水下傳感器組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究

萬 駿

（三峽大學(xué) 湖北 宜昌 443003）

1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在軍事中的背景意義

隨著我國軍事實(shí)力的不斷增強(qiáng)，在國際地位的話語權(quán)顯著提升。我國海軍急切地需要建立暢通無阻的通信自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)建穩(wěn)定、快速、高效的通信網(wǎng)絡(luò)，滿足現(xiàn)代化海軍作戰(zhàn)的需要。

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與其他無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)有很大差異，網(wǎng)絡(luò)中并未設(shè)置任何中心節(jié)點(diǎn)，全部結(jié)點(diǎn)的地位均是等同的，作用是相等的，不但具有其他無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本功能，而且還能作為其他節(jié)點(diǎn)的中轉(zhuǎn)站，具有轉(zhuǎn)發(fā)傳播的功能。正是基于這一優(yōu)勢，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與其他無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比，各節(jié)點(diǎn)能夠自由進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)或者離開網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的增加和刪減，對(duì)Ad hoc整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行并未產(chǎn)生影響，具有靈活自由、抗打擊、抗毀壞的能力。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可有效解決水下網(wǎng)絡(luò)通訊的弊端，增強(qiáng)水下通訊的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)貫徹新形勢下軍事戰(zhàn)略方針，組建一支強(qiáng)大的海洋艦隊(duì)，保衛(wèi)我國的海洋領(lǐng)土具有重要的意義。

2 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的作用

2.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念

“Ad Hoc”概念最初來源于拉丁語，本意是專用的、特定的，引申意思為“為某種目的而專門設(shè)置的”。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通常也稱為“無固定設(shè)網(wǎng)”、“自組織網(wǎng)”、“多跳網(wǎng)絡(luò)”。目前，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)獲得各國的認(rèn)可，由于其自組網(wǎng)、抗毀壞、快速的傳輸特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到軍事和民用領(lǐng)域。尤其水下作為無線網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸，長期以來，由于受水下通信技術(shù)的傳輸限制，水下通信效果不佳，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用改善了這一現(xiàn)狀，已經(jīng)成為水下軍事作戰(zhàn)信息通信的核心技術(shù)，未來應(yīng)用空間巨大。

2.2 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提出的歷史過程

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最開始被美國國防部首次提出的未來通訊的核心技術(shù)，主要用于在軍事作戰(zhàn)通信中。他是基于之前的技術(shù)，重新構(gòu)建的一種適合全球信息化發(fā)展的新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，開啟了一場人類歷史性的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的革命。

2.3 Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，水下無線通信組網(wǎng)包括分層分布式結(jié)構(gòu)和平面式結(jié)構(gòu)。分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中按照簇（CLUST）的組成來進(jìn)行劃分單元。每一組簇由一個(gè)簇首和其它多個(gè)成員組成，這些簇首聚集在一起，能夠形成上一層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在上一層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中又可以形成新的簇，發(fā)展成更高層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要由中心節(jié)點(diǎn)向其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息。而平面式結(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位是平等的，發(fā)揮的作用是等同的。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以靈活進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)影響整體網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)。軍事中水下節(jié)點(diǎn)包括潛艇、航行器、魚雷等，水下網(wǎng)絡(luò)采用上述無線網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)，提高了各節(jié)點(diǎn)通信的自由度，使通信傳輸更暢通自如。見圖1。

2.4 Ad Hoc的路由協(xié)議

水下通信自組網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變時(shí)，能夠第一時(shí)間重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。而路由協(xié)議是保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，路由算法的改進(jìn)和提升是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵，路由信息表是實(shí)現(xiàn)路由技術(shù)的重要途徑。水下通信自組網(wǎng)通過路由表的連接可以實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的無線通信，以最簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋，便于更好理解路由協(xié)議。見表2。

基于無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議包括DSDV、WRP、DSR、LMR、AODV等。DSDV協(xié)議是對(duì)Bellman-Ford協(xié)議的改進(jìn)，解決無窮循環(huán)計(jì)數(shù)問題，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息存儲(chǔ)在同一張路由表中，路由信息發(fā)送具有周期性，為防止路由環(huán)路問題的發(fā)生。其算法如下：

AODV協(xié)議是根據(jù)DSDV演變發(fā)展而來，按照實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的需求開展信息發(fā)送，根據(jù)數(shù)據(jù)信息量建立路由，是按需路由協(xié)議之一。

3 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的軍事應(yīng)用

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜水下環(huán)境中傳輸無線信息，使水下艦艇編隊(duì)、水下全過程監(jiān)視、立體式協(xié)同作戰(zhàn)等方面成為現(xiàn)實(shí)，具有較大的應(yīng)用前景。一是應(yīng)用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在潛艇之中，使水下活動(dòng)更為隱蔽，可以提供持續(xù)不間斷的無線網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，提高傳播信道穩(wěn)定性，大幅度提升潛艇的作戰(zhàn)能力。二是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在水下軍事中的應(yīng)用為水下提供了通信暢通的網(wǎng)絡(luò)，去中心指揮信息平臺(tái)的通信方式，為海軍水下編隊(duì)，與空軍、陸軍協(xié)同作戰(zhàn)提供基礎(chǔ)，提升了立體性的作戰(zhàn)協(xié)同能力。三是因深海水下環(huán)境極其復(fù)雜，潛艇和人員無法進(jìn)入這部分海域?qū)嵭斜O(jiān)控。通過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)搭建水下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將UUV作為通信節(jié)點(diǎn)逐步搭建網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜水域的全過程監(jiān)控。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)比Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在水下軍事應(yīng)用的優(yōu)勢，得出Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適用于水聲通信，在水下無線通信中應(yīng)用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)通信效果優(yōu)于其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為組建水下艦艇編隊(duì)的無線通信網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)深海不間斷監(jiān)測等軍事應(yīng)用提供了途徑，對(duì)建設(shè)海軍強(qiáng)國具有重要意義。