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| 无线网络Ad Hoc简介与应用 |
| Jun 16,2006 Farhill of CyberHome |
Ad Hoc无线网络的定义
Ad Hoc无线网络又称移动自组网、多跳网络或对等网，最初起源于20世纪70年代的美国军事研究领域，是一种特殊的在不借助中心管理的情况下，可在有限的范围内实现多个移动终端的临时互联，它为局域网内的移动通信网络提供了一种灵活的互联方式。Ad Hoc无线网络组网灵活、快捷，不受有线网络的影响，可广泛应用于军事通信、发生地震或水灾后的营救等无法或不便预先敷设网络设施的场合，具有广阔的发展前景。
Ad Hoc无线网络的结构
Ad Hoc无线网络具有自身的特殊性，在组建实际使用的无线工作网络时，必须充分考虑网络的应用规模和扩展性，以及应用的可靠程度及实时性要求，选择合适的网络拓扑结构。另外，由于Ad Hoc网络自身结构的特殊性，设计或组建网络时应充分考虑Ad Hoc无线网络的特点，有助于我们最大限度地发挥整个网络的工作性能。
Ad Hoc无线网络的拓扑结构可分为两种：对等式平面结构和分级结构。在对等式平面结构中，所有网络节点地位平等。而在分级结构的Ad Hoc无线网络拓扑结构中，整个网络是以簇为子网组成，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，簇头形成高一级网络，高一级网络又可分簇形成更高一级网络。每一个簇中的簇头和簇成员是动态变化、自动组网。分级结构根据硬件的不同配置，又可以分为单频分级结构和多频分级结构。单频分级结构使用单一频率通信，所有节点使用同一频率；而在多频分级结构中，若存在两级网络，则低级网络通信范围小，高级网络通信范围大，簇成员用一个频率通信，簇头节点用一个频率与簇成员通信，用另一个频率来维持与簇头之间的通信。
对等式平面结构和分级结构使用时各存在优缺点：对等式平面结构网络结构简单，各节点地位平等，源节点与目的节点通信时存在多条路径，不存在网络瓶颈，而且网络相对比较安全，但最大的缺点是网络规模受到限制，当网络规模扩大时路由维护的开销指数增长而消耗掉有限的带宽；分级结构网络规模不受限制，可扩充性好，而且由于分簇，路由开销相对小一些，虽然分级结构中需要复杂的簇头选择算法，但由于分级网络结构具有较高的系统吞吐量，节点定位简单，目前Ad Hoc无线网络正逐渐呈现分级化的趋势，许多网络路由算法都是基于分级结构网络模式提出的。
Ad Hoc无线网络的特点
Ad Hoc无线网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，网络中的每个节点都兼有路由器和主机两种功能。Ad Hoc网络的特点主要体现在以下4方面：
1、动态变化的网络拓扑结构：Ad Hoc网络中没有固定的通信设施和中央管理设备，网络节点可以随机地以任意速度朝任何方向移动，加上无线发射装置发送功率的变化、环境的影响以及信号之间的互相干扰等因素，都会造成网络拓扑结构的动态变化。Ad Hoc无线网络没有中央管理（无中心），因此所有接入的节点在网络中都是对等的，任何节点可以自由的加入和离开网络，任何一个节点的故障都不会影响这个网络的正常运行。同时网络的结构也随着节点的加入和退出做出动态的改变。
2、有限的资源：提供给Ad Hoc网络中移动主机的工作能量是有限的，而且移动主机损耗能量越多，将降低Ad Hoc网络功能；另一方面，网络本身提供带宽有限以及信号之间的冲突和干扰，使移动主机可得到的有限的传输带宽将远远小于理论上的最大带宽。
但组网的灵活性强，网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施，只要有两台或两台以上支持Ad Hoc的计算机就可以自行的建立无线连接。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络，因此Ad Hoc无线网络很适合临时组网。
3、多跳通信：两个网络节点由于受到可用资源的限制，不能处在同一个覆盖网络内，可采用Ad Hoc网络多跳通信，实现不同覆盖网络之间的源主机与目的主机之间的通信。在普通的AP接入网络中，和远程节点通信的时候，靠的是AP和无线路由来转发数据和报文；在Ad Hoc网中，两台计算机之间的通信是靠点到点的传输方式，如果两台计算机距离超过无线信号覆盖范围，那么就需要中间节点的计算机来转发数据了，这个就是多跳路由了。与固定网络的多跳不同，Ad Hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备来完成。
4、较低的安全性：Ad Hoc网络节点间通信通过无线信道，传输的信息非常容易受到监听、重发、篡改、伪造等各种攻击，如果路由协议一旦遭受到上述恶意攻击，整个自组网络将无法正常工作。这些特点对设计Ad Hoc网络路由算法提出了特殊的要求，一个合理的路由算法必须考虑有限的网络资源、动态变化的网络拓扑结构、提高网络吞吐量等方面的因素。
Ad Hoc无线网络的应用
Ad Hoc无线网络用于两台或两台以上支持Ad Hoc的计算机的直接通讯。网络中的一个节点必需能同时"看"到网络中的其它节点，否则就认为网络中断，因此Ad Hoc(对等)网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且它们离得足够近，如图1所示。
图 1 Ad Hoc无线对等网络连接示意图
一般操作配置，打开无线网卡的无线网络连接属性或无线网络管理平台，会在配置项(configuration)看到一个操作模式(operating mode)选项，如图2所示，一般使用的是AP模式连接至无线网络或因特网，使用Ad Hoc模式直接连接至其他计算机。现在Ad Hoc的使用率还不是很高，但是应用范围还是很广，是临时组网的最好选择，如军事通信或救灾临时组网使用，方便快捷；会议交流也可以临时组网，省掉了使用无线接入点或无线路由的麻烦。
图 2 计算机连接配置图
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