基于異構無線傳感器網絡和移動通信網絡融合的研究

巢喜劍

【摘要】層出不窮的無線通信技術使得異構無線網絡的相互作用成為一種趨勢，無線個域網（如Bluetooth）、無線局域網（如Wi-Fi）、無線傳感器網絡、公眾移動網通信網（如3G、LTE）等無線網絡的融合有著良好的應用前景。充分利用網絡間的互補特性從而構建下一代公眾移動網絡，滿足未來用戶對各種不同類型業務的需求，已經引起了廣泛的關注。而在異構無線網絡融合架構下，研究和完善網絡融合的關鍵技術是目前急需解決的問題。

【關鍵詞】異構無線網絡；無線傳感網絡；移動通信網絡；網絡融合

文章編號:ISSN1006—656X(2013)06?-00098-01

一、異構無線網絡融合現況

隨著信息社會發展的突飛猛進，信息交換已經變成人們生活中不可或缺的重要部分，已經從基本交換需求發展到了便利交換需求。現在，已經有幾十種異構無線網絡開始投入使用，無線通信技術在進20年內的發展異常繁榮。藍牙、RFID、UWB、GSM、CDMA2000、HSDPA、T-DMB、DMB-T、EDGE、UMTS、DECT等技術已投入商用，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入商用。這些無線通信網絡被統一稱為異構無線網絡[1]（Heregeneous Wireless Network）。

對于不同的目標用戶和應用場景，選擇不同的異構無線網絡，尤其是GSM、CDMA2000、GPRS、EDGE、WiMAX、UMTS和PHS等無線網絡在全球不同國家和地區有著廣泛的時長應用。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到底層的計入方式都互不相同，這使得電信運營商們需要絞盡腦汁地思考如何才能整合異構無線網絡資源從而降低運營成本；而用戶常常需要手持多個適用于不同網絡的終端，才能保證不同網絡間的業務不中斷，這給用戶和電信運營商造成了很大的困擾。

二、異構無線網絡融合的特征

異構無線網絡融合是個嶄新的概念——在一個通用的網絡平臺上提供多種業務，盡可能將各種類型的無線網絡融合起來，是研究人員一直追求的目標。蜂窩網絡與Ad hoc網絡的融合、3G網絡與無線局域網（WLAN）的融合，都是異構無線網絡融合的表現模式，其主要特征就是能夠提供多種無線接入技術，使其能相互操作、相互補充，實現異構互連和協同應用，從而極大地提高彼此間的網絡性能。

未來異構無線網絡融合的主要特征如下：

（一）融合性。

未來的無線異構網絡必須能給用戶提供更加高速的帶寬和更加多元化的業務體驗，從而滿足用戶對于個人通信、網絡業務、廣播和娛樂等的需求。

（二）全IP性。

隨著業務和技術的發展，對IP網的業務需求不斷增加，體現在業務的IP化、網絡的IP化。軟交換IP化已經開始實施，傳統的電信網絡，以及3G電路域和信令網也具有IP化趨勢。此外，全IP性將大大減少異構網絡融合的工作量。

（三）移動性。

無線通信領域已經明顯呈現出移動化和寬帶化的發展趨勢，即移動通信向著寬帶化方向發展，而寬帶的無線接入則向著移動性方向發展。B3G標準化的加速和推進、WiMAX的應用和推進使得這一趨勢成為可能。。

（四）異構性。

各種接入技術層出不窮，其自身特點也不盡相同，而由多種網絡組成的無線異構網絡必須對接入技術取長補短、多種接入技術相互協作，從而提高網絡整體資源的利用率，為用戶提供更高速的帶寬。所以，異構性必定是下一代無線網絡的基本特征之一。

三、無線傳感器網絡與移動通信網絡融合的關鍵技術分析[2]

物聯網的發展帶動了無線傳感器網絡與移動通信網絡的異構融合，兩者融合也是物聯網進一步發展急需解決的問題之一。本文將從無線傳感器網絡與無線通信網各自結構特點出發，針對移動通信網絡和無線傳感器網絡的網絡結構和協議棧的差別，對兩網融合的網絡融合技術、業務融合技術兩部分進行詳細的研究分析。

（一）網絡融合技術

網絡融合技術是網絡最基本的研究方向，基于移動終端作為匯聚節點的無線傳感器網絡的路由選擇機制設計：研究在終端移動的過程中如何使網絡壽命最長、協議的可擴展性等。預測移動終端用戶的移動行為，設計無線傳感器網絡協議并分析性能（如：網絡生命周期、傳輸時延、傳感器節點的開銷等）：研究基于地理信息位置的移動行為預測和基于網絡拓撲的移動行為預測，使整個網絡能在傳感器節點激活量最少的情況下有效地跟蹤到匯聚節點，保持暢通的傳輸路徑，并保證通信路徑質量可靠。

（二） 業務融合技術

1.基于無線傳感網和移動通信網融合的業務應用協議研究[3]

此研究主要在應用層中展開，為簡化應用開發，可以首先從統一的業務應用協議開始入手，此協議是與通信方式無關的面向全網應用的end-to-end協議。

2.基于無線傳感器網絡和移動通信網融合的移動終端研究

移動終端是將移動通信網絡與無線傳感器網絡相聯接的主要設備，同時承載了移動通信網的業務（如：公眾業務、M2M業務等），因此，基于兩網融合的M2M業務的移動終端必須做到以下幾點：

在通信技術上，隨著網絡無線接口技術的發展，GSM、3G等移動通信網絡與無線傳感器網絡互連，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。

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

在業務上，該移動終端不僅必須具有數據采集、存儲、處理、中轉和轉發的功能，還需具有執行無線傳感器網絡的重配置、運行、組織等管理功能，此外，還可以支持GSM、3G等具有的公眾業務。

四、結束語

本文首先介紹了無線異構網絡的基本特性和關鍵技術，然后從無線傳感網絡與移動通信網融合的角度分別對兩網做了簡要介紹，再從兩網自身特點分析兩網融合的關鍵技術。通過對現有技術的不斷完善，從而加快兩網融合步伐，促進物聯網技術蓬勃發展，為下一代網絡的發展提供可靠支撐。

【參考文獻】

[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.無線傳感器網絡[M].清華大學出版社.2005.5.Page(s):4-23

[3]霍梅梅，鄭增威，周曉偉. 移動傳感網及其路由協議研究進展[J].計算機應用研究，2009,26(11)：4010-4013，4015