基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )融合模型

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

2．3 WSN-MCNM模型
WSN-MCNM模型如圖5所示。該模型既實(shí)現了兩個(gè)接口之間數據的轉換，又實(shí)現了QoS質(zhì)量保證和安全保障功能。面對底層無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據突變的特點(diǎn)，通過(guò)建立心跳重傳機制和數據暫存模式，保證了即使出現瞬間大數據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(guò)實(shí)現基本功能集，保證了模型的通用性和可擴展性。在內部實(shí)現上，模型采用的是操作系統自帶的進(jìn)程通信機制——消息隊列。消息隊列的特點(diǎn)是緩沖區容量較大，結構比較規范，系統接口較豐富，對于模型設計自由度較高。

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(huì )被上層應用模塊當成控制字符進(jìn)行處理。如果出現這種情況，則會(huì )導致數據包被意外地截斷，出現處理混亂的問(wèn)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(guò)程(以數據上行為例)如圖6所示。

2．4 QoS與安全機制
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )不同于傳統的互聯(lián)網(wǎng)，它們面對的場(chǎng)景比較復雜，環(huán)境比較惡劣，任何微小的環(huán)境變化都可能導致數據突變或者信號中斷。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(jiǎn)潔性，本文使用一種成熟、簡(jiǎn)單又能基本解決上述問(wèn)題的方法——Base64加密技術(shù)作為模型的安全機制，如圖7所示。