概念
特別聯網(ad hoc networking)是指具有動態自組織能力的短距離無線通信聯網。
Ad Hoc網路是一種特殊的無線移動通信網路。Ad Hoc網路中所有節點的地位平等,無需設定任何中心控制節點,具有很強的抗毀性。網路中的節點不僅具有普通移動終端所需的功能,而且具有報文轉發能力。當通信的源節點和目的節點不在直接通信範圍之內時,它們可以通過中間節點轉發報文進行通信。有時節點間的通信可能要經過其他多箇中間節點的轉發,即報文要經過多跳(Hop)才能到達目的地,這是Ad Hoc網路與其他移動通信網路的最根本區別。Ad Hoc網路的節點通過分層的網路協定和分散式算法相互協調,實現網路的自動組織和運行。因此它由被稱為多跳無線網、自組織網路或無固定設施的網路。
Ad Hoc網路的前身是分組無線網。對分組無線網的研究源於軍事通信的需要,並已經持續了近20年。早在1972年,美國DARPA就啟動了分組無線網(PRNET)項目,研究分組無線網在戰場環境下數據通信中的套用。PRNET項目完成之後,DARPA又在1983年啟動了高殘存性自適應網路(SURAN)項目,研究如何將PRNET的成果加以擴展,以支持更大規模的網路。此外,還要開發能夠適應戰場快速變化環境需要的自適應網路協定。為了進行持續的研究,1994年,DARPA又啟動了全球移動信息系統(GloMo)項目。對能夠滿足軍事套用需要的,可快速展開、高抗毀性的移動信息系統進行全面深入的研究。成立於1991年5月的IEEE802.11標準委員會採用了“Ad Hoc”網路一詞來描述這種特殊的自組織、對等式、多跳無線移動通信網路,Ad Hoc網路就此誕生。IETF則將Ad Hoc網路稱為移動Ad Hoc網路。
Ad Hoc網路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自治系統。網路中的移動終端具有路由和報文轉發功能,可以通過無線連線構成任意的網路拓撲。這種網路可以獨立工作,也可以接入Internet或蜂窩無線網路。在後一種情況中,Ad Hoc網路通常識以末端子網的形式接入現有網路。考慮到頻寬和功率的限制,Ad Hoc網路一般不適於作為中間承載網路。它只允許產生於或目的地是網路內部節點的信息進出,而不讓其他信息穿越本網路,從而大大減少了與現有Internet互操作的路由開銷。
工作原理
Ad Hoc網路中,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式;作為路由器,終端需要運行相應的路由協定,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網路中,節點間的路由通常由多跳(Hop)組成。由於終端的無線傳輸範圍有限,兩個無法直接通信的終端節點往往會通過多箇中間節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、無固定設施的網路或對等網路。Ad Hoc網路同時具備移動通信網路和計算機網路的特點,可以看作是一種特殊的移動計算機網路。
Ad Hoc網路具有以下特點。
(1)獨立組網:Ad Hoc網路具有獨立組網能力,即網路的布設無需依賴於任何預先架設的網路設施。節點開機後就可以快速、自動地組成一個獨立的網路。
(2)無中心:Ad Hoc網路採用無中心結構,所有節點的地位平等,組成一個對等式網路,其中的傑斯安可以隨時加入和離開網路,任意節點的故障不會影響整個網路的運行。與有中心網路對比,Ad Hoc網路具有很強的抗毀性。
(3)自組織:Ad Hoc網路沒有嚴格的控制中心,所有節點通過分層的網路協定和分散式算法協調各自的行為。無中心和自組織特點使得Ad Hoc網路可以實現快速自動組網。
(4)多跳路由:由於節點發射功率的限制,節點的覆蓋範圍是有限的。當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,即要經過多跳。與普通網路中的多跳不同,Ad Hoc網路中的多跳路由是由普通節點共同協作完成的,而不是由專用的路由設備(如路由器)完成的。反過來,如果可以使用多跳路由,節點的發射功率可以很低,從而達到節省電能、延長電池工作時間的目的。
(5)動態拓撲:Ad Hoc網路中,移動終端能夠以任意可能的速度和移動模式移動,並且可以隨時關閉電台,加上無線傳送裝置的天線類型多種多樣、傳送功率的變化、無線信道間的互相干擾、地形和天氣等綜合因素的影響,移動終端間通過無線信道形成的網路拓撲隨時可能發生變化,而變化的方式和速度都難以預測。在網路拓撲圖中,這些變化主要體現為節點和鏈路的數量及分布的變化。因此需要開發專門的路由協定,以適應這種動態拓撲網路的需要。
(6)特殊的無線信道特徵:Ad Hoc網路採用無線傳輸技術,由於無線信道本身的特性,它所能提供的網路頻寬相對於有線信道要低得多,並且無線信道的質量較差。考慮到競爭共享無線信道產生的衝突、信號衰減、噪音和信道之間干擾等因素,移動終端獲得的實際頻寬遠遠小於理論上的最大頻寬,並且會隨時間動態地發生變化。在Ad Hoc網路中,節點的傳送功率受限,一個節點的傳送,只有其一跳相鄰節點可以聽到,因此範圍之外的其他節點察覺不到。這一特徵一方面提高了信道的空間復用度,另一方面使得報文的衝突與節點所出的地理位置相關,此外,地形或發射功率等因素使得Ad Hoc網路中可能存在單向無線信道。