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。

引言

随着物联网在交通系统中日益普及，为了打造交通系统中更安全、更快、更智能的车辆，车载通信网络和自动驾驶技术是构建未来一代、功能强大的智能交通系统的基石技术。基于物联网的交通系统可以为自动化网联 汽车 提供大规模设备连接和传感器连接。通过使用物联网技术，网联自动驾驶车辆的数量将显著提高。随着网联自动驾驶 汽车 数量的增长，亟待提出新的技术方法并重新思考下一代 汽车 网络的设计，尤其是自动化网联 汽车 。因此，有必要研究新的理论、架构和技术，利用物联网提供的能力，形成更高效、更智能的交通系统。本期特刊旨在为学术界和工业界的研究人员、开发人员和从业人员提供一个平台，传播最新的成果，并推动物联网在自动化网联 汽车 技术方面的应用。

征集主题包括但不限于

重要时间节点

投稿须知

所有IEEE Internet of Things Journal 的原稿或修订本必须通过IEEE稿件中心(>引言：

近年来，作为前沿技术之一，物联网可谓是赚足了眼球。随着世界各国研究人员对物联网的技术研发日益深入，物联网技术也不断发展成熟，并不断渗透到各个细分行业中。为推动物联网技术深度融入各个领域，我国各有关部门已经出台了一系列政策，其中就包括《面向智慧城市的物联网技术应用指南》等文件。“十四五”规划虽还未全面公开，但是根据中项网行业信息整理分析，物联网行业将在十四五期间迎来大爆发。

物联网概念的由来及发展

物联网（Internet of Things，IoT）一词，最早于1991年由麻省理工的教授提出。在1995年比尔盖茨撰写的《未来之路》一书中也有所提及。1999年，麻省理工学院自动识别中心的Kevin Ashton教授将RFID及传感器应用于日常生活，将物品标记应用，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。根据“物联网“的英文名称：Internet of things(IoT),顾名思义，就是物物相连的互联网，其实它还有一个名称，就是传感网，是指这有两层意思:其一，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;其二，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，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网的活点定义是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。
物联网已广泛应用于各行各业，正不断向“高价晋级“

目前物联网应用已经遍布各个行业，预计将为数十亿日常物品提供连接和智能，而且它已经在各个领域广泛部署，即：可穿戴设备、智能家居、医疗保健、智慧城市、农业、工业自动化等。
未来物联网将会更加广泛的应用于不同行业和领域中，从简单的状态检测和自动化，向高阶的综合调度和智能化决策等方向演进：

物联网行业竞争即将到白热化阶段，技术突破成为行业痛点
目前,在物联网行业，广为人知的主要是华为、阿里等Top10的企业。然后实际上，在物联网领域做的比较好的企业已经有上百家，还有其他大大小小的新进去企业和独角兽公司等，由此可见物联网行业竞争已经到了白热化阶段。物联网作为新一代信息技术的高度集成和综合运用，通过智能传感器、多媒体采集、专网、5G、云计算、大数据等技术，在疫情科学防控、企业复工复产等方面发挥支撑作用，接口融合问题将是物联网行业面临的最大的技术难点和痛点。

“十四五“—物联网真正的爆发期

根据国际调研机构Strategy Analytics发布的《全球联网和物联网设备预测更新》，截至2018年底，全球联网设备数量已经达到220亿。在华为的预测中，到2025年，物联网设备的数量也将接近1000亿个，每小时会有200万个传感器被部署。

根据中项网近五年项目及招投标信息汇总分析，2020年物联网相关项目数量呈直线上升，未来物联网市场上涨空间可观，预计到2025年国内物联网市场规模将突破6万亿，年均复合增长率将达25%。

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原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求，存在的主要问题是：
1） 新设备接入非常困难；
2） 同类不同厂家设备不方便更换；
3） 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度，传统PID算法波动较大，常需要人工手动干预；
4） 温度控制需要人工参与控制，无法完成全自动；
工业物联网是工业40的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用，面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节，提高制造效率，把握产品质量，降低成本，减少污染，从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。
工业物联网框架中，整个系统具有强大的数据服务器，能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。
整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中，可以把数据都送到中控部分来完成；也可以将一些需要及时处理的，如温度控制等，直接由现场控制来完成。电话O1O56O14679 系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元，中央控制单元由工业控制计算机充当，现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制，并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互，使生产过程表现出整体性、协调性，从而优化生产工艺、提高生成效率。
系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性，使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便，也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。

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