无线Ad Hoc网络在抢险救灾行动中的通信应用

聂建宁，李 巍

（江苏省南京市板仓街121号31619部队，江苏 南京 210042）

1 无线Ad Hoc网络简介

1.1 无线Ad Hoc网络的概念和特点

无线Ad Hoc网络即无线自组织网络，具有无中心和多跳的特点。无线Ad Hoc网络由多个无线移动节点组成，在算法上采用了分布式算法，网络中的各个节点都兼具路由器和终端功能，可以与其他网络之间快速建立联系，为用户提供通信、数据传输服务，且操作非常灵活。目前，美军无线互联网控制器、数字电台已经开始大范围推广无线Ad Hoc网络，其在军事领域表现出良好的应用前景。

1.2 无线Ad Hoc网络的结构

无线Ad Hoc网络中，节点与节点之间是一个相互对等的关系，不需要设置其他的中心控制节点。与其他移动通信网络相比，无线Ad Hoc网络能够兼顾主机和路由的功能，其网络结构应用了分布式控制模式，网络中的各个节点能够满足自组织功能的需求，能够将网络控制功能分布至各个节点，管理、控制网络。其平面网络结构如图1所示。

第一，节点结构。对无线Ad Hoc网络节点而言，可以将其看作移动终端，这一终端内存小、携带方便、灵活轻巧，除了主机功能外，还有路由器功能。其节点结构由主机、路由器和电台组成，电台可以为系统运行提供信道支持[1]。第二，网络结构。无线Ad Hoc网络结构中，应用了分布式控制结构，其节点在路由选择、网络控制、流量管理上相互对等，能够根据要求调节负载。如果节点数较多，就会增加网络控制开销，也会影响网络性能。因此，这种结构多应用于规模较小的Ad Hoc网络。

图1 平面网络结构

第三，无线Ad Hoc网络协议栈。无线Ad Hoc网络协议栈应用五层协议栈结构，包括如下几方面内容。（1）物理层具有无线信号检测、频率选择、信道加密、调制解调和信号发送等功能。（2）网络层主要应用了IPv6、IPv4协议，具有分组路由、拥塞控制、邻居发现和网络互连功能。（3）数据链路层主要应用随机竞争机制、轮转机制、接入机制等，实现分管数据帧检测、数据流复用、优先级排队和分组确认等功能。（4）应用层可以为用户提供一系列的应用服务，如自适应应用、实时应用功能。（5）通过传输层，能够将通信子网、上层之间进行隔离，提高网络资源的利用率。

1.3 无线Ad Hoc网络安全问题

传统网络中，主机通过固定的形式连接，网络体系中有稳定拓扑，可以提供目录服务和命令服务等一系列服务，并在此基础上实现认证、加密、权限访问和访问控制功能。无线Ad Hoc网络中，节点之间不断移动，不会提供目录服务和命令服务功能，不能采用传统安全机制，需要应用与之相适应的安全措施。

无线Ad Hoc网络安全机制主要包括以下几种类型。第一，口令认证协议。口令认证协议中，通信成员会参与进来，密钥生成时不会受到攻击者的影响。第二，异步分布式密钥管理。这种安全方式应用了数字签名的保护方式，各个阶段中都设置了密钥对，易于实现、原理简单，但存在局限性。第三，复活鸭子模式。之所以称为“复活鸭子”模式，是因为借鉴了鸭子破壳而出后会将第一个看到的移动物体视为自己的母亲，移动节点会将首个发送密钥的个体作为拥有者，只接受他的控制[2]。

2 无线Ad Hoc网络优点

无线Ad Hoc网络作为一种新型的移动网络，与传统的固定网络和移动网络相比，具有以下优点。第一，自组织性。无线Ad Hoc网络运作过程中，不需要应用固定的通信设备，节点可以在路由器、数据终端中互换，不需要设置网络中心控制节点。第二，自适应性。各类因素的影响，会导致网络拓扑结构出现变化，而无线Ad Hoc网络具有特殊的协议，可以根据具体变化进行调整，自适应能力非常好[3]。第三，多跳通信。节点与其他节点通信时，如果通信节点位于覆盖范围之外，需要应用多个中间节点进行转发。无线Ad Hoc网络与其他固定网络不同，多跳路由不需要采用专用路由设备，实现了多跳通信。网络节点可以是路由器，也可以是服务器。

3 无线Ad Hoc网络在抢险救灾行动中的应用

自然灾害是影响网络通信能力的一个重要因素。受到台风、水灾、地震等因素的影响，通信站点、通信网络、设备可能会遭到摧毁，影响正常通信。此时，使用无线Ad Hoc网络，不需要依赖任何固定基础设施就能快速布设。

第一，无线Ad Hoc网络为抢险救灾行动提供通信保障。无线Ad Hoc网络组织采取栅格式的拓扑结构，网络运行为分布式，与网络控制和组织有关的任务会被全部分配到各个节点。网络组织中不存在主次之分，每个节点可以自由加入或离开网络，节点失效一般不影响网络运行。由于该网络具有自适应性，网络建设、运行和维护相对简单[4]。此外，通过车载、手持、便携等终端可以迅速组网建立通信。

第二，目前无线Ad Hoc网络技术在抢险救灾行动通信中的瓶颈不大。虽然无线Ad Hoc网络亟待解决节点能量与带宽严重受限、有限的安全性等问题，但笔者认为这几方面的问题对非战争军事行动通信影响不大。抢险救灾时效性较短，对无线Ad Hoc网络节点的电池容量要求不会很高[5]。通信的种类以语言、文电为主，大带宽的视频使用很少，无线Ad Hoc网络的带宽可以满足很大一部分需要；通信的数据以及时准确为主，对通信安全和保密性的要求不是非常严格，无线Ad Hoc网络目前的安全性可以达到要求。

第三，无线Ad Hoc网络应用于抢险救灾行动通信中，可以为在军事环境中积累经验。通过无线Ad Hoc网络在实际领域的使用，便于掌握该网络的真实数据，了解潜在问题，为其应用于军事行动打下基础[6]。此外，从经济效益上讲，无线Ad Hoc网络在这种特定条件下的产品开发周期短，便于发现和解决问题，促进其进一步发展。随着该网络在技术上的不断完善，无线Ad Hoc网络在军事环境中的应用效果会更加理想。

4 结 论

本文针对无线Ad Hoc网络的特点、结构、安全问题等进行了阐述与分析，总结了无线Ad Hoc网络在抢险救灾行动中的应用。综合而言，无线Ad Hoc网络在抢险救灾行动中的应用具有诸多优势，但也存在一些问题，相信在技术水平不断进步的前提下，可以迅速突破现有的技术瓶颈。