水下传感器组网拓扑结构研究

万 骏

（三峡大学 湖北 宜昌 443003）

1 Ad Hoc网络应用在军事中的背景意义

随着我国军事实力的不断增强，在国际地位的话语权显著提升。我国海军急切地需要建立畅通无阻的通信自组网络系统，构建稳定、快速、高效的通信网络，满足现代化海军作战的需要。

Ad hoc网络与其他无线网络组网结构有很大差异，网络中并未设置任何中心节点，全部结点的地位均是等同的，作用是相等的，不但具有其他无线网络节点的基本功能，而且还能作为其他节点的中转站，具有转发传播的功能。正是基于这一优势，Ad hoc网络与其他无线移动网络相比，各节点能够自由进入网络或者离开网络，节点的增加和删减，对Ad hoc整个网络的运行并未产生影响，具有灵活自由、抗打击、抗毁坏的能力。Ad hoc网络可有效解决水下网络通讯的弊端，增强水下通讯的稳定性和可靠性，对贯彻新形势下军事战略方针，组建一支强大的海洋舰队，保卫我国的海洋领土具有重要的意义。

2 Ad Hoc网络的作用

2.1 Ad Hoc网络的概念

“Ad Hoc”概念最初来源于拉丁语，本意是专用的、特定的，引申意思为“为某种目的而专门设置的”。Ad Hoc网络通常也称为“无固定设网”、“自组织网”、“多跳网络”。目前，Ad Hoc网络已经获得各国的认可，由于其自组网、抗毁坏、快速的传输特点，被广泛应用到军事和民用领域。尤其水下作为无线网络通信的瓶颈，长期以来，由于受水下通信技术的传输限制，水下通信效果不佳，Ad Hoc网络的应用改善了这一现状，已经成为水下军事作战信息通信的核心技术，未来应用空间巨大。

2.2 Ad Hoc网络提出的历史过程

Ad Hoc网络最开始被美国国防部首次提出的未来通讯的核心技术，主要用于在军事作战通信中。他是基于之前的技术，重新构建的一种适合全球信息化发展的新型网络构架，开启了一场人类历史性的无线网络通信技术的革命。

2.3 Ad Hoc的网络结构

当前，水下无线通信组网包括分层分布式结构和平面式结构。分层式网络结构中按照簇（CLUST）的组成来进行划分单元。每一组簇由一个簇首和其它多个成员组成，这些簇首聚集在一起，能够形成上一层级的网络结构，在上一层级的网络结构中又可以形成新的簇，发展成更高层级的网络结构。分层分布式网络结构需要由中心节点向其它节点转发信息。而平面式结构所有节点在网络中的地位是平等的，发挥的作用是等同的。这种网络结构每个节点可以灵活进入网络，不会影响整体网络的通信结构。军事中水下节点包括潜艇、航行器、鱼雷等，水下网络采用上述无线网络通讯结构，提高了各节点通信的自由度，使通信传输更畅通自如。见图1。

2.4 Ad Hoc的路由协议

水下通信自组网在网络拓扑结构出现改变时，能够第一时间重构网络。而路由协议是保障网络稳定的基础，路由算法的改进和提升是Ad Hoc网络性能的关键，路由信息表是实现路由技术的重要途径。水下通信自组网通过路由表的连接可以实现各节点的无线通信，以最简单的网络结构进行解释，便于更好理解路由协议。见表2。

基于无线网络的路由协议包括DSDV、WRP、DSR、LMR、AODV等。DSDV协议是对Bellman-Ford协议的改进，解决无穷循环计数问题，每个节点的信息存储在同一张路由表中，路由信息发送具有周期性，为防止路由环路问题的发生。其算法如下：

AODV协议是根据DSDV演变发展而来，按照实际网络的需求开展信息发送，根据数据信息量建立路由，是按需路由协议之一。

3 Ad Hoc网络的军事应用

Ad Hoc网络在复杂水下环境中传输无线信息，使水下舰艇编队、水下全过程监视、立体式协同作战等方面成为现实，具有较大的应用前景。一是应用Ad Hoc网络在潜艇之中，使水下活动更为隐蔽，可以提供持续不间断的无线网络通信服务，提高传播信道稳定性，大幅度提升潜艇的作战能力。二是Ad Hoc网络在水下军事中的应用为水下提供了通信畅通的网络，去中心指挥信息平台的通信方式，为海军水下编队，与空军、陆军协同作战提供基础，提升了立体性的作战协同能力。三是因深海水下环境极其复杂，潜艇和人员无法进入这部分海域实行监控。通过Ad Hoc网络搭建水下监控网络，将UUV作为通信节点逐步搭建网络，可以实现复杂水域的全过程监控。

4 结语

综上所述，本文通过对比Ad Hoc网络在水下军事应用的优势，得出Ad Hoc网络拓扑结构比其他拓扑结构更适用于水声通信，在水下无线通信中应用Ad Hoc网络组网通信效果优于其他网络技术，为组建水下舰艇编队的无线通信网络、实现深海不间断监测等军事应用提供了途径，对建设海军强国具有重要意义。