一、無線自組網(wǎng)的定義

無線自組網(wǎng)（Wireless Mesh Network）是一組帶有無線收發(fā)裝置的移動終端組成的一個無中心、多跳、自組織的網(wǎng)絡，是一種移動計算機通信網(wǎng)絡。相比傳統(tǒng)的基礎設施模式，無線自組網(wǎng)具有較強的擴展性、靈活性和自組織性。它可以在沒有中心控制節(jié)點的情況下，通過節(jié)點之間的協(xié)作和路由選擇，實現(xiàn)覆蓋范圍更廣、容量更大、魯棒性更強的無線通信網(wǎng)絡。

通信網(wǎng)絡包有多種拓撲形式，比如鏈狀拓撲、星狀拓撲、網(wǎng)狀拓撲以及混合狀拓撲結構組網(wǎng)，如下圖所示。

▲網(wǎng)絡拓撲結構

二、無線自組網(wǎng)的發(fā)展過程

自組網(wǎng)的發(fā)展過程分為移動自組網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡這兩個重要分支。移動自組網(wǎng)起源于二十世紀六十年代末期，無線傳感器網(wǎng)絡起源于二十世紀九十年代末期，具體發(fā)展過程如下： 

1、移動自組網(wǎng) 

移動自組網(wǎng)（Mobile Ad hoc Network）分為兩個階段：

◆二十世紀六十年代末到八十年代末期，是基于軍事通信應用的初期發(fā)展階段。

◆二十世紀九十年代至今，是基于軍事通信和民用通信應用的快速發(fā)展階段。

（1）軍事通信的初期發(fā)展階段

移動自組網(wǎng)的出現(xiàn)，最早來自軍事通信的需求。首先作戰(zhàn)部隊的快速移動，要求相互間通信只能采用無線方式。其次軍事通信網(wǎng)要求具有抗毀性，不能因為個別節(jié)點的摧毀造成整個網(wǎng)系的癱瘓，為此要求通信系統(tǒng)最好采用無中心、分布式協(xié)調(diào)方式組網(wǎng)；在某些戰(zhàn)場環(huán)境下，無法預先布設通信基礎設施，參戰(zhàn)單位多元化，需要一種能快速展開的移動自組網(wǎng)。此外，戰(zhàn)場無線頻譜資源越來越緊張，100MHz以上的頻段只能進行視距傳輸，限制了無線通信的范圍，為實現(xiàn)遠距離用戶的信息交互，必須采用多跳中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式。

Ad hoc網(wǎng)絡技術的起源可追溯到1968年的ALOHA項目和1972年的PRNET網(wǎng)絡。1968年，美國夏威夷大學為了將分布在四個島嶼的七處校園內(nèi)的計算機之間互連，構建了第一個無線自組網(wǎng)――ALOHA系統(tǒng)。在該網(wǎng)絡中，計算機不能移動，相互之間一跳可達。該項目首先研究了共享無線媒介的多站點接入信道問題，提出了著名的ALOHA協(xié)議。

1972年，夏威夷大學在美國國防部預先研究計劃局的支持下，開發(fā)了支持節(jié)點移動的分組無線電網(wǎng)絡 PRNET（Packet Radio Networks）。與 ALOHA 不同，PRNET允許在一個更廣地理范圍內(nèi)，采用分組多跳存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式進行通訊。PRNET設計時希望網(wǎng)絡的形成無需人工干預，系統(tǒng)能自動初始化和自動運行。這意味著網(wǎng)絡節(jié)點能夠發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點，并根據(jù)這些鄰居節(jié)點形成路由。

1983年，DARPA資助進行了具有抗毀性和自適應的無線網(wǎng)絡SURAN項目。該項目重點解決以下三個關鍵技術問題：當時的無線通信裝置體積大，功率大，成本高。組網(wǎng)算法雖然在小規(guī)模網(wǎng)絡上得到驗證，但是無法支持大規(guī)模網(wǎng)絡。網(wǎng)絡抗電子干擾能力差。該項目研制出低成本的分組無線電電臺－LPR。電臺帶有集成微處理器－Intel8086，采用直接序列擴頻技術和自適應前向糾錯技術提高抗干擾性。基于LPR平臺，研究人員提出一種基于分層鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，以支持大規(guī)模網(wǎng)絡。 

美國海軍研究實驗室于20世紀70年代末研制完成了短波自組織網(wǎng)絡 HF-ITF 系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠保障海軍特遣艦隊在500公里范圍的艦只、飛機、潛艇相互之間進行聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)工作在短波頻段，是采用跳頻方式組網(wǎng)的低速自組織網(wǎng)絡。 

（2） 軍民并重的快速發(fā)展階段 

二十世紀九十年代初期，隨著移動通信和移動終端技術的高速發(fā)展，移動自組網(wǎng)技術不但在軍事通信領域得到充分發(fā)展，而且在民用通信領域得到應用。 

此前的PRNET、SURAN、HF-ITF系統(tǒng)等項目在自組網(wǎng)內(nèi)部采用自定義子網(wǎng)協(xié)議，未采用標準IP協(xié)議。因特網(wǎng)成功推動了將全球信息基礎設施擴展到移動無線環(huán)境的進程。1993 年，美國國防部啟動近期數(shù)字無線電臺計劃，目標是研制支持IP數(shù)據(jù)業(yè)務的戰(zhàn)術無線電臺?；谠撾娕_可自組織成兩層的 Ad Hoc 網(wǎng)絡。網(wǎng)絡分為若干簇，每個簇由一個簇首和若干簇成員組成，各簇首構成一個骨干網(wǎng)。NTDR配置到美軍旅或旅以下部隊戰(zhàn)術作戰(zhàn)中心，是目前少數(shù)的“實際”使用的 Ad Hoc 網(wǎng)絡之一。1994 年，美國DARPA啟動全球移動信息系統(tǒng)（GloMo）計劃，目標是為移動用戶提供信息服務，使移動無線環(huán)境成為國防信息基礎設施的重要組成。

WINGs(Wireless Internet Gateways)是GloMo 計劃中的一個項目，主要目標是在IP層完成路由功能，實現(xiàn)無線移動自組網(wǎng)與多媒體因特網(wǎng)的無縫結合。 

各種基于無線和紅外技術通信設備的廣泛出現(xiàn)和便攜計算機的流行，產(chǎn)生了移動終端互連的要求，為移動自組網(wǎng)的應用提供了廣闊空間。1994 年，C.E.Perkins和D.B.Johnson分別在ACM SIGCOMM和ACM Mobicom會議發(fā)表論文，提出了對個人便攜設備進行無需基礎設施支持的組網(wǎng)思想，并對相應的路由算法進行了探索。這標志著移動自組網(wǎng)技術開始從軍事通信領域轉(zhuǎn)向民用通信領域。 1997年，IEEE802.11標準發(fā)布，該標準支持一跳的Ad hoc工作模式，進一步推動了無線自組網(wǎng)的發(fā)展。同年，IETF 成立了 MANET（Mobile Ad hoc Network）工作組，負責研究支持數(shù)百個節(jié)點規(guī)模的移動自組網(wǎng)路由協(xié)議，制定相應標準。 目前該工作組已經(jīng)形成了三個路由協(xié)議的RFC，分別為AODV（RFC3561）、OLSR（RFC3626）、TBRPF（RFC3684）。 

2、無線傳感器網(wǎng)絡

進入二十一世紀后，無線自組網(wǎng)的一個重要發(fā)展方向是無線傳感器網(wǎng)絡。

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network）是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的、自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)感知對象的信息，并傳送給信息獲取者。由于大量微小傳感器節(jié)點隨機分布，每個節(jié)點傳輸功率非常有限，因此只能采用無線自組網(wǎng)技術進行組網(wǎng)通信。

2000年，美國陸軍提出“無人值守地面?zhèn)鞲衅魅骸表椖浚擁椖堪ㄟh程戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)和戰(zhàn)術遠程傳感器系統(tǒng)。目標在于使基層部隊指揮員能夠根據(jù)需要將傳感器部署到任何區(qū)域，并且詳盡收集戰(zhàn)場各種精確信息，比如叢林地帶的地面堅硬度和干濕度，為更準確地指定戰(zhàn)斗行動方案提供情報依據(jù)。

2001年，美國國防部預先研究計劃局啟動SensIT計劃，該計劃研究的關鍵技術包括：如何以戰(zhàn)場為背景，讓傳感器節(jié)點通過自組織方式完成網(wǎng)絡的快速部署；如何從部署的傳感器網(wǎng)絡收集有用的、可靠的、實時戰(zhàn)場態(tài)勢信息。該計劃要求SensIT網(wǎng)絡具有交互和編程能力，適應動態(tài)任務部署和查詢；具有多任務能力，允許多用戶同時使用；具有精確的感知和跟蹤能力。同年，美國陸軍提出“靈巧傳感器網(wǎng)絡通信”計劃。目標是在戰(zhàn)場上部署大量傳感器以收集信息，對相關原始數(shù)據(jù)初步融合后，再把重要信息傳送到各數(shù)據(jù)融合中心，將大量信息集成戰(zhàn)場全景圖，提高美軍戰(zhàn)場態(tài)勢的感知能力。

2002年，美國 Sandia 國家試驗室與美國能源部合作，共同研究能夠盡早發(fā)現(xiàn)以地鐵、車站等場所為目標的生化武器襲擊，并及時采取防范對策的系統(tǒng)。同年，INTEL公司發(fā)布“基于微型傳感器網(wǎng)絡的新型計算發(fā)展規(guī)劃”，宣稱將致力于微型傳感器網(wǎng)絡在預防醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火，乃至海底板塊調(diào)查、行星探測等領域的應用。 

2003年美國國家科學基金會第一次設立傳感器網(wǎng)絡研究主題，公開征求計劃書。2004年，美國國家科學基金會再次設立傳感器網(wǎng)絡的研究主題。 

3、無線mesh自組網(wǎng)技術

無線 Mesh 網(wǎng)絡是無線局域網(wǎng)和移動自組織網(wǎng)絡相結合的產(chǎn)物，是一種全新的網(wǎng)絡架構。2001年，Inter聯(lián)合其他廠商首次提出Mesh無線網(wǎng)絡架構，在試驗初期，主要被用來作為美國軍方內(nèi)部網(wǎng)絡使用。2003年，北電網(wǎng)絡推出點到點的WiFi+Mesh自組網(wǎng)架構，并計劃在今后和傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡相結合，形成互補的無縫漫游網(wǎng)絡。2004年以來，Mesh無線自組網(wǎng)被用于寬帶城域網(wǎng)的建設中，尤其近年來新起的“無線寬帶城市”及多網(wǎng)融合建設。

Mesh自組網(wǎng)絡是一種無線局域網(wǎng)類型，也就是網(wǎng)狀結構網(wǎng)絡，也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡。在Mesh網(wǎng)絡中，所有的節(jié)點都互相連接，每個節(jié)點擁有多條連接通道，所有的節(jié)點之間形成一個整體的網(wǎng)絡，動態(tài)地創(chuàng)建新鏈接和其他節(jié)點相連的一項技術，它具有組網(wǎng)簡單、方便和可拓展等優(yōu)點，大幅降低用戶對網(wǎng)絡部署的成本和復雜程度。

三、無線自組網(wǎng)的應用

相比傳統(tǒng)的基礎設施模式，無線自組網(wǎng)具有較強的擴展性、靈活性和自組織性。它可以在沒有中心控制節(jié)點的情況下，通過節(jié)點之間的協(xié)作和路由選擇，實現(xiàn)覆蓋范圍更廣、容量更大、魯棒性更強的無線通信網(wǎng)絡，其應用范圍可以覆蓋工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、家庭、辦公環(huán)境、軍事等各種場合和行業(yè)。騰遠智拓憑借多年的技術研發(fā)和創(chuàng)新，積累了多種技術方案和應用案例，已經(jīng)廣泛應有于部隊、應急、消防、海事、人防、公安、電力、水利、航天等行業(yè)領域，并發(fā)揮重要的作用。部分應用場景如下：

▲海上通信無線自組網(wǎng)解決方案

移動自組網(wǎng)技術為解決編隊船舶之間的通信問題，支持各種信息的快速交互和共享，實現(xiàn)協(xié)同感知、協(xié)同處理、協(xié)同決策和協(xié)同攻擊，提高海事信息化管理和整體指揮效率。

▲無人系統(tǒng)無線自組網(wǎng)解決方案

以Ad hoc為技術基礎的分布式無中心IP MESH網(wǎng)絡是無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的通信基礎，可以支持各種信息的快速交互 和共享，實現(xiàn)協(xié)同感知、協(xié)同處理、協(xié)同決策和協(xié)同攻擊，從而提高無人系統(tǒng)的生存能力和整體作戰(zhàn)效率。

▲電力無線自組網(wǎng)解決方案

電力巡檢時通過自組網(wǎng)進行組網(wǎng)，檢修人員通過穿戴智能設備與自組網(wǎng)無縫對連，在提升管理水平的同時，也在人員安全方面進行了有效保護，把整個巡檢作業(yè)的工作效率通過無線通信技術提高和完善。

▲應急無線自組網(wǎng)解決方案

當自然災害發(fā)生時，公網(wǎng)信號消失或減弱，指揮救援隊伍需要馬上組建一套無線傳輸通信網(wǎng)絡，將現(xiàn)場的情況傳到指揮中心，中心通過調(diào)度指揮系統(tǒng)進行遠程調(diào)控；前場可由應急通信指揮車、單兵自組網(wǎng)設備、機器人機載自組網(wǎng)設備、便攜式指揮箱等終端進行組網(wǎng)。

文案 | 小騰/網(wǎng)絡

圖片 | 小騰/網(wǎng)絡

PS：部分來源網(wǎng)絡，如有侵權，請聯(lián)系我們刪除