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。

随着5G的到来，物联网又一次成为热门话题。人们在物联网的信息轰炸中，或多或少的了解了“物联网是什么”。在这里面，芯片的话题，尤为瞩目，更加上中美贸易战的背景和华为被制裁的现状。人们对发展国产芯片的渴望，希望国产芯片强大的愿望，最为强烈。那么，在物联网领域，国产芯片行不行？又跟无线通信模组有什么关系？

什么是无线通信模组？

无线通信模组（下面简称模组），也可以叫无线通信模块，简单的来说就是芯片+软件的合体。它是物联网中的通信基础，是不同的物联网终端设备接入物联网的入口，为终端提供网络信息传输能力。

模组的价值何在？

模组的价值主要有两个方面：

集成芯片，整合不同的网络制式（2G/3G/4G/5G/NB）, 满足不同的应用场景，提供稳定的硬件通信，简化应用厂商的工作；

定制烧录系统。可以根据应用厂商的需求，定制系统，比如：linux、android、rtms等等，提供软件开发的基础系统。

应用厂商，不需要直接面对芯片和软件，只需要知道，需要接入什么网络，在哪种系统上开发应用，然后直接购买现成的模组或者定制模组。这也是大部分应用厂商真正的使用方式。

模组的现状？

目前模组领域，基本上是一片红海。发展到现在，已经是很成熟的一个产业了。也出现了不少大的公司，国内厂商也很争气，占领了比较大的市场份额，比如：simcom、移远等等。而且，模组中使用的芯片以国内芯片为主，海思、展讯等等，都是应用规模比较大的芯片。

总之，模组是上游芯片，下游应用之间的一座桥梁。在物联网中的话语权还是比较重要的，应用厂商不会直面芯片，而是直接使用模组。所以，在物联网领域，不用担心国产芯片的发展，它一直很强也很好。

三者定义有重叠
传感器网(Sensor Network)：传感器网络(也称传感网)是利用各种传感器(光、电、温度、湿度、压力等)加上中低速的近距离无线通信技术构成一个独立的网络,是由多个具有有线或无线通信与计算能力的低功耗、小体积的微小传感器节点构成的网络系统，它一般提供局域或小范围物与物之间的信息交换功能。
物联网(Internet of Things)：物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力或执行能力的各种信息传感设备，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。物联网包括各种末端网、通信网络和应用3个层次，其中末端网包括各种实现与物互联的技术，如传感器网络、RFID、二维码、短距离无线通信技术、移动通信模块等。传感器网络是物联网末端采用的关键技术之一。
泛在网络(Ubiquitous Networking)：泛在网是指基于个人和社会的需求，利用现有的网络技术和新的网络技术，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。
未来定位不同
未来泛在网、物联网、传感器网各有定位，传感器网是泛在/物联网的组成部分，物联网是泛在网发展的物联阶段，通信网、互联网、物联网之间相互协同融合是泛在网发展的目标。传感器网最主要的特征是利用各种各样的传感器加上中低速的近距离无线通信技术。
物联网将解决广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的联网问题，物联网采用各种不同的技术把物理世界的各种智能物体、传感器接入网络。物联网通过接入延伸技术，实现末端网络(个域网、汽车网、家庭网络、社区网络、小物体网络等)的互联来实现人与物、物与物之间的通信，在这个网络中，机器、物体和环境都将被纳入人类感知的范畴，利用传感器技术、智能技术，所有的物体将获得生命的迹象，从而变得更加聪明，实现了数字虚拟世界与物理真实世界的对应或映射。

窄带物联网之所以能够在5 G时代被寄予厚望，是因为其本身的多覆盖、低能耗、低成本的特点所决定的。

一、窄带物联网

物联网时代已经慢慢开始取代互联网时代了。其中最为出名的就是我们的5G技术，这是一种承接物联网发展的梯次技术。其中，窄带物联网是与其一同支撑的。窄带物联网是基于蜂窝网络构建，是物联网的一个分支技术。消耗180千赫兹左右的宽带物联网，是目前消耗宽带最低的互联网。

二、窄带互联网的优势

5 G基站的建设帮助窄带物联网的无线接入，从2015年起我国就开始了这项工作。5 G助力窄带互联网实现万物互联，迎合70%以上的物联网场景需求，窄带物联网需要接入的宽度很短，并且能够实现广覆盖，在同样的频段下能够在速度上比一般网络速度提升一倍，其耗能相应较低，可实现十年内的不间断工作，单个连接模块的成本仅有二三十元不到。相比过去的蜂窝状网络结构，对于公共事业服务或工业 *** 作控制等垂直管理行业来说会很方便。

三、5G技术在其中发挥的作用

5G技术在窄带物联网中帮助满足了高传输、低消耗的物联网接入。万物互联让流量的消耗大大增加，对运营商而言是一次不可错过的“财机”。由于5G技术的低消耗、高传输、覆盖广的特点，窄带物联网和5G手可打造智慧城市，为窄带物联网的发展打下坚实基础。目前，5G技术已经逐步投入到各行各业中，窄带物联网也在不断开辟自己的发展道路，作为分支中的一员，二者属于强强联手，提高我们物联网企业的效率，改善顾客的使用感官。

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