应用场合
军事应用
Ad Hoc具有无需假设网络设施、可快速部署以及抗毁性强等特 点，成为数字化战场的首选技术。
紧急场合
自然灾害，对抢险救灾提供支持
偏远野外
科考、矿山作业以及边远地区执行任务
个人通信
蓝牙是第一个应用于个人通信的Ad Hoc技术
1.3 无线自组网的体系结构
Ad Hoc网络的节点结构
Ad Hoc网络的节点具有主机和路由两种功能，可以划分为 主机、路由器和电台三部分。从物理结构上，结点可以分为以 下几类：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主 机多电台。
Ad Hoc网络的拓扑结构（平面结构）
一种是平面网络结构，这种结构的特点是比较简单，所有 节点在网络控制、路由选择和流量管理上都是平等的，因此又 称为对等式结构。节点覆盖范围小，相对安全。不足之处在于 控制开销很大，并且可扩充性很差。平面结构通常适用于中小 规模的Ad Hoc网络。
1.3 无线自组网的体系结构
Ad Hoc协议栈与Internet协议栈设计的不同
Ad Hoc网络中链路带 宽和主机能量非常稀 少，并且能量主要消 耗在发送和接收分组 上，而主机处理能力 和存储空间相对较 高。为了节省带宽和 能量，在Ad Hoc网络 中应该尽量减少节点 间水平方向的通信。 Ad Hoc协议设计原则
1.5 无线自组网的关键技术
以上这些问题都将在今后的课程中探讨！
谢谢
许炜阳 weiyangxu@ 重庆大学通信工程学院 通信工程系
无线自组网
许炜阳 weiyangxu@ 重庆大学通信工程学院 通信工程系
无线自组网
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 随堂练习 复 习 无线自组网概论 无线自组网的物理层技术 无线自组网的信道接入协议 无线自组网的单播路由协议 无线自组网的组播路由协议 无线自组网的应用和实现 2学时 4学时 6学时 6学时 4学时 6学时 2学时 2学时
自适应技术
如何充分利用有限的带宽、能量和满足服务质量(QoS)的要 求，最大化网络的吞吐量是自适应技术要解决的问题。解决的 方法主要有：自适应编码、自适应调制、自适应功率控制、自 适应资源分配等。
信道接入技术
Ad Hoc的无线信道属于多跳共享广播信道。多跳共享广播 信道带来的直接影响就是报文冲突与节点所处的位置有关。在 Ad Hoc网络中，冲突是局部事件，发送节点和接收节点感知到 的信道状况不一定相同，由此将带来隐藏终端和暴露终端等一 系列特殊问题。基于这种情况，就需要为Ad Hoc设计专用的信 道接入协议。
1.5 无线自组网的关键技术
路由协议
Ad Hoc网络的拓扑结构随时都在发生变化，所以在Ad Hoc 网络中的路由算法应具有快速收敛的特性，减少路由查找的开 销，快速发现路由，提高路由发现的性能和效率。同时，应能 够跟踪和感知节点移动造成的链路状态变化，以进d Hoc网络的特征是针对特定的应用来设计网络，因 此有必要仔细考虑各种潜在的应用，包括军事上的和商业上的 应用。虽然这两类应用存在许多共同的要求，但两者的设计原 则有所不同。
Ad Hoc网络的拓扑结构（分级结构）
在多频分级结构中，不同级采用不同的通信频率。低级节点的通 信范围较小，而高级节点要覆盖较大的范围。高级的节点同时处于多 个级中，使用多个频率，用不同的频率实现不同级的通信。
1.3 无线自组网的体系结构
Ad Hoc网络的拓扑结构（续）
平面结构网络结构简单，所有结点完全对等，比较健壮；可 扩充性差，维护动态路由需要耗费大量控制信息；有研究表 明，当平面结构的规模增大到某个程度时，所有的带宽都可 能会被路由协议消耗。假设一个簇的平均节点数为N，网络 分级数为M，那么总结点数为NM。平面路由需要维护O(NM)条 路由信息，而分级路由只需要N*M条信息。 分级结构的优点是簇成员的功能简单;易扩充，可以简单地 通过增加簇的个数和网络的级数来增加网络规模;簇头可以 选举产生，具抗毁性;缺点是需簇头选举算法和簇维护机 制；增加了簇头的复杂性，簇头可能会成为瓶颈；簇头的路 由不一定是最佳路由。
1.2 无线自组网的特点和应用场合
无线自组网的特点
独立组网
Ad Hoc网络具有很强的独立组网能力，节点开机后即可 以快速、自动地组成一个独立的网络。
动态变化的拓扑结构
移动终端能够以任意的速度和移动模式移动，引起拓扑 结构随时发生变化。
无中心的自组性网络
每个节点既可作为终端，也可作为路由器，所有节点的 地位平等，一起构成一个对等式网络，因此网络具有很强的 抗毁性。
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc网络层
主要功能包括：邻居发现、分组路由、拥塞控制和网络互 联等。 邻居发现主要用于收集网络的拓扑信息，就是要找出一个 能够与之直接通信的其他节点。 路由协议的作用是发现和维护去往目的节点的路由。一个 好的Ad Hoc网络层的路由协议应当满足以下要求：分布式运行 方式；提供无环路路由；按需进行协议操作；具有可靠的安全 性；提供设备休眠操作和对单向链路的支持。 对一个Ad Hoc网络层的路由协议进行定量比较的指标包 括：端到端平均延时，分组的平均递交率，路由协议开销及路 由请求时间等。 路由协议包括单播路由和组播路由两类。
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc数据链路层
链路层解决的主要问题包括介质接入控制，以及数据的传 送、同步、纠错以及流量控制。 基于此，Ad Hoc数据链路层又分为MAC和LLC层。 MAC层控制移动节点对共享无线信道的访问，决定了链路层 的绝大部分功能。在多跳无线网络中，对传输介质的访问是基 于共享型的，隐藏终端和暴露终端是多跳无线网络的固有问 题，因此需要在MAC层解决这两个问题。通常采用随机竞争机制 (CSMA或MACA)、基于信道划分的接入机制(TDMA、FDMA、CDMA或 SDMA)、动态调度机制以及以上机制的组合。LLC负责数据流的 复用、数据帧的检测、分组的确认、优先级排队、差错控制和 流量控制等。
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc网络的协议栈
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc物理层
在一般的协议栈结构中，物理层负责频率的选择、 无线信号的检测、调制解调、信道加密解密、信号发送 与接收等。在实际的应用中，Ad Hoc物理层的设计要根 据实际需要而定。首先，是通信信号的传送介质，都是 无线通信，然后就面临通信频段的选择。目前国际上一 致采用的是基于2.4GHz的ISM频段，因为这个频段是免 费的。其次，物理层必须就各种无线通信机制做出选 择，从而完成性能优良的收发信功能。物理层的设备可 使用多频段、多模式无线传输方式。
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc协议栈与Internet协议栈设计的不同
Internet中的网络协 议常常通过使用较 多的链路带宽来减 少路由器的处理和 存储资源，强调相 邻路由器对等实体 之间的水平通信， 以尽量减少路由器 内协议栈各层间的 垂直通信。
Internet协议设计原则
1.4 无线自组网的协议栈
1.3 无线自组网的体系结构
网络拓扑的四种基本结构
中心式控制结构 分层中心式控制结构
前两种属于集中式控制结构，普通节点设备简单，中心 控制节点设备复杂，有较强处理能力。
完全分布式控制结构 分层分布式控制结构
Ad Hoc网络采用分布式控制的网络结构，分别称为平面 结构和分级结构。
1.3 无线自组网的体系结构
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc传输层
主要功能是向应用层提供可靠的端到端服务，使上层 与通信子网相隔离，并根据网络层的特性来高效地利用网 络资源，特别是当Ad Hoc网络需要介入Internet等外部网 络时，尤其需要传输层协议的支持。具体功能包括寻址、 复用、流控、按序交付、重传控制、拥塞控制等。 目前Ad Hoc网络的传输层还是基于传统的有线网络中 的传输层协议，包括TCP和UDP以及适用于无线环境的其他 特定的传输层协议。
1.4 无线自组网的协议栈
Ad Hoc应用层
主要功能是提供面向用户的各种应用服务，包括具有 严格时延和丢失率限制的实时应用(紧急控制信息)、基于 RTP/RTCP(实时传输协议/实时传输控制协议)的自适应应 用(音频和视频)和没有任何服务质量保障的数据报业务。 Ad Hoc网络自身的特性使得其在承载相同的业务类型 时，需要比其他网络考虑更多的问题，克服更多的困难。
1.1 无线自组网的基本概念
无线自组网
无线自组网又被称为“Ad Hoc网络”，是一组带有无线收发装 置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。 “Ad Hoc”，一词来源于拉丁语，其含义为“For the specific purpose only”，翻译为中文的意思是“专用的、自主的、特 定的”。 在自组网中，每个用户终端不仅能移动，而且，兼有路由器 和主机两种功能。一方面，作为主机，终端需要运行各种面 向用户的应用程序；另一方面，作为路由器，终端需要运行 相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据的分组转 发和路由维护工作。 Ad Hoc网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是 移动计算机通信网络的一种类型。
Ad Hoc网络的拓扑结构（分级结构）
在分级结构中，Ad Hoc网络被划分成多个簇。每个簇由一 个簇头和多个簇成员组成，簇头形成高一级的网络。分级结构 可以分成单频分级结构和多频分级结构。在单频分级结构中， 所有节点使用同一个频率通信。簇头和网关节点形成高一级的 网络，称为虚拟骨干网络。
1.3 无线自组网的体系结构
第一章 无线自组网概论
第一章 无线自组网概论
1.1 无线自组网的基本概念 1.2 无线自组网的特点和应用场合 1.3 无线自组网的体系结构 1.4 无线自组网的协议栈 1.5 无线自组网的关键技术
1.1 无线自组网的基本概念
集中式控制的通信系统
GSM
WLAN
需要预先架设的网络基础设施（infrastructure） 单跳的，网络拓扑结构相对固定 不能胜任一些特殊的应用场合