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2010-05-18

Ad-Hoc network 架構介紹

Ad Hoc Network是一種能夠在沒有事先建置基礎架構(infrastructure)的環境下,由無線主機所臨時組成的網路。因為Ad Hoc Network 具有自我組織(self-organization的能力,一方面它不但可以簡化網路的管理,提高其強健性 (robustness) 和彈性,另一方面,它更能在處於動態的狀況如位置移動,不定的連結,和無法預測的流量負載的既定基礎結構下,作最理想的資源有效使用。由於它容易佈建的特性,Ad Hoc Network 有許多實際的用途,如個人區域網路、家庭區域網路、軍事用途、緊急救災及搜救行動。

目前主要發展方向為Ad Hoc Network routing, Transmission range control, Self-reconfiguration等。簡單地說就是以兩片以上的無線網路卡所架構成的無線網路,在這種網路架構下,每台節點的行動主機( Mobile Host )都是以端點對端點( Peer to Peer )模式互相通訊,因為不用無線基地台( Access Point )所以各端點的地位是平等的,和Windows 98作業平台的網路架構是一樣的。

特點:

Ad hoc網路設備的特點主要有:
(1)無中心和自組織性:Ad hoc網路中沒有絕對的控制中心,所有節點的地位平等,網路中的節點通過分散式演算法來協調彼此的行為,無需人工干預和任何其他預置的網路設施,可以在任何時刻任何地方快速展開並自動組網。由於網路的分散式特徵、節點的冗餘性和不存在單點故障點,使得網路的健壯性和抗毀性很好。

(2)自動配置:自動配置是Ad hoc網路的基本特徵,節點必須檢測其他節點以及它們可以提供的服務。由於網路動態變化,自動配置過程需要確保網路能夠正常工作,這涉及到連接Internet的閘道節點的更換,簇頭的更新等。在網路形成階段,節點可以就網路拓撲進行協商(星形、環形、點到點、點到多點、平面和分級),這依賴於網路的類型、底層的無線技術和應用的需求。

(3)動態變化的網路拓撲:Ad hoc網路中,移動終端能夠以任意速度和任意方式在網中移動,並可以隨時關閉電臺,加上無線發送裝置的天線類型多種多樣、發送功率的變化、無線通道間的互相干擾、地形和天氣等綜合因素的影響,移動終端間通過無線通道形成的網路拓撲隨時可能發生變化,而且變化的方式和速度都難以預測。

(4)受限的無線傳輸帶寬:Ad hoc網路採用無線傳輸技術作為底層通信手段,由於無線通道本身的物理特性,它所能提供的網路帶寬相對有線通道要低得多。此外,考慮到競爭共用無線通道產生的衝突、信號衰減、噪音和通道之間干擾等多種因素,移動終端得到的實際帶寬遠遠小於理論上的最大帶寬。

(5)移動終端的局限性:Ad hoc網路中, 移動終端具有攜帶方便、輕便靈巧等好處,但是也存在固有缺陷,例如能源受限、記憶體較小、CPU性能較低等,從而給應用程式設計開發帶來一定的難度,同時螢幕等外設較小,不利於開展功能較複雜的業務。

(6)安全性較差:Ad hoc網路是一種特殊的無線移動網路,由於採用無線通道、有限電源、分散式控制等技術,它更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪“睡眠”等網路攻擊。通道加密、抗干擾、用戶認證和其他安全措施都需要特別考慮。

(7)網路的可擴展性不強:在目前Internet環境下,可以採用子網、無級域間路由(CIDR)和變長子網路遮罩(VLSM)等技術,增強了Internet的可擴展性。但是動態變化的拓撲結構使得具有不同子網位址的移動終端可能同時處於一個Ad hoc網路中,因而子網技術所帶來的可擴展性無法應用在Ad hoc網路環境中。

(8)多跳路由:由於節點發射功率的限制,節點的覆蓋範圍有限。當它要與其覆蓋範圍之外的節點進行通信時,需要中間節點的轉發。此外,Ad hoc網路中的多跳路由是由普通節點協作完成的,而不是由專用的路由設備(如路由器)完成的。

(9)存在單向的無線通道:Ad hoc網路採用無線通道通信,由於地形環境或發射功率等因素影響可能產生單向無線通道。

(10)特殊的通道共用方式:傳統的共用廣播式通道是一跳共用的。而在Ad hoc網路中,廣播通道是多跳共用的,一個節點的發送,只有其一跳相鄰節點可以聽到。

(11)供電問題突出:考慮到成本和易於攜帶,節點不能配備太多數量的發送接收器,並且節點一般依靠電池供電。因此如何節省節點電源、延長工作時間是個突出問題。

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