。 这些簇头形 成了 高一级的网络; 在高一级网络中， 又可以 分 簇， 并再次形成更高一级的网 络， 第二章 无线a d h o c网络路由概述 直至最高级。 ， ， ， - - - 一 又- - - - - - - - - 一 、 - 、一 、一 _二 _一 ) 图2 - 1 a d h o 。 网络的平面结构 图2 - 2 a d h o c 网络的分级结构 平面结构的网络比较简单， 网 络中所有节点是完全对等的， 原则上不存在瓶 颈， 整个网络健壮较好。 平面结构的 缺点是可扩充性差， 每一个节点都需要知 道 到达其他所有节点的路径， 维护这些动态变化的 路由 信息需要大量的控制消息。 在分级结构的网络中， 如果能够合理分簇， 簇成员的功能就会比较简单， 不 需要维护复杂的路由信息， 这大大减少了网络中路由控制信息的数量， 因而具有 很好的可扩充性。 由于簇头节点可以随时选举产生， 所以分级结构也具有很强的 抗毁性。 分级结构的缺点是:由于维护分级结构需要节点执行簇头选举算法， 簇 头节点可能会成为网络的瓶颈。 可见， 当网络的规模较小时， 可以采用简单的平面式结构; 而当网络的规模 增大时， 应用分级结构。 美军战术互联网中的近期数字电台组网技术就是采用的 双频分级结构。 2 .4 a d h o c 网络的路由技术 a d h