呂弘

摘 要：作為無線自組織網(wǎng)絡（Ad Hoc網(wǎng)絡）的基礎，快速可靠的路由（fast andreliable protocol，簡稱：FAP）在應用中具有鮮明的特點即高度抗毀性、高度可靠性以及高度移動性，是目前Ad Hoc網(wǎng)絡研究應用過程中的關鍵技術點。AD HOC網(wǎng)絡在應用中以較窄的寬帶為無線信道，并且因低功耗節(jié)點的變相移動致使出現(xiàn)拓撲變化較為頻繁的現(xiàn)象，如若在Ad Hoc網(wǎng)絡中應用傳統(tǒng)的路由協(xié)議，周期性質的控制信息需占有大量的無線網(wǎng)絡資源，大大降低整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的效率。與此同時，因Ad Hoc網(wǎng)絡的節(jié)點在應用中一般以電池進行供電，并且因技術層次的制約，電池容電量問題短時間內(nèi)難以得到很好地解決。由此表明，Ad Hoc網(wǎng)絡路由與低功耗節(jié)點關鍵技術的研究具有顯著的劃時代意義。

關鍵詞：無線自組織網(wǎng)絡路由;低功耗節(jié)點;關鍵技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.129

作為目前普適計算（ubicomp）的新型實現(xiàn)技術之一，Ad Hoc網(wǎng)絡又被稱之為多跳性網(wǎng)絡。它是由一套無線信息接收設施蜂窩移動型終端節(jié)點組合而成的一種多跳臨時的無中心網(wǎng)絡架構，于任何的時間、地點、空間皆能快速可靠的建立移動性質的信息網(wǎng)絡平臺，且無需任何的信息網(wǎng)絡設備的維持，網(wǎng)絡結構中的任何一個終端節(jié)點皆能自行移動運轉，作用地位相同。

1 無限自組織網(wǎng)絡的定義敘述

Ad Hoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議的三大核心功為：路徑的產(chǎn)生、抉擇、維護。在其中，路徑產(chǎn)生的定義為依據(jù)集中化或者分散化的蜂窩移動網(wǎng)絡通信技術以及用戶需求形成的網(wǎng)絡路徑，此項進程的首要內(nèi)容為蜂窩網(wǎng)絡下的信息技術以及用戶的信息需求;在形成的網(wǎng)絡結構中，路徑的產(chǎn)生、抉擇往往可合在一起形成新的網(wǎng)絡路由協(xié)議即路徑發(fā)現(xiàn);對網(wǎng)絡結構中的所有路徑進行維護便是路徑維護的主要功能[1]。因此為保證滿足Ad Hoc網(wǎng)絡需求，需重新設計于Ad Hoc網(wǎng)絡相切合的路由協(xié)議。

2 關于Ad Hoc 網(wǎng)絡特點介紹

依據(jù)相關文獻中，無線自組織網(wǎng)絡工作小組提出的RFC2501號文件中總結出以下幾點影響Ad Hoc網(wǎng)絡的因素：

第一、拓撲結構的動態(tài)變化：無線自組織網(wǎng)絡的終端節(jié)點能以任何的形態(tài)速率進行萬向自由的，因此，Ad Hoc網(wǎng)絡需能適用于拓撲結構的動態(tài)變化，尤其出現(xiàn)多跳臨時的網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化。

第二、寬帶的限制：Ad Hoc網(wǎng)絡在運行中會受到帶寬的限制，例如在工作環(huán)境以及公共網(wǎng)絡環(huán)境中，用戶的多路徑訪問、衰落的信道以及有限的頻譜聚能引發(fā)信道問題，從而影響Ad Hoc網(wǎng)絡的運行。

第三、受限于終端節(jié)點能量：在應用Ad Hoc網(wǎng)絡的環(huán)境受限于終端節(jié)點的能量限制性問題。因而在開始，設計Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議時需首先考慮如何設計低能耗的節(jié)點，否則會致使路由協(xié)議變得尤為復雜多變。

第四、運行中風險的安全性問題：運行Ad Hoc網(wǎng)絡中，本身就存有一定風險性，極易遭受外部攻擊，因此經(jīng)數(shù)據(jù)鏈接層、網(wǎng)絡層引入部分安全機制，以此減小風險性。另外Ad Hoc網(wǎng)絡的架構從實際意義上講也在一定程度上提升了網(wǎng)絡的健壯性。

3 設計低功耗節(jié)點喚醒Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的運行

第一、Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的總體構成。運行無線傳感器網(wǎng)絡中，大多數(shù)的路由協(xié)議的節(jié)點并無需全部以電池進行供電，比如IEEE 802.15.4/Zigbee路由協(xié)議。從功能的角度分類，路由協(xié)議將網(wǎng)絡設施劃分為兩大類即全功能設施（FFD）以及簡化功能設施（RFD）。低功耗節(jié)點喚醒Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的總體架構，從能耗角度進行分類，節(jié)點可分為兩大類即受電量限制的設備（PLD）以及不受電量限制的設備（PUD），PLD指的是受電池電量限制，對于功耗有嚴格的要求的設備;PUD指的是可持續(xù)性供電的，并無電量限制以及嚴格的功耗要求的設備。

舉例說明：一款有6種睡眠功效的低能耗芯片的設計即Atmega128L，它的設計模塊包含傳感器，微處理器，喚醒機制，射頻通信以及電源等。相比常規(guī)的無線傳感器設計添加了喚醒機制。喚醒機制的構成主要有內(nèi)電路板以及天線。天線主要的作用為從電磁場中接收能量信號以此提供給內(nèi)電路板[2]。

第二、低耗能節(jié)點的設計。從上述的例子中，Atmega128L在設計之初增加了喚醒機制，并選擇低能耗的芯片用于無線傳感器網(wǎng)絡的終端節(jié)點，在睡眠模式下喚醒機制的工作時長為6個時鐘周期，并于8MHz工作頻率之下，喚醒時長約有0.73μs。CC1000射頻接收芯片，以433MHz的頻率接收時平均電量功耗約有7.5毫安，發(fā)射時的平均電量功耗約有15.1毫安，喚醒的工作時長為5ms。通過對比可表明低能耗喚醒機制在Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器運行中具有較高的時效性以及較低的能耗，大大滿足Ad Hoc網(wǎng)絡的需求[3]。

綜上所述，在無線自組織網(wǎng)絡的運行中，依據(jù)低功耗節(jié)點喚醒Ad Hoc網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器技術，產(chǎn)生的信號喚醒控制微單元（MCU），從而喚醒通信模塊接收信息數(shù)據(jù)，保證信息的時效性以及低能耗，因此低功耗節(jié)點應用于Ad Hoc網(wǎng)絡中的關鍵便是技術的創(chuàng)新及變革。

參考文獻：

[1]劉半藤，周瑩，陳友榮等.基于移動—能量代價函數(shù)的無線自組織網(wǎng)絡路由策略研究[J].傳感技術學報，2017，30（02）：302-305.

[2]姚俊杰，張新晨.基于超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術與無線通信技術的智能水表系統(tǒng)[J].計算機測量與控制，2018，v.26;No.236（05）：288-291.

[3]李鵬飛，雷迎科.動態(tài)Ad hoc網(wǎng)絡關鍵節(jié)點識別[J].計算機應用研究，2017，34（05）：1473-1475.