基于无线传感网与移动通信网的网络融合模型

2 基于无线传感网与移动通信网的网络融合模型
本文的讨论基于如下的应用场景：底层网络是大规模无线传感器网络，高层网络是先进、成熟的移动通信网络，如何融合这两种网络，使得底层的无线传感器网络数据既能可靠、迅速地传输，又能保证服务质量要求和安全要求。因此在详细提出该网络模型之前，首先讨论相关的问题。
2．1 面临的挑战
主要存在以下挑战：
(1)无线传感器网络的特点是节点分布广泛，而且数量众多，每一个节点既独立完成自己的信息搜集、传输工作，又需要和附近节点组成自组织网络，完成数据的智能管理。这样的网络虽然具有智能化、自组织化的优点，但是出于成本等方面的考虑，每个节点的寿命和处理能力必然有限。另外，无线传感器网络一般应用于环境比较恶劣或者数据流动不稳定的场景，数据有时会呈现出爆炸式的增长，这样必然给上层网络带来严重的网络负担，如何让这些数据都得到有效的处理同时又不丢包是面临的挑战之一。
(2)移动通信网络已经很成熟的应用于人们的生活之中，从最初的单纯的电话通信，到后来可以借助于它实现短信数据传输，再后来实现无线互联网，每一次进步都极大的扩展了移动通信网络的应用范围。另一方面，移动通信网和无线传感器网络的结合需要研究稳定、可靠的通信协议，研究功能齐全的终端设备等一系列工作。一个好的融合设备不仅需要完成基本的功能，而且需要适应无线传感器网络数据来源突变的特点以及移动通信网络信号随天气等环境变化的特点。这也是面临其中的一个挑战。
2．2 WSN-MCNM体系架构
WSN-MCNM的体系架构如图4所示。该模型主要包括三个部分：无线传感器网络接口模块，移动通信网络接口模块，数据处理与转换模块。其中，核心模块是数据处理与转换模块。

2．3 WSN-MCNM模型
WSN-MCNM模型如图5所示。该模型既实现了两个接口之间数据的转换，又实现了QoS质量保证和安全保障功能。面对底层无线传感器网络数据突变的特点，通过建立心跳重传机制和数据暂存模式，保证了即使出现瞬间大数据量的情况也能保证基本不丢包、不重传。另外，对于特定的融合协议，通过实现基本功能集，保证了模型的通用性和可扩展性。在内部实现上，模型采用的是操作系统自带的进程通信机制——消息队列。消息队列的特点是缓冲区容量较大，结构比较规范，系统接口较丰富，对于模型设计自由度较高。

另一方面，由于融合协议一般包括了对控制字符的处理，如果感知信息中包括了控制字符，那么这些字符很有可能会被上层应用模块当成控制字符进行处理。如果出现这种情况，则会导致数据包被意外地截断，出现处理混乱的问题。所以，模型特别增加了字符加密和安全保障模块。
模型的工作过程(以数据上行为例)如图6所示。

2．4 QoS与安全机制
无线传感器网络和移动通信网络不同于传统的互联网，它们面对的场景比较复杂，环境比较恶劣，任何微小的环境变化都可能导致数据突变或者信号中断。针对这种情况，为了保证模型的可用性，需要研究如何提高QoS和安全机制。考虑到模型的通用性和简洁性，本文使用一种成熟、简单又能基本解决上述问题的方法——Base64加密技术作为模型的安全机制，如图7所示。