無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)中的通信應(yīng)用

聶建寧，李 巍

（江蘇省南京市板倉街121號(hào)31619部隊(duì)，江蘇 南京 210042）

1 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

1.1 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念和特點(diǎn)

無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)即無線自組織網(wǎng)絡(luò)，具有無中心和多跳的特點(diǎn)。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)無線移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，在算法上采用了分布式算法，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都兼具路由器和終端功能，可以與其他網(wǎng)絡(luò)之間快速建立聯(lián)系，為用戶提供通信、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，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(tái)已經(jīng)開始大范圍推廣無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，其在軍事領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

1.2 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是一個(gè)相互對(duì)等的關(guān)系，不需要設(shè)置其他的中心控制節(jié)點(diǎn)。與其他移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠兼顧主機(jī)和路由的功能，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用了分布式控制模式，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠滿足自組織功能的需求，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)控制功能分布至各個(gè)節(jié)點(diǎn)，管理、控制網(wǎng)絡(luò)。其平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

第一，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。對(duì)無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而言，可以將其看作移動(dòng)終端，這一終端內(nèi)存小、攜帶方便、靈活輕巧，除了主機(jī)功能外，還有路由器功能。其節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)由主機(jī)、路由器和電臺(tái)組成，電臺(tái)可以為系統(tǒng)運(yùn)行提供信道支持[1]。第二，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用了分布式控制結(jié)構(gòu)，其節(jié)點(diǎn)在路由選擇、網(wǎng)絡(luò)控制、流量管理上相互對(duì)等，能夠根據(jù)要求調(diào)節(jié)負(fù)載。如果節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，就會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)控制開銷，也會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)性能。因此，這種結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于規(guī)模較小的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。

圖1 平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

第三，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧應(yīng)用五層協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，包括如下幾方面內(nèi)容。（1）物理層具有無線信號(hào)檢測(cè)、頻率選擇、信道加密、調(diào)制解調(diào)和信號(hào)發(fā)送等功能。（2）網(wǎng)絡(luò)層主要應(yīng)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(luò)互連功能。（3）數(shù)據(jù)鏈路層主要應(yīng)用隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、輪轉(zhuǎn)機(jī)制、接入機(jī)制等，實(shí)現(xiàn)分管數(shù)據(jù)幀檢測(cè)、數(shù)據(jù)流復(fù)用、優(yōu)先級(jí)排隊(duì)和分組確認(rèn)等功能。（4）應(yīng)用層可以為用戶提供一系列的應(yīng)用服務(wù)，如自適應(yīng)應(yīng)用、實(shí)時(shí)應(yīng)用功能。（5）通過傳輸層，能夠?qū)⑼ㄐ抛泳W(wǎng)、上層之間進(jìn)行隔離，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。

1.3 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)安全問題

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)通過固定的形式連接，網(wǎng)絡(luò)體系中有穩(wěn)定拓?fù)?，可以提供目錄服?wù)和命令服務(wù)等一系列服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)認(rèn)證、加密、權(quán)限訪問和訪問控制功能。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間不斷移動(dòng)，不會(huì)提供目錄服務(wù)和命令服務(wù)功能，不能采用傳統(tǒng)安全機(jī)制，需要應(yīng)用與之相適應(yīng)的安全措施。

無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制主要包括以下幾種類型。第一，口令認(rèn)證協(xié)議?？诹钫J(rèn)證協(xié)議中，通信成員會(huì)參與進(jìn)來，密鑰生成時(shí)不會(huì)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(yīng)用了數(shù)字簽名的保護(hù)方式，各個(gè)階段中都設(shè)置了密鑰對(duì)，易于實(shí)現(xiàn)、原理簡(jiǎn)單，但存在局限性。第三，復(fù)活鴨子模式。之所以稱為“復(fù)活鴨子”模式，是因?yàn)榻梃b了鴨子破殼而出后會(huì)將第一個(gè)看到的移動(dòng)物體視為自己的母親，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)將首個(gè)發(fā)送密鑰的個(gè)體作為擁有者，只接受他的控制[2]。

2 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)

無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，自組織性。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作過程中，不需要應(yīng)用固定的通信設(shè)備，節(jié)點(diǎn)可以在路由器、數(shù)據(jù)終端中互換，不需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中心控制節(jié)點(diǎn)。第二，自適應(yīng)性。各類因素的影響，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，而無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有特殊的協(xié)議，可以根據(jù)具體變化進(jìn)行調(diào)整，自適應(yīng)能力非常好[3]。第三，多跳通信。節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，如果通信節(jié)點(diǎn)位于覆蓋范圍之外，需要應(yīng)用多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與其他固定網(wǎng)絡(luò)不同，多跳路由不需要采用專用路由設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了多跳通信。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是路由器，也可以是服務(wù)器。

3 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)中的應(yīng)用

自然災(zāi)害是影響網(wǎng)絡(luò)通信能力的一個(gè)重要因素。受到臺(tái)風(fēng)、水災(zāi)、地震等因素的影響，通信站點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備可能會(huì)遭到摧毀，影響正常通信。此時(shí)，使用無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，不需要依賴任何固定基礎(chǔ)設(shè)施就能快速布設(shè)。

第一，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)提供通信保障。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組織采取柵格式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行為分布式，與網(wǎng)絡(luò)控制和組織有關(guān)的任務(wù)會(huì)被全部分配到各個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)組織中不存在主次之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自由加入或離開網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)失效一般不影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。由于該網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)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(luò)技術(shù)在搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)通信中的瓶頸不大。雖然無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)亟待解決節(jié)點(diǎn)能量與帶寬嚴(yán)重受限、有限的安全性等問題，但筆者認(rèn)為這幾方面的問題對(duì)非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事行動(dòng)通信影響不大。搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)效性較短，對(duì)無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電池容量要求不會(huì)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(luò)的帶寬可以滿足很大一部分需要；通信的數(shù)據(jù)以及時(shí)準(zhǔn)確為主，對(duì)通信安全和保密性的要求不是非常嚴(yán)格，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)目前的安全性可以達(dá)到要求。

第三，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)通信中，可以為在軍事環(huán)境中積累經(jīng)驗(yàn)。通過無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際領(lǐng)域的使用，便于掌握該網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)數(shù)據(jù)，了解潛在問題，為其應(yīng)用于軍事行動(dòng)打下基礎(chǔ)[6]。此外，從經(jīng)濟(jì)效益上講，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在這種特定條件下的產(chǎn)品開發(fā)周期短，便于發(fā)現(xiàn)和解決問題，促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展。隨著該網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上的不斷完善，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在軍事環(huán)境中的應(yīng)用效果會(huì)更加理想。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、安全問題等進(jìn)行了闡述與分析，總結(jié)了無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)中的應(yīng)用。綜合而言，無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在搶險(xiǎn)救災(zāi)行動(dòng)中的應(yīng)用具有諸多優(yōu)勢(shì)，但也存在一些問題，相信在技術(shù)水平不斷進(jìn)步的前提下，可以迅速突破現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸。