战术通信网Ad Hoc网络讲稿
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无线Ad Hoc网络的发展无线Ad Hoc网络最初应用在军事上,主要是作为提高战术通信抗毁性的临时通信网络。
由于军事行动的突发性和不确定性等特点,部队在战场上不能仅仅依靠预先架设的固定通信网络,还需要多跳网络以实现超视距的战术通信。
1972年,DARPA启动了分组无线电(PRNet, Packet Radio Network)项目[3],研究分组无线网在战场环境中对数据通信应用的支持。
PRNet的网络结构由一个最小限度集中控制的广播无线电网络组成,接入协议结合了Aloha和CSMA信道接入协议,路由协议采用了多跳存储转发的路由策略。
通过采用多跳存储转发路由策略,扩展了无线电单跳覆盖范围,实现了多个用户在较大的地域内相互通信。
DAPRA在1983年启动了抗毁性自适应网络(SURAN, Survivable AdaptiveNetwork)项目,其主要的研究目标是:开发新型的网络算法以支持大规模的多跳网络,开发小型、廉价、低耗的无线电设备来支持复杂的分组无线电协议,具有抗安全攻击的能力。
1987年,该项目研制出低成本分组无线电技术(LPR,Low-cost Packet Radio),该技术是具有数字控制的DS扩频无线电通信,内置基于分组交换的Intel 8086嵌入式微处理器。
另外其他的改进措施包括程序控制基于位的扩展码、自适应前向纠错和扩展信号的相干卷积运算。
1994年,DARPA又启动了全球移动移动信息系统(Glomo, Global Mobile Information Systems)项目。
在分组无线网已有成果的基础上,对能够满足军事应用需要的、可快速铺设的、高抗毁性的移动信息系统进行了深入全面的研究,并一直持续至今。
90年代中期以来,互联网技术和应用的迅速崛起也带动了无线自组织网络的研究。
1997年,美国陆军实施了战术因特网(TI, Tactical Internet)方案,该方案是移动无线多跳分组无线电网络在实际应用中规模最大的一次。
Ad hoc网络定义根据IEEE的定义,Ad hoc网络是一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络,也常被称为移动Ad hoc网络。
它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的、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、自愈的网络。
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网络中的信息流采用分组数据格式,传输采用包交换机制,基于TCP/IP协议簇。
所以说,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。
DCF(Distributed Coordination Function)分布协调功能802.11 MAC支持两种操作模式:单点协调功能(PCF)和分布协调功能(DCF)。
IEEE 802.11DCF是IEEE 802.11标准委员会制定的无线局域网信道接入协议,采用CSMA/CA 机制,其工作原理如下:带有准备传送的新分组数据的移动站(包括AP)首先检测信道是否繁忙,如果信道在DIFS时序间隔(对于802.11网络为50μs)内为空闲状态,那么移动站将开始准备传送分组数据。
否则,移动站继续检测信道。
如果信道在DIFS时序间隔内空闲,那么移动站:a)开始将信道时间分为多个时隙单元;b)生成以时隙为单位的随机退避间隔(random backoff interval) ;c)继续检测信道。
接着,在信道仍保持空闲的每个时隙中,退避间隔值减1。
当间隔值为0时,移动站将开始传送分组数据。
在退避期间,如果在一个时隙中检测到信道繁忙,那么退避间隔将保持不变(冻结),并且只当检测到在DIFS间隔及其下一时隙内信道持续保持空闲,才重新开始减少退避间隔值。
摘要Ad Hoc源于拉丁语,意思是“for this”引申为“for this purpose only”,即“为某种目的设置的,特别的”意思,即Ad hoc网络是一种有特殊用途的网络。
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。
本文首先介绍了Ad hoc网络的特点和应用领域。
然后对Ad hoc网络的体系结构进行了研究,给出了结点和网络的几种组织结构。
最后对Ad hoc网络面临的特殊问题进行了深入分析,并对这些问题的影响及引发的研究方向进行了讨论。
关键词 Ad hoc网络自组织多跳体系结构编辑本段1、引言我们经常提及的移动通信网络一般都是有中心的,要基于预设的网络设施才能运行。
例如,蜂窝移动通信系统要有基站的支持;无线局域网一般也工作在有AP接入点和有线骨干网的模式下。
但对于有些特殊场合来说,有中心的移动网络并不能胜任。
比如,战场上部队快速展开和推进,地震或水灾后的营救等。
这些场合的通信不能依赖于任何预设的网络设施,而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。
Ad hoc网络可以满足这样的要求。
Ad hoc网络的前身是分组无线网(Packet Radio Network)。
对分组无线网的研究源于军事通信的需要,并已经持续了近20年。
早在1972年,美国DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)就启动了分组无线网(PRNET,Packet Radio NETwork)项目,研究分组无线网在战场环境下数据通信中的应用。
项目完成之后,DAPRA又在1993年启动了高残存性自适应网络(SURAN,SURvivable Adaptive Network)项目。
研究如何将prnet的成果加以扩展,以支持更大规模的网络,还要开发能够适应战场快速变化环境下的自适应网络协议。
1994年,DARPA又启动了全球移动信息系统(GloMo,Globle Mobile Information Systems)项目。
36战术移动AdHoe网络中的^IAC协议研究4.2战术移动Adhoc网络仿真模型的建立根据战术移动Adhoc网络的网络结构特点伫¨,战术移动AdlaoeN.络仿真系统[201的主要模型有:网络模型、节点模型、协议进程模型。
4.2.1战术移动Adhoc网络中网络模型的建立战术移动AdhocN络的网络拓tbtn041[”1由于作战指挥需求和战斗编制方面的因素,具有分层分布式特征,具体表现为骨干网和子网两个层次,其中每一层都是平面分布式自治网络。
骨干网节点主要是车载式或机载式电台,节点数目较少、分布区域广,移动行为相对简单;而子网中,节点主要是背负式或手持式战术电台,数目多、分布区域有限,但其移动行为却相对复杂。
下面以实际战场应用为背景,在OPNET中建立网络模型【16】【171,分别考虑不同节点数目(5-50个节点)的情况,这些节点均匀的分布在1000mX1000m的区域内,节点移动速度为0~20m/s的情况下战术移动Adhoe网络的性能,主要研究网络吞吐量和网络时延性能。
10个移动节点的网络模型如下图所示:图4.1战术移动Adhoc网络的网络模型苎璺兰堡垄鳖塑塑坐!塑堑塑堡堡墨丝丝笪塞堑壅图4.4TMANETiP模块进程模型init初始化本模型的参数。
wait将从上层或下层传来的数据包登记在队列中。
cmn—rte—tbl用于提取数据包中的路由信息,根据路由协议确定下一步对数据包的完的。
_rtetableredestributeinittoo成操作。
该功能是通过对ipcmll表的操来作结束对模型和收到的数据包的具体操作,也就是分派各个数据包完成网络层协议的功能。
(3)TMANET该层解决与节点地址相关的一系列操作,包括确定数据包的目的节点等内容。
TMANET45图4.5TMANET_arp模块进程模型玳IT获取相邻节点的IP地址,在registry中注册协议的属性,创建对高层和低层模块的管道,允许它们通过管道取得它们的地址等。
浅议美军Ad hoc网络技术的作战运用特点Ad hoc网络是一种自组网的多跳移动网络,也是一种比较特殊的无线移动通信网络,与普通移动网区别在于:一是网内节点不仅具有普通移动节点功能,而且具有报文转发能力。
二是网络节点通过分层的网络协议和分布式算法相协调,实现网络的自行组织和运行。
在近年来得到迅速发展的美军战术互联网中,Ad hoc网络技术因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强、通信距离远等特点,成为其核心技术。
其作战运用特点主要有以下几个方面。
一、伴随部队同步移动,便于网络快速展开Ad hoc网络技术不需要基础设施,移动中可以实施通信和网络快速展开与组织,适应战术移动环境下作战部队对于战术通信网络快速架构的要求,因此美军充分发挥Ad hoc网络的这点优长,在其部队的各分层网络中普遍运用Ad hoc 技术进行组网。
例如美军在战术互联网中使用近期数字电台(NTDR,Near Term Digital Radio)组网时采用的就是Ad hoc网络技术,并且是其中的双频分级结构。
在这种分级结构的网络中,簇成员的功能比较简单,不需要维护复杂的路由信息。
这大大减少了网络中路由控制信息的数量,因此具有很好的可扩充性。
这样就使得整个网络结构简单扁平化,便于部队在高速机动中和随机展开中的使用。
二、配置于作战前沿,保证网络的稳定性由于Ad hoc网络技术的运用使得网络具有很强的抗毁性,美军注重将其运用于一些危险性较大的作战前沿地区来保证网络的稳定性和可靠性。
例如在美军战术互联网中,空中作战平台之间组成的通信网络称之为空中网络,是战时航空通信系统的重要组成部分,是获取战场态势信息和指挥控制信息的重要手段。
但是这些空中目标也是敌人防空和空中力量重点打击的对象,其工作环境应属于作战的前沿,需要网络具有很强的抗毁性能。
通过采用Ad hoc技术,网络节点的独立性增强,当空中网络的某一个节点被击毁后,整个网络不会发生瘫痪,大大增强了网络的抗毁性能。
我的通信网课程论文题目是无线网络路由协议介绍
我的展示内容包括路由概述传统路由分类Ad hoc网络路由概述无线传感网路由协议概述
路由协议:就是在路由指导IP数据包发送过程中事先约定好的规定和标准。
静态路由的路由表是由网络管理员预先设定好的
动态路由随网络运行情况的变化而变化
根据路由算法,动态路由协议可分为距离向量路由协议和链路状态路由协议。
距离向量路由协议主要有RIP、IGRP;链路状态路由协议基于最短优先路径算法,如OSPF。
根据路由器在自治系统中的位置,可将路由协议分为内部网关协议和域间路由协议。
域间路由协议有两种:外部网关协议(EGP)和边界网关协议(BGP)。
Ad hoc网络是由无线移动节点构成的自组织网络,没有基站、路由器那样的静态网络结构,所有节点都可以随机地、自由地移动,其网络拓扑结构是动态变化的。
又称为多跳网、无基础设施网或自组织网。
现存Ad hoc网络路由协议可以分为2类:表驱动和源发起按需驱动
关于无线传感器网络路由协议的分类方法现在有很多,研究学者依据不同的标准对其进行分类。
目前还没有一个统一的标准,下面对这些分类进行总结一下并列出一些比较经典的路由协议。
当今世界,随着信息技术的飞速发展,引发了军事领域的变革浪潮,不断推动着新的作战理论和新的作战方式的诞生。
信息化战争作为一种崭新的战争形态,己登上历史舞台,未来战争将是数字化信息部队在数字化的战场中的信息技术的角力。
信息化装备是构建信息化部队的基础,没有装备的信息化,信息化战争将只能是空谈。
而信息化装备必须以信息化技术作为支撑,信息化技术的核心是提高通讯质量和信息处理能力,甚至是通过信息化技术系统的对抗达到“兵不血刃”和“不战而屈人之兵”的目的,争取战争主动权,从而赢得信息战的胜利。
Ad Hoc网络作为一种新型的不需要依赖现有的固定通信网络基础设施作为支撑的、没有任何中心实体的自组织无线网络。
因其自身具有组网灵活性强、支持移动性和动中操作、易于快速部署、系统整体抗毁性能力强、系统成本低等特点,因而一出现就成为数字化战场的首选技术。
特点:
1.网络节点的游牧性。
节点在一定区域内自由移动,同时也存在具有同一目的的节点
群统一移动,类似于部队编队在没有无线连接和安全限制下,节点可自由通信。
2.分布式操作。
由于网络节点不能够依靠固定设施或者中心管理,所以移动网络节点
是分布式的。
3.带宽有限、链路容量易变。
由于网络使用的是无线信道,而无线信道具有带宽有限、
比特误码率高、链路质量和链路容量起伏波动等问题。
4.移动性与网络拓扑动态性。
网络节点是自由任意移动,这必然导致网络拓扑动态变
化。
因此网络拓扑可能随机、迅速、不可预测地变化。
5.物理安全有限。
网络由节点自身充当路由器,不存在命名服务器和目录服务器等网
络设施。
因此比固定网络更加容易受到偷听、哄骗、拒绝服务等攻击。
从上面的分析可以看出,这种无中心的自组织网络具有组网灵活性强、支持移动性、便于快速部署和展开、系统整体抗毁能力强的特点,而这些特点是有中心的固定网络所不具备的,因而必将会在许多不便于开设固定网络或者固定网络需要延伸的领域得到越来越广泛的应用,其应用前景非常广阔。
也正是因为如此,对网络的研究和开发已经得到了包括军事界在内的各界人士的广泛关注。
战术无线Ad Hoc网络是采用军用数字化短波、超短波无线电台构成的无线数据通信网络。
从诞生之初,网络就主要用于战术网络。
特点:
1.战斗编成与编组相对固定,各战斗单元之间有较为明确的隶属关系,各作战单位行动目的
较为一致,且战术行动事先也有预案,因此战场环境下,各战斗单元群组移动性特征较为明显,这与民用HocAd网络研究常假设各个节点随机运动是不同的。
2.因作战需要,网络中的节点数量可能很大。
以师一级作战单元为例,在其战斗编成内的通
信节点可能达到数百、甚至上千种,而且这些节点所使用的通信装备类型、性能可能不尽相同,节点的移动性也大,这对各种协议、算法等的设计提出了较高的要求。
3.战术通信链路的带宽比较小,数据传输速率比较低,且战场电滋环境复杂,受敌方干扰严
重,受各种类型电磁攻击的可能性大,对战术网络的生成提出了严峻挑战。
战术网络因以战场环境为背景而具有更大的特殊性,所以在构建战术网络时需要综合考虑的因素更多。
概括起来主要有以下几个方面:
1.功能需求
战术网络的主要任务是为师或师以下作战部队提供通信保障,需要具备的
主要功能有,
①实现指挥控制数据的“无缝”交换。
②提供战场“态势感知”数据的传播。
③满足部队“动中通”的需求。
④可与其它通信系统互联、互通、互操作。
2.战场环境
除会受到复杂、恶劣的地理环境的影响外,战术。
网络还会受到电子侦察、电子攻击、火力打击等安全威胁。
同时,诸军兵种一体、地空一体、空天一体的现代联合作战样式对战术。
对ad hoc网络的构建也提出了更高的要求。
因此战场环境因素也是战术网络构建时必须考虑的问题
①在联合作战的战场背景下,参战的诸军兵种多,通信设备种类多,异质性强,
战术网络必须同时满足不同作战单元的通信需求。
②由于各种高科技武器装备在现代战争中的广泛运用,致使现代战争进程加快,
各作战单元的动态性较强,因此,如何处理作战单元加入和撤出通信网的频率加大和确
保网络的稳定性之间的矛盾也是战术网络需要考虑的问题。
③作战范围大、通信覆盖面广、信息流量多和信息需求的非对称性,要求通信的
实时性好、可靠性强和较强的业务处理能力。
④电磁对抗是现代信息化战争的一个重要特征,如何确保战场信息的可靠传递也
是构建战术网络所面临的一个重难点问题。
3.信息流动方式
能否顺利获取战场信息和能否确保战场信息流动的实时、高效,对能否取得战争胜利起着关键性的作用。
因此,在构建网络时必须考虑信息的流动方式。
高技术条件下的信息化战争信息流程有以下三种哪
一是逐级流动方式,即按指挥关系指挥指令在上下级之间逐级流动。
二是针对战场突发事件的处理,突发信息脱离指挥关系进行传输。
三是所有作战单元需掌握的战场态势信息,以广播方式进行传输。
4.部队编制体制
各单位之间隶属关系的层次性是部队编制的最大特点。
即在编制内,每一个高一级
单位包含一定数量的低级单位,并且不存在有某一个低级单位同时隶属于两个或两个以
上高级单位的情况,也就是在附属关系上具有单一性的特点,一级对一级实施指挥,一
级对一级负责。
因此所构建的战术网络体系结构应与编制体制相一致。
谢谢。