基于無線傳感網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)融合模型

2 基于無線傳感網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)融合模型
本文的討論基于如下的應(yīng)用場景：底層網(wǎng)絡(luò)是大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，高層網(wǎng)絡(luò)是先進(jìn)、成熟的移動通信網(wǎng)絡(luò)，如何融合這兩種網(wǎng)絡(luò)，使得底層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)既能可靠、迅速地傳輸，又能保證服務(wù)質(zhì)量要求和安全要求。因此在詳細(xì)提出該網(wǎng)絡(luò)模型之前，首先討論相關(guān)的問題。
2．1 面臨的挑戰(zhàn)
主要存在以下挑戰(zhàn)：
(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點是節(jié)點分布廣泛，而且數(shù)量眾多，每一個節(jié)點既獨立完成自己的信息搜集、傳輸工作，又需要和附近節(jié)點組成自組織網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)的智能管理。這樣的網(wǎng)絡(luò)雖然具有智能化、自組織化的優(yōu)點，但是出于成本等方面的考慮，每個節(jié)點的壽命和處理能力必然有限。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用于環(huán)境比較惡劣或者數(shù)據(jù)流動不穩(wěn)定的場景，數(shù)據(jù)有時會呈現(xiàn)出爆炸式的增長，這樣必然給上層網(wǎng)絡(luò)帶來嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，如何讓這些數(shù)據(jù)都得到有效的處理同時又不丟包是面臨的挑戰(zhàn)之一。
(2)移動通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)很成熟的應(yīng)用于人們的生活之中，從最初的單純的電話通信，到后來可以借助于它實現(xiàn)短信數(shù)據(jù)傳輸，再后來實現(xiàn)無線互聯(lián)網(wǎng)，每一次進(jìn)步都極大的擴展了移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。另一方面，移動通信網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合需要研究穩(wěn)定、可靠的通信協(xié)議，研究功能齊全的終端設(shè)備等一系列工作。一個好的融合設(shè)備不僅需要完成基本的功能，而且需要適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來源突變的特點以及移動通信網(wǎng)絡(luò)信號隨天氣等環(huán)境變化的特點。這也是面臨其中的一個挑戰(zhàn)。
2．2 WSN-MCNM體系架構(gòu)
WSN-MCNM的體系架構(gòu)如圖4所示。該模型主要包括三個部分：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊，移動通信網(wǎng)絡(luò)接口模塊，數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換模塊。其中，核心模塊是數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換模塊。

2．3 WSN-MCNM模型
WSN-MCNM模型如圖5所示。該模型既實現(xiàn)了兩個接口之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，又實現(xiàn)了QoS質(zhì)量保證和安全保障功能。面對底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)突變的特點，通過建立心跳重傳機制和數(shù)據(jù)暫存模式，保證了即使出現(xiàn)瞬間大數(shù)據(jù)量的情況也能保證基本不丟包、不重傳。另外，對于特定的融合協(xié)議，通過實現(xiàn)基本功能集，保證了模型的通用性和可擴展性。在內(nèi)部實現(xiàn)上，模型采用的是操作系統(tǒng)自帶的進(jìn)程通信機制——消息隊列。消息隊列的特點是緩沖區(qū)容量較大，結(jié)構(gòu)比較規(guī)范，系統(tǒng)接口較豐富，對于模型設(shè)計自由度較高。

另一方面，由于融合協(xié)議一般包括了對控制字符的處理，如果感知信息中包括了控制字符，那么這些字符很有可能會被上層應(yīng)用模塊當(dāng)成控制字符進(jìn)行處理。如果出現(xiàn)這種情況，則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包被意外地截斷，出現(xiàn)處理混亂的問題。所以，模型特別增加了字符加密和安全保障模塊。
模型的工作過程(以數(shù)據(jù)上行為例)如圖6所示。

2．4 QoS與安全機制
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)，它們面對的場景比較復(fù)雜，環(huán)境比較惡劣，任何微小的環(huán)境變化都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)突變或者信號中斷。針對這種情況，為了保證模型的可用性，需要研究如何提高QoS和安全機制?？紤]到模型的通用性和簡潔性，本文使用一種成熟、簡單又能基本解決上述問題的方法——Base64加密技術(shù)作為模型的安全機制，如圖7所示。