一、概述

自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad Hoc)是一種移動通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，是移動計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一種，用戶終端可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)隨意移動而保持通信。

早在上世紀(jì)，隨著 IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，Ad Hoc 的概念就已經(jīng)誕生了，IETF 標(biāo)準(zhǔn)化的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)稱為 MANET，現(xiàn)在通常用 MANET 描述一切 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)。在隨后的幾十年中，Ad Hoc 相關(guān)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，在軍事、民用、商業(yè)等許多重要領(lǐng)域都具有獨(dú)特優(yōu)勢。

在5G 和人工智能浪潮迭起的今天，車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)的興起，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)又煥發(fā)了新的生命力。

Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)采用分組交換機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)中的每個用戶終端都建有路由器和主機(jī)兩種功能。作為主機(jī)，終端可以運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議。

這種分布式控制和無中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)額能夠在部分通信網(wǎng)絡(luò)遭到破壞后維持剩余的通信能力，具有很強(qiáng)的魯棒性和抗毀性。

網(wǎng)絡(luò)中的移動終端具有路由和分組轉(zhuǎn)發(fā)功能，因此移動自組網(wǎng)既可以作為單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立工作，也可以以末端子網(wǎng)的形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，如 Internet 和蜂窩網(wǎng)。

二、特點(diǎn)

Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)能夠利用移動終端的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，在無基礎(chǔ)設(shè)施的情況下進(jìn)行通信，從而彌補(bǔ)了無網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施可使用的缺陷。自組網(wǎng)技術(shù)為計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作系統(tǒng)提供了一種解決途徑，主要特點(diǎn)有：

1. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化

在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于用戶終端的隨機(jī)移動、節(jié)點(diǎn)的隨時開機(jī)和關(guān)機(jī)、無線發(fā)信裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的相互干擾以及地形等綜合因素的影響，移動終端間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測的。

2. 自組織無中心網(wǎng)絡(luò)

移動自組織網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，是一種對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)能夠隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障都不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。

3. 移動終端、傳輸帶寬的局限性

自組織網(wǎng)絡(luò)中的移動終端(如筆記本電腦、手機(jī)等)具有靈巧、輕便、移動性好等優(yōu)點(diǎn)，但同時其電源有限、內(nèi)存小、CPU 性能低等限制，使得我們在開發(fā)應(yīng)用程序時，需要考慮這些因素。

無線信道本身的物理特性決定了移動自組織網(wǎng)絡(luò)的帶寬比有線信道要低很多，而競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾及信道干擾等因素使得移動終端的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。

4. 多跳網(wǎng)絡(luò)

由于移動終端的發(fā)射功率和覆蓋范圍有限，當(dāng)終端要與覆蓋范圍之外的終端進(jìn)行通信時，需要利用中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。值得注意的是，與一般網(wǎng)絡(luò)中的多跳不同，無線自組網(wǎng)中的多跳路由是由普通節(jié)點(diǎn)共同協(xié)作完成的，而不是由專門的路由設(shè)備完成的。

三、路由協(xié)議

1. 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

路由協(xié)議的目的是找到一個或多個最佳的路徑，一般包括兩個階段：

路由發(fā)現(xiàn)階段，路由節(jié)點(diǎn)初始化并構(gòu)成路由表。路由更新階段，路由節(jié)點(diǎn)彼此交換信息，比如路由表。

距離向量路由協(xié)議與其相鄰節(jié)點(diǎn)交換路由表。這種協(xié)議帶寬和能耗低，但有伸縮性和覆蓋性方面的問題，且網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)“環(huán)”。

連接狀態(tài)路由協(xié)議中每個路由節(jié)點(diǎn)都有整個網(wǎng)絡(luò)的路由表，使用 Dijkstra 最短路算法計(jì)算路徑。這種協(xié)議適用于大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，且不存在“環(huán)”的問題，但能耗和存儲空間需求高，而且初始化比較慢。

在 MANET 中，節(jié)點(diǎn)能耗和存儲空間的限制都很高，節(jié)點(diǎn)的活躍性可能導(dǎo)致某個重要節(jié)點(diǎn)斷開連接，無線連接相較于有線連接受干擾程度更劇烈，同時安全問題也值得考慮，所以傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議不適用于 MANET。

早在1996年，因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)就成立了移動 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)工作小組(MANET WG)，其核心任務(wù)就是研究無線自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于 IP 協(xié)議的路由協(xié)議規(guī)范和接口設(shè)計(jì)。IETF RFC2501詳細(xì)給出了無線 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合、特征和性能要求。

目前，MANET WG 已經(jīng)公布了一系列的有關(guān) Ad Hoc 路由的草案，下面將逐個介紹主要的七類。

2. 表驅(qū)動路由協(xié)議

DSDV 是基于距離向量的表驅(qū)動路由協(xié)議，它只與相鄰節(jié)點(diǎn)交換信息，為了避免“環(huán)”的出現(xiàn)，路由表中的路由多了一項(xiàng) k，每經(jīng)過一跳 k 的值就加一。

OLSR 是基于狀態(tài)鏈接的表驅(qū)動路由協(xié)議，雖然所有節(jié)點(diǎn)都會接收信息，但是只有很少的節(jié)點(diǎn)有權(quán)利傳播信息。

RFC 3626 定義了 OLSR 的一個核心函數(shù)和其他輔助函數(shù)。

核心函數(shù)具有以下功能：

定義包格式和傳輸格式連接檢測相鄰節(jié)點(diǎn)檢測MPR 的選擇監(jiān)視消息的傳播計(jì)算路由

輔助函數(shù)具有以下功能：

與使用非 OLSR 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同多余拓?fù)鋽?shù)據(jù)的傳播提前連接檢測

為了避免“環(huán)”的出現(xiàn)，OLSR 引入了 MPR 的概念，節(jié)點(diǎn)忽略了與路由計(jì)算無關(guān)的鏈接和鄰節(jié)點(diǎn)，MPR 是一個節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)的最小子集，它可以使該節(jié)點(diǎn)在兩跳之內(nèi)到達(dá)其所有鄰節(jié)點(diǎn)。

3. 按需驅(qū)動路由協(xié)議

這種路由協(xié)議在發(fā)送信息時才發(fā)送尋找路由的請求，包括路由發(fā)現(xiàn)和路由保持兩個機(jī)制。

DSR 是一個按需驅(qū)動路由協(xié)議，節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息前尋找路由時，向相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請求消息 RREQ，如果未找到這些相鄰節(jié)點(diǎn)再向它們的相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā) RREQ，直至找到為止。目的節(jié)點(diǎn)接收到消息后，按原路徑發(fā)送回消息，路徑中的節(jié)點(diǎn)記錄該條路由。

AODV 是基于距離向量的按需路由協(xié)議，在 RFC 3561中定義。

4. 混合路由協(xié)議

ZRP 是這種路由協(xié)議的代表，它將網(wǎng)絡(luò)分成互連的路由區(qū)域，區(qū)域間使用按需加載路由協(xié)議，區(qū)域內(nèi)使用表驅(qū)動路由協(xié)議。

5. 分級路由協(xié)議

基于簇的協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)分為多個簇，并定義每個簇的頭節(jié)點(diǎn)，RREQ 信息首先發(fā)往頭節(jié)點(diǎn)，然后再決定在簇中還是簇外。

6. 基于地理位置的路由協(xié)議

這種路由協(xié)議模糊了 IP 的概念，根據(jù)地理位置傳播數(shù)據(jù)。

7. 能量控制的路由協(xié)議 8. 多點(diǎn)傳送路由協(xié)議 9. 路由協(xié)議總結(jié)

實(shí)際上，MANET 路由協(xié)議大多經(jīng)過基礎(chǔ)網(wǎng)路由協(xié)議進(jìn)行一定修改而得，所以理解起來不會很難。其中 AODV 和 OLSR 兩種協(xié)議最基礎(chǔ)、使用最廣泛，所以后面的文章中將著重介紹這兩種。而對于其他路由協(xié)議，可以直接查找相應(yīng)的 RFC，會有一個權(quán)威的認(rèn)識。

到此這篇關(guān)于自組織網(wǎng)絡(luò)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的文章就介紹到這了,更多相關(guān)自組織網(wǎng)絡(luò)Ad Hoc內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！