1.2 移动Ad Hoc网络

MANET由一组无线移动节点组成，是一种不需要依靠现有固定通信网络基础设施并能够迅速展开使用的网络体系，所需人工干预最少，是没有任何中心实体、自组织、自愈网络；各个网络节点相互协作，通过无线链路进行通信和交换信息，实现信息和服务的共享；网络节点能够动态地、随意地、频繁地加入网络和退出网络，而常常不需要事先示警或通知，而且很可能不会破坏网络中其他节点的通信。MANET节点可以快速移动，必须既作为路由器又作为主机，能够通过数据分组的发送和接收而进行无线通信。网络节点在网络中的位置是快速变化的，缺少通信链路的情况也是经常发生的。

MANET是对等网络。这是MANET与使用基站和固定基础通信设施的蜂窝网络之间的一个重要区别。MANET中任何两个节点之间的无线传播条件受制于这两个节点的发射功率，当这个无线传播条件足够充分时，这两个节点之间就可直接进行通信。如果源节点和目的节点之间没有直接的链路，那么就使用多跳路由[如图1-2（a）所示]。在多跳路由中，一个分组从一个节点转发到另一个节点，直到该分组到达目的节点为止。为了在源节点和目的节点之间寻找路由，甚至为了确定存在还是不存在一条至目的节点的路由，合适的路由协议是必需的。因为在MANET中没有中心单元，所以必须使用分布式协议。

MANET中的节点具有游牧特性。节点在一定区域内自由移动，动态地产生和拆毁其与其他节点的关系。具有同一目的的一组节点能够产生节点编队（即节点群），并且一齐移动，这类似于军队的编队和旅游中的旅行团队。除了无线连接的局限性和安全限制外，MANET中的节点能够在任何时候、不受任何限制地相互通信。这种网络节点的例子有步行者、士兵、无人操纵的机器人等。可以安装网络节点的移动平台的例子有小汽车、卡车、公共汽车、坦克、火车、飞机、直升飞机、轮船等。

MANET作为数据通信网络，是一种能够在任意通信环境下迅速展开使用的、能够对网络拓扑变化做出及时响应的通信网络。因为MANET是打算在任何地方都可展开使用的，所以可能就不考虑原有的网络基础设施。因此，MANET中的移动节点很可能是该网络中的唯一组成单元。不同的、随时间和位置而变化的移动模式和电波传播条件可能导致MANET中相邻节点之间的连接断断续续、零散。其最终结果就是MANET是一个时变的网络。

MANET与其他Ad Hoc通信网络的区别之处在于网络拓扑变化迅速，以及受网络规模大小和节点移动影响。MANET网络范围跨距大，而且含有数百个到几千个网络节点。MANET节点安放在其移动模式很不相同的各种平台上。在MANET内部可能有极大的变化：节点运动速度（从静止节点到高速飞行器）、运动方向、加速/减速以及路线限制（例如，小汽车必须在公路上行驶，但是坦克却没有这个限制）。步行者受制于建筑物，而飞行器在一定的高度范围下却可以位于任何地方。尽管存在这种变动性，但是人们还是期望用MANET来提供多种传输类型，包括从纯数据传输，纯话音传输，到话音和数据的综合传输，话音和图像的综合传输，话音、数据、图像的综合传输，甚至很可能带某种限制的视频传输。

与大多数传统无线网络相比，在设计和操作MANET时所遭遇的主要挑战来源于缺乏集中式实体、节点迅速移动的可能性、以及所有通信都是在无线媒介上进行这个事实。在标准的蜂窝无线网络中，有很多集中式实体[例如，基站、移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（Home Location Registry，HLR）]，以及来访者位置寄存器（Visitor Location Register，VLR））。在MANET中，没有预先存在的网络基础设施，这些集中式实体也不存在。蜂窝无线网络中的集中式实体执行网络协调功能。MANET中缺乏这些集中式实体，要求分布式算法来执行这些网络功能。特别地，依赖于集中式HLR/VLR的移动管理、依赖于基站/MSC支撑的媒介访问控制方案的这些传统算法在MANET中是不适用的。

MANET中的所有网络实体之间的所有通信都是在无线媒介上进行的。由于无线通信对传播损伤显得很脆弱，所以网络节点之间的连接没有保障。实际上，断断续续的、零散的连接可能是很平常的。由于无线带宽有限，所以无线带宽的使用应该最小化。此外，由于有些移动设备可能是手持的，其供电资源有限，所以所要求的发射功率也应该最小化。因此，由于移动节点的传播范围远小于整个网络的覆盖范围，所以两个节点之间的通信常常需要通过中间节点来中继，如使用多跳路由。因此，MANET常常是一个多跳的分组无线网络。

网络节点迅速移动和变化多样的传播条件导致网络信息（例如路由表）很快过时作废。频繁的网络重构会引起频繁地交换控制信息，以便反映网络的当前状态。然而，这种信息的短生命期意味着这种信息的大部分可能从未被使用。因此，用来分发路由更新信息的带宽被浪费。尽管有这些特性，在设计MANET时仍然需要仔细考虑网络的可靠性、抗毁性、有效性，以及易管理性。

由于MANET不存在孤立的终端和电台单元，所以MANET网络拓扑或者是单跳的，或者是多跳的。单跳网络节点从源节点把数据分组直接发送到目的节点，而多跳网络节点利用其他节点来中继自己的分组。

多跳延长了传输时延，但是提高链路传输速率可以补偿多跳增加的传输时延。多跳实际上有利于端到端传输时延。多跳通信对于在有效的频率范围内与一个遥远的节点的通信是必需的。

基于上述讨论，对MANET具有以下要求：

（1）强壮的路由算法和移动管理算法。用于提高网络的可靠性和有效性，比如降低任何网络设备从网络中孤立出来的机会。

（2）自适应算法和协议。用于对频繁变化的无线传播、网络和传输条件做出动态调整。

（3）低开销的算法和协议。用于保护无线通信资源。

（4）源节点和目的节点之间的多条路由（截然不同的路由）。用于减少某些节点附近的碰撞，提高网络的可靠性和抗毁性。

（5）强壮的网络体系结构。用于避免对网络失效的敏感，避免高级节点（有特权的节点）周围的碰撞，避免遭到无效路由信息的惩罚。

大范围远距离传输导致竞争相同网络带宽的节点增加，引起干扰，从而减少了网络节点可以使用的有效带宽。因此，在图1-2（b）所示的单跳Ad Hoc网络例子中，使用多跳是有好处的，或者将传输范围控制在最小的范围内也是有好处的。

总的来说，多跳网络由于以下原因而好于单跳网络：

● 增强了网络的扩展性；

● 减少了干扰；

● 提高了整个网络的吞吐量；

● 降低了应用所关心的时延；

● 降低了数据传输中的能量消耗。