（通信与信息系统专业论文）多跳移动无线网络的自适应控制协议.pdf

在异步情况下灵活的预约信道，实现无冲突的通信过程;它有四种形式，主要区 别在于如何利用 r t s / c t s对话形式灵活地预约各业务信道;a a c a - s d t / m d t / r d t协议在信道使用方面要比a a c a - c t协议节省，它们使用任意确 定数目的信道，在总带宽相同的情况下表现出比单信道r t s / c t s 协议更好的网络 性 。 。 ， 前 提 是 信 道 的 数 目 不 。 。 太 大 。 今 8 .基于载波监测的网络模型提出了具有 q o s 保 证 的 q m a 协 议 。 淤 有 两 种 形 式，即d d q m a协议和 d a q m a协议。 在这两 种协议中， 实时 业务 优先于 数 据业务接入使用信道，另一方面，对于多个实时业务，按照优先级和e d f 准则优 先安排等待时间较长、最早失效的实时业务，从而从根本上保证了多媒体业务的 q o s 要 求。 、 提出了 基于分群网络结构而支持多媒体业务的路由 协议 和应用u p m a的m a c层协议为q o s路由 协议提供了可靠而 网络结构 础;基于 c g s r协议的改进路由协议能够大大降低路由的交换开销，并且提高了信道的使 用效率和路由的 传输效率; 所提出的q o s路由 协议只增加了 很小的q o s监测信 息的交换和存贮开销，就能 够做到快速、 可靠的q o s 连接建立和路径重选， 局部 q o s 路 由 重 建 的 方 法 可 以 提 高 重 建 速 度 而 不 影 响 现 有 q o s 连 接 的 业 务 传 输 。下 。 提 出 了 基 于 资 源 预 约 的 q o s 路 由 协 议 。 怪 于 典 型 的 分 布 式 路 由 协 % c , 提 出了 利用r t s / c t s对话形式来预约信道资源的q o s路由 协议，它保证了 实时业 务 的 q o s 要 求 ， 并 且 能 在 必 要 时 进 行 快 速 有 效 的 q o s 路 由 重 建 。少 关键词:分布式无线网络 多跳网络结构 分群网络协议多址接入协议 q o s 路由协议 移动性支持多媒体业务 ab s t r a c t r e c e n t l y , w i r e l e s s a d h o c n e t w o r k b e c o m e s t h e h o t s p o t o f p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n s a n d i n t e rne t d u e t o i t s fl e x i b l e a n d c o n v e n i e n t m o b i l i t y s u p p o rt a n d c o n t i n u o u s s e a m l e s s m u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n . i n t h i s p a p e r , n e t w o r k c l u s t e ri n g p r o t o c o l s , m u l t i p l e a c c e s s p r o t o c o l s a n d q u a l i t y - o f - s e r v i c e ( q o s ) r o u t i n g p r o t o c o l s f o r w ir e l e s s a d h o c n e t w o r k a r e p r e s e n t e d . 1 . t w o c l u s t e r i n g a l g o r it h m s f o r n e t w o r k d e p l o y m e n t a n d a c l u s t e r i n g m a in t e n a n c e p r o t o c o l f o r n o d e m o b i l it y s u p p o rt a r e p r o p o s e d . t h e m a x i m u m l in k - n u m b e r c l u s t e r i n g ( m l c ) a l g o r i t h m c a n a c q u i r e o p t i m a l c l u s t e ri n g a r c h i t e c t u r e a n d t h e m o b i l e c l u s t e r i n g a l g o r i t h m ( mc a ) c a n d e p l o y n e t w o r k r a p i d l y w i t h l e s s c o n t r o l o v e r h e a d . t h e m o b i l e c l u s t e r in g m a i n t e n a n c e ( mc m) s t r a t e g y c a n u s e l e s s c o n t r o l o v e r h e a d t h a n t h o s e p r o p o s e d s o f a r t o a d a p t t o t o p o l o g i c a l c h a n g e s a n d m a in t a in t h e s t a b i l i t y a n d r o b u s t n e s s o f t h e n e t wo r k a r c h i t e c t u r e . 2 . i n t e l l i g e n t g a t e w a y c o n t r o l ( i g c ) p r o t o c o l a n d a m e t h o d o f c l u s t e r s i z e o p t i m i z a t i o n a r e p r e s e n t e d . i g c p r o t o c o l p r e v e n t s g a t e w a y s b e c o m i n g b o tt l e n e c k s b e t w e e n t w o c l u s t e r s w i t h d i ff e r e n t c h a n n e l s . b y t h e a p p l i c a t i o n o f d o u b l e g a t e w a y s , t h e n e t w o r k p e r f o r m a n c e w i t h a g a t e w a y h a v i n g t w o r e c e i v e r s c a n b e a c h i e v e d . o v e r l a p p in g c l u s t e r s c h e m e i s a d o p t e d t o r e a l i z e c l u s t e r s i z e o p t i m i z a t i o n s i m p l y a n d e ff e c t i v e l y . i t p a r t i t i o n s t h e a r e a w i t h h i g h n o d e d e n s i t y i n t o s e v e r a l c l u s t e r s w i t h a s m a l l n u m b e r o f n o d e s s o t h a t t h e m a x i m u m t h r o u g h p u t o f e v e r y n o d e c a n b e i n c r e a s e d . 3 . t h e c o m b i n a t i o n o f p a r a l l e l r e c e p t i o n a n d m u l t i - c h a n n e l s c h e m e a v o i d s p a c k e t c o l l i s i o n s c a u s e d b y t h e u s e o f c s ma p r o t o c o l i n m u l t i h o p e n v i r o n m e n t s o t h a t b e tt e r e n d - t o - e n d t h r u p u t a n d l o w e r d e l a y c a n b e a c q u ir e d b y s i m p l e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l . 4 . p e r f o r m a n c e o f i e e e 8 0 2 . 1 1 m e d i u m a c c e s s c o n t r o l ( ma c ) p r o t o c o l in c l u s t e ri n g n e t w o r k i s a n a l y z e d . t h e a n a l y s i s m e t h o d i s a l s o a p p l i c a b l e t o d i s t r i b u t e d n e t w o r k s w i t h a n y t y p e s o f t o p o l o g y . 5 . t h e e ff e c t o f m o b i l e a d a p t i v e a n t e n n a t e c h n o l o g y o n ma c p r o t o c o l i s i n v e s t i g a t e d a n d a n a d a p t i v e d i r e c t i o n a l a l o h a ( a d - a l o h a ) p r o t o c o l i n w h i c h m o b i l e s t a t i o n s e m p l o y a d a p t iv e a n t e n n a s i s p r e s e n t e d . a n a l y s i s a n d s i m u l a t i o n r e s u l t s in d i c a t e t h a t a d - a l o h a p r o t o c o l c a n o ff e r a s i 加f i c a n t p e r f o r m a n c e e n h a n c e m e n t c o m p a r e d w i t h i t s o n m i d i r e c t i o n a l c o u n t e r p a rt s . 6 . b a s e d o n t h e i d e a o f c o n t e n t i o n r e s e r v a t i o n a n d p o l l i n g , u s e r - d e p e n d e n t p e r f e c t - s c h e d u l i n g mu l t i p l e a c c e s s ( u p m a ) p r o t o c o l f o r s u p p o rt i n g q o s o f m u l t i m e d i a t r a f f i c i s d e s c r i b e d . i n t h e p r o t o c o l , o n l y t h e n o d e s h a v e p a c k e t s t o s e n d c o n t e n d t o u s e c h a n n e l a n d t h e n o d e s w i t h o u t t r a f f i c t r a n s m i s s i o n a r e i m m e d i a t e l y d e l e t e d fr o m p o l l i n g l i s t , t h u s i m p r o v e s c h a n n e l u t i l i z a t i o n . mo r e o v e r , d u r i n g t h e p e r i o d o f b o t h c h a n n e l a c c e s s a n d p o l l i n g t r a n s m i s s i o n , i t p r o v i d e s q o s g u a r a n t e e s f o r r e a l- t i m e t r a f f i c s u p p o rt a n d s c h e d u l e s r e a l - t i m e t r a f f i c b y m e a n s o f e a r l i e s t - d e a d l i n e - f i r s t ( e d f ) s c h e m e . f i n a l l y , t a k i n g a w i r e l e s s n e t w o r k w i t h s t a r t o p o l o g y a s a n e x a m p l e , t h e n e t w o r k p e r f o r m a n c e o f i n t e rne t d a t a t r a f f i c i s s i mu l a t e d . 7 . a fl e x i b l e a n d e ff e c t i v e a d a p t i v e a c q u i s i t i o n c o l l i s i o n a v o i d a n c e ( a a c a ) m u l t i p l e a c c e s s p r o t o c o l i s p r o p o s e d a n d i t s t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e i s a n a ly z e d . i t i n t e g r a t e s t h e i d e a o f m u l t i - c h a n n e l a n d r a n d o m r e s e r v a t i o n w i t h p i g g y b a c k t o e ff e c t i v e l y s o l v e h i d d e n t e r m i n a l , e x p o s e d t e r m i n a l a n d i n t r u d i n g t e r m i n a l p r o b l e m . i n t h e p r o t o c o l , e v e ry n o d e a d a p t i v e l y r e s e r v e s a n i d l e t r a ff i c c h a n n e l b y r t s / c t s d i a l o g u e o n a c o m m o n c h a n n e l . a ft e r s u c c e s s f u l r e s e r v a t i o n , t h e c o m m u n i c a t i o n p r o c e s s b e t w e e n r e l a t e d n o d e s i s n o t d i s t u r b e d o r i n t e r r u p t e d b y o t h e r n o d e s . a a c a - s d t / m d t / r d t p r o t o c o l c a n u s e a n y n u m b e r - d e t e r m i n e d c h a n n e l s a n d i n t h e c a s e o f s a m e t o t a l b a n d w i d t h , t h e i r n e t w o r k p e r f o r m a n c e i s b e t t e r t h a n t h a t o f s i n g l e c h a n n e l r t s / c t s p r o t o c o l i f t h e n u m b e r o f m u l t i p l e c h a n n e l s i s n o t t o o l a r g e . 8 . q o s - b a s e d m u l t i p l e a c c e s s ( q ma ) p r o t o c o l b a s e d o n c a r r i e r s e n s e n e t w o r k m o d e l i s p r e s e n t e d . i t h a s t w o c a t e g o r i e s , i .e . , d i s t i n c t i o n - d e f a u l t q m a ( d d q m a ) p r o t o c o l a n d d i s t i n c t i o n - a n n o u n c e m e n t q m a ( d a q m a ) p r o t o c o l . i n t h e s e t w o p r o t o c o l s , t h e n o d e w it h r e a l - t i m e t r a f f i c h a s p r i o r it y o v e r t h e n o d e w i t h d a t a t r a f f i c t o a c c e s s c h a n n e l . me a n w h i l e , r e a l - t im e t r a f f i c i s s c h e d u l e d a c c o r d in g t o p r i o r i t y a n d e d f s c h e m e . t h u s , t h e y m e e t t h e q o s r e q u i r e m e n t s o f m u l t i m e d i a s e r v i c e s in e s s e n c e . 9 . a r o u t i n g p r o t o c o l b a s e d o n c l u s t e r i n g a r c h i t e c t u r e f o r m u l t i m e d i a s u p p o r t i s i n v e s t i g a t e d . c l u s t e r i n g a r c h i t e c t u r e a n d u p ma p r o t o c o l p r o v i d e a r e l i a b l e a n d e f f e c t i v e b a s e f o r q o s r o u t i n g p r o t o c o l . t h e m o d i f i e d r o u t i n g p r o t o c o l b as e d o n c g s r p r o t o c o l c a n d e c r e a s e r o u t e o v e r h e a d a n d i n c r e as e c h a n n e l u t i l i z a t i o n g r e a t l y . t h e p r o p o s e d q o s r o u t i n g p r o t o c o l c a n e s t a b l i s h a n d r e r o u t e q o s c o n n e c t i o n r a p i d l y . 1 0 . q o s r o u t i n g p r o t o c o l u s i n g r t s / c t s d i a l o g u e t o r e s e r v e c h a n n e l i s p r e s e n t e d . i t m e e t s t h e q o s d e m a n d o f r e a l - t i m e t r a f fi c a n d w h e n n e c e s s a ry , r e r o u t e s q o s c o n n e c t i o n r a p i d l y a n d e ff e c t i v e l y . k e y w o r d s : wi r e l e s s a d h o c n e t w o r k s n e t w o r k c l u s t e r i n g p r o t o c o l s mu l t i p l e a c c e s s p r o t o c o l s q o s r o u t i n g p r o t o c o l s mu i t i h o p n e t w o r k a r c h i t e c t u r e mo b i l i t y s u p p o r t mu l t i m e d i a s e rvi c e s 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。 尽我所知，除了文中加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果:也不包含为获得西安电子科技大学 或 其 它 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 。 与 我 一 同 工 作的 同 志 对 本 研 究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本 人 签 名 : 到v u日 期 2 0 o i 拜明 川因 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即:学 校有权保留 送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文:学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的 论文在解密后遵守此规定) 本 人 签 名 : 刻凯 导师签名: 4 - t t 日 期、。 碑5 ; -2 -i 日 日 期 枷 : 寻 犷 肛! “ 第一章绪论 第一章绪论 本章主要介绍了多跳移动无线通信网络的技术概况、发展以及关健问题，同 时阐述了网络结构、多址接入协议和路由协议在多跳移动无线通信网络中的地位 和意义，最后， 概述了 作者在攻读博士学位期间的研究工作. 1 . 1 研究的背景和意义 近代以 来随着生产力的飞速发展，全球的旅行、交往和贸易来往己经遍布到 世界各个角落，并且这种速度随着科学技术的进步和应用而越来越快。为了缩短 距离上的限制、完成人与人之间交往的最主要部分相互沟通，远距离通信开 始出现了，并且这种通信发展的势头一直主导着世界经济的发展。自 从通信发展 以来，历史经历了天翻地覆的变化，在这些转变之中，数字化传输以它明显的优 点而成为通信的热点，并且数字化过程也促使了数据业务逐渐取代了传统的模拟 话音而占 据了主导地位，比 如说目 前的c d p d 1 和 g p r s 12 就是利用传统传输话音 业务的模拟和数字蜂窝系统来传输数据分组业务。另外，通信发展的另一大趋势 是:综合各种可能的网络技术来实现任何人在任何时间、任何地点与任何人进行 任何种类的信息交换，即实现个人通信13 1 ，为达到这一目 标，通信网络已经从固 定、有线的方式跨越到移动、无线的范畴了。 近些年来，无线通信网络的发展非常迅速，这主要是由于个人业务的需求无 论是在支持范围上还是种类、质量要求上都大大增加的缘故，而连接世界各地、 可共享现有信息资源的因特网 ( i n t e rn e t )的崛起更是极大地刺激了无线通信的发 展。无线通信网络由于能快速、灵活、方便地支持用户的移动性而使它成为个人 通信和 i n t e rn e t 发展的方向，目 前几乎所有的通信系统都与无线通信方式有关， 比如蜂窝系统3 1 、 无绳系统(3 ) 、 卫星通信系统3 1 、 无线局域网 / 广域网( wl a n / w a n ) (4 -6 l 、无线用户环路【， 、寻呼系统3 1 、移动 i p 18 1 、无线 a t m ( 异步转移模式)19 川 、 分组无线网( p r n e t ) h 2 -2 a 1 、 移动分布式网络 ( m a n e t , m o b i l e a d h o c n e t w o r k s ) 2 5 1等等。而对无线和移动的相关研究成为这些通信系统中的最主要的部分。 不过，传统意义上对无线通信网络的研究仅限于一跳无线网络，比如蜂窝系 统和无绳系统，它们都属于有基础设施的移动无线网络。在这些系统中，移动用 户 ( 或节点) 在有限的区域里 ( 即小区) 移动， 借助于固定的具有多部收发信机、 可全双工方式工作的基站和可以大容量传输的有线骨干网络系统而与其他用户通 西 安 电 子 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 : 多 跳 移 动 无 线 网 些 m自 适 应 l1:2 鲤 u 信;当移动用户移出一个基站的覆盖范围而进入到另一个基站的覆盖范围内时由 基站实现越区切换，这样移动用户就可以在整个通信网络中连续、无缝地通信。 此外，还需要针对由节点实现多跳无线传输和节点任意移动的网络环境进行进一 步的研究，这属于无基础设施的移动无线网络。无基础设施网络没有固定的路由 器，所有节点都能够移动并以任意拓扑方式动态相互连接，节点还能发现、保持 到网络其他节点的路由。 在无基础设施网络方面的研究始于二十世纪 7 0年代初的 p r n e t 112 - 14 1 ，当时 主要是为了军事发展和战场环境的需要。 此后， 军事移动通信就有了长足的进展， 出 现了 战场信息分发( b i d ) 系统1 5 1 、 联合战术信息分发系统( j t i d s ) 1 6 , d a r p a 系统11 7 1 、美国海军特遣舰队的h f - i t f系统1 8 1和战斗网无线电 ( c n r ) 19 1 、美国 陆军通信电子司令部空间和地面通信处的抗毁自 适应系统 ( s a s ) 2 6 1 、增强定位 报告系统 ( e p l r s ) , a r p a 的无线自 适应移动信息系统 ( w a mi s , wi r e l e s s a d a p t iv e m o b il e i n f o r m a t i o n s y s t e m s ) (2 8 -3 11 、 美国 海军 研究实 验 室 ( n r l ) 的 综 合 数 据 / 话 音 高 级技 术实 证( a t d , a d v a n c e d t e c h n o lo g y d e m o n s t r a t i o n ) 13 2 13 3 、 基 于 m i l - s t d - 1 8 8 - 2 2 0 b 3 4 1标准设计的s i n c g a r s ( s i n g l e c h a n n e l g r o u n d a n d a i r b o m e r a d i o s y s t e m ) s i p ( s y s t e m i m p r o v e m e n t p r o g r a m ) 网 络 (3 5 1 。 为t 尽力满足2 1 世 纪日 益增长的及时传输多媒体信息的要求， 美国国防高级研究计划局 ( d a r p a ) 于 1 9 9 4年又提出了全球移动信息系统 ( g 1 o mo , g l o b a l mo b i l e i n f o r m a t i o n s y s t e m s ) 计划12 3 1 ，其主要目 标就是开发和研究在全球移动、无线环境下可靠、 顽 健的端到端信息系统所需的技术，以及开发把商用设备集成进灵活、可靠、多跳 的宽带多媒体系统所需的技术，推动和综合 d a r p a以前实施的几个相关计划。 九十年代以前的研究主要着眼于分组无线网，多址接入技术主要为 t d m a 2 1 1 , c d m a , c s m a 1 7 13 4 或它们的混合应用1 8 112 8 12 9 1 ， 采用自 组织技术1 7 1 8 3 6 -0 0 1来提高网 络 的 抗 毁 性 和 适 应 各 节 点 的 移 动， 频 段 使 用h f 18 , v h f 3 5 和u h f 117 2 7 1 。 九 十 年 代后的研究开始注重支持大容量、多媒体业务的信息传输，与前期研究相比，分 组 ( 或信元)传输不仅采用数据报方式，而且应用了虚电路 ( v c )等方式来保证 话 音等 实时 业务的 服务 质量( q o s ) 2 8 12 9 3 3 1 ， 还出 现了 众多新的 信道接入方式3 0 13 11 , 频段延伸到微波、毫米波上，从而可以支持数十兆乃至上百兆赫兹的无线传输带 宽，并且更注意路由算法、拓扑更新方式、链路建立协调方法、自 组织能力和网 络层以上应用多种协议的研究2 3 12 8 14 1-0 4 1 进入9 0 年 代后， 更多的民 用研究 也已 经 开展， 这就是m a n e t 2 5 1 和w l a n 4 - 6 1 . m a n e t就是独立于任何静态的基础设施、可即时建立、由大量移动节点组成 的分布式多跳自 组织无线网络，它主要应用在抢险、抗灾、救援、探险、军事行 动、 应急任务和临时重大活动 ( 诸如同学聚会、 建筑工地、体育赛事、节日 活动、 野营) 等需要快速建立、 移动灵活的通信系统的场合中。 wl a n也有同 样的含义， 第一章绪论 目 前对 wl a n的研究多在单跳方面， 类似于蜂窝系统。但是，对无线多跳以 及 移动性的扩展要求依然是必需的，这就是无线终端可以借助于其他无线终端的多 跳存贮转发到达基本服务设备 ( b s s )或接入点 ( a p ) ，如何有效利用无线终端 的简单设备完成较为复杂的 通信协议同样成为此类无线局域网络的难点。 在本文中， 我们把 p r n e t , m a n e t和 wl a n这三种网络形式统称为分布 式无线网络。分布式无线网络无论是在民用还是在军事上都有着显著的意义，而 为了完成连续和无缝的通信要求，分布式无线网络将会起着至关重要的作用，因 为仅仅基于现有的任何系统并不能支持更为广泛的、完全意义上的连续、无缝通 信。 在这一方面， 分布式无线网络将是未来通信中 最关键而又最现实的延伸，它 可以灵活的扩展到任意的地域。 1 . 2 分布式无线网络的发展历程 分布式无线网络首先出现于军事通信上。最早的分布式无线网络是美国夏威 夷大学于 1 9 7 1 年研究成功的a l o h a系统( 1 2 ( , 1 9 7 3年，美国国防部高级研究计 划局 ( d a r p a )开始把 a l o h a技术移植到军用战术环境的研究工作，开发了 d a r p a p r n e t 。它是全分布式控制的网络，采用直接序列扩频的通信方式， 工作在v h f / u h f 波段，数据速率为4 0 0 k b i t/ s 和 1 0 0 k b i t / s ，网络信息存贮在邻 节点表、层表和设备表中。 美国陆军战场信息分发 ( b i d )系统 15 ( 采用分层分布式控制，采用自 适应最 小时延算法、自 适应时隙分配和竞争相结合的多址方式，通过网络的初始化和周 期性重组来适应网络的变化。 美国海军研究实验室 ( n r l )于7 0 年代末研制并完成的短波自 组织网络h f - i t f系统( 18 ，是采用跳频方式组网的低速分组无线网。h f - i t f根据海军特遣舰队 的实际要求而设计研制的，工作在短波频段 ( 3 -3 0 m h z ) ，传播模式为地波，采 用分层分布式控制结构， 使用自 适应t d m a / c d m a和随机接入信道方式。最大 可支持节点 1 0 0 个，用以 把 5 0 0公里范围内的舰只、飞机、潜艇联成一体。1 9 9 3 年， n r l主持一项为期4年名为综合数据 / 话音a t d 3 z 3 3 的 研究计划， 研究了 在 诸如h f 和u h f s a t c o m的多 跳、低速战术通信网 络中 进行数据 / 话音综合业务 传输的问题。该协议在网络层支持数据报和虚电路 ( v c )业务，并应用 t c p / i p 协议和资源预约协议 ( r s v p )传输综合的 i n t e rn e t 业务 ( 例如，交互式会话、电 话会议、白板、e - m a i l 、文件和图象传输及 we b浏览应用) ，解决了在低速分组 无线网中实现数据/ 话音综合业务的传输问题。 此外，还有美军的 j t i d s t , e p l r s tv i ，以及英国的 c n r系统(t14等，都具 西安电子科技大学博士学位论文:多跳移动无线网络的自 适应控制协议 有一定的自 组织功能，但各自的技术要求和运行环境不同，所用的自 组织功能、 网络结构、传输频段、多址接入方式等也就不同。 1 9 9 4年，美国 d a r p a启动了全球移动信息系统 ( g l o mo )工程，它综合了 d a r p a 以前的几项相关计划，研究范围几乎覆盖了无线通信的所有相关领域2 3 ) . 1 . 设计的基础设施，包括支持无线系统 ( 从集成电路到网络应用) 仿真和综合的 设计环境( 包括工具和语言) 、 宽带无线收发信机的高性能计算机辅助设计( c a d ) 技术、 低功率设计技术;2 . 无绳节点， 包括软/ 硬件的体系结构、模块化的组装、 集成的高速率的工作模式:3 . 无线网络，包括移动组网算法和协议、自 组织 ( s e lf - o r g a n iz i n g ) 和自 恢复( s e lf - h e a li n g ) 技术、 顽 健的 算法 和 快速 布设 技术; 4 . 端到端组网技术，包括扩展 i n t e rn e t 业务以支持移动性，在无线覆盖区内连续 移动，移动网 络和 a t m 骨千网集成的技术;5 . 移动应用支持，包括与带宽相关 的自 适应计算技术.对位置透明的重定位计算和数据接入技术，在移动环境下的 分布式计算技术。其中，w a m i s 2 8 -3 1 是一种在多跳、移动环境下支持多媒体业务 的分布式无线网络。它属于基于分群的分层无线网络，节点可以自 适应组网、分 群，组成一个两层结构的分层分布式网络，分群内采用全分布式控制;群内节点 使用 t d ma方式接入网络，不同群的节点使用 c d ma技术加以区分;不相邻群 使用的扩展码可以复用，这样整个系统只需要 9个正交码就可以实现 c d m a - t d m a组网方式;网络层提供了数据报和虚电路两种服务来支持多业务传输，实 时业务 ( 话音/ 视频)利用 c s ma竞争 v c时隙，可以满足多媒体业务对时延和 带宽的要求，空闲时隙供数据报交换方式使用，主要传输对时延要求不苛刻的数 据。 g l o m o 系统下的另外一个研究计划wi n g s ， 是为了 解决无线i n t e rn e t 网关 之间的分布式组网问题，也是一种全分布式控制的多跳高速分布式无线网络。 1 9 9 8年，美国国防部提出 m i l - s t d - 1 8 8 - 2 2 0 b 3 4 标准， 它是基于战斗网无线 电 ( c n r )的 c 4 1系统的互操作性标准，主要目 标是实现数字消息转移设备 ( d m t d )子系统之间以 及与 应用的 c 4 i 系统之间的互连和互操作性，满足军标 要求的 d m t d可以通过普通军用无线电台快速组成一个分布式控制的低速分组 无线网。 目 前美军正在研究的s i n c g a r s s i p i p 网络3 5 就是按照m i l - s t d - 1 8 8 - 2 2 0 的标准设计的分组无线网。 此外，英国、澳大利亚、 挪威和法国等也都积极研究适合军事应用的分组无 线网4 6 。 如英国的战斗网络无线电 ( c n r ) ;澳大利亚国防部 1 9 9 3年研制的短波 战术无线网 ( t p r n ) ，可以支持话音、图象、传真、x .4 0 0报文、联机数据和文 件传输等综合业务传输，并可以和 b - i s d n互连;挪威陆军于 1 9 9 0年研制的 t a d k o m战术通信系统， 采用新型窄带扩频体制; 法国的第四代战术电台( p r 4 g ) 也综合了分组无线电功能。 在民 用领域，典型的系统有加拿大最早研究的业余分组无线网 ( t a p r ) ，图 第一章绪论 书 馆自 动 化 分 组 无 线电 网 络 等 4 2 4 8 1 近年来，出现了采用蜂窝式网络结构的一跳无线网络，比如为了传输话音业 务的蜂窝系统、为了扩展综合业务数字网 ( i s d n )应用而产生的无线 a t m 以 及 为了支持 i n t e r n e t 业务而出现的移动 i p ，它们直接依附于大型而复杂的基站设备 和大容量有线骨干网，所以只能支持它们所覆盖区域内移动节点的通信。而 c d p d ( , g p r s 2 1 等系统利用现有的蜂窝系统，可为用户提供分组话音、数据、 i n t e rn e t 接入等业务。正如前面所说，这些应用不能满足移动用户 ( 或移动终端) 间直接进行通信或经过移动用户间的中转而实现相互间的通信过程，试想一下， 哪一个蜂窝结构的网络提供这样的服务，即让它的一个移动用户不借助于基站系 统的干预下 ( 或基站仅为它提供无偿的同步)直接和他相邻 ( 即在移动终端的通 信范围内)的移动用户免费通话或进行其他通信过程，而不管这两个移动用户是 否是漫游到这个基站区域中;而另一方面，移动用户只想借助好友的移动终端的 中转 ( 假定这样可以 做到)和另外一个移动用户联系。应用这两种简单的情况有 很多场合，比如，若干朋友或一对恋人到异地或野外旅游，在相互看不见、说不 清但又在手机通信范围内或中转范围内的时候就可以不借助于网络服务而直接利 用手机通信;还有，同学的聚会、出游、行动或参加校庆活动、野营等在基站系 统可有可无的时候都只需要利用手机即可直接或间接的通信;而当在野外迷途而 奄奄一息的人，若从他的手机中听到山那边传来一段对话，他是不是有些欣喜若 狂，或者当救援的飞机从头上飞过时而他又无力喊出 “ s o s ”的时候，只要一按 按钮，他的手机就可以为他代劳了。这是一个大胆而超前的设想，事实上，随着 集成电路设计、调制解调技术、软件无线电技术、低功耗且能量可循环再生的移 动终端、多种协议和通信网络的综合、无线通信业务的扩展等的飞速发展，这种 简单的设想会在不久的将来得以实现。目 前，为了支持类似这种局部区域内移动 用户的多跳宽带无线接入，无线局域网应运而生了，i e e e 8 0 2 . 1 1 标准的提出进一 步推动了无线局域网的发展，具有广阔的发展前景4 -6 1随着 i n t e rn e t 高 速蓬勃的 发展，为了支持广泛的 i n t e rn e t业务，而又要在苛刻的高度动态条件下建立和维 持有效的通信，快速、安全地传送大量多媒体信息 ( 话音、数据、图像和视频) ， m a n e t 是一种很有前途的 选择， i e t f ( i n t e rn e t e n g i n e e r in g t a s k f o r c e ) 的m a n e t 工作组就是专门研究分布式无线环境下 i n t e r n e t 应用的扩展问题1 1 1 112 5 1 。目前对它 的 研究领域涉及网络结构4 9 -5 8 、多址接入协议【5 9 -9 1 、路由 协议9 2 - 13 3 和传输层更高 层协议( 13 4 - 1 4 1 1 等。它的应用环境与军事通信的要求极为相符， 所以也深受美国军方 的高度重视，是新世纪数字化战场下顽存i n t e rn e t 的军方解决方案2 4 1 1 .3 分布式无线网络中的主要难题和解决思想 西 安 电 子 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 : 多 跳 移 动 无 线网 络 的自 适 应 丝 鲤 i a 1 .3 . 1 主要难题 和拥有基站和有线骨干网的一跳无线网络相比，无线通信网络的关键问题在 于多跳的网络拓扑结构、极为有限的无线信道资源、移动用户的无线电台特性、 移动性考虑和多媒体业务的要求，这使得许多在一跳无线网络非常成熟的协议和 技术不能直接应用，表 1 .