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1.军事应用:军事应用是Ad hoc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,它是数字人战场通信的{sx}技术。Ad hoc网络技术已经成为美军战术互联网的核心技术。美军的近期数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了Ad hoc网络技术。

2.传感器网络:传感器网络是Ad hoc网络技术的另一大应用领域。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。而考虑到体积和节能等因素,传感器的发射功率不可能很大。使用Ad hoc网络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Ad hoc网络,可以实现传感器之间和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打击后,固定的通信网络设施(如有线通信网络、蜂窝移动通信网络的基站等网络设施、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,对于抢险救灾来说,这时就需要Ad hoc网络这种不依赖任何固定网络设施又能快速布设的自组织网络技术。类似地,处于边远或偏僻野外地区时,同样无法依赖固定或预设的网络设施进行通信。Ad hoc网络技术的独立组网能力和自组织特点,是这些场合通信的{zj0}选择。

4.个人通信:个人局域网(PAN,Personal Area Network)是Ad hoc网络技术的另一应用领域。不仅可用于实现PDA、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。蓝牙技术中的超网(Scatternet)就是一个典型的例子。

5.与移动通信系统的结合:Ad hoc网络还可以与蜂窝移动通信系统相结合,利用移动台的多跳转发能力扩大蜂窝移动通信系统的覆盖范围、均衡相邻小区的业务、提高小区边缘的数据速率等。

在实际应用中,Ad hoc网络除了可以单独组网实现局部的通信外,它带可以作为末端子网通过接入点接入其他的固定或移动通信网络,与Ad hoc网络以外的主机进行通信。因此,Ad hoc网络也可以作为各种通信网络的无线接入手段之一。

3 Ad hoc网络的体系结构

3.1 结点结构

Ad hoc网络中的结点不仅要具备普通移动终端的功能,还要具有服文转发能力,即要具备路由器的功能。因此,就完成的功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。其中主机部分完成普通移动终端的功能,包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息,完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。从物理结构上分,结构可以被分为以下几类:单机机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主机多电台。手持机一般采用的单主机单电台的简单结构。作为复杂的车载台,一个结点可能包括通信车内的多个主机。多电台不仅可以用来构建叠加的网络,还可用作网关结点来互联多个Ad hoc网络。

3.2 网络结构

Ad hoc网络一般有两种结构:平面结构和分级结构。

在平面结构中,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构。

分级结构中,网络被刈分为簇。每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。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,再次形成更高一级的网络,直至{zgj}。在分级结构中,簇头结点负责簇间数据的转发。簇头可以预先指定,也可以由结点使用算法自动选举产生。

分级结构的网络又可以被分为单频分级和多频分级两种。单频率分级网络中,所有结点使用同一个频率通信。为了实现簇头之间的通信,要有网关结点(同时属于两个簇的结点)的支持。而在多频率分组网络中,不同级采用不同的通信频率。低级结点的通信范围较小,而高级结点要覆盖较大的范围。高级的结点同时处于多个级中,有多个频率,用不同的频率实现不同级的通信。在两级网络中,簇头结点有两个频率。频率1用于簇头与簇成员的通信。而频率2用于簇头之间的通信。分级网络的每个结点都可以成为簇头,所以需要适当的簇头选举算法,算法要能根据网络拓扑的变化重新分簇。

平面结构的网络比较简单,网络中所有结点是xx对等的,原则上不存在瓶颈,所以比较健壮。它的缺点是可扩充性差:每一个结点都需要知道到达其他所有结点的路由。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,簇成员的功能比较简单,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,因此具有很好的可扩充性。由于簇头结点可以随时选举产生,分级结构也具有很强的抗毁性。分级结构的缺点是,维护分级结构需要结点执行簇头选举算法,簇头结点可能会成为网络的瓶颈。

因此,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。美军在其战术互联网中使用近期数字电台(NTDR,Near Term Digital Radio)组网时采用的就是双频分级结构。

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