文 献 综 述
近年来移动终端技术和无线通信技术的飞速发展,推动了移动互联网这一新兴产业的兴起和蓬勃发展。全球移动互联网用户数已从最初的2.68亿迅速增长至15亿,其增长速度远远高于PC互联网用户的增长速度,移动互联网正以超过PC互联网数倍的发展速度迅猛发展。目前,移动互联网已成为信息产业当中发展最快,竞争最激烈的领域,也给人们的生活、学习以及工作方式带来巨大的影响。进入21世纪以来,电子和材料制造等方面技术的突飞猛进使得个人计算机、智能手机和平板电脑等电子设备的造价不断降低,然而性能却越来越强劲。接入终端设备类型的多元化,必然导致用户对应用程序服务要求的多样化。例如,用户在公司、工厂等办公环境中的计算机上轻松获取相关信息,也肯定会产生在家庭电脑或者自己笔记本计算机等设备上获取相关信息的需求。同样,智能手机等移动设备的普及,也必然使客户产生通过移动终端设备获取工作信息的需求。
随着移动设备和移动无线网络技术的快速发展,人们可以在任意时间、任意地点上网,从而摆脱了传统的有线上网的约束。但是移动设备还必须要通过移动蜂窝网的基站设施才能连网,即使在很小的局部范围内。当海啸、地震等自然灾害破坏了基站设施或者在偏僻的地方的时候,人们彼此之间就无法相互进行通信了。移动Ad-Hoc网络就可以很好地解决这些问题。
移动Ad-Hoc网络是一种不依赖于基站设施的自组织无线网络,其网络拓扑结构灵活、组网方便快捷,目前成为了国内外的无线网络研究的热点,很多国内外的科研机构、大学以及军队等都对移动Ad-Hoc网络及其应用进行了深入的研究。Ad-hoc网络的研究在国内外备受关注,逐渐从无线通信领域中的一个小门类发展为较为独立的门类。各方面新技术以及设备制造水平的大幅提升使得无线自组织网络的科研价值非常高,而且新世纪以来该技术被广泛的运用于各类领域。Ad-Hoc网络的用途广泛,可以用于军事领域、个人局部通信、无线传感器网络等。
Ad-Hoc网络的崛起引起了众多科研机构和人员的广泛关注,虽然和它相关的研究历史很短,但是该技术的发展速度十分迅猛。Ad-Hoc网络的前身是分组无线网。早在1972年,美国DARPA就启动了分组无线网项目,研究在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。1983年,DARPA启动了可存活自适应网络项目SURAN,研究如何将PRNET的研究成果加以扩展,以支持更大规模的网络。1994年,DARPA又启动了全球移动信息系统GloMo项目,旨在对能够满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。成立于1991年5月的IEEE802.11标准委员会采用了“Ad-Hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络,Ad-Hoc网络就此诞生。纵观国际环境,美国,欧洲、英国和日本本等国家渐渐加快了在无线传感器网络方面的研究并取得了不错的成绩。无线传感器网络技术在国外研究工作者的努力下已经在军民两用领域发挥了巨大的功用。
我国在无线自组织网络方面的研究不逊于欧美等发达国家,中科院首先刊登了相关文章并提及了当时对无线传感器网络的研究状况,从此掀起了国内无线传感器网络研究的热潮。我国已经将无线传感器网络技术作为一个新兴关键技术点来发展,并且不断地将其运用于国家和军队项目,为该技术的发展提供关键的数据研究基础。
Ad-Hoc网络通信一般采用开放的无线信道,很容易受到别人的监听、窃取或篡改。Ad-Hoc网络节点一般都采用电池供电,容易受到剥夺睡眠的攻击,一直到消耗掉电能为止。目前的研究主要包括路由层安全方面的研究如采用安全路由机制、认证服务机制、秘钥管理机制或采用入侵检测机制等。
Ad-Hoc需要一种无线通信技术的支持。Ad-Hoc网络既可以是基于IP进行传输的,也可以是基于物理层协议进行传输的。为简单起见,一般使用前者的结构。Android设备一般搭载多种无线网络硬件设备,支持各种场合下的通信需求。Android是开放手机联盟为便携式设备开发的一个新的移动操作系统。这是一个开放源代码并且免费的操作系统,在最近几年间得到了迅猛的发展和广泛的推广。当使用这种操作系统的设备时,往往有必要与其它一个或多个设备进行连接进而进行数据交换,因此设备厂家或科研人员可以根据市场的状况来对它实施有针对性的再次开发。Android系统中有Wi-Fi功能模块,如果工作在Ad-hoc模式下,若干个Android设备就可以组建Ad-hoc网络。
当前Android设备之间的通信连接依赖于现有的基站蜂窝网络,这种模式使得人们无法在没有网络或网络费用高昂的环境中进行数据交换。在这种情况下,创建一个本地的无中心节点的分散式网络将会是一个合适的选择。分散式网络也称作“点对点”网络或Ad-Hoc网络。遗憾的是,Android设备从最初设计开始就只能通过一台中央计算机或路由器进行连接和数据交换,Android提供的API并没有对Ad-Hoc提供支持。但是从内核层次上来看,Android是基于Linux内核进行二次开发而成的,其使用的无线局域网功能都是IEEE 802.11协议系列,因此,从理论上来说,Android系统是有能力支持Ad-Hoc网络模式的。
Ad-Hoc网络提供了无需中央节点即可实现节点之间数据收发的功能。现在己经有许多应用Ad-Hoc技术的场景:各种军事行动、搜索的救援行动、科学数据采集、文件共享、文本通信和娱乐,如多人游戏。网络中的所有无线设备都应当与其它设备进行通信,但是由于天线功率等硬件限制,当设备之间的物理距离过大时,它们将无法进行数据交换。因此无线Ad-Hoc网络需要一种机制通过未知的中间设备来搜索和建立连接,这种机制称之为路由协议。路由协议的主要任务是通过中间的设备将数据发送到目的地,即多跳通信。
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