1.7 移动Ad Hoc网络的应用

MANET的特性决定了其不仅具有极高的军事应用价值，而且还具有很高的商业应用价值。理论上，MANET理论、技术是泛在计算（Ubiquitous Computing）和泛在通信（Ubiquitous Communication）的一个完整重要组成部分。

美国国防部DoD一直是MANET的主要开发者。因此，Ad Hoc网络的市场有相当大一部分是面向军事应用的。但是，由于技术的快速发展，商用市场也正在开发MANET产品。不仅Ad Hoc网络通信产品的功能变得更加强大，而且正在出现新的一轮数据通信产品和应用。

用户需求也在不断提高。人们过去习惯于蜂窝电话和Internet，但是现在人们希望任何时候、任何地点都能够通信，希望能够方便地得到类似的服务。MANET为此能够提供一些新的可能。

个人区域网络和嵌入式网络设备能够把网络带到我们身边，带到办公室、购货中心，以及家庭。MANET也可能带来全新的机器到机器的通信，但是也能够产生某些“杀手应用”，例如扩展远端控制，或者那些能够处理我们某些路由和通信需求的应用。

工业部门和军事部门将获得巨大的Ad Hoc网络市场引入的更为廉价、更为先进的解决办法带来的益处。MANET得到军事部门和工业部门的合作团体的支持，因此，自然地就把MANET应用分成以下几个方面：

（1）消费者应用；

（2）团体或者政府应用。

消费者个人行为、缺乏合适的操作员商业模式正阻碍引入商业应用。事实上，即使MANET的基本思想不受操作员约束，MANET也能够帮助人们绕过操作员服务，例如，提供相邻电话服务。

1.7.1 应用范围

MANET可应用于军事、工业、消费者，因此，各种可能的不同应用是庞大的，MANET的应用范围是宽广的。

1.战术通信

（1）军事通信，军事行动。MANET在信息化作战中具有重要作用，稍后介绍的JTRS WNW网络就充分说明了这一点。

（2）自动化信息战场。

2.传感器网络

（1）家庭应用，例如将智能传感器节点和激励器嵌入到家用装置中，端用户因而能够就地和远端管理家用装置。

（2）环境应用，包括动物跟踪（例如鸟和昆虫，等），化学/生物检测，精密农艺，等等。

（3）时空高度相关数据的跟踪，例如，用于检测气候、地球活动的远端传感器。

3.紧急服务

（1）搜寻与营救，灾后恢复，例如，患者数据（记录、状态、诊断）检索，与医院间交换患者数据。

（2）在发生地震、飓风、火灾、水灾等的时候替代被毁的固定基础设施。

4.商业环境

（1）车辆服务，例如，发送新闻、路况、天气、音乐，等等；与附近车辆即时构建本地Ad Hoc网络，以提供道路/事故指导；信息服务，例如，特定位置广播服务（如加油站位置），旅游位置指导，服务有效性信息（打印机、传真、电话、服务器、加油站，等等）。

（2）电子商务，例如，随地电子支付。

（3）商业应用，例如，飞行中/行驶中/行走中动态访问存储在中央位置的客户文件，为所有代理提供一致性数据库，移动办公，等等。

5.家庭与娱乐网络化

（1）家庭/办公室无线网络（WLAN），例如，共享白板，商品展览，随地使用PDA打印。

（2）个人区域网络（PAN）。

（3）多用户游戏，机器人宠物，室外Internet访问，等等。

6.教育应用

（1）建立虚拟教室和虚拟会议室。

（2）在会议、聚会、授课、演讲期间建立Ad Hoc通信。

下面介绍一些典型的应用例子，讨论MANET在这些典型应用例子中的作用及其要求。其中有些应用可以被严格分类，例如，政府应用；而另外一些应用，比如个人区域网络，则适用于所有用户群体。

1.7.2 JTRS宽带自组织网络及其应用

联合战术电台系统（Joint Tactical Radio System，JTRS）是一个定义和采集一组软件可编程电台的计划。JTRS产品按照软件通信体系结构（Soft Communication Architeture，SCA）设计。JTRS体系结构使得很多原有波形和新开发波形采用公共系统组件（硬件和软件），共存于一个盒子中。

联合战术电台系统宽带网络波形（Joint Tactical Radio System Wideband Networking Waveform，JTRS WNW）在美国国防部（DoD）的JTRS操作要求文件（Operational Requirements Document，ORD）的描述中代表一种新能力。JTRS WNW在ORD中针对很多网络要求。JTRS WNW必须包括或者支持：

● 服务之间的互操作；

● 无缝交付视频、话音、数据服务；

● 自适应用户消息要求或者网络状况；

● 可扩展的MANET；

● 自动（波形控制）和手工（用户控制）适应RF或者路由特性；

● 标准化协议和接口（如果可能的话）；

● 实现要求的不断改进，简单增加新能力。

JTRS WNW设计过程应该全面利用开发期间JTRS的应用编程接口（Application Programming Interface，API）、模块化、SCA特性，应该包括波形每层的标准化API，以便随着先进技术的发展而提供简易机制来反复改善性能，全面改进波形。

1.JTRS WNW网络在美国陆军的应用

JTRS WNW网络用于美国陆军的目的是提供较低级战术互联网（Tactical Internet，TI）骨干网。较低级TI体系结构是一个两层的体系结构，如图1-9所示。第一层（即SINCGARS网络）称为子网；第二层称为骨干网，将所有子网连接在一起。

此外，也可以用JTRS WNW支持战士信息战术网（Warfighter Information Network-Tactical，WIN-T），满足从战术操作中心（Tactical Operation Center，TOC）到TOC的通信要求。

1）网络大小

JTRS WNW网络给师级范围内的移动用户和准静止用户提供数据通信服务，给一个或者多个网络内的上级梯队TOC和低级梯队部队提供服务。网络（一个或者多个）中所需的电台数量应该满足这个服务。一部电台代表网络中的一个节点，其中多个主机能够利用其提供的服务。这种电台或者节点就是执行JTRS宽带网络服务的JTRS电台。

（1）上级梯队TOC要求。在一个师级网络范围内，用于给上级梯队TOC提供服务且满足WIN-T TOC-TOC要求所需要的JTRS电台大约130部。其中大约20部JTRS电台用于区域TOC，大约25部JTRS电台用于每个旅的TOC。

（2）低级梯队部队要求。在一个师级网络范围内，用于满足低级梯队部队要求所需要的JTRS电台大约1500部。其中大约200部JTRS电台用于旅级部队。加上其他附属要求，旅级部队使用的JTRS电台大约可以增加到350部。给低级梯队提供服务的网络要求是骨干网连接许多末端网络（例如SINCGARS网络）。大多数低级梯队部队[排（Platoon，PLA），连（Company，CO），营（Battalion，BA），等等]都有两部JTRS宽带数据电台来提供内部服务。

（3）师级宽带JTRS宽带网络。满足上级梯队和下级梯队要求的网络所需要的JTRS数据电台数量大约等于两者之和，即1630部。

2）网络覆盖范围

一个师展开在一个200km宽×150km纵深的多变地形区域内。上级梯队TOC到TOC网络的覆盖范围约等于一个师覆盖范围的1/3，即约等于10000km2。低级梯队网络覆盖范围约等于一个师覆盖范围的2/3，即约等于20000km2。当在一个师活动区域内展开一个旅的时候，一个旅的覆盖范围约等于6500km2。当独立展开一个旅的时候，一个旅的覆盖范围约等于100km×100km。

2.JTRS WNW网络在美国海军的应用

美国海军目前的网络通信策略是联合潜艇通信策略（Joint Maritime Communications Strategy，JMCOMS）。在JMCOMS中，自动数字网络系统（Automated Digital Network System，ADNS）采用舰载RF通信系统将舰载综合舰船网络系统（Integrated Shipboard Network System，ISNS）与其他远端本地DoD网络连接在一起。将ADNS设计成使端用户系统能够使用商用标准接口和协议（即Internet协议）进行数据交换，就好像在相同物理网络上交换数据一样。包括JTRS WNW能力的两栖准备就绪群（Amphibious Readiness Group，ARG）ADNS应用体系结构如图1-10所示。

1）网络大小

一个海军战斗群（Battle Group，BG）或者一个两栖准备就绪群（ARG）包括空中平台、海上平台、水下平台。BG/ARG具有控制空中、海上、水下威胁的能力。

（1）海军战斗群（BG）要求。一个典型的BG包含7～15个海上平台，海上平台可能包含以下舰船的各种组合：航空母舰（CV/CVN）、指挥舰（LCC，AGF，MCS）、海上作战单元（CG，DDG，DD，FFG）、潜艇（SSN）、供给舰（AOE），以及75～80架战机组成的航空母舰空军大队。一个典型的航空母舰空军大队包含三个FA-18空军中队、一个F-14空军中队、一个S-3空军中队、一个EA-6B空军中队、一个E-2C空军中队、一个直升机中队。一个航空母舰的空军大队包含3架E-2C。可能包含JTRS的其他海军空中平台包括H-60s直升机。BG中的每艘舰船和某些飞机至少需要一个JTRS WNW信道支持第2层战术移动网络骨干通信。可以配置其他的WNW信道作为备份信道，或者用于增加带宽的额外WNW信道。一个BG需要15～30个JTRS WNW网络节点。

（2）海军两栖准备就绪群（ARG）要求。一个典型的ARG包含3～6个海上平台，也可以增加到24个组成平台，用做舰队远征军（Marine Expeditionary Force，MEF）的登陆部队。平台包括一艘多用途两栖攻击舰（LHA/LHD）、一个登陆平台码头（Landing Platform Dock，LPD）、一个登陆舰码头（Landing Ship Dock，LSD），用于部队保护和海军火力的若干个海上作战单元（CG，DDG，DD），一支由2000名海军陆战队队员组成的舰队远征部队（Marine Expeditionary Unit，MEU）或者一个由15000～25000 名海军陆战队队员组成的舰队远征军（MEF），及其装备[直升机、AV-8B鹞式飞机、垂直起飞UAV（Vertical Take-off UAV，VTUAV）、AAAV、坦克、HMMWV，等等]。ARG/MEU中的每艘舰船、某些海军人员和海军飞机、VTUAV至少需要一个JTRS WNW信道支持第2层战术移动网络骨干通信。可以配置其他的WNW信道作为备份信道，或者用于增加带宽的额外WNW信道。构成一个海军ARG需要6～12个JTRS WNW网络节点。

2）网络覆盖范围

一个海军BG/ARG的覆盖范围为半径300海里（1海里=1.852km）的立体区域，包括开阔海洋作战区域、沿海作战区域、以及开阔海洋作战区域和沿海作战区域上空的空中作战区域。JTRS WNW网络将支持全分布式的稀疏网络拓扑，各个节点按照分群方式分布在整个覆盖区域内。空中JTRS WNW网络节点用于超视距（Beyond Line of Sight，BLOS）JTRS WNW网络节点间的数据传输和中继。海上作战机动（Operational Maneuver from the Sea，OMFTS）描述了这种海军方案，如图1-11所示。图1-11描述了OMFTS的三层通信体系结构。JTRS WNW网络代表USN通信体系结构中的第2层，用于支持骨干子网链路。

3.JTRS WNW网络在美国海军陆战队的应用

JTRS是海军陆战队作战区域内战术通信基础设施的关键组成单元。根据电台的体积、重量、功率要求，JTRS WNW网络的使用方法很多。JTRS WNW网络的主要作用是将各个作战指挥中心（Combat Operation Center，COC）连接在一起，包括从地面移动单元（HMMWV，LAV，AAAV）和空中移动单元（MV-22，直升机）到较为稳定的大露营地和大型舰船。JTRS WNW网络必须提供话音、数据、视频的交互。用于实现JTRS WNW网络的JTRS电台安置在UAV（例如VTUAV）和其他中继平台上，用于提供视距连接。当可以用单人可携带电台实现JTRS WNW网络的时候，JTRS WNW网络应用到排和侦查小组。当可以用手持电台实现JTRS WNW网络的时候，JTRS WNW网络应用到班。在这些低级部队，JTRS电台需要提供部队内部互连，以及提供自动中继到其他部队单位。

图1-12是OMFTS C4ISR的顶层系统体系结构。简言之，OMFTS体系结构由大量低功率无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）组成，各个WLAN通过JTRS自组织广域网（Wide Area Network，WAN）连接在一起。为了防止距离、地形造成网络分割，采用空中中继节点拓宽WAN骨干网的地面覆盖范围。多源海军陆战队空地特种部队（Multi-Source Marine Air-Ground Task Force，MAGTF）广播服务用于广域广播和多目标传输。每个WLAN包含一个主无线访问点/网关和至少一个备用无线访问点/网关。当主无线访问点/网关失效或者移动离开到视距范围之外的时候，一个备用无线访问点/网关自动升为新的主无线访问点/网关。

每个营和较大编制部队（包含参谋机构的部队）可以运用COC展开，COC由两个或者更多COC模块组成。COC模块按照移动操作设备进行服务，包括路由器、至少一个文件服务器、多个连接着车辆LAN的通用工作站、动力与空中综合训练，以及至少一部JTRS电台。无线桥用于连接一个给定部队COC内的所有COC模块，从而允许各个车辆内的乘员起到一个单独参谋机构的作用。这种体系结构的一个重要方面是，全部各级各类的全部流量类共享同一个骨干网。也就是说，话音、视频、数据共享相同的交换系统和传输系统，而与级别类型无关（例如，保密的或者不可分类的）。

舰船到目标的机动（Ship-to-Objective Maneuver，STOM）要求分散展开的各个部队能够协调自己与每个功能区域中心控制代理之间的空中、火力支持、机动、后勤方面的操作。各个控制代理可以共处一地，或者分配给下级指挥官进行操作控制。在常规战中，下一个高级指挥官协调每个功能区域导致分层的流结构。因此，传统上建立分层通信链路。尽管在持续作战期间可以在岸地上建立传统指挥中心，但是通信体系结构必须允许在多个单元之间动态地建网（包括话音和数据）。这种体系结构在建立通信路由时必须自适应环境变化或者单元变化。

1）网络大小

JTRS WNW网络有两个目标：COC目标和低级梯队目标。

（1）作战指挥中心（COC）。对于中等规模冲突中的团级（Regimental）作战，可以想像在一个区域内有25～30个移动指挥岗位。

（2）低级梯队部队。低级梯队部队将网络节点增加到150～340个。JTRS WNW网络展开的开始阶段只是用于提供骨干连接，但是随后用于支持单个的平台。

2）网络覆盖范围

一个两栖任务作战部队必须能够在离岸达250km的范围内进行作战和控制部队，在海上与海军部队的通信距离高达150km；必须控制足够宽的区域，才能够给前往目标途中的地面部队提供保护，以及在目标一旦被捕获后及时提供补救。这可能需要将范围扩大100km。可以采用空中中继来支持距离的延伸。但是在OMFTS下，必须最低限度地采用通信中继。

4.JTRS WNW网络在美国空军的应用

空军使用JTRS WNW网络（如图1-13所示）将全球栅格网络无缝延伸到需要无线网络连接的空军用户。JTRS WNW网络提供高吞吐量，动态自适应用于基于IP的话音、数据、视频传输的连接。JTRS WNW网络应该支持全球栅格网络的地面用户（固定的和移动的）和空中用户之间高效而又可靠的互连，网络拓扑不断变化，不存在网关瓶颈。JTRS WNW网络支持移动平台、空中平台，以及展开的和固定平台上的网络节点，不需要对这些平台进行人工干预。

JTRS WNW是强壮的，自适应支持节点间距离和方向迅速变化期间的通信连通性和如下环境中的操作：① C2、ISR、以及其他通信任务重的空中平台和地面平台的共存环境；② 战术RF传播环境；③ 采用适合于全球通用的RF频谱。

WNW路由能力是强壮的，灵活支持动态变化拓扑和无线静默用户。地面节点和空中节点的路由能力都必须接口商用路由过程、网络规划过程，以及空军系统（包括所有采用宽带卫星通信网络的系统），用于连接JTRS WNW网络。

1）网络大小

JTRS WNW网络给在剧院般大小的地理区域上作战的地面节点（固定的、展开的、移动的）和空中节点提供网络服务。网络包括空军之间的网络，以及联合参与单元之间的网络。网络中空军JTRS电台大约为100～250部，用于所展开的航空远征部队（Aerospace Expeditionary Force，AEF）包括：75架航空器，以及地面支持、指挥、控制操作设备；待命AEF包括：100架飞机、高要求低密度航空器、固定和/或者展开的操作设备。一个网络任何时候最多只能包含75个空中节点，剩余节点都是地面节点。有些节点可能同时参与多个JTRS WNW网络。

2）网络覆盖范围

JTRS WNW网络给在剧院般大小的地理区域上作战的地面节点（固定的、展开的、移动的）和空中节点提供网络服务，地理区域面积大约等于1000海里×1000海里。在作战区域内必须支持的节点到节点的距离稍后有描述。采用IP网络和无线媒介和地面媒介实现互连互通，支持作战区域和全球网络连通性。

5.JTRS WNW网络的操作要求

1）JTRS WNW网络操作

JTRS WNW网络是自组织、自愈MANET，提供作战区域内的连通性，通过在媒介上与基于IP网络的互连互通支持全球的连通性。JTRS WNW网络支持前面描述的骨干链（第2层）和子网链（第1层）。

2）特殊操作方式

JTRS WNW网络包含支持如下特殊操作方式的参数和功能。这些特殊操作方式是在各种作战条件下所要求的。

（1）网关网络方式。JTRS WNW网络自动完成骨干链（第2层）和子网链（第1层）之间的网关功能。网关功能包括JTRS WNW网络和按照不对称网络方式和低截获概率（Low Probability of Intercept，LPI）/低检测概率（Low Probability of Detection，LPD）网络方式操作的节点之间的通信。

（2）不对称网络方式。JTRS WNW网络自动完成JTRS WNW网络节点间的不对称传输速率。应该逐个逐个分组地优化不同节点间的数据分组传输，以便支持不同的信道状况。

（3）只接收网络方式。JTRS WNW网络应该支持一个或者多个JTRS WNW网络节点要求进行发射控制（Emission Control，EMCON）时完成只接收（无线电静默）操作功能。当网络控制管理员或者JTRS操作员要求的时候应该初始化只接收功能。按照只接收网络方式工作的JTRS WNW网络节点不应该在网络上发送任何RF信息。JTRS WNW网络应该易于进行只接收网络方式和正常操作方式之间的平稳转换，应该继续将数据转发给任何主机或者连接JTR集的任何路由器。没有按照只接收网络方式操作的JTR集必须能够识别哪些JTR集采用只接收网络方式操作，这样才能够在没有路由更新的时候将消息传输给这些按照只接收网络方式操作的JTR集。为此，转移到只接收网络方式下工作的节点可以给网络中的其他节点广播“进入静默”消息，表示自己将按照只接收网络方式工作。但是，只有当其他节点符合进入只接收网络方式工作的节点的安全要求的时候，才允许发送这种“进入静默”消息。只接收节点必须能够重新加入网络。必须制定一些规定，防止将分组发送到已离开网络、但是却没有按照只接收网络方式工作的节点。

（4）LPI/LPD网络方式。一个在隐蔽条件下工作的JTRS WNW网络节点应该能够以LPI/LPD功能加入和参与JTRS WNW网络。当网络控制管理员或者JTRS操作员要求按照LPI/LPD网络方式工作的时候，应该初始化LPI/LPD功能。LPI/LPD网络节点应该进行入网操作所必需的网络控制交互/信令交互。LPI/LPD网络节点对JTRS WNW骨干网络中没有按照LPI/LPD网络方式工作的JTRS WNW网络节点的数据速率产生的影响应该保持在最低程度。

（5）点对点方式。JTRS WNW网络应该支持点对点操作方式，使两个节点之间的吞吐量和时延达到最优。

3）信息速率

应用规定的消息性能要求，JTRS WNW波形的性能应该足以支持前面描述的作战应用。JTRS JPO提供根据前面描述的作战应用所进行的测试方案。

（1）数据速率。JTRS WNW网络应该能够自动适应数据速率，应该提供信道状况恶化或者操作方式受到限制条件下的协商式自动降低数据速率机制。JTRS WNW网络应该提供信道状况改善条件下的协商式自动提高数据速率机制。

（2）用户吞吐率。JTRS WNW网络应该提供足够的吞吐量，支持移动网络中数据、话音、视频大范围应用的用户要求。若JTRS WNW网络支持大于门限值2Mb/s的用户吞吐量，则5Mb/s的用户吞吐量是客观目标；若JTRS WNW网络支持大于门限值1Mb/s的用户吞吐量，则2Mb/s的用户吞吐量是客观目标。

（3）网络吞吐率。JTRS WNW网络支持大于门限值2Mb/s的网络吞吐量。JTRS WNW网络能够充分利用有效的额外频谱，支持大于门限值5Mb/s的网络吞吐量，5Mb/s的网络吞吐量是客观目标。

（4）点对点方式吞吐率。JTRS WNW网络按照点对点方式工作时在每个方向上支持大于门限值1Mb/s的用户吞吐量，2Mb/s是客观目标。

4）性能特征

（1）传输距离。当采用适合于各种主机平台的天线和功率等级的时候，JTRS WNW网络点对点视距传输距离满足下列要求：

● 空对空：大于370km（200海里）；

● 空对地/空对海：大于370km（200海里）；

● 地对地：大于10km（5.4海里）；

● 舰对舰：大于28km（15海里）；

● 舰对岸：大于28km（15海里）。

说明：空对空、空对地/空对海的传输距离适用于RF传播不受地形、植物，或者其他特性影响的在一定海拔高度上飞行的飞机。对于RF传播可能受地形、植物、或者其他特性影响的在一定海拔高度上飞行的飞机，JTRS WNW网络提供的低空飞行飞机间的传输距离，以及低空飞行飞机与地面JTRS WNW网络节点间的传输距离必须大于地对地传输距离要求。但是，JTRS WNW网络仍然必须支持这种低空飞行飞机间的通信，以及必须指挥和控制这种低空飞行飞机，例如空中告警与控制系统，直到返回到上述空对空传输距离之上后为止。

（2）分组差错率。在背靠背试验配置、接收信号强度位于−100dBm～−10dBm的条件下，JTRS WNW网络应该提供低于0.1%的分组差错率。采用的测试分组大小分别为64字节、576字节和1500字节。

（3）功率控制。JTRS WNW网络应该自动控制功率，以便降低干扰和进行频率复用。

（4）地形/传播环境。JTRS WNW网络应该能够在所有战术RF传播环境中进行可靠工作，例如丘陵小山、大山山脉、密集植物、沙漠、都市地形，等等。JTRS WNW网络应该是强壮、自适应地支持节点间距离和方向迅速变化条件下的连接，自适应作战环境和主机平台中的多普勒效应、衰落、多径，以及其他RF信道状况。

（5）频谱分配。JTRS WNW网络应该采用满足技术、作战、规章制度管理方面要求的RF频谱进行全球操作。WNW工作频率范围应该包括分配给移动电台通信服务的、受到军方授权的频率子带。因为满足这些准则要求的频带可能随着区域的不同而变化，所以WNW和主机JTR集应该在工作频率、带宽、调制、功率方面具有充分的灵活性，以便处理范围广泛的可能主机国家约束条件。

宽带网络波形应该能够自动发送频率锁定（Frequency Lockout）。锁定频率可编程到特定中心频率上，禁止在离中心频率±25kHz的范围内进行任何发送。

锁定频率应该能够按组进行归类，例如：

● 寿命安全；

● 进入战争—战时频率释放表（Wartime Frequency Released List，WFRL）；

● 命令定义。

（6）噪声环境。JTRS WNW网络应该能够在战术RF传播环境中可靠工作。这些传播环境包括非故意噪声（大气层、背景噪声、自我干扰、同频干扰）和故意噪声（干扰）。JTRS WNW网络应该能够在同频干扰环境中工作，例如C2、ISR，其他通信敏感平台（包括空中平台和海上平台），以及视距范围内的其他无线/电台网络、雷达、航海系统。JTRS WNW网络应该能够在与其他无线信道共享同一幅天线的情况下进行工作。

（7）抗干扰能力。JTRS WNW网络应该包含抗干扰（Anti-Jam，AJ）操作特性，防止敌人破坏JTRS WNW网络提供的服务。

6.JTRS WNW网络的网络要求

JTRS WNW网络广泛用于各种场合。从一个小区域内的几部JTRS电台、一个极大区域内的极少几部JTRS电台、一个小区域内的很多JTRS电台，延伸到一个大区域内的数百部JTRS电台。在任何一个网络中，可以同时存在传输距离非常短的电台和传输距离非常远的电台。应用环境包括从沙漠到都市、从都市到大山、从大山到海上。有些部署可能需要单链将各个节点区域连接成一个大网。链路层协议和网络层协议的作用是支持系统具有足够的灵活性，能够将相同的波形和网络协议用于所有场合。通过参数配置应该对每种场合实现优化，参数配置需要很少的管理干预，甚至根本不需要管理干预。

1）JTRS WNW网络性能

JTRS WNW网络是能够响应连通性动态变化的自组织、自愈网络。JTRS WNW网络应该提供能够迅速响应网络拓扑任意变化的路由协议/管理协议，网络拓扑任意变化由网络节点增加或者删除、节点移动、天线阴影衰落或者天线定向、地形阻挡、干扰等因素造成。JTRS WNW波形的性能满足有关信息交换要求，应该足够支持前面描述的作战应用。

（1）网络定时。JTRS WNW网络在没有GPS定时的时候也能够工作。

（2）网络构成。JTRS WNW网络构成包含以下5个部分：

① 网络大小。JTRS WNW网络应该能够在15分钟内完成系统初始化，将初始150个节点的网络综合到作战区域的单个网络中。

② 入网时间。JTRS WNW网络应该能够自动将一个节点增加到一个现有网络中，在节点提出请求入网后的1分钟内完成入网操作。

③ 网络拓扑。JTRS WNW网络应该能够将作战区域内任何工作节点综合到网络中。节点所在海拔高度位于海平面与海平面以上65000英尺（1英尺=0.3048m）之间。

④ 网络重组。JTRS WNW网络支持路由协议和管理协议/方案，迅速响应由节点添加和删除、相对于其他海面节点或者空中节点的节点移动、天线阴影衰落、地形阻挡，或者干扰造成的网络拓扑的Ad Hoc变化，但是不会增加过多的开销。对于这些Ad Hoc变化，JTRS WNW网络提供资源的高效使用，同时提供足够的性能，不受网络低层结构或者分层的限制。

JTRS WNW网络支持通过网络管理接口引入的网络重组，所需时间如表1-1所示。对于按照只接收网络方式工作的节点，路由协议和管理协议/方案不允许路由经过这些节点，这些节点不会响应路由寻找或者其他的网络控制查询。

⑤ 网络自愈。JTRS WNW网络应该提供网络拓扑发生变化（例如，节点丢失或者链路丢失）后的传输路由变更服务，使分组丢失最少。

（3）移动管理。JTRS WNW网络设计支持与地面移动平台和海上移动平台之间的连通性，以及地面移动平台与海上移动平台之间的连通性，这些移动平台相对于其他平台的移动速度大于120英里/小时（即193.116km/h），同时维护网络连通性和流量传输的完整性。

JTRS WNW网络设计支持与空中平台的连通性和流量传输的完整性，以及空中平台之间的连通性和流量传输的完整性，空中平台在海拔高度数十英尺到65000 英尺之间相对于其他平台的移动速度高达900节（1节=1.852km/h）。注意：美国的空军平台和其他现役空军平台的相对移动速度经常大于900节。

JTRS WNW网络设计支持与空军节点和地面节点的连通性，以及空军节点与地面节点之间的连通性，相对移动速度高达900节。

JTRS WNW网络应该维护舰船/飞机俯仰（pitch）、横滚（roll）、偏航（yaw）的网络连通性和流量传输的完整性。当高达50%的节点（任何一个网络中最多限制为75%的节点）在以上述最大速度900节移动，另一半节点全部以80km/h移动的时候，JTRS WNW网络应该维护网络连通性和流量传输的完整性。

（4）网络服务。JTRS WNW网络应该支持能够提供下列网络服务的协议栈。JTRS WNW网络支持单目标、多目标、广播三种传输类型，包括大数据文件（大于1MB）、视频、视频会议、话音、短消息，以及格式化消息。这些网络服务同时进行。

① 服务质量（QoS）。JTRS WNW网络应该支持QoS机制，用于对不同服务要求的不同传输类型进行不同处理。QoS机制包括优先处理，根据其任务重要性区分不同的传输。为了在各种工作条件下支持包括各种数据、话音、视频等各种传输类型的综合，应该具有预置和协商QoS的能力。JTRS WNW网络最低程度下应该支持DiffServ（RFC2474）和IP优先（RFC791）。

② 数据优先。JTRS WNW网络应该提供用户流量的优先处理，包括交付优先级和丢失优先级。军事通信流量的交付时延和交付可靠性是变化的，JTRS WNW网络应该提供合适的机制支持这些变化的交付要求。

③ 多媒体传输。JTRS WNW网络除了进行数据传输以外，还要进行实时传输，包括话音和视频。话音和视频对交付时延（延时）、时延变化（抖动）、以及分组丢失率具有苛刻的要求。JTRS WNW网络应该支持QoS机制，用于确保多媒体（包括数据、话音、视频）传输的最佳性能。

④ 多媒体分组性能要求。JTRS WNW网络应该满足表1-2关于数据传输的消息时延和完成率（即被成功接收的消息所占的比率）要求，还应该满足表1-3关于多媒体分组的分组时延和完成率要求。这些要求作用于单个的分组。

2）JTRS WNW网络功能

（1）链路层性能要求

JTRS WNW网络链路层应该采用最大程度利用无线通信广播特性的协议。对JTRS WNW网络链路层的要求由以下4个部分加以描述。

① 消息支持。JTRS WNW网络链路层应该支持广播消息、多目标消息、单目标消息。

② 信道访问。JTRS WNW网络链路层提供的信道访问协议要求如下：

● 管理和控制视距范围内的多个节点对信道的访问；

● 视距范围内多个节点访问信道的分组碰撞概率最低，两个发送节点（相互不在视距范围内）视距范围内的节点间的分组碰撞概率最低（隐含终端问题）；

● 对相互不在视距范围内的多个接收节点的同时发送达到最大化（显现终端问题）；

● 提供数据发送节点公平访问信道，具有相同的优先级。

③ 链路层寻址。JTRS WNW网络提供标准链路层寻址和消息报文方案，支持视距范围内节点间的单目标、多目标、广播发送。可以采用合适的路由协议（单目标、多目标、广播）对视距范围外的节点进行发送。

④ 分组交付率。JTRS WNW网络链路层提供分组交付率机制，支持有保证（应答）的消息交付和最大努力消息交付。对广播接收节点或者多目标接收节点的有保证交付应该采用网络高效方法。只接收方式节点，只接收最大努力交付。

（2）RF网络层性能要求

JTRS WNW网络层采用为强动态无线网络设计的协议/方案。对JTRS WNW网络层的要求由以下3个部分加以描述。

① 网络层寻址。JTRS WNW网络采用Internet寻址方案，包括支持子网寻址、特殊寻址、组寻址。

② 路由。JTRS WNW网络采用的路由协议/方案要求如下：

● 对JTRS WNW网络、其他军用网络或者商用网络中任意节点或者用户的单目标、多目标、广播发送；

● 网络节点数量从2个可扩展到1630个，各个节点可以密集地或者稀疏地分散在一个作战区域内；

● 由网络节点增加或者删除、节点移动、天线阴影衰落、地形阻挡、干扰等因素造成的网络拓扑任意（Ad Hoc）变化不会产生过多的路由开销信息；

● 节点功能/操作方式可变；

● 路由转变与本地流量。

③ 链路管理。JTRS WNW网络采用链路管理策略，迅速适应由每个节点相对于其他地面节点或者空中节点的移动造成的迅速变化的连通性状态，不会产生过大的开销。

3）军用网络和商用网络的互操作

（1）互连互通网络。JTRS WNW网络应该支持其与其他媒介（包括地面媒介、宽带卫星通信，以及主机平台LAN）上的IP网络之间的互连互通、互操作；支持与指挥机构、作战区域外信息源的通信；支持作战区域网络内其他节点或者传输平台。外部网络与JTRS WNW网络的接口可以在海上节点和空中节点。

（2）与外部基带Internet协议装置的接口。JTRS WNW网络与运行标准Internet协议的外部网络接口包括（但是不局限于）IEEE 802.3、开放最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）、边界网关协议BGP-V4、OSPF的多目标扩充（MOSPF）、协议独立多目标（Protocol Independent Multicast，PIM）（稀疏方式和密集方式）、Internet组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP）。与其他军用网络或者商用IP网络接口的任何JTRS WNW网络节点应该可配置为一个OSPF区域边界路由器或者自治系统边界路由器。

（3）动态互连互通网络。如果JTRS WNW网络发生分割，并且通过外部链路（第3层）可以愈合JTRS WNW网络分割（采用JTRS WNW链路不可能愈合），那么JTRS WNW网络应该通过连接外部网络的现有链路支持连接不同网络分片的主机之间进行IP单目标通信和IP多目标通信。如果一个外部第3层网络发生分割，并且通过JTRS WNW网络可以愈合该外部第3层网络分割（采用第3层链路不可能愈合），那么JTRS WNW网络应该通过连接外部网络的现有链路支持连接第3层不同网络分片的主机之间进行IP单目标通信和IP多目标通信。

7.JTRS WNW网络的网络管理要求

1）JTRS WNW网络管理

JTRS WNW网络应该动态自己管理自己，允许网络成员不需要手工干预就能够加入网络和退出网络，自动执行网络安全功能。JTRS WNW网络允许网络管理员规划、监视、管理JTRS WNW网络或者手工干预，用于灾后恢复，例如排除危险的和未通过认证的JTRS WNW网络成员，对COMSEC、TRANSEC、以及其他安全变量的远程空中密钥更换（Over the Air Rekeying，OTAR）进行控制。JTRS WNW网络管理员将其节点配置数据分发到适当电台。

JTRS WNW网络应该包含足以组织、管理、动态控制网络连通性结构、路由机制、带宽分配、频谱约束的功能。JTRS WNW网络给综合网络管理工具提供信息，与综合网络管理工具共同操作，允许网络管理员远端识别和配置用户访问，以便优化用户、网络访问和消息交付。

JTRS WNW网络管理员应该符合DII COE 6级标准。JTRS WNW网络及其有关网络管理员应该符合联合战术体系结构（JTA）的网络管理协议，应该提供与COTS标准的接口，满足目标功能，例如简单网络管理协议（Simple Network Mangement Protocl，SNMP）版本3和公共开放策略服务器（Common Open Policy Server，COPS）协议。

JTRS WNW网络管理软件采用模块化设计，根据特定用户要求辅助网络管理应用软件包的可维护性、重复使用、裁剪（例如，并不是网络管理应用的所有用户都要求网络管理员对其硬件平台进行规划，因此不需要给这些用户提供网络管理应用的规划员部分）。

JTRS WNW网络管理需要的带宽应该最少，以便网络性能不会受到较大影响。网络管理最多占用1%的有效带宽。

JTRS WNW网络管理员信息交换要求如表1-4所示，但是不局限于这些管理信息。

2）JTRS WNW网络管理接口

JTRS WNW网络提供与DoD网络管理工具的网络管理（Network Management，NM）接口，并提供如下程序：① JTRS WNW网络配置参数规划程序；② JTRS WNW网络监视程序；③ 参数实时调整程序，允许网络管理员在战场上任何地点作出实时参数调整（例如，确保只在授权频率上操作，等等），以便优化网络性能。

NM接口包括一个图形用户接口（Graphic User Interface，GUI），GUI接口提供与联合网络内当前与未来网络管理环境（例如，JNMS或者特定服务网络管理工具）的互操作。JTRS WNW网络NM接口的人机接口（Human Computer Interface，HCI）符合DoD技术体系框架的信息管理（Vol.8，DOD HCI类指导）。GUI接口允许根据需要访问网络成员的工作参数或者数据库，但是拒绝未授权的访问。

GUI接口提供网络配置信息（例如，网络装置的位置、装置或者目标的配置方法），显示JTRS WNW网络的物理描述。NMT能够根据JTF符号集采用经核准的符号表示法将全部网络节点映射到一张责任区背景图上。责任区背景图分别采用军用栅格参考系统和纬度/经度，但是不同时采用军用栅格参考系统和纬度/经度。这种显示能力使得网络管理员能够使用责任区背景图来进行规划（如无线链路的简要描述），以及在网络规划完成之后立即使责任区背景图无效来获得网络的逻辑关系。JTRS WNW NM能够选择查看节点组以及对网络的某个区域进行放大或者缩小，能够收集和保存JTRS WNW网络流量统计结果数据。门限值和性能信息包括网内参数和外部接口参数。

JTRS WNW NM采用服务定义的公共硬件软件（Common Hardware Software，CHS）。系统设计应该使人为性能错误和接口问题最少，使工作负荷（体力、认知能力、注意力）要求最低。系统设计应该尽可能简单、直观，应该包括商定的特性，例如屏幕内容和屏幕布局、菜单、帮助可用性、反馈，以及有关关键任务/功能的安全措施、可达性、操作步骤。

3）JTRS WNW网络规划

JTRS WNW NM能够辅助网络规划过程，包含一个系统级菜单，允许网络规划员按逻辑关系推进网络规划过程。其最低能力描述如下：

（1）提供一种工具，根据此工具自动进行网络规划，自动产生配置文件，自动定义电台入网所必需的全部参数。

（2）提供参与监视和管理同一个网络的两个或者更多个JTRS WNW NM之间的数据库的同步方法和分发途径。这种能力允许JTRS WNW NM将网络规划信息分发到所有有关网络管理站点。

（3）提供在线、实时交互能力，以便支持故障隔离、故障发现及修理、解析，以及与多个NM站点上的操作员的连接。

（4）提供通信传播的自动分析能力。NM自动进行传输系统的传播丢失分析，将分析结果（可视的和/或者硬拷贝）反馈给网络规划员。

（5）网络规划员能够输入其他办公室自动应用产生的必要的文本文件和图形文件，以便生成网络规划文件和网络配置文件。

4）JTRS WNW网络配置

需要某种能力，将JTRS WNW NM的配置数据传输给适当的电台。JTRS WNW NM能够在执行任务期间重新配置电台，以便反映任务要求的变化。

5）JTRS WNW网络监视

网络管理员采用JTRS WNW NM接口的GUI接口监视和管理JTRS宽带网络。JTRS WNW NM显示网络节点及其配置、工作性能数据。但是，这种能力并不约束JTRS WNW网络对节点添加与删除、节点移动、天线影阴衰落或者天线方向、地面遮挡，或者干扰造成的网络拓扑的Ad Hoc变化的迅速响应能力。

（1）故障管理。JTRS WNW NM识别和处理事件和所报告的故障，提供故障管理能力，以便检测问题区域及将其向用户告警，识别和诊断性能问题和配置问题，提供推荐解决方案，在故障得到成功解决之前对其进行管理和跟踪。

（2）性能管理。JTRS WNW NM通过收集和显示电台性能数据来监视电台的状态，监视网络状况，报告状态变化，响应有关的网络变化。JTRS WNW NM应该能够按照图形方式显示网络状态。JTRS WNW NM接收各种装置的输入，以便从中获取利用率和状态信息，监视来自各种装置的事件、警报、警示，并加以显示。JTRS WNW NM向操作员发出问题区域警报，提供推荐解决方案。JTRS WNW NM存储故障历史记录及其维护操作输入，提供状态和工作报告的公布途径。JTRS WNW NM具有确定网络资源状态的能力，其方法是向下训练装置的工作参数或者数据库。

6）安全管理

JTRS WNW NM提供必要的身份识别、认证、完整性、审计和访问控制能力，以便在DITSCAP过程中得到授权。JTRS WNW NM规划、监视、管理稍后描述的信息安全（Information Assurance，IA）功能。

1.7.3 传感器网络

微处理器的处理能力和存储容量已经得到极大提高，这就使得能够开发体积更小而功能却更强的无线设备。硬件技术和工程设计的最新发展已经降低了无线设备和微型电机系统的成本和功耗，减小了它们的体积。

这种发展使得有可能开发包含一个或者多个微小传感器、一个电源、具有计算能力和通信能力的自治、紧凑、低成本的移动网络节点。这种传感器尘埃节点（Dust Nodes）可能就几立方毫米大小，所以其体积小得足够在空中停留数个小时、甚至数天时间。

这种技术将非常适用于很多不同的用户群，例如：

（1）紧急事件工作人员可以使用这些传感器来检测可能的危险化学品或者有害气体；

（2）军事上，也可以使用Ad Hoc设备来做（1）的事情（例如战争气体），或者进行智能操作。在前两种应用中，传感器可以安置在飞机等平台上，采集所需要的信息。

（3）工业上，可以使用传感器来控制工业过程、故障检测与定位。

在很多情况下，电池的寿命可能就是传感器的整个寿命。因此，传感器尘埃应用是极具挑战性的产品，对Ad Hoc数据传输和路由协议提出了极其严格的功耗要求。

1.7.4 车辆网络（VANET）

车辆网络正在作为一个重要传感器平台而涌现出来，例如，用于主动城市监视，共享和分发大家感兴趣的数据。每辆车能够感知一个或者多个事件（例如，来自街道的图像，检测有毒化学品），处理感知数据，将消息发送给其他车辆（如将有关通知传给驾驶员和警察）。车辆不仅能够存储数据，而且产生的数据量比无线传感器网络大得多。UCLA根据MANET流行信息分发技术和行人移动性，提出了一种灵敏的主动城市监视策略，即MobEyes。MobEyes的基本思想是利用车辆移动性和无线广播，对汽车存储的数据的简要概要（元数据）进行条件性的扩散。元数据超时后被丢掉。

MobEyes不仅用于车辆传感器，还用于以下应用场合的传感器：嵌入到环境中的传感器（例如，固定摄像和公路传感器等），人体身上安置的传感器（例如，身上佩戴有医用传感器的行人）。这些应用场合中的传感器跟基础设施有关。安装在十字路口的视频摄像机通过专用有线连路连接到警察总部；在紧急情况下，医用传感器需要与主治医生相互交互，主治医生利用灵敏电话通过蜂窝网络获取医用传感器的病人感知数据。目前正在兴起的一个研究领域是异类感知环境的无缝综合。这种无缝综合必须解决应用约束（例如，时延、观测数据的一致性，等等）、基础设施支持（布置固定传感器，Internet连通性）、移动模式（例如，组移动、个人移动）、兼容不同无线技术（例如，WiFi、ZigBee、蓝牙等）等问题。

1.7.5 紧急事件服务

从紧急事件服务观点来看，能够建立不需要任何固定基础设施的通信是至关重要的。当然，如果能够得到这种覆盖面广的基础设施，那么就没有必要使用MANET。但是，假如已有的基础设施被损坏，或者已不能再适用，或者由于其他原因覆盖范围太小，那么情况会是怎样？

MANET能够克服这些问题，例如，在灾难、大规模罢工，或者自然大灾难期间。还应该明白盲点造成服务中断的频次要大得多，例如在海中、在地下，或者没有电源。

MANET能够让警察、消防人员和其他紧急事件工作人员在这种环境中工作，但是却带来了某些更为严重的威胁，例如安全威胁。没有中心管理可能会带来某些困难。特别是由于网络应用和网络服务的重要性正在日益增长，所以安全程度也越来越高。

1.7.6 会议

办公室环境通常安装有大量的计算机，当办公室局域网基础设施不能使用的时候，那么就更需要这些计算机共同协作、共同处理。会议可能是最典型的MANET应用例子，其主要问题是与外部系统连接的问题。

MANET比有线以太网更为方便，比使用蜂窝网或者Internet价钱更为便宜且更加安全。

1.7.7 个人区域网络（PAN）

今天，人们拥有各种手持个人设备，比如数字照相机、MP3/MP4放映机、移动电话、个人数字助理PDA。目前这些设备的使用大都是独立的、互不相关的，但是在将来这些设备的使用可能是相互关联的。个人区域网络PAN的思想就是要建立一个高度本地化的网络，使信息在这些设备之间无缝地传递。在将来，这种MANET网络节点可以安装在眼镜、皮带之中，并且这个概念还适用于更为广泛的家庭电子学。

为了建立这些网络，人们需要价廉、传输距离短的无线链路技术，IEEE 802.11、蓝牙就是最适用的。蓝牙是一个工业标准，已得到IEEE的支持。蓝牙工作在3.4GHz的ISM频段上。

蓝牙网络是根据星型PICONET子网来建立的，每个PICONET子网由一个主节点和最多7个从节点组成。主节点控制和中继其PICONET子网内的传输。两个或者更多的PICONET子网构成一个SCATTERNET，从而扩大网络的规模和提高网络的总容量。在这种情况下，一个蓝牙节点可以作为多个PICONET子网的从节点，但是却只能作为一个PICONET子网的主节点。

蓝牙思想非常适合MANET。但是，PICONET、SCATTERNET网络结构存在信息传输时延长、网络结构不理想等问题。因此，还有很多从物理层到网络层的问题需要解决。