Labs 導讀

近幾年來，IOT設備在家庭和工業上開始廣泛的應用，網絡接入方式是決定IOT設備建立連接的穩定性、可靠性以及成本的關鍵技術之一。當一個設備需要進行無線聯網的時候，大家最本能地想法是通過Wi-Fi、蜂窩等方式，直接連接在網關/路由器上，實現IOT設備的聯網。

Wi-Fi和蜂窩的連接方式除簡單、有效外，還具有帶寬大的優勢，但單點的網關/AP覆蓋的范圍有限，特別是IOT設備在家庭和工業區等場景下，信號覆蓋存在死角，比如水池里、沙發角落甚至是房屋外部。面對這種情況，要么擴大網關/路由器的覆蓋范圍，要么換一種其他的聯網方式，比如使用具有Mesh功能的路由器。即通過多個路由器組成一組MESH來擴大無線覆蓋范圍，從而部分解決上述的問題。但其并不完全是一種自組織網絡，而且一組MESH路由器不僅價格昂貴，并且仍會存在覆蓋死角。

通過使用自組織網絡(AdHoc)類型的網絡協議可以有效解決信號覆蓋不到的問題，如zigbee、藍牙mesh等均為自組織網絡的一種。自組織網絡具有自發生產網絡拓撲，并且在節點失能后網絡自動愈合的特點。

那么什么是自組織網(ad hoc)呢?與傳統網絡最大的不同之處，自組織網的節點是處于不穩定的拓撲狀態，因通信節點位置上的移動或信道的變化，網絡內節點很難有一個穩定接入AP。自組織網內的節點可以成為其他節點接入網絡的轉發節點， 且拓撲變化過程中，是無需人工進行干預的，這也是其名稱“自組織”的由來。

從平面結構，不超過10個節點的無人機網，到理論最多65536個節點的zigbee網絡，他們都屬于自組織網絡。

因其無需基礎網絡、抗毀性強、低功耗、覆蓋廣泛等優點，自組織網在軍事、緊急救災、傳感器網絡等多方面均有廣泛的應用。

從IEEE802.11標準下的藍牙、zigBee等、到軍事領域各種私有的協議，自組織網的核心依然是分布式的節點的路由如何維護路由關系以應對變化的拓撲結構。簡而言之就是節點在發送數據的時候，如何知道下一條的節點是哪個。

在MAC層解決了信道接入的基礎上，在網絡層面解決方式主要是兩大類：

1、表驅動方式：該方式是網絡內所有節點通過定期或者不定期的廣播本節點的路由信息，其他節點收到后進行轉發，并更新自身的路由表。在更新路由記錄時，產生一個自增的id，通過對比id大小來進行路由表的淘汰。通過以上的步驟，可以在網絡內所有節點維護全量的路由表，好處是轉發延時小;劣勢是維護路由表的開銷會比較大，且會隨著節點數目增大而劇烈上升。

2、按需路由方式：該方式下節點并不維護一張實時、全量的路由表。當有轉發的需求時，會發起尋路請求，經過其他節點轉發，到達目的節點;目的節點返回確認消息，經轉發后回到源節點，從而建立起一條路由。該方法的好處與劣勢與上一種剛好相反：維護開銷小但是延時較大。

那么，與傳統的點到點網絡相比，自組織網絡在IOT應用場景里有什么優勢呢?

自組織對網絡覆蓋要求不高。

可以有效解決家庭室內外、野外作業等固有網絡設施不足的場景內的網絡覆蓋問題。

網絡環境適應性強，當發生遮擋或者節點失能時，網絡會自動調整。

同時對于IOT設備使用者也極為方便，設備的安裝過程也不用刻意地調整設備節點的網絡環境，在網絡環境有變動的情況下，一般也不需要進行人工干預。

網絡連接量大。

傳統的Wifi方式，一般連接上限在40到80個，無法支持工業級的IOT應用場景。而自組織網絡通過網絡分成的方式，可以大大提升網絡內支持的節點數量。如zigBee協議支持數量為65536，現代的智能樓宇和工廠的動輒現需要數萬個傳感器，自組織網絡的接入方式是最好的選擇。

功耗相對于WiFi、蜂窩較低，通過定時喚醒和監聽，自組織網絡設備可以長時間處在休眠狀態，減少功耗。

這個特性決定了IOT設備可以依靠電池實現長時間的工作，大大減少了設備的維護工作。

以上，ZigBee、Z-Wave、Thread、藍牙mesh等自組織網絡協議已成為IOT產業不可缺少的連接方式，也會在未來的物聯網發展中覆蓋更廣的場景，起到更重要的作用。

作者：郭冠華，單位：中國移動智慧家庭運營中心