一、Ad Hoc網絡產生背景

　　隨著信息技術的不斷發展．人們對移動通信的需求越來越強。近年來，移動通信技術得到了飛速發展和普及。蜂窩移動通信系統、無線局域網（IEEE802．11Ⅲ和HiperLAN［21）、藍牙技術（Bluetooth）131、家庭無線網（HomeRF）141等移動通信新技術也紛紛涌現。這些技術的出現，極大方便了人們的生活，同時出推動了無線通信技術的發展。

　　無線通信網絡按照其組網控制方式一般分為兩類：一類是集中式控制的，即有中心的。這類無線網絡的運行耍依賴預先部署的網絡基礎設施。典型的例子有：蜂窩移動通信系統，其依靠基站和移動交換中心等基礎設施的支持；基于接入點（access poim）和有線骨干網模式的無線局域網。但對于某些特殊場合，不可能有這種預先部署的固定設施可以利用。比如，戰場上部隊快速展開和推進、發生地震或火災后的營救、野外科學考查、偏遠山區、臨時會議等。在這種情況下，就需要一種能夠臨時快速自動組網的移動通信技術。這也形成了另一類無線通信技術，即Ad Hoc網絡通信技術。

　　“Ad Hoc”一詞來源于拉丁語，意思是“專用的，特定的” 。Ad Hoc網絡通常也可稱為“無固定基礎設施網”或“自組織網”。由于組網快速、靈活，使用方便，目前Ad Hoc網絡已經得到了國際學術界和工業界的廣泛關注，并正在得到越來越廣泛的應用，已經成為移動通信技術向前發展的一個重要方向，并將在未來的通信技術中占據重要地位。

　　二、Ad Hoc網絡的發展歷史

　　Ad Hoc網絡的前身是分組無線網（packet radio network），對分組無線網的研究源于軍事通信的需要。早在1972年，美國的DARPA就啟動了分組無線網項目PRNET研究在戰場環境下利用分組無線網進行數據通信。在此之后，DARPA于1983年啟動了高殘存性自適應網絡SURAN（survivable adaptive network）項目，研究如何將PRNET的研究成果加以擴展，以支持更大規模的網絡。1994年，DARPA又啟動了全球移動信息系統GloMo（globle mobile information system）項目，旨在對能滿足軍事應用需要的、高抗毀性GloMo項目，旨在對能滿足軍事應用需要的、高抗毀性的移動信息系統進行全面深入的研究。成立于1991年的IEEE802．11標準委員會采用了“Ad Hoc網絡”一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動通信網絡，Ad Hoc網絡就此誕生。IETF將AdHoc網絡稱為MANET（移動AdHoc網絡）。

　　三、Ad Hoc網絡的定義

　　Ad Hoc網絡是由一組帶有無線收發裝置的移動終端組成的一個多跳的臨時性自治系統。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維護工作。在Ad Hoc網絡中，結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通過多個中間結點的轉發來實現通信。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。

　　Ad Hoe網絡特征：

　　由此可以看出，與其他通信網絡相比，基于Ad Hoe技術的Ad Hoe網絡具有以下特征：

　　（1）網絡的自組性。Ad hoc網絡可以在任何時刻任何地方構建，而不需要現有的信息基礎網絡設施的支持，形成一個自由移動的通信網絡。

　　（2）動態網絡的拓撲結構。從網絡層來看，Ad Hoc網絡中，移動用戶可以咀任意的速度和任意方式在網中移動，加上無線發送裝置發送功率的變化、無線信道間的相互干擾因素、地形因素等的影響，節點間通過無線信道形成的網絡拓撲結構隨時都會發生變化。

　　（3）有限的無線傳輸帶寬。無線信道本身的物理特性使Ad Hoc網絡的網絡帶寬相對有線方式要小的多，另外還要考慮無線信道競爭時所產生的信號衰落、碰撞、阻塞、噪聲干擾等因素，這使得實際有效帶寬要小得多。

　　（4）移動終端的有限性。Ad Hoc網絡中的移動用戶終端內存小、CPU處理能力低、所帶電源有限使得Ad Hoe網絡的設計更加困難。

　　（5）安全性差。Ad Hoc網絡是一種無線方式的分布式結構，所以更加容易被竊聽、入侵、網絡攻擊和拒絕服務等。

　　（6）網絡的分布式。Ad Hoc網絡中的移動節點都兼有路由和主機功能，不存在類似于基站的網絡中心控制點，節點地位平等，采用分布式控制方式，增強了網絡健壯性。

　　（7）網絡的可擴展性不強。由于采用TCP／IP協議中的子網技術使得Internet具有網絡的可擴展性，而Ad Hoe網絡動態變化的拓撲結構使得子網技術所帶來的網絡可擴展性不能得到應用。

　　（8）存在單向無線信道。由于地理位置或節點發射功率等因素，在采用無線通信的自組網環境中，可能存在單向信道。兩個移動終端A和B，A由于發射功率較大所以能夠到達B，而反之不行，即存在一條A—B的單向信道。

　　（9）生存時間短。Ad I-lot組網通常是由于某個特定原因而臨時創建的，使用結束后，網絡環境將會自動消失。其網絡生存時間相對于固定網絡而言是短暫的。

　　四、Ad hoc應用領域

　　軍事應用

　　軍事應用是Ad hoc網絡技術的主要應用領域。因其特有的無需架設網絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，它是數字人戰場通信的首選技術。Ad hoc網絡技術已經成為美軍戰術互聯網的核心技術。美軍的近期數字電臺和無線互聯網控制器等主要通信裝備都使用了Ad hoc網絡技術。

　　傳感器網絡

　　傳感器網絡是Ad hoc網絡技術的另一大應用領域。對于很多應用場合來說傳感器網絡只能使用無線通信技術。而考慮到體積和節能等因素，傳感器的發射功率不可能很大。使用Ad hoc網絡實現多跳通信是非常實用的解決方法。分散在各處的傳感器組成Ad hoc網絡，可以實現傳感器之間和與控制中心之間的通信。這在爆炸殘留物檢測等領域具有非常廣闊的應用前景。

　　緊急應用

　　在發生了地震、水災、強熱帶風暴或遭受其他災難打擊后，固定的通信網絡設施（如有線通信網絡、蜂窩移動通信網絡的基站等網絡設施、衛星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毀或無法正常工作，對于搶險救災來說，這時就需要Ad hoc網絡這種不依賴任何固定網絡設施又能快速布設的自組織網絡技術。類似地，處于邊遠或偏僻野外地區時，同樣無法依賴固定或預設的網絡設施進行通信。Ad hoc網絡技術的獨立組網能力和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。

　　個人通信

　　個人局域網（PAN，Personal Area Network）是Ad hoc網絡技術的另一應用領域。不僅可用于實現PDA、手機、手提電腦等個人電子通信設備之間的通信，還可用于個人局域網之間的多跳通信。藍牙技術中的超網（Scatternet）就是一個典型的例子。

　　其他

　　Ad hoc網絡還可以與蜂窩移動通信系統相結合，利用移動臺的多跳轉發能力擴大蜂窩移動通信系統的覆蓋范圍、均衡相鄰小區的業務、提高小區邊緣的數據速率等。在實際應用中，Ad hoc網絡除了可以單獨組網實現局部的通信外，它還可以作為末端子網通過接入點接入其他的固定或移動通信網絡，與Ad hoc網絡以外的主機進行通信。因此，Ad hoc網絡也可以作為各種通信網絡的無線接入手段之一。

　　五、AODV 一按需距離矢量路由協議

　　Ad Hoc網絡設計中的一個關鍵問題是開發能夠在兩個節點之間提供高質量高效率通信的路由協議。網絡節點的移動性使得網絡拓撲結構不斷變化，傳統的基于因特網的路由協議無法適應這些特性，需要有專門的應用于Ad Hoc網絡的路由協議，其中又以AODV路由協議應用最為廣泛，很多新型路由協議都是在AODV基礎之上加以改進的。

　　AODV是基于距離矢量算法的一種路由協議，它只在必要時請求路由，而且不要求節點維持當前通信中不使用的路由，也就是說，只要通信連接的節點之間有可用路由，AODV不起任何作用。為了找到通往目的節點的路由，源端將廣播一個路由請求分組，鄰居節點依次向周圍節點廣播此分組直到該分組被送到一個知道目的節點路由信息的中間節點或目的節點本身。一個節點將丟棄重復收到的請求分組，路由請求分組中的序列號用來防止路由環路，并能判斷中間節點是否響應了相應的路由請求。當節點轉發路由請求分組時，它會將其上游節點的標志ID錄入路由表，．從而能夠構建一條從目的節點到源節點的反向路由。當源端移動時，它會重新發起路由發現算法：如果中間節點移動，那么與其相鄰的節點會發現鏈路失效并向其上游節點發送鏈路失效消息并一直傳到源節點，而后源節點根據情況重新發起路由發現過程。AODV的實現組合了DsR和DSDVI協議，它既具有DSR協議的路由發現和路由維護功能，同時又使用了DSDV采用的逐跳路由、序列號和Beacon消息。

　　圖1-1是一個AODV路由建立的簡單例子。

　　無線媒質上，源節點1每隔一段時間就廣播一個HELLO消息，以知道節點1周圍都有哪些相鄰節點。當源節點1需要與遠端目的節點4（不是參考節點的相鄰節點）通信時，就需要借助中間節點的轉發。此時，要利用AODV路由協議來建立這條通信鏈路。

　　如圖1.1所示，AODV首先廣播路由請求消息（RREQ），該消息中包含幾個關鍵字段，它們是源地址、目的地址、生命周期和序號。節點l的相鄰節點2和5收到該RREQ消息后，可以有兩種選擇。如果該相鄰節點知道通往目的地址的路由，那么直接向參考節點回送一條路由應答消息（RREP）。否則，該相鄰節點轉發該RREQ消息。節點2的路由表中沒有到達節點4的路由信息，所以繼續轉發RREQ消息。節點3收到RREQ消息后，由于路由表中有相關信息，所以立即沿著原路以單播的方式回送一個路由應答消息（RREP）給源節點1，并且更新該路由上所有節點的路由表。

　　在規定的時間內，參考節點如果收到RREP消息，說明路由已經成功建立；否則，參考節點就得重新發送RREQ消息。這里RREQ消息的序號就像一個時間標簽，能夠時刻保證路由表里的路由是最新的。

　　六、ad-hoc的應用前景

　　Ad-hoc類型的網絡特點就是所有的節點對等，既充當AP又充當客戶端，所以也成為自組織網絡。Ad-hoc網絡根據移動性可以粗略的分為無線mesh網絡和移動ad-hoc網絡。無線mesh網絡中所有的節點位置相對固定，適合搭建無線骨干網；移動ad-hoc網絡則表現為網絡中節點移動性較強。

　　由于ad-hoc網絡的節點對等，所以魯棒性好，抗打擊性好。在基礎設施類類網絡中如果AP損壞，網絡就會癱瘓，而ad-hoc網絡中每一個節點的損壞對網絡的影響不會很大。因此它適合的應用場景一般是軍警相關的，比如單兵作戰通信設備、消防應急通信設備等。

　　目前ad hoc網絡已經發展到mesh，窄帶mesh主要是zigbee等方面用于物聯網等小數據傳輸，寬帶mesh主要由wlan mesh（wifi）和cofdm mesh（winet），前者使用wifi機制，帶寬高，后者采用cofdm機制，適用于傳輸視頻和實時性要求較高的數據。

　　總的來說，ad-hoc的應用場景還是有的，但是比較窄，軍口、應急通信設備都是很需要的。如果要深入了解，找一兩個場景深入調研一下應該就會有所了解了。

　　七、結束語

　　隨著Adhoc網絡的組網技術的不斷發展，Ad hoc網絡與現有網絡的融合已經成為網絡互聯的重要內容。Ad hoc網絡與現有網絡融合的主要目的是完成異構網絡的無縫互連，將傳統的有基礎設施的無線網絡中的移動IP協議加以改進，與Ad hoc網絡技術有機結合起來，使得它在軍事領域的應用中保持重要地位，在民用領域中的作用逐步擴大。然而，它作為一種新型網絡，還存在很多問題，新的應用也對它的研究和發展不斷提出新的挑戰。隨著研究的深入，Ad hoc網絡將在無線通信領域中有著更加廣闊的前景。