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基于机会网络的设备通信连接方案

作者:未知

  摘要:随着通信技术的发展,传统的无线网络,例如Ad Hoc网络、无线传感网络和无线Mesh网络等已经无法满足在通信困难环境中对连接中断进行处理的需求,对于传统的无线网络通信来说,在连接中断时,网络性能可能会降低,严重可能导致网络瘫痪,无法进行正常通信连接。为了应对这些网络环境的挑战,机会网络成为一种很好的解决方案,通过更改网络的拓扑结构,并且不需要源与目标直接建立完整连接,而是通过中间节点作为传播媒介来达到信息的间接传输,利用节点移动相遇的机会来完成网络通信。该文介绍了机会网络的通信原理,对使用机会网络来实现设备通信的方案进行了探究。
  关键词:机会网络;自组织;设备通信
  中图分类号:TP393        文献标识码:A
  文章编号:1009-3044(2019)13-0041-02
  Abstract: With the development of communication technology, traditional wireless networks, such as Ad Hoc networks, wireless sensor networks and wireless Mesh networks, have been unable to handle connection interruption in difficult communication environments. For the traditional wireless network communication, when the connection is interrupted, the network performance may be reduced, which may lead to network paralysis and failure of normal communication connection. In order to deal with the challenge of the network environment, network has become a very good solution, by changing the topology of the network, and does not require complete connection to source and the target directly, but through intermediate nodes as a medium to achieve the indirect transmission of information, use of mobile nodes meet opportunity to complete the network communication. This paper introduces the communication principle of opportunity network and probes into the scheme of using opportunity network to realize equipment communication.
  Key words: opportunity network; since the organization; communication equipment
  隨着科技的发展,大量低成本的无线通信设备出现在人们生活的各个方面。智能手机、智能家居、车载网络、智能可穿戴设备等诸多近距离无线通信设备在人们生活中都组成了许多小型自组网。对于这些传统的自组网来说,如果出现节点超出通信范围、节点设备不足、信号连接不稳定、单个节点损坏等情况,传统的自组网将不能进行正常的数据传输。传统的网络之所以不能很好地适应这些突发情况,是由传统网络的自身性质决定的。传统的通信模式,即MANET(mobile ad hoc network)通信模式,在遭遇节点出现问题时,无法正常工作。对于传统的通信模式来说,在进行数据传输之前,需要通过路由算法来建立连接,数据的转发路径将依据路由表来依次寻找下一跳的地址。在实际应用中,无线自组网的拓扑结构可能随时发生改变,如果发送方与目标节点的数据通路断开,网络的连通性就不能够很好地得到保障。为了弥补传统网络较差的适应性和健壮性,机会网络的出现适应了这些复杂的网络情况。
  1 机会网络简介
  机会网络(opportunistic network)衍生于移动自组织网络(MANET)和延迟容忍网络(DTN)。机会网络是一种不需要直接建立完整链路,通过节点之间的运动作为桥梁来间接传输信息的网络,利用节点之间的相遇机会来实现通信。机会网络也叫作系数ad hoc网络、ICN(Intermittently Connected Network)或DTN(Delay/Disruption Tolerated Network)。机会网络与传统网络不同,它的节点具有随机性和不确定性,网络的规模也是动态变化的,源节点和目标节点之间并无直接链路。
  机会网络的体系结构也与传统网络不同,传统的网络体系结构包括了物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,机会网络在应用层和传输层之间多了一个捆绑层(bundle layer),捆绑层的协议数据单元(PDU)可以为任意长度的消息(bundle)。
  机会网络的路由协议采用了“存储-携带-转发”机制,在节点接收数据后,并不会立即转发,而会先进行存储携带,在各个节点的运动中如果找到合适的节点,再进行分组转发。这种转发机制解决了网络分割导致没有直接连通链路的问题,通过节点的运动寻找恰当机会来多次转发将数据传送至目的节点。   2 机会网络在设备通信中的应用
  2.1 移动设备组网
  剑桥大学提出的PSN(pocket switched network),即个人携带的手持设备形成的机会网络。在手持移动设备组成的机会网络中,每个设备节点可以通过人们相遇带来的局部通信机会来进行信息转发。
  2.2 车载网络系统
  麻省理工学院开发的名为CarTel的移动传感系统,这是将移动传感器连接到车辆的首批研究项目之一。CarTel采用Wi-Fi、BlueTooth等通信技术来采集和交换车辆信息,当两车相遇时,可以通过CarTel节点交换数据。这些有机会网络组成的车载网络系统,可以广泛用于车辆行驶状况记录、道路情况判断、交通事故预警等方面来减少事故发生概率,同时为车辆提供更稳定的网络连接。
  2.3 偏远地区网络
  机会网络可以为偏远地区提供快捷低廉的网络服务,来解决偏远地区由于基础设施不完善带来的问题。由麻省理工学院研发的DakNet是部署在印度偏远地区的网络系统,它是通过部署在村庄里的Kiosk设备、公交车辆上的移动接入设备(MAP)和一些连接互联网的设备共同组成的。这些设备组成的网络通过Wi-Fi通信,当人们使用手持移动设备时,将与Kiosk交换数据,Kiosk设备在公交车经过在与MAP交换数据,而公交车在连接到互联网时又可以将数据进行上传或下载。
  2.4 战时通信网络
  在爆发战争时,传统的网络节点可能在遭到一定程度破坏后将无法完成正常通信。而机会网络就可以临时部署节点,通过节点的移动,来适应战场复杂多变的恶劣环境,将数据摆渡至目标节点,从而避免传统网络由于网络通信链路断开无法通信的问题。
  3 机会网络当前存在的问题
  3.1 安全相关问题
  现在的基于传统的安全机制主要是针对终端的身份验证和数据的完整性等方面提出的,同时对于数据转发和路由等主要设备采用较特殊的安全认证。在机会网络中,传输节点由于是随机的,因而会有一定不安全因素。对于机会网络的安全性来说,主要集中在以下几个方面:定义机会网络的安全需求;明确机会网络面临的威胁;机会网络中部署加密和身份验证。
  3.2 缓存不足问题
  由于机会网络采用的是“存储-携带-转发”方式来进行通信,这导致花费了大量时间在存储转发消息的过程中,而机会网络各个节点的运动具有不确定性,为了保证节点之间信息转发成功,通常采用多副本策略,而多个副本会消耗较多的网络资源,这就带来了缓存不足引发的拥塞情况。
  4 结语
  本文对机会网络进行了简要介绍,分析了它与传统网络的异同和特点,阐述了其工作原理,并针对当前机会网络的发展介绍一些应用实例,来说明机会网络的应用场景和重要作用,最后对一些存在的问题进行说明,这也是我们需要继续深入的研究方向。
  參考文献:
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  [2] 陈伟杰.机会网络中考虑缓存的路由算法[J].软件导刊,2019(3).
  [3] 陈志刚,殷滨安,吴嘉.基于消息重要性的机会网络能量均衡路由算法[J].通信学报,2018(12).
  [4] 张力,陈滢生,王言通.基于运动相似性的机会网络缓存管理策略[J].计算机工程与设计,2018(8).
  [5] 马华东,袁培燕,赵东.移动机会网络路由问题研究进展[J].软件学报,2015(3).
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