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无线自组网综述

无线自组网综述 智慧海洋公众交流平台
2025-03-05
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无线自组网概念





无线自组网(Wireless Ad Hoc Network)是一种由无线设备组成的网络,这些设备之间可以直接通信,而无需通过中心化的基础设施来进行数据传输。在无线自组网中,各个设备可以相互协作,通过建立临时性的连接来共享信息和资源。无线自组网(Wireless Mesh Network)是一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个无中心、多跳、自组织的网络,是一种移动计算机通信网络。相比传统的基础设施模式,无线自组网具有较强的扩展性、灵活性和自组织性。它可以在没有中心控制节点的情况下,通过节点之间的协作和路由选择,实现覆盖范围更广、容量更大、鲁棒性更强的无线通信网络。



拓扑形式





通信网络包括有多种拓扑形式,比如链状拓扑、星状拓扑、网状拓扑以及混合状拓扑结构组网,如下图所示:

1、链型拓扑


2、星型拓扑



3、网型拓扑



4、混合型拓扑




无线自组网发展





无线自组织网络根据应用侧重的不同可以分为移动Ad Hoc网络、无线传感器网络、无线Mesh网络、机会网络4种典型的无线自组织网络和其他无线自组织网络。

移动Ad Hoc网络

随着科学技术的不断发展,手机、便携式电脑和掌上电脑等越来越普及,它们虽然在体积上不断减小,却在功能上更加强大,这使得它们成为无线通信领城重要的终端设备,而用户也相应地对无线通信技术有了更加灵活和多样性的需求。人们希望脱离固定的通信模式,自由地通信。而当前的蜂窝式移动通信系统或者无线局域网、都要借助于基站或者中心式接入点,一且出现基站或者中心式接入点丢失,通信就会发生中断,同时在一些紧急情况下。也无法迅速建立有效的基础网络,这样就需要新的组网方式。这种新的组网方式就是移动Ad Hoc网络。

移动Ad Hoc网络MANET(Mobile Ad Hoc Network)是一种自组织的、无须基础设施、由一组移动通信设备经过无线通信链路连接构成的无线网络。

①移动Ad Hoc网络在军事上的应用: Ad Hoc网络的最初研究起源于军事通信,直到最近十多年才开始了商用的研究。然而,军方对Ad Hoc网络的研究从来没有中断过,在美军的Glomo计划、SUO SAS计划(小部队作战态势感知系统)、WIN-T 计划(指战员信息网-战术部分)、MOSAIC(多功能“动中通”、抗毁、自适应综合通信)、JTRS计划(联合战术无线电系统)中,都能看到Ad Hoc网络的基础地位越来越重要。因此,基于Ad Hoc网络技术的研究进展,同时结合战术通信的主要信息业务需求,包括态势感知(SituationalAwareness,SA)数据、指挥与控制(Command and Contro,C2)数据、密钥与图像分发、联合作成任务规划等,移动Ad Hoc网络在军事通信中将发挥越来越重要的作用。
②移动Ad Hoc网络在海上移动通信系统上的应用: 船舶节点移动迅速、通信密集性高、网络拓扑结构变化快是海上安全救助网络的显著特点。在这种复杂环境中,Ad Hoc网络可以弥补现有系统的许多不足,更好地实现语音通信、遇险报警、船舶定位,以及利用其自组织特性扩大通信范围。

无线传感器网络

无线传感器网络是一种贴近应用、以信息采集和传输为主要功能的无线自组织网络,近年来受到了人们的广泛关注。传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能,它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。那么何为无线传感器网络?无线传感器网络(Wireless SensorNetwork,WSN)是由大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被感知对象的信息,最终把这些信息发送给网络所有者。


军事领域:由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、 装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。

其他用途:WSN还被应用于一些危险的工业环境,如井矿、核电厂等,工作人员可以通过它来实施安全监测,也可以用在交通领域作为年制监控的在力工具,此外,还可以应用在工业自动化生产线等诸多领域。

无线mesh自组网技术

无线 Mesh 网络是无线局域网和移动自组织网络相结合的产物,是一种全新的网络架构。2001年,Inter联合其他厂商首次提出Mesh无线网络架构,在试验初期,主要被用来作为美国military内部网络使用。2003年,北电网络推出点到点的WiFi+Mesh自组网架构,并计划在今后和传统电信网络相结合,形成互补的无缝漫游网络。2004年以来,Mesh无线自组网被用于宽带城域网的建设中,尤其近年来新起的“无线宽带城市”及多网融合建设。


Mesh自组网络是一种无线局域网类型,也就是网状结构网络,也称为“多跳(mulTI-hop)”网络。在Mesh网络中,所有的节点都互相连接,每个节点拥有多条连接通道,所有的节点之间形成一个整体的网络,动态地创建新链接和其他节点相连的一项技术,它具有组网简单、方便和可拓展等优点,大幅降低用户对网络部署的成本和复杂程度。



无线自组网的主要特点





1、无线自组网设备的各个节点可以形成无中心化的同频组网,支持64个节点,并且灵活进行部署;

2、自组网网络拓扑结构可随意设计,如点对点、点对多点,组网拓扑可分为链状组网、星状组网、网状组网、混合组网等特点;

3、自组网设备开机即用,实现秒级快速组网,当网络拓扑发生变化时,设备可快速重新构建路由,选择最佳的传输路线;

4、自组网设备的抗干扰性也很好,系统采用自动重传机制,降低数据在传输中的丢失率,同时具备跳频的功能;

5、自组网设备支持多种安全加密方式,且是全IP化的组网设计,让数据无差异化的透传,并且与其他网络通信系统(公网、卫星等)互联互通,真正实现多网融合的多媒体通信业务;

6、自组网设备体积小、轻重量的特点,设备形态分为手持式、背负式、机载式、车载式等多样化的种类,同时配备可拆卸的电池,保障长时间的任务需求;




无线自组网的应用


无线自组网是一种便携式通信方式,在没有任何网络的环境下,能够快速组建一套无中心化的网络环境,不依赖常规的机房网络等传统基础设施。无论是在可视还是非视距的情况下,自组网系统能够简单进行组网,将前端的语音、视频、数据进行传输。这种宽带的MESH自组网系统主要应用在警队、消防、电力、石油、水利、林业、广电、医疗、水上及空中通信等部门领域。


森林消防通信指挥保障方案


1.一线扑火队伍携带宽带自组网设备、智能终端、无人机搭建火场宽带通信网络,实现音视频数据实时传输;一线指挥员通过单兵智能终端与中继无人机信息共享,实时通过鸟瞰视角,更好的掌握火场态势,实现高效地组织火灾扑救和确保扑火人员的生命安全。
2.前指人员通过宽带自组网、指挥车、无人机、便携式卫星站、三屏指挥调度平台和一线扑火队伍自行组网,实现可视化、实时化的高效指挥;前指人员通过便携式卫星站或4G/5G公网将火灾扑救现场情况,可视化、实时化回传到基本指挥部,为森林火灾扑救组织与领导提供可靠的通讯保障,以便于基本指挥部为最终扑救森林火灾定下决心和实现决心。


人防信息化通信方案


人防信息指挥车搭载无线宽带自组网,与人防机动车、现场处置人员互联互通,形成无中心、中继多跳的动态通信网络。人防机动车深入应急事故现场,将应急事故现场音频(语音通信、数字会议、广播、)、视频(监控、智能终端、可视话机、视频会议)等数据实时回传给前后方各指挥员,指挥员根据现场情况快速作出准确判断。提高了整个人防系统在应对突发事故或应急演练下的通信指挥能力,实现应急事态下前方应急事发现场、机动指挥现场、后方指挥中心之间的互联互通能力。


重特大自然灾害事故救援解决方案


前去营救的各级救援小队需佩戴图像自组网、北斗终端、天通终端等无线设备,设备保障了救援小队能实时接收来自指挥中心的救援行动的安排,救援现场配备无人机搭载机载自组网建立空中通信链路,将现场救援小队所采集的实时视频信息和GPS定位信息传递至指挥车,指挥车依据现场网络通信情况利用有线、无线、卫星等通信方式回传至后方指挥中心,并向后方指挥中心汇报现场情况,后方指挥中心根据现场灾害情况协调资源、审查和批准行动计划,确保相应人员群众的生命安全,最大程度降低灾害损失。

海上石油开采通信方案



为保障海上石油的顺利开采,将无线宽带自组网投入于海上通信中,各运输搭建船只与海上钻井平台上配备图像自组网基站,通信节点内采用相同的软件架构,确保所有节点之间可以自由组网,当个别节点超出连接范围重新进入时,也可自动建立连接,保证各个节点可以动态加入和退出。同时可与有线、无线等多种语音终端的互联互通,打破原有通信界限,还可接入多种音视频终端设备,实现音视频联动,为高效应急指挥工作提供强有力的支撑。

文章来源:戎融视界

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