基于異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)融合的研究

巢喜劍

【摘要】層出不窮的無線通信技術(shù)使得異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的相互作用成為一種趨勢，無線個域網(wǎng)（如Bluetooth）、無線局域網(wǎng)（如Wi-Fi）、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、公眾移動網(wǎng)通信網(wǎng)（如3G、LTE）等無線網(wǎng)絡(luò)的融合有著良好的應(yīng)用前景。充分利用網(wǎng)絡(luò)間的互補(bǔ)特性從而構(gòu)建下一代公眾移動網(wǎng)絡(luò)，滿足未來用戶對各種不同類型業(yè)務(wù)的需求，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。而在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)下，研究和完善網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵技術(shù)是目前急需解決的問題。

【關(guān)鍵詞】異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；移動通信網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)融合

文章編號:ISSN1006—656X(2013)06?-00098-01

一、異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合現(xiàn)況

隨著信息社會發(fā)展的突飛猛進(jìn)，信息交換已經(jīng)變成人們生活中不可或缺的重要部分，已經(jīng)從基本交換需求發(fā)展到了便利交換需求。現(xiàn)在，已經(jīng)有幾十種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)開始投入使用，無線通信技術(shù)在進(jìn)20年內(nèi)的發(fā)展異常繁榮。藍(lán)牙、RFID、UWB、GSM、CDMA2000、HSDPA、T-DMB、DMB-T、EDGE、UMTS、DECT等技術(shù)已投入商用，還有一部分比如LTE、wirelessHD、WSN、802.16M和802.20等，也將在不久的將來進(jìn)入商用。這些無線通信網(wǎng)絡(luò)被統(tǒng)一稱為異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)[1]（Heregeneous Wireless Network）。

對于不同的目標(biāo)用戶和應(yīng)用場景，選擇不同的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，尤其是GSM、CDMA2000、GPRS、EDGE、WiMAX、UMTS和PHS等無線網(wǎng)絡(luò)在全球不同國家和地區(qū)有著廣泛的時長應(yīng)用。但是，由于它們彼此互不兼容，從高層的控制和資源管理技術(shù)到底層的計(jì)入方式都互不相同，這使得電信運(yùn)營商們需要絞盡腦汁地思考如何才能整合異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源從而降低運(yùn)營成本；而用戶常常需要手持多個適用于不同網(wǎng)絡(luò)的終端，才能保證不同網(wǎng)絡(luò)間的業(yè)務(wù)不中斷，這給用戶和電信運(yùn)營商造成了很大的困擾。

二、異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合的特征

異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合是個嶄新的概念——在一個通用的網(wǎng)絡(luò)平臺上提供多種業(yè)務(wù)，盡可能將各種類型的無線網(wǎng)絡(luò)融合起來，是研究人員一直追求的目標(biāo)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)與Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的融合、3G網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)（WLAN）的融合，都是異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合的表現(xiàn)模式，其主要特征就是能夠提供多種無線接入技術(shù)，使其能相互操作、相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)互連和協(xié)同應(yīng)用，從而極大地提高彼此間的網(wǎng)絡(luò)性能。

未來異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合的主要特征如下：

（一）融合性。

未來的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)必須能給用戶提供更加高速的帶寬和更加多元化的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，從而滿足用戶對于個人通信、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、廣播和娛樂等的需求。

（二）全I(xiàn)P性。

隨著業(yè)務(wù)和技術(shù)的發(fā)展，對IP網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求不斷增加，體現(xiàn)在業(yè)務(wù)的IP化、網(wǎng)絡(luò)的IP化。軟交換IP化已經(jīng)開始實(shí)施，傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)，以及3G電路域和信令網(wǎng)也具有IP化趨勢。此外，全I(xiàn)P性將大大減少異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的工作量。

（三）移動性。

無線通信領(lǐng)域已經(jīng)明顯呈現(xiàn)出移動化和寬帶化的發(fā)展趨勢，即移動通信向著寬帶化方向發(fā)展，而寬帶的無線接入則向著移動性方向發(fā)展。B3G標(biāo)準(zhǔn)化的加速和推進(jìn)、WiMAX的應(yīng)用和推進(jìn)使得這一趨勢成為可能。。

（四）異構(gòu)性。

各種接入技術(shù)層出不窮，其自身特點(diǎn)也不盡相同，而由多種網(wǎng)絡(luò)組成的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)必須對接入技術(shù)取長補(bǔ)短、多種接入技術(shù)相互協(xié)作，從而提高網(wǎng)絡(luò)整體資源的利用率，為用戶提供更高速的帶寬。所以，異構(gòu)性必定是下一代無線網(wǎng)絡(luò)的基本特征之一。

三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵技術(shù)分析[2]

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)融合，兩者融合也是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展急需解決的問題之一。本文將從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無線通信網(wǎng)各自結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，針對移動通信網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議棧的差別，對兩網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、業(yè)務(wù)融合技術(shù)兩部分進(jìn)行詳細(xì)的研究分析。

（一）網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)最基本的研究方向，基于移動終端作為匯聚節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由選擇機(jī)制設(shè)計(jì)：研究在終端移動的過程中如何使網(wǎng)絡(luò)壽命最長、協(xié)議的可擴(kuò)展性等。預(yù)測移動終端用戶的移動行為，設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并分析性能（如：網(wǎng)絡(luò)生命周期、傳輸時延、傳感器節(jié)點(diǎn)的開銷等）：研究基于地理信息位置的移動行為預(yù)測和基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊苿有袨轭A(yù)測，使整個網(wǎng)絡(luò)能在傳感器節(jié)點(diǎn)激活量最少的情況下有效地跟蹤到匯聚節(jié)點(diǎn)，保持暢通的傳輸路徑，并保證通信路徑質(zhì)量可靠。

（二） 業(yè)務(wù)融合技術(shù)

1.基于無線傳感網(wǎng)和移動通信網(wǎng)融合的業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)議研究[3]

此研究主要在應(yīng)用層中展開，為簡化應(yīng)用開發(fā)，可以首先從統(tǒng)一的業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)議開始入手，此協(xié)議是與通信方式無關(guān)的面向全網(wǎng)應(yīng)用的end-to-end協(xié)議。

2.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)融合的移動終端研究

移動終端是將移動通信網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)接的主要設(shè)備，同時承載了移動通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)（如：公眾業(yè)務(wù)、M2M業(yè)務(wù)等），因此，基于兩網(wǎng)融合的M2M業(yè)務(wù)的移動終端必須做到以下幾點(diǎn)：

在通信技術(shù)上，隨著網(wǎng)絡(luò)無線接口技術(shù)的發(fā)展，GSM、3G等移動通信網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)互連，就必須要求該移動終端支持如Wimax、Zigbee、Wifi等多種無線接口技術(shù)。

在接口上，該移動終端必須能夠提供串口、無線、USB等多類數(shù)據(jù)采集接口，從而能從各種機(jī)器終端獲取所需的數(shù)據(jù)。

在業(yè)務(wù)上，該移動終端不僅必須具有數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、中轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，還需具有執(zhí)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重配置、運(yùn)行、組織等管理功能，此外，還可以支持GSM、3G等具有的公眾業(yè)務(wù)。

四、結(jié)束語

本文首先介紹了無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的基本特性和關(guān)鍵技術(shù)，然后從無線傳感網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)融合的角度分別對兩網(wǎng)做了簡要介紹，再從兩網(wǎng)自身特點(diǎn)分析兩網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)。通過對現(xiàn)有技術(shù)的不斷完善，從而加快兩網(wǎng)融合步伐，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展，為下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供可靠支撐。

【參考文獻(xiàn)】

[1]R Berezdivin,R Breining,R T Raytheon.Next-Generation wireless communications concepts and technologies.IEEE Comunication Magazine, 2002,40(3):108~116

[2]孫利民，李建中等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].清華大學(xué)出版社.2005.5.Page(s):4-23

[3]霍梅梅，鄭增威，周曉偉. 移動傳感網(wǎng)及其路由協(xié)議研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2009,26(11)：4010-4013，4015