認知Ad hoc網(wǎng)絡與傳統(tǒng)Ad hoc網(wǎng)絡的研究

喬瑞娟 張雅男 劉廷廷 李珊珊

摘 要：本文介紹了傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡的基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，分析了傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡發(fā)展趨勢及面臨的技術(shù)問題。在傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡中結(jié)合認知無線電技術(shù)，構(gòu)建具有認知功能的無線自組網(wǎng)，并分析了發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：Ad hoc網(wǎng)絡；無線自組網(wǎng)絡；認知技術(shù)

1 引言

無線Ad hoc網(wǎng)絡是一種自組織、自適應、不需要基礎(chǔ)設施的網(wǎng)絡。自20世紀90年代中后期以來，無線Ad hoc網(wǎng)絡的標準化有了很大的發(fā)展，但是作為移動的無線網(wǎng)絡Ad hoc網(wǎng)絡有很大的缺點，比如信道干擾嚴重，信號不穩(wěn)定，設計非常復雜，因此面臨很多挑戰(zhàn)。

2 Ad hoc網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

Ad hoc網(wǎng)絡一般可以分為兩種結(jié)構(gòu)：平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。在平面結(jié)構(gòu)中，所有結(jié)點地位平等又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)。而在分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡被劃分為簇，每個簇由一個簇頭或多個簇頭組成，這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡。同樣在高一級網(wǎng)絡中，又可以分簇，再次形成更高一級的網(wǎng)絡，直至最高級網(wǎng)絡。

平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較簡單，網(wǎng)絡中所有結(jié)點是完全對等的，原則上不存在瓶頸，較健壯。但是它存在缺點即可擴充性較差，并且對路由的路徑必須非常清楚，因此維護這些路由信息必然需要大量的控制消息。然而在分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中沒有必要維護這些復雜的路由信息。這就大大減少了網(wǎng)絡中路由控制信息的數(shù)量，因此具有很好的擴充性。

3 Ad hoc網(wǎng)絡中的關(guān)鍵技術(shù)

一般無線網(wǎng)絡系統(tǒng)是干擾受限的系統(tǒng)，需要進行功率控制或速率控制。由于無線Adhoc網(wǎng)絡中可能存在多跳，在一個多跳、承載數(shù)據(jù)業(yè)務的網(wǎng)絡中進行功率控制很困難，因此需要一種自適應的功率控制與速率控制相結(jié)合的方法，可以在一定程度上使網(wǎng)絡的工作狀態(tài)處在最佳。

無線Ad hoc網(wǎng)絡中一般不存控制中心，接入控制的工作通過分布式完成，經(jīng)常存在隱蔽終端和暴露終端問題。有的許多媒體接入控制協(xié)議在傳輸高速數(shù)據(jù)時，設計了一些時間片迸行控制或保護，這些控制對傳送高速數(shù)據(jù)來說可能造成一定的浪費。能否設計一種更為合理的，適用于無線Ad hoc網(wǎng)絡的媒體接入?yún)f(xié)議將直接影響到整個無線Ad hoc網(wǎng)絡的性能。

4 認知Ad hoc網(wǎng)絡

Ad hoc網(wǎng)絡使用無線技術(shù)作為底層通信手段，與有線信道相比，帶寬窄，信道質(zhì)量差，對協(xié)議的設計提出新的要求。因此認知Ad hoc網(wǎng)絡技術(shù)成為重要的技術(shù)之一。

認知網(wǎng)絡不是簡單的停留在認知無線電層次，而是上升到整個網(wǎng)絡的層次，即實現(xiàn)端到端的目標。端到端的目標立足于全網(wǎng)，要求數(shù)據(jù)流所經(jīng)過的所有網(wǎng)絡元素都采取相應的措施來保證數(shù)據(jù)流的可靠傳輸。認知網(wǎng)絡的認知過程是它的最大的特征，其具有自調(diào)節(jié)和自適應能力，能對“感知—規(guī)劃—決策—行動”整個動態(tài)自適應過程進行學習，并將學習到的知識用于指導未來的決策。如圖1所示的認知反饋環(huán)很好地說明了認知網(wǎng)絡是如何通過學習來指導網(wǎng)絡的決策和行動的。

由于認知Ad hoc網(wǎng)絡采用了認知無線電技術(shù)，使得認知Ad hoc網(wǎng)絡與傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡存在著很多區(qū)別：①在頻譜方面，認知Ad hoc網(wǎng)絡中的授權(quán)用戶的“出現(xiàn)”和“消失”不斷變化，自然環(huán)境和認為的干擾，使得節(jié)點的可用頻譜集隨時間和空間不斷變化，而傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡各個節(jié)點的可用頻譜集相同且是固定不變的；②在設備方面，認知Ad hoc網(wǎng)絡中認知節(jié)點具備認知功能，能夠?qū)崟r的進行頻譜和授權(quán)用戶的檢測，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡則沒有；③在網(wǎng)絡拓撲方面，認知Ad hoc網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化主要是由節(jié)點的可用頻譜集的變化和節(jié)點的移動性造成的，且節(jié)點間存在更復雜的合作和競爭關(guān)系，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡中網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化僅僅是由節(jié)點的移動性引起的。

5 結(jié)束語

由此可見，認知Ad hoc網(wǎng)絡具有很多的優(yōu)良特性，因此有非常廣泛的應用前景。認知網(wǎng)絡的研究目前正處于初級階段，它的設計和實現(xiàn)遠比常規(guī)的網(wǎng)絡復雜的多。

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