基于無線傳感網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡融合模型
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由于無線傳感網(wǎng)技術和移動通信技術的快速發(fā)展，人們對遠程設備的控制、管理，對遠程信息的獲取、處理的需求逐步得到解決。另一方面，以物理感知、媒體感知、社會感知和信息安全等與感知相關的理論或技術研究成果為基礎，以設計和測試為一體目的的大型系統(tǒng)的設計也有了可能性。無線傳感網(wǎng)技術解決的是信息的獲取和感知問題，而移動通信技術解決的是數(shù)據(jù)的傳輸與分發(fā)問題，這兩者的無縫融合必然成為未來網(wǎng)絡發(fā)展的方向。因此，研究適用于兩網(wǎng)融合的設備成為了必須解決的問題。與此同時，研究融合模型能夠作為實現(xiàn)感知系統(tǒng)設計測試一體化平臺的基礎。兩網(wǎng)融合模型解決了信息在無線傳感網(wǎng)和移動通信網(wǎng)之間獲取、處理和傳輸?shù)膯栴}，既擴大了無線傳感網(wǎng)的應用范圍，又充分利用了成熟的移動通信網(wǎng)絡，挖掘了潛在的應用和商業(yè)價值。
目前的研究大多集中在傳統(tǒng)應用場景，以解決傳統(tǒng)的需求為目標。例如，文獻研究了面向網(wǎng)絡管理的SINK節(jié)點模型，提出了較新的CORBA ／SNMP模型；文獻研究了以太網(wǎng)和CAN總線之間的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換模型，通過分析以太網(wǎng)和CAN總線的網(wǎng)絡模型，給出了Ethernet／CAN模型；文獻研究了基于XML的通用協(xié)議轉(zhuǎn)換模型，通過引入NETCONF機制并和SNMP結(jié)合，實現(xiàn)了比較通用的模型。
可以看出，現(xiàn)有的研究重點仍然在較傳統(tǒng)的應用領域，而對于無線傳感器網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)之間的融合則鮮有研究。本文在研究傳統(tǒng)融合基礎上，針對無線傳感器網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)絡的特點，提出了一種既能較好滿足兩網(wǎng)融合基本功能，又能體現(xiàn)兩種網(wǎng)絡不同特點的模型——基于無線傳感網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡融合模型(Wireless Sensor Network-Mobile Communication Network Model，WSN-MCNM)，同時解決了融合過程中的QoS保障與安全問題。實驗表明，WSN-MCNM模型能夠體現(xiàn)較好的功能性、魯棒性和安全性。
1 相關研究
自從有了“網(wǎng)絡”這個詞開始，多種多樣的應用逐漸催生了各種各樣的網(wǎng)絡，如電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣播網(wǎng)。甚至在互聯(lián)網(wǎng)里也分成好幾種適應于不同應用場景的網(wǎng)絡類型。有關不同網(wǎng)絡之間如何融合的研究也成爆炸式的增長。目前的代表性工作主要集中在以下三個方向：
1．1 面向網(wǎng)絡管理的融合模型
當前的網(wǎng)絡管理領域中主要存在2種傳統(tǒng)的管理協(xié)議和框架，基于TCP／IP層的SNMPv2協(xié)議框架以及基于OSI七層協(xié)議上的CMIP協(xié)議框架。他們各有局限，難以滿足網(wǎng)絡管理領域向綜合、開放、分布式處理和互操作方向發(fā)展的迫切要求。近年來，CORBA分布式對象技術逐漸進入了人們的視線，CORBA的ORB，HOP，IDL特性使分布式對象技術開發(fā)的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活，軟硬件平臺無關等優(yōu)點，因此能夠適應網(wǎng)絡管理的特點。所以，將CORBA技術和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡管理技術結(jié)合成為了一種新的網(wǎng)絡管理方式。
面向網(wǎng)絡管理的融合模型如圖1所示。
1．2 面向網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換的融合模型
目前，網(wǎng)絡在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。現(xiàn)場總線，CAN總線等使傳統(tǒng)的工業(yè)制造信息化、智能化，提高了生產(chǎn)效率，極大的豐富了生活物資。另外，以太網(wǎng)以其廉價和開放的特點成為最普及的局域網(wǎng)技術，它是構(gòu)筑互聯(lián)網(wǎng)的基礎。研究將以太網(wǎng)作為信息傳遞的主干網(wǎng)，連接現(xiàn)場總線和其他高級設備的新型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)成為了工業(yè)控制網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢。
Ethernet／CAN網(wǎng)關連接的是2個通信協(xié)議和結(jié)構(gòu)完全不同的網(wǎng)絡。對于Ethernet／CAN網(wǎng)關來說，其工作實際上是對信息重新封裝以使它們能夠被Ethernet或CAN網(wǎng)所讀取。為了完成這項工作，網(wǎng)關必須能運行在OSI模型的幾個層次上。根據(jù)網(wǎng)關的功能，網(wǎng)關系統(tǒng)主要由CAN總線接口、協(xié)議處理單元和Ethernet接口三部分組成。協(xié)議處理單元是網(wǎng)關硬件的核心，它的主要部分是通用微處理器，主要完成CAN總線到以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
面向網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換的融合模型如圖2所示。
1．3 面向協(xié)議轉(zhuǎn)換的融合模型
在網(wǎng)絡管理領域，SNMP曾經(jīng)由于它的簡單性和實用性廣泛應用于網(wǎng)絡管理領域，但是SNMP自身存在著很多缺陷，如靈活性和效率不夠，這樣的缺陷使SNMP不能適應大型異構(gòu)網(wǎng)絡的需求。與SNMP相比，XML在網(wǎng)絡管理方面有很多優(yōu)勢。首先，XML全面支持基于web的網(wǎng)絡管理，因為XML文檔可以在網(wǎng)絡上方便的使用HTTP協(xié)議傳送；其次，XML將文檔的內(nèi)容和表示方法分開，更有利于處理復雜的數(shù)據(jù)，上述這些優(yōu)勢使得XML成為SNMP未來很好的代替品。
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