異構無線網絡路由策略研究綜述

邵國強 韓冬梅 程曉旭 賈美娟 張百順

摘要： 異構無線網絡能夠利用各種網絡的鏈路迅速建立連接、實現數據的傳遞，在軍事、水災、火災、地震等重大災害上具有重要的應用價值。因此，設計一種能夠提高數據發送效率和網絡抗毀性的異構無線網絡自適應路由策略具有重要意義。首先介紹了無線局域網、無線蜂窩網絡、自組網、延遲容忍網絡等各種無線網絡的特點；然后對各種異構無線網絡路由進行分類并闡述；最后總結現有異構無線網絡路由的不足，并對未來研究工作進行了展望。

關鍵詞： 異構無線網絡； 路由； 間歇性連接； 延遲容忍網絡

中圖分類號：TP311

文獻標志碼：A

文章編號：2095-2163（2017）04-0034-03

0引言

隨著無線局域網（Wireless Local Area Network， WLAN）、無線蜂窩網絡、自組網（Ad Hoc Network）、延遲容忍網絡（Delay Tolerant Networks， DTN）[1]等無線網絡的迅速發展，未來的無線網絡是多種技術、多種網絡互相融合所形成的具有多種接入方式、提供多種服務質量要求的異構無線網絡的聯合體。設計一種整合各種無線網絡且能夠滿足不同應用程序服務質量（Quality of Service， QoS）需求的自適應路由策略成為未來無線網絡的研究熱點。每種網絡都有自己的特點，WLAN高帶寬、低成本，訪問點（Access Point， AP）節點性能高，無線蜂窩網通訊范圍大，基站（Base Station， BS）節點性能高，但這2種網絡都存在組網不靈活的缺點；Ad Hoc網節點移動性強、組網靈活，但是在鏈路中斷時無法傳送數據；DTN網能在長時延、頻繁中斷的鏈路上傳送數據。異構無線網絡能夠融合WLAN、無線蜂窩網、Ad Hoc網、DTN網等多種網絡技術，使人們能夠在任何時間、任何地點、以任何方式進行信息的獲取與處理，極大地改變人們的生活方式和工作方式，并且在網絡遭受破壞、單一網絡無法提供數據傳遞時，能夠綜合利用各種網絡的鏈路迅速建立連接、實現數據的傳遞，增強網絡的抗毀性，在軍事、水災、火災、地震等重大災害上具有重要的應用價值。因此，設計一種能夠提高數據發送成功率和網絡抗毀性的異構無線網絡自適應路由策略具有重要意義。

目前國內外學者已經針對WLAN、無線蜂窩網絡、Ad Hoc網、DTN網組成的異構無線網絡的路由策略展開了大量的研究。按照網絡是否連通，路由策略可以分為連通的異構無線網絡路由和間歇性連接的異構無線網絡路由。其中，連通異構無線網絡路由在網絡中斷時無法傳遞數據，而間歇性連接的異構無線網絡路由則可以在網絡中斷情況下有效傳遞數據。本文將各自對其給出如下研究闡釋。

1連通的異構無線網絡路由

文獻[2]提出了WLAN、Ad Hoc網的融合方案，當移動節點和AP節點連接失敗時，采用Ad Hoc網絡的多跳路由策略進行連接。文獻[3]在蜂窩網中引入Ad Hoc模式，允許雙模節點以Ad Hoc模式轉發數據包，提高了蜂窩網的數據發送效率。文獻[4-5]論述了一種綜合考慮WLAN、3G蜂窩網絡、Ad Hoc網的路由策略，但AP/BS節點范圍外的移動節點之間無法實現路由。文獻[6]針對WLAN、3G蜂窩網絡、Ad Hoc網組成的異構無線網絡提出了一種綜合利用AP/BS節點、Ad Hoc多跳路由策略等所有鏈接可能來構建端到端移動節點之間連接的路由策略，但在網絡鏈路存在間歇性連接時無法實現數據的發送。

目前，國內學者一般只是針對各種無線網絡與Internet互聯以及兩兩無線網絡互聯的異構無線網絡的路由策略進行研究，而并未對WLAN、無線蜂窩網絡、Ad Hoc網、DTN網組成的間歇性連接異構無線網絡的路由策略有效涉及深度探討。此后，文獻[7-8]又分析研發了Ad Hoc網接入Internet的動態網關布局及選擇策略，實現了Ad Hoc網與Internet的互聯。文獻[9]研究了一種集成無線蜂窩網絡和Ad Hoc網絡的路由策略，將Ad Hoc網絡的中繼功能加入到傳統蜂窩系統中，提高了系統的性能。另外，文獻[10]則針對集成無線蜂窩網絡和Ad Hoc網絡的互聯方案，提出了一種基于模糊多目標決策方法的路由選擇策略，該策略在路由選擇時考慮了時延、丟包率、能量、成本等因素。進一步地，文獻[11]即圍繞衛星網絡和Ad Hoc網絡的互聯問題，設計了相應的互聯路由協議，提高了衛星網絡的性能。

2間歇性連接的異構無線網絡路由

文獻[12]針對MANET和DTN混合網，全面研發構建了一種簡單的混合路由策略DT-DYMO，該策略首先基于AODV的RREQ消息查找連通區域內的目的節點，若找到直接使用AODV發送消息，否則將消息發送給RREQ查找過程中發現的DTN節點，由該節點“存儲-攜帶-轉發”消息。文獻[13]提出了一種基于分組的混合路由協議HYMAD，該路由將移動節點分成多個組，在組內使用MANET中的距離矢量路由發送消息，在組間則采用DTN的Spray-and-Wait路由。文獻[14]針對Ad Hoc網和DTN網設計了一種路由協議，當存在到達目的節點的端到端路徑時，使用常規路由協議轉發報文；當不存在端到端路徑時，節點通過綜合主機位置、主機移動模式、能量等上下文信息選擇下一跳節點來“存儲-攜帶-轉發”數據，但同樣沒有考慮WLAN和無線蜂窩網絡。文獻[15]則基于WLAN、Ad Hoc網、DTN網組成的具有不同連接特性的異構無線網絡而定制設計了一種根據鏈路時延情況而對數據進行復制的自適應路由協議，能夠實現網絡中斷時的數據發送，但沒有充分利用高性能、高可靠的AP節點來參與路由，性能也未臻至優良。文獻[16-17]針對WLAN和Ad Hoc網、DTN網組成的存在間歇性連接的異構無線網絡提出了一個MeDeHa架構。MeDeHa架構在移動節點之間鏈路性能好、無中斷時，采用常規的路由轉發策略發送數據；在鏈路存在長時延、間歇性連接時，采用“存儲-攜帶-轉發”策略來優勢支持數據發送，并且利用了高性能的AP節點進行數據的轉發和存儲，提高了數據發送成功率。文獻[18-19]重點論述了WLAN、3G蜂窩網絡、Ad Hoc網、DTN網互聯起來的異構無線網絡的路由問題，為能在間歇性連接的網絡成功發送數據提出了基于超級節點的架構，由超級節點來臨時存儲源節點的數據，當目的節點和超級節點能夠連接時，由超級節點將數據轉發給目的節點，從而提高數據的發送成功率。文獻[20]則從WLAN、蜂窩網絡、Ad Hoc網、DTN網互聯起來的間歇性連接異構無線網絡的研究出發，通過部署邊界服務器來實現“存儲-攜帶-轉發”功能，從而提高數據的發送成功率，但沒有充分利用高性能、高可靠的AP節點來參與路由。文獻[21]針對普通Ad Hoc網和具有間歇性連接特點的DTN網設計了一種基于聲譽策略的可信路由協議，可以解決黑洞攻擊問題，但沒有考慮WLAN和無線蜂窩網絡。endprint

目前，國內學者也陸續轉向了間歇性連接的異構無線網絡路由的分析研究并提出了一些策略。如文獻[22-23]針對普通Ad Hoc網和DTN 網絡組成的具有間歇性連接特點的異構無線網絡，利用分而治之的思想，提出了一種將Ad Hoc網的AODV 路由協議和DTN網中的Spray and Wait路由協議相融合的路由方案，使得網絡規模擴大時性能保持相對穩定，提高了網絡的抗毀性。文獻[24]即專就Ad Hoc網和DTN網組成的異構無線網絡提出了一種基于穩定閉域的混合路由策略，在穩定閉域內使用AODV路由協議提高路由轉發的效率，當數據分組轉發到閉域邊界后，將轉換為改進的Prophet路由繼續在非連通區域內尋路。針對間歇性連接的移動網絡環境，文獻[25]提出了一種新的DTN路由協議IEDR。IEDR在網絡中斷時利用節點間相遇的機會交換數據，并將無線接入點AP作為輔助數據傳播的有效途徑，擴大網絡連通范圍。文獻[26]則基于當下的車載自組網（Vehicular Ad Hoc Network， VANET）同樣設計了一種結合AODV協議和DTN的“存儲-攜帶-轉發”策略的按需路由協議DT-AODV來提高數據傳遞率。

3結束語

目前，國內外對WLAN、無線蜂窩網絡、Ad Hoc網、DTN網組成的具有間歇性連接特點的異構無線網絡已經發布了一定的研究成果，但其中設計的路由策略不能充分利用各種網絡特點來求得有效的路由發現，當網絡中存在大量自私節點和惡意節點時，無法根據應用程序QoS需求有效地選擇路由。因此針對間歇性連接的異構無線網絡，研究結合WLAN的AP節點和無線蜂窩網絡BS節點的高性能、Ad Hoc網絡組網靈活以及DTN網能夠在間歇性連接鏈路發送數據的特點來實現路由發現，當存在自私節點和惡意節點時對節點可信度進行評估，并根據應用程序QoS需求提供路由選擇的自適應路由策略，具有重要的理論和實際意義。

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