MANET的关键技术及其在军事通信中的应用_物联网应用中的三项关键技术

摘　要：MANET因具有自组性、机动性及抗毁性而受到人们的高度关注。在阐述MANET的起源与发展及其工作原理的基础上，较全面详细地分析了MANET的关键技术；介绍了MANET在法军、美军通信中的应用。
关键词：MANET　关键技术　军事通信
中图分类号：TN911文献标识码：A　文章编号：1007-3973（2012）007-089-03
1 引言
MANET（Mobile Ad-hoc Network，MANET）起源于1971年美国夏威夷大学设计实现的第一个分组无线网络——ALOHA系统，在军事通信中具有广阔的应用前景。美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）在1972年、1993年和1994年分别启动于分组无线网（PRNET,Packet Radio NETwork）、高残存性自适应网络SURAN和全球移动信息系统GloMo三个项目，取得丰硕的理论和应用成果，并一直持续深入研究PRNET技术。1991年成立的IEEE80211标准委员会使用术语“Ad Hoc网络”来描述这种特殊的自组织对等式多跳无线移动通信网络。1997年成立IETF MANET工作组，致力于MANET协议的标准化，加速推动了商用MANET的研发。
以局域网技术、数据分组交换技术为基础，MANET由一组带有无线收发装置的移动分组无线单元(Packet Radio Unit，PRU)组成，是一种多跳临时性移动通信网络。PRU由无线电台、天线和数字控制器组成。在MANET网络中传送的信息以分组为基本单元，每个分组包括包头和正文两部分。包头通常包括该分组在分组无线网中的源地址、目的地址和相关路由信息；正文部分则是需要传送的消息，正文部分可包含IP数据或其他数据。MANET不设中心站、采用分布式网络结构，每个节点均可作为源节点、目的节点或中继节点，且利用分组包头中的控制信息分包为每个分组选择传输合适的路由。
和依赖于固定基础设施的通信网络相比，MANET具有自身的特点和优点，近年来受到人们的广泛关注。
2 MANET的关键技术
不依赖于固定的基础设施、节点可能随时进入/离开网络、整个网络采用分布式结构运行，MANET有很多技术难点，其关键技术主要有：MAC协议、QoS保障、路由协议、功率控制、安全问题、网络互联和网络资源管理等。
21 MANET的MAC协议
链路层解决的主要问题包括介质接入控制以及数据的传送、同步、纠错和流量控制等，分为媒介访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。MAC协议决定节点什么时候允许发送其分组，且通常控制对物理层的所有访问。
在MANET中存在隐藏终端和暴露终端问题，要在MAC层解决这两个固有问题，因而不能直接应用载波侦听多址访问（CSMA）协议（WLAN中使用最多的异步随机访问协议）。MANET的MAC协议有竞争协议、分配协议和混合协议三类。竞争协议使用直接竞争来决定信道访问权并通过随机重传来解决碰撞问题，在传输载荷轻的时候碰撞次数少、信道利用率高、分组传输时延小；但在传输载荷增大时，协议性能下降很快甚至致使网络崩溃。改进的竞争协议代表有：多址访问与碰撞回避（MACA）协议、信道获取多址访问（FAMA）协议、IEEE80211 MAC等。分配协议使用同步通信模式，时隙与节点的映射决定一个节点在其特定时隙内允许访问的信道。分配协议往往在中等到繁重传输载荷条件下运行良好，但信道时隙化导致在轻传输载荷条件下的时延相对于竞争协议是非常大的。分配协议有：五步预留协议（FPRP）、跳频预留多址访问协议（HRMA）等。混合协议能够保持所组合的各个协议的优点又能避免其缺陷，在传输载荷轻的时候表现为竞争协议的性能，而在传输载荷重的时候近似表现为分配协议的性能。典型的混合协议有：TDMA/CSMA混合协议、Meta-协议等。
22 路由协议
MANET设计中的一个关键问题是开发能够在两个节点之间提供高质量高效率通信的路由协议。Internet路由协议不能适应MANET网络节点的移动性和网络拓扑结构不断变化，专门的适用于MANET的路由协议应能够满足功能：能感知网络拓扑的变化、维护网络拓扑的连接、高度自适应的路由。IETF MANET已经完成的标准化路由协议主要有：主动式路由协议有最优化链路状态路由协议（OLSR）和基于反向路径转发的拓扑分发协议（TBRPF）；按需路由协议有按需距离矢量路由协议（AODV）和基于节点间相互关系的路由协议（ABR）；综合主动式路由思想和按需路由思想的路由协议称为混合型路由协议，有域路由协议（ZRP）和抢先式路由协议等。
分组无线网应用环境复杂多样，不同的应用环境追求不同的性能，这导致很难寻找MANET的最优路由协议。如：在军事应用中更关注系统的抗毁性、隐蔽性和保密性；而在无线会议系统中则更注重端到端的时延和吞吐量。不同类型的路由协议具有自身的优缺点，适应于不同的网络环境。不可能用一种路由算法作为标准的路由协议去比较好地解决所有MANET路由问题，路由算法的最优化石针对具体网络环境的工程化问题。混合型路由协议因其固有的灵活性，而具有很好的应用前景。
MANET的用户通常是具有协同工作关系的群体，而群组通信必须由多播路由协议提供通信支持。但有线网络环境中使用的多播路由协议(如：多播开放最短路径优先协议MOSPF等)在移动分组无线网中不再适用，因为动态的网络拓扑结构会导致分发树的破坏，而不得不因连接变化而调整。原达等提出了适用于移动分组无线网的多播路由协议。在移动分组无线网环境中，多播路由协议起着非常重要的作用。在协议中采用按需路由发现策略，动态建立路由信息及维持多播组成员关系。控制开销小、实现简单，能够适应较低带宽的大规模动态网络环境，具有稳定的分组转发成功率和良好的伸缩性，获得了较好的多播数据传输质量。

浅析物联网在智能家居中的应用
摘要：众所周知， 物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 在当今社会以及未来社会
发挥着巨大的作用，而且其应用方面也越来越广阔。虽然当前的物联网技术还不是很成熟，
但是在某些领域方面的研究还是比较靠前的， 比如家居方面。 所以本次选取了物联网在智能
家居中的应用这一话题。 在论文中， 会首先介绍物联网的相关内容， 包括对物联网的认识以
及物联网的作用， 然后介绍物联网是如何在智能家居中应用的还有目前大家对智能家居的评
价，最后我们会展望一下智能家居的未来发展状况以及目前我们可以做的一些相应改变。
关键词：物联网、技术框架、智能家居、发展前景
一 、 对 物 联 网 的 认 识
物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 是一个基于互联网、 传统电信网等信息承载
体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、
自治终端互联化和普适服务智能化 3 个重要特征。其英文名称是“ The Internet of things ”。
由此，顾名思义， “物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心
和基础仍然是互联网， 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 第二，其用户端延伸和扩展
到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别
（RFID）、红外感应器、全球定位系统、等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与
互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管
理的一种网络。
从技术架构上来看， 物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层由各种传感器
以及传感器网关构成， 感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢， 它是物联网识
别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互
联网、有线和无线通信网、 网络管理系统和云计算平台等组成， 相当于人的神经中枢和大脑，
负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、 组织和其他系统）的
接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
同时我们也应该注意到在物联网应用中有三项关键技术：
1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分
计算机处理的都是数字信号。 自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计
算机才能处理。
2、RFID 标签也是一种传感器技术， RFID 技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为
一体的综合技术， RFID 在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
3、嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技
术为一体的复杂技术。 如果把物联网用人体做一个简单比喻， 传感器相当于人的眼睛、 鼻子、
皮肤等感官， 网络就是神经系统用来传递信息， 嵌入式系统则是人的大脑， 在接收到信息后
要进行分类处理。
二 、 物 联 网 的 作 用
从上文我们对物联网的认识， 物联网可以实现物物相通。 但是除此之外， 物联网还有其
他的作用：
1、除了实现人与人之间的相互交换信息和通信之外，还可以实现人与物、物与物之间
进行信息交换和通信。当然，这里人还是主体。因为，物与物之间进行信息交换和通信的目
的，还是要为人服务、为人所用。
2、除了实现信息的交换与通信的目的，还可以通过安装信息传感设备，如射频识别装
置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，将所有的物品都与网络连接在一起，方便
识别和管理。
由以上我们可以总结对物联网的一个大概认识： 物联网是一项利用传感器的连接来实现
物物相通的网络， 在这个网络之中可以实现信息的交换与分析； 同时在这个网络中还能实现
对物体的智能控制，以此来满足对大众的相应需求。
三 、 物 联 网 在 智 能 家 居 中 应 用 情 况 分 析
41 对智能家居的相关认识
智能家居， 或称智能住宅。首先，它需要在一个家庭中建立一个通讯网络， 为家庭信息
提供必要的通路， 在家庭网络 *** 作系统的控制下， 通过相应的硬件和执行机构， 实现对连入
家庭网络的所有家电和设备的控制和监测； 其次，它们都要通过一定的媒介， 构成与外界的
通讯通道， 以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求，其
最终目的都是满足人们在家庭中对安全、舒适、方便地工作和生活的需求。
42 智能家居的主要功能
（1）安全防护及消防报警自动化
安全防护及消防报警自动化是智能家居的最基本的一项功能， 由于人们对自身及财产的
安全更加重视，选择智能化家居的一个基本出发点是家庭保安和灾害报警自动化。
（2）家电设施智能化
家电设施智能化是智能家居的一个重要组成部分。 智能家居的一个显著特点就是它能根
据住户的要求对家电和家用电气设施灵活方便地实现智能控制， 更大程度地把住户从家务劳
动中解放出来。随着社会的发展和技术的进步，家电设施智能化还会出现更多更新的应用。
（3）物业管理自动化
通过与小区智能系统联网，住户可对用水、用电、用气以及电话、网络等的使用情况进
行监视。 一是实现各种费用的自动计量， 减少物业管理工作量； 二是方便用户对费用进行自
我控制， 避免费用严重超支； 三是可及时发现并避免电话或其他资源被盗用。 物业管理自动
化是小区智能化的一种标志。
（4）信息和通讯自动化
一般的通讯自动化只是通过电话实现简单的电话自动录音、 传真自动接收或回复； 而通
讯智能化可将家中异常情况通过电话自动拨打 110、119 报警电话或主人的办公电话、手机
等通讯工具。 智能家居的通讯信息自动化的内容将更加广泛。 如将住户的个人电脑连入局域
网、互联网，充分利用计算机网络资源，实现从社区信息服务、物业管理服务、网上资料查
询、网上商务等各种互联网功能。在条件具备的情况下，还可实现远程医疗、远程教学、咨
询预约等功能。
（5）各种设备之间的协同工作
智能家居系统可以提供更丰富的系统关联功能。 例如，当您准备看电视时， 客厅灯光自
动调到您喜欢的亮度 （通过调光控制模块实现） 、窗帘自动拉上 （通过窗帘控制模块实现） 、
电视机打开并调整到您最喜欢的频道，等等。
（6）环境与节能
智能家居能监视室内的温度、 湿度、 亮度等环境状态值， 并根据住户的习惯进行调节控
制，它在一定程度上既能使生活空间更加舒适，又能节约能源。不仅如此， 通过对家电的智
能控制还可实现对水、煤气等资源的节约。
43 智能家居的组成
学术界对智能家居的组成没有定论， 综合各种观点， 一个完整的智能家居系统除了具有
各种功能的信息电器外，还必须包括以下几个模块：
（1）信息处理模块
为了使相互独立的信息家电可以实现信息共享与协同工作， 智能家居系统中必须具有专
门的信息处理模块。 它的功能主要是收集家庭中各个家电的工作状态和服务请求， 对各种数
据进行实时处理，并将结果送入功能驱动模块。
（2）通信模块
如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑，那么通信模块就是实现信息传导的神经。
根据家庭组网的特点，通信模块常利用已有的布线（如电力载波），或者采用无线传输（如
蓝牙、 红外）等。 由于不同的信息电器对传输时的带宽要求不同，实际中的通信模块常采用
多种方式混合组网。
（3）功能驱动模块
功能驱动模块是信息流入、 流出各个信息电器的接口。 由于各个电器生产厂商的产品在
功能和实现上都有很大的不同， 所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电
器可以执行的电平信号， 以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制
信息。
（4）外界信息接口模块
该模块可以看成是一个家庭通向外界（如 Internet）的网关。它在家庭内部各种电器信
息共享的基础上，进一步实现了基于 Internet 的资源共享，从而更进一步实现了共享的深度
和广度， 也将是未来智能家居系统发展的热点。 由于家庭内部网络通常不使用 TCP/IP 协议，
所以外界的信息接口模块中最基本的功能就是从 TCP/IP 协议到各种家庭内部网络协议的转
换。
四 、 智 能 家 居 的 缺 陷
市场经济具有自发性和盲目性， 这两种特性一方面造成了智能家居行业的迅速壮大， 另
一方面也为孕育了某此缺陷。 对于新事物而言， 其优势往往显而易见的， 而缺陷则是隐形的。
站在行业发展的高度来看，这些隐身在兴盛背后的缺陷将会严重阻碍整个行业的未来发展。
目前智能家居行业的缺陷主要可以概括为“弱智”和“复杂”两点。
1、所谓的“弱智”是指不够智能。智能家居除了设备本身具有计算、判断能力之外，
还需要各设备之间的联动来实现智能。 联动性上正是当前智能家居行业的短板， 其原因在于
我们智能家居系统的功能不全。 而大部分品牌往往只能实现安防报警、 可视对讲、 智能照明
等三、 四个功能，可互相组合派生的功能甚少，更谈不上什么联动了， 因此其智能程度大遭
消减。
2、复杂主要体现产品布线复杂，配置复杂， *** 作复杂这三点。现在有许多智能家居系
统组网是基于总线技术的， 不可避免的带来了繁复的布线问题， 增加了施工成本。 部分智能
家居系统， 缺乏软件支撑，配置起来其过程十分复杂，基本只有专业人员才能完成。 *** 作复
杂，主要表现为产品设计不够人性化，界面太多，杂乱无章，甚至没有界面，为用户带来了
很大的记忆量。
五 、 物 联 网 的 发 展 前 景
尽管目前物联网在智能家居行业还有很多需要改进的地方， 但这并不影响我们对物联网
的展望，以后的物联网发展趋势应该有以下几点：
1、无线控制不断深化：比如在智能家居这一应用方面，业内人士认为，未来， WiFi 无
线网络传输技术和 Zigbee 无线技术会在家庭中得到更广泛的应用。 用户通过 Zigbee 遥控器，
可以对连接在家庭网络上的家用电器使用状况进行查询， 并对其进行无线遥控。 用户在使用
时，不再局限于传统的智能终端设备，家中的电视、电脑、手机等显示设备都可以作为控制
终端。因此，在智能家居系统中加入无线和远程控制技术，将更好地发挥智能家居的功能，
为用户带来便捷生活体验。 我们相信， 未来的物联网应用方面会通过技术改进， 继续深化无
线智能控制技术，以此来满足更多消费者的需求。
2、网络功能强势凸显：一直以来，网络化是物联网的主要发展趋势。通过互联网，人
们可以将智能家居系统中的视频监控与手机有效结合起来， 一旦有小偷进入家中， 报警信号
即可迅速通过网络， 传送到小区安防中心、 地区报警中心及用户手机上。 各报警中心和用户
可以立即调入视频图像， 保证在第一时间有效地监看到小偷的面貌， 确保日后调查取证。 同
时我们还可以利用智能交通系统将交通中出现的任何相关问题及时反应到交警值班处， 以此
来提高办事效率。
3、智能控制内容逐步扩大：物联网通过智能化手段，使得人们生活体验变得更加的方
便、舒适。 针对目前物联网的一些应用方面的缺陷， 可以想象在未来的社会我们必定要克服
当前出现的智能不能完全实现智能、过于复杂等缺陷。
总体来说， 物联网是一个新兴的但是却是一个很有用处的行业， 它在当今社会以及未来
社会都会对人们的生活带来翻天覆地的改变。 虽说目前的物联网在各个领域都有所运用， 尤
其是在智能家居领域已经有了比较好的发展，但是我们也应该看到目前所出现的一些问题，
我们只有解决好目前物联网在一些领域的应用中所出现的缺陷， 这样才能让物联网更好的为
我们服务，使得我们的生活变得更加方便、舒适。

电气工程(简称 ee)是现代科学技术的核心学科之一，也是当今高新技术、电气工程领域不可缺少的重点学科。例如，正是电子技术的巨大进步推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活和工作方式。电气工程的前景也很有希望，使得今天的学生就业率传统上被定义为用于创造电气和电子系统的学科总和。电子系统领域是一个充满希望和挑战的领域。电气系统是工程学，因为工程学的挑战是设计所有的电路系统，并把它们集成到一个单一的单位。网络物理系统是最具代表性的尖端电路系统之一，包括物联网、普适计算和传感器。电气工程学院的名称是电气工程、电气工程与信息科学、电气工程与计算机科学等。该系在研究、教学和学术组织方面与电气工程系有很大的不同。了解国外学科现状和教学科研方向，对于调整我国学科方向，提高教学科研水平具有重要意义。

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