無線Ad Hoc網(wǎng)絡在搶險救災行動中的通信應用

聶建寧，李 巍

（江蘇省南京市板倉街121號31619部隊，江蘇 南京 210042）

1 無線Ad Hoc網(wǎng)絡簡介

1.1 無線Ad Hoc網(wǎng)絡的概念和特點

無線Ad Hoc網(wǎng)絡即無線自組織網(wǎng)絡，具有無中心和多跳的特點。無線Ad Hoc網(wǎng)絡由多個無線移動節(jié)點組成，在算法上采用了分布式算法，網(wǎng)絡中的各個節(jié)點都兼具路由器和終端功能，可以與其他網(wǎng)絡之間快速建立聯(lián)系，為用戶提供通信、數(shù)據(jù)傳輸服務，且操作非常靈活。目前，美軍無線互聯(lián)網(wǎng)控制器、數(shù)字電臺已經開始大范圍推廣無線Ad Hoc網(wǎng)絡，其在軍事領域表現(xiàn)出良好的應用前景。

1.2 無線Ad Hoc網(wǎng)絡的結構

無線Ad Hoc網(wǎng)絡中，節(jié)點與節(jié)點之間是一個相互對等的關系，不需要設置其他的中心控制節(jié)點。與其他移動通信網(wǎng)絡相比，無線Ad Hoc網(wǎng)絡能夠兼顧主機和路由的功能，其網(wǎng)絡結構應用了分布式控制模式，網(wǎng)絡中的各個節(jié)點能夠滿足自組織功能的需求，能夠將網(wǎng)絡控制功能分布至各個節(jié)點，管理、控制網(wǎng)絡。其平面網(wǎng)絡結構如圖1所示。

第一，節(jié)點結構。對無線Ad Hoc網(wǎng)絡節(jié)點而言，可以將其看作移動終端，這一終端內存小、攜帶方便、靈活輕巧，除了主機功能外，還有路由器功能。其節(jié)點結構由主機、路由器和電臺組成，電臺可以為系統(tǒng)運行提供信道支持[1]。第二，網(wǎng)絡結構。無線Ad Hoc網(wǎng)絡結構中，應用了分布式控制結構，其節(jié)點在路由選擇、網(wǎng)絡控制、流量管理上相互對等，能夠根據(jù)要求調節(jié)負載。如果節(jié)點數(shù)較多，就會增加網(wǎng)絡控制開銷，也會影響網(wǎng)絡性能。因此，這種結構多應用于規(guī)模較小的Ad Hoc網(wǎng)絡。

圖1 平面網(wǎng)絡結構

第三，無線Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)議棧。無線Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)議棧應用五層協(xié)議棧結構，包括如下幾方面內容。（1）物理層具有無線信號檢測、頻率選擇、信道加密、調制解調和信號發(fā)送等功能。（2）網(wǎng)絡層主要應用了IPv6、IPv4協(xié)議，具有分組路由、擁塞控制、鄰居發(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡互連功能。（3）數(shù)據(jù)鏈路層主要應用隨機競爭機制、輪轉機制、接入機制等，實現(xiàn)分管數(shù)據(jù)幀檢測、數(shù)據(jù)流復用、優(yōu)先級排隊和分組確認等功能。（4）應用層可以為用戶提供一系列的應用服務，如自適應應用、實時應用功能。（5）通過傳輸層，能夠將通信子網(wǎng)、上層之間進行隔離，提高網(wǎng)絡資源的利用率。

1.3 無線Ad Hoc網(wǎng)絡安全問題

傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，主機通過固定的形式連接，網(wǎng)絡體系中有穩(wěn)定拓撲，可以提供目錄服務和命令服務等一系列服務，并在此基礎上實現(xiàn)認證、加密、權限訪問和訪問控制功能。無線Ad Hoc網(wǎng)絡中，節(jié)點之間不斷移動，不會提供目錄服務和命令服務功能，不能采用傳統(tǒng)安全機制，需要應用與之相適應的安全措施。

無線Ad Hoc網(wǎng)絡安全機制主要包括以下幾種類型。第一，口令認證協(xié)議。口令認證協(xié)議中，通信成員會參與進來，密鑰生成時不會受到攻擊者的影響。第二，異步分布式密鑰管理。這種安全方式應用了數(shù)字簽名的保護方式，各個階段中都設置了密鑰對，易于實現(xiàn)、原理簡單，但存在局限性。第三，復活鴨子模式。之所以稱為“復活鴨子”模式，是因為借鑒了鴨子破殼而出后會將第一個看到的移動物體視為自己的母親，移動節(jié)點會將首個發(fā)送密鑰的個體作為擁有者，只接受他的控制[2]。

2 無線Ad Hoc網(wǎng)絡優(yōu)點

無線Ad Hoc網(wǎng)絡作為一種新型的移動網(wǎng)絡，與傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡相比，具有以下優(yōu)點。第一，自組織性。無線Ad Hoc網(wǎng)絡運作過程中，不需要應用固定的通信設備，節(jié)點可以在路由器、數(shù)據(jù)終端中互換，不需要設置網(wǎng)絡中心控制節(jié)點。第二，自適應性。各類因素的影響，會導致網(wǎng)絡拓撲結構出現(xiàn)變化，而無線Ad Hoc網(wǎng)絡具有特殊的協(xié)議，可以根據(jù)具體變化進行調整，自適應能力非常好[3]。第三，多跳通信。節(jié)點與其他節(jié)點通信時，如果通信節(jié)點位于覆蓋范圍之外，需要應用多個中間節(jié)點進行轉發(fā)。無線Ad Hoc網(wǎng)絡與其他固定網(wǎng)絡不同，多跳路由不需要采用專用路由設備，實現(xiàn)了多跳通信。網(wǎng)絡節(jié)點可以是路由器，也可以是服務器。

3 無線Ad Hoc網(wǎng)絡在搶險救災行動中的應用

自然災害是影響網(wǎng)絡通信能力的一個重要因素。受到臺風、水災、地震等因素的影響，通信站點、通信網(wǎng)絡、設備可能會遭到摧毀，影響正常通信。此時，使用無線Ad Hoc網(wǎng)絡，不需要依賴任何固定基礎設施就能快速布設。

第一，無線Ad Hoc網(wǎng)絡為搶險救災行動提供通信保障。無線Ad Hoc網(wǎng)絡組織采取柵格式的拓撲結構，網(wǎng)絡運行為分布式，與網(wǎng)絡控制和組織有關的任務會被全部分配到各個節(jié)點。網(wǎng)絡組織中不存在主次之分，每個節(jié)點可以自由加入或離開網(wǎng)絡，節(jié)點失效一般不影響網(wǎng)絡運行。由于該網(wǎng)絡具有自適應性，網(wǎng)絡建設、運行和維護相對簡單[4]。此外，通過車載、手持、便攜等終端可以迅速組網(wǎng)建立通信。

第二，目前無線Ad Hoc網(wǎng)絡技術在搶險救災行動通信中的瓶頸不大。雖然無線Ad Hoc網(wǎng)絡亟待解決節(jié)點能量與帶寬嚴重受限、有限的安全性等問題，但筆者認為這幾方面的問題對非戰(zhàn)爭軍事行動通信影響不大。搶險救災時效性較短，對無線Ad Hoc網(wǎng)絡節(jié)點的電池容量要求不會很高[5]。通信的種類以語言、文電為主，大帶寬的視頻使用很少，無線Ad Hoc網(wǎng)絡的帶寬可以滿足很大一部分需要；通信的數(shù)據(jù)以及時準確為主，對通信安全和保密性的要求不是非常嚴格，無線Ad Hoc網(wǎng)絡目前的安全性可以達到要求。

第三，無線Ad Hoc網(wǎng)絡應用于搶險救災行動通信中，可以為在軍事環(huán)境中積累經驗。通過無線Ad Hoc網(wǎng)絡在實際領域的使用，便于掌握該網(wǎng)絡的真實數(shù)據(jù)，了解潛在問題，為其應用于軍事行動打下基礎[6]。此外，從經濟效益上講，無線Ad Hoc網(wǎng)絡在這種特定條件下的產品開發(fā)周期短，便于發(fā)現(xiàn)和解決問題，促進其進一步發(fā)展。隨著該網(wǎng)絡在技術上的不斷完善，無線Ad Hoc網(wǎng)絡在軍事環(huán)境中的應用效果會更加理想。

4 結 論

本文針對無線Ad Hoc網(wǎng)絡的特點、結構、安全問題等進行了闡述與分析，總結了無線Ad Hoc網(wǎng)絡在搶險救災行動中的應用。綜合而言，無線Ad Hoc網(wǎng)絡在搶險救災行動中的應用具有諸多優(yōu)勢，但也存在一些問題，相信在技術水平不斷進步的前提下，可以迅速突破現(xiàn)有的技術瓶頸。