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摘 要 无线自组网是一种聚集两个或多个具有无线通信能力和网络联机能力的设备，且设备可以直接在它们的无线覆盖范围之内或一个是在它们的无线覆盖范围之外的其他设备相互连接进行通讯，不必透过AP来进行通讯连接。如有几台手机或笔记本电脑，当它们聚集在通讯的链结范围内，就可以形成一个临时的网络。简单评析无线自组网其自身技术特点以及其在教育领域的应用。
关键词 自组网；无线；教育；网络技术
中图分类号：TN925 .93 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0112-02
Wireless MANET and its Application in Education//Zhang Wei
Abstract Wireless MANET is an aggregation of two or more networks with wireless communication, and connected to each other directly in their wireless coverage area. Do not have to communicate through the AP to connect, for example, there are several mobile phone or laptop computer, when they gathered in the context of communication links, we can form a temporary network. This is a simple self-assessment of the Wireless MANET of its own technical characteristics and it’s applied in the field of education.
Key words ad hoc network; wireless; education; network technology
Author’s address Tianjin Vocational Institute of Commerce, Tianjin, China 300221
1 无线自组网简介
无线自组网是由一些具有无线收发能力的节点所组成，由于没有集中管理的服务器装置，所以每个节点都是对等的，利用彼此间的位置来形成网络的拓扑。由于各个节点能任意移动，所以拓扑也随时间和位置的变化有所变化，进而形成新的拓扑网络。另外，在无线随意网络架构中，节点可以任意进入或退出该网络，这也会使得网络拓扑产生突然改变。无线随意网络最大的特征在于不需要任何有线网络的架构或设备，这意味着可以不受实体基础架构及硬设备之限制，而任意拓展网络规模大小。
在Ad-hoc无线网络中，由于多层跳跃（multi-hop）的特性，数据的传递需经由多个中间节点来完成，而在带宽及功率方面都有相当的限制。节点之间只能透过有限的带宽，在有限的传输距离内传递信息。1）自由组织能力。只要能感测到附近的节点，便可以在任何环境和地点组成网络，不需要有现成的网络设施，无线自组网的部署或展开不需要依赖于任何现有的网络基础设施。2）随时改变的拓扑。由于是无线设备，所以各节点能够随意移动，加上地形及讯号的干扰，将造成网络拓普随时都产生变化，网络中所有的行动设备都可以任意移动，也可以随时开机和关机，这些情况都会导致整个网络拓扑发生改变。3）带宽受限。无线自组网中的各类装置因为其特性就是可移植性高，相对的限制就在硬件方面的资源较低。4）安全性不佳。无线自组网是一种无线方式的分布式结构，所以更加容易被窃听、入侵、网络攻击和拒绝服务等。5）生存时间短。无线自组网通常是由于某个特定原因而临时建立的，在使用目的达成后，网络环境将会不复存在。
2 无线自组网的技术特点
介质访问方案（Medium Access Scheme），这是无线自组网网络中在MAC层的最大问题，就在于共享的频道中因碰撞而产生的效能影响。另外在这个部分的研究，尚有公平性（Fairness）、隐藏节点（Hidden Terminals Problem）、暴露节点（Exposed Terminal Problem）、吞吐量（Throughput）、同步（Synchronization）以及省电等相关问题。此外，目前无线自组网网络在路由（Routing）上，有下列几个研究方向，包括快速的路由建立、快速将断裂的路由恢复、避免无穷回路、缩小控制信号的额外负担、QoS的提供、安全性与私密性等问题。
还有组播（Multicast）的问题，传统有线网络中组播通讯协议包括CBT（Core Based Trees）、PIM（Protocol Independent Multicast）与DVMRP（Distance Vector Multicast Routing Protocol）等，在无线自组网网络中运作并不是很良好，也因此延伸出许多设计来提高移动性的无线自组网。除了传统的Tree-based架构外，近期的研究还提出Mesh-based架构的组播通讯协议，以对付更为高度移动性的环境。目前的研究问题主要是针对路由的健康性、效能、控制信号的额外负担、QoS、群组管理的效能等。
同时，无线自组网的网络传输层的研究相当受到关注，因为传统的Reliable connection-oriented传输协议如TCP（Transmission Control Protocol），当初设计之时并没用考虑到无线自组网这类变化剧烈的环境，传统的Sequence Number、Congestion Window、Slow Start等的设计，根本无法应用于无线自组网络，而且会导致传输效能的严重下滑。主要原因归咎于传统网络下，TCP封包丢失主要是因为网络拥塞，而TCP当年也是为了应对这种状况所设计的；然而无线自组网中造成封包遗失的主要状况却是因为下层路由断裂，而非网络拥塞。为了解决这些问题，目前有相当多关于传输效能的研究，其中大量的研究偏重在cross-layer的解决方案。在cross-layer结构中，某层中藉由协议产生/收集的信息都可被其他层的协议取得，来产生优化和改善网络效能。一般而言，层间的通讯仍保留模块结构，但跨层设计就打破模块（连接各阶层的设计），层间调整位于两者间，在完全不分层方法中，层的概念消失，进而发展新的结构，对于无线自组网是非常有益的。
3 无线自组网在教育领域的应用
因为无线自组网其自身技术特点，对于现代教育领域教学环境的改善和提高具备得天独厚的优势。1）设备要求起点低，对于教师和学生只要具备可以无线连接的数码设备就可以建立无线自组网，这对于移动设备非常普及的当代不算什么问题。2）组网方便快捷，不需要额外地购置AP类设备就可以快速地搭建网络平台。3）对应用环境没有刻意要求，无论是在户外、教室、体育馆或是实训基地，都可以搭建网络用于教师和学生的沟通交流，不再受限于特定的场所的限制。4）应用范围更加广阔，师生可以建立虚拟教室或虚拟会议室，让进行报告的学生或教师间直接进行数据或文件的传输交换。在课余时间还可以使用支持Ad-hoc模式的游戏终端进行网络对战。5）相对于其他领域，教育教学领域对数据的安全性和可靠性没有特别突出的要求，偶尔的自组网络出现拥塞并不会太影响实际的应用效果。此外，在高等职业教育领域，由于很多的课程依赖于实践课程进行，要求在实际工作现场进行学习或操作，这对于很多带领学生参加实践的教师来说，在工厂或公司的实际工作环境中很多并不具备搭建网络的条件，而无线自组网络正是这种环境中数据传输和交流的最好网络方式。
参考文献
[1]周文安.无线通信原理与应用[M].2版.北京:电子工业出版社,2006.
[2]余斌霄.无线网络的安全性:理论、技术与方法[D].西安:西安电子科技大学,2005.
[3]沈昌祥.信息安全工程导论[M].北京:电子工业出版社,2003.
[4]危烽.浅谈云计算在互联网中的应用[J].电脑知识与技术,2009(1):583-670.
[5]魏克军,赵洋,侯自强.基IEEE802.11协议WLAN无线资源管理浅析[J].电信科学,2006(8):11-13.
关键词 自组网；无线；教育；网络技术
中图分类号：TN925 .93 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0112-02
Wireless MANET and its Application in Education//Zhang Wei
Abstract Wireless MANET is an aggregation of two or more networks with wireless communication, and connected to each other directly in their wireless coverage area. Do not have to communicate through the AP to connect, for example, there are several mobile phone or laptop computer, when they gathered in the context of communication links, we can form a temporary network. This is a simple self-assessment of the Wireless MANET of its own technical characteristics and it’s applied in the field of education.
Key words ad hoc network; wireless; education; network technology
Author’s address Tianjin Vocational Institute of Commerce, Tianjin, China 300221
1 无线自组网简介
无线自组网是由一些具有无线收发能力的节点所组成，由于没有集中管理的服务器装置，所以每个节点都是对等的，利用彼此间的位置来形成网络的拓扑。由于各个节点能任意移动，所以拓扑也随时间和位置的变化有所变化，进而形成新的拓扑网络。另外，在无线随意网络架构中，节点可以任意进入或退出该网络，这也会使得网络拓扑产生突然改变。无线随意网络最大的特征在于不需要任何有线网络的架构或设备，这意味着可以不受实体基础架构及硬设备之限制，而任意拓展网络规模大小。
在Ad-hoc无线网络中，由于多层跳跃（multi-hop）的特性，数据的传递需经由多个中间节点来完成，而在带宽及功率方面都有相当的限制。节点之间只能透过有限的带宽，在有限的传输距离内传递信息。1）自由组织能力。只要能感测到附近的节点，便可以在任何环境和地点组成网络，不需要有现成的网络设施，无线自组网的部署或展开不需要依赖于任何现有的网络基础设施。2）随时改变的拓扑。由于是无线设备，所以各节点能够随意移动，加上地形及讯号的干扰，将造成网络拓普随时都产生变化，网络中所有的行动设备都可以任意移动，也可以随时开机和关机，这些情况都会导致整个网络拓扑发生改变。3）带宽受限。无线自组网中的各类装置因为其特性就是可移植性高，相对的限制就在硬件方面的资源较低。4）安全性不佳。无线自组网是一种无线方式的分布式结构，所以更加容易被窃听、入侵、网络攻击和拒绝服务等。5）生存时间短。无线自组网通常是由于某个特定原因而临时建立的，在使用目的达成后，网络环境将会不复存在。
2 无线自组网的技术特点
介质访问方案（Medium Access Scheme），这是无线自组网网络中在MAC层的最大问题，就在于共享的频道中因碰撞而产生的效能影响。另外在这个部分的研究，尚有公平性（Fairness）、隐藏节点（Hidden Terminals Problem）、暴露节点（Exposed Terminal Problem）、吞吐量（Throughput）、同步（Synchronization）以及省电等相关问题。此外，目前无线自组网网络在路由（Routing）上，有下列几个研究方向，包括快速的路由建立、快速将断裂的路由恢复、避免无穷回路、缩小控制信号的额外负担、QoS的提供、安全性与私密性等问题。
还有组播（Multicast）的问题，传统有线网络中组播通讯协议包括CBT（Core Based Trees）、PIM（Protocol Independent Multicast）与DVMRP（Distance Vector Multicast Routing Protocol）等，在无线自组网网络中运作并不是很良好，也因此延伸出许多设计来提高移动性的无线自组网。除了传统的Tree-based架构外，近期的研究还提出Mesh-based架构的组播通讯协议，以对付更为高度移动性的环境。目前的研究问题主要是针对路由的健康性、效能、控制信号的额外负担、QoS、群组管理的效能等。
同时，无线自组网的网络传输层的研究相当受到关注，因为传统的Reliable connection-oriented传输协议如TCP（Transmission Control Protocol），当初设计之时并没用考虑到无线自组网这类变化剧烈的环境，传统的Sequence Number、Congestion Window、Slow Start等的设计，根本无法应用于无线自组网络，而且会导致传输效能的严重下滑。主要原因归咎于传统网络下，TCP封包丢失主要是因为网络拥塞，而TCP当年也是为了应对这种状况所设计的；然而无线自组网中造成封包遗失的主要状况却是因为下层路由断裂，而非网络拥塞。为了解决这些问题，目前有相当多关于传输效能的研究，其中大量的研究偏重在cross-layer的解决方案。在cross-layer结构中，某层中藉由协议产生/收集的信息都可被其他层的协议取得，来产生优化和改善网络效能。一般而言，层间的通讯仍保留模块结构，但跨层设计就打破模块（连接各阶层的设计），层间调整位于两者间，在完全不分层方法中，层的概念消失，进而发展新的结构，对于无线自组网是非常有益的。
3 无线自组网在教育领域的应用
因为无线自组网其自身技术特点，对于现代教育领域教学环境的改善和提高具备得天独厚的优势。1）设备要求起点低，对于教师和学生只要具备可以无线连接的数码设备就可以建立无线自组网，这对于移动设备非常普及的当代不算什么问题。2）组网方便快捷，不需要额外地购置AP类设备就可以快速地搭建网络平台。3）对应用环境没有刻意要求，无论是在户外、教室、体育馆或是实训基地，都可以搭建网络用于教师和学生的沟通交流，不再受限于特定的场所的限制。4）应用范围更加广阔，师生可以建立虚拟教室或虚拟会议室，让进行报告的学生或教师间直接进行数据或文件的传输交换。在课余时间还可以使用支持Ad-hoc模式的游戏终端进行网络对战。5）相对于其他领域，教育教学领域对数据的安全性和可靠性没有特别突出的要求，偶尔的自组网络出现拥塞并不会太影响实际的应用效果。此外，在高等职业教育领域，由于很多的课程依赖于实践课程进行，要求在实际工作现场进行学习或操作，这对于很多带领学生参加实践的教师来说，在工厂或公司的实际工作环境中很多并不具备搭建网络的条件，而无线自组网络正是这种环境中数据传输和交流的最好网络方式。
参考文献
[1]周文安.无线通信原理与应用[M].2版.北京:电子工业出版社,2006.
[2]余斌霄.无线网络的安全性:理论、技术与方法[D].西安:西安电子科技大学,2005.
[3]沈昌祥.信息安全工程导论[M].北京:电子工业出版社,2003.
[4]危烽.浅谈云计算在互联网中的应用[J].电脑知识与技术,2009(1):583-670.
[5]魏克军,赵洋,侯自强.基IEEE802.11协议WLAN无线资源管理浅析[J].电信科学,2006(8):11-13.