基于异构无线传感器网络和移动通信网络融合的研究

巢喜剑

【摘要】层出不穷的无线通信技术使得异构无线网络的相互作用成为一种趋势，无线个域网（如Bluetooth）、无线局域网（如Wi-Fi）、无线传感器网络、公众移动网通信网（如3G、LTE）等无线网络的融合有着良好的应用前景。充分利用网络间的互补特性从而构建下一代公众移动网络，满足未来用户对各种不同类型业务的需求，已经引起了广泛的关注。而在异构无线网络融合架构下，研究和完善网络融合的关键技术是目前急需解决的问题。

【关键词】异构无线网络；无线传感网络；移动通信网络；网络融合

文章编号:ISSN1006—656X(2013)06 -00098-01

一、异构无线网络融合现况

随着信息社会发展的突飞猛进，信息交换已经变成人们生活中不可或缺的重要部分，已经从基本交换需求发展到了便利交换需求。现在，已经有几十种异构无线网络开始投入使用，无线通信技术在进20年内的发展异常繁荣。蓝牙、RFID、UWB、GSM、CDMA2000、HSDPA、T-DMB、DMB-T、EDGE、UMTS、DECT等技术已投入商用，还有一部分比如LTE、wirelessHD、WSN、802.16M和802.20等，也将在不久的将来进入商用。这些无线通信网络被统一称为异构无线网络[1]（Heregeneous Wireless Network）。

对于不同的目标用户和应用场景，选择不同的异构无线网络，尤其是GSM、CDMA2000、GPRS、EDGE、WiMAX、UMTS和PHS等无线网络在全球不同国家和地区有着广泛的时长应用。但是，由于它们彼此互不兼容，从高层的控制和资源管理技术到底层的计入方式都互不相同，这使得电信运营商们需要绞尽脑汁地思考如何才能整合异构无线网络资源从而降低运营成本；而用户常常需要手持多个适用于不同网络的终端，才能保证不同网络间的业务不中断，这给用户和电信运营商造成了很大的困扰。

二、异构无线网络融合的特征

异构无线网络融合是个崭新的概念——在一个通用的网络平台上提供多种业务，尽可能将各种类型的无线网络融合起来，是研究人员一直追求的目标。蜂窝网络与Ad hoc网络的融合、3G网络与无线局域网（WLAN）的融合，都是异构无线网络融合的表现模式，其主要特征就是能够提供多种无线接入技术，使其能相互操作、相互补充，实现异构互连和协同应用，从而极大地提高彼此间的网络性能。

未来异构无线网络融合的主要特征如下：

（一）融合性。

未来的无线异构网络必须能给用户提供更加高速的带宽和更加多元化的业务体验，从而满足用户对于个人通信、网络业务、广播和娱乐等的需求。

（二）全IP性。

随着业务和技术的发展，对IP网的业务需求不断增加，体现在业务的IP化、网络的IP化。软交换IP化已经开始实施，传统的电信网络，以及3G电路域和信令网也具有IP化趋势。此外，全IP性将大大减少异构网络融合的工作量。

（三）移动性。

无线通信领域已经明显呈现出移动化和宽带化的发展趋势，即移动通信向着宽带化方向发展，而宽带的无线接入则向着移动性方向发展。B3G标准化的加速和推进、WiMAX的应用和推进使得这一趋势成为可能。。

（四）异构性。

各种接入技术层出不穷，其自身特点也不尽相同，而由多种网络组成的无线异构网络必须对接入技术取长补短、多种接入技术相互协作，从而提高网络整体资源的利用率，为用户提供更高速的带宽。所以，异构性必定是下一代无线网络的基本特征之一。

三、无线传感器网络与移动通信网络融合的关键技术分析[2]

物联网的发展带动了无线传感器网络与移动通信网络的异构融合，两者融合也是物联网进一步发展急需解决的问题之一。本文将从无线传感器网络与无线通信网各自结构特点出发，针对移动通信网络和无线传感器网络的网络结构和协议栈的差别，对两网融合的网络融合技术、业务融合技术两部分进行详细的研究分析。

（一）网络融合技术

网络融合技术是网络最基本的研究方向，基于移动终端作为汇聚节点的无线传感器网络的路由选择机制设计：研究在终端移动的过程中如何使网络寿命最长、协议的可扩展性等。预测移动终端用户的移动行为，设计无线传感器网络协议并分析性能（如：网络生命周期、传输时延、传感器节点的开销等）：研究基于地理信息位置的移动行为预测和基于网络拓扑的移动行为预测，使整个网络能在传感器节点激活量最少的情况下有效地跟踪到汇聚节点，保持畅通的传输路径，并保证通信路径质量可靠。

（二） 业务融合技术

1.基于无线传感网和移动通信网融合的业务应用协议研究[3]

此研究主要在应用层中展开，为简化应用开发，可以首先从统一的业务应用协议开始入手，此协议是与通信方式无关的面向全网应用的end-to-end协议。

2.基于无线传感器网络和移动通信网融合的移动终端研究

移动终端是将移动通信网络与无线传感器网络相联接的主要设备，同时承载了移动通信网的业务（如：公众业务、M2M业务等），因此，基于两网融合的M2M业务的移动终端必须做到以下几点：

在通信技术上，随着网络无线接口技术的发展，GSM、3G等移动通信网络与无线传感器网络互连，就必须要求该移动终端支持如Wimax、Zigbee、Wifi等多种无线接口技术。

在接口上，该移动终端必须能够提供串口、无线、USB等多类数据采集接口，从而能从各种机器终端获取所需的数据。

在业务上，该移动终端不仅必须具有数据采集、存储、处理、中转和转发的功能，还需具有执行无线传感器网络的重配置、运行、组织等管理功能，此外，还可以支持GSM、3G等具有的公众业务。

四、结束语

本文首先介绍了无线异构网络的基本特性和关键技术，然后从无线传感网络与移动通信网融合的角度分别对两网做了简要介绍，再从两网自身特点分析两网融合的关键技术。通过对现有技术的不断完善，从而加快两网融合步伐，促进物联网技术蓬勃发展，为下一代网络的发展提供可靠支撑。

【参考文献】

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

[2]孙利民，李建中等.无线传感器网络[M].清华大学出版社.2005.5.Page(s):4-23

[3]霍梅梅，郑增威，周晓伟. 移动传感网及其路由协议研究进展[J].计算机应用研究，2009,26(11)：4010-4013，4015