基于无线传感网与移动通信网的网络融合模型
作者：孙川王营冠等
来源：《现代电子技术》2013年第07期
摘要：为了实现无线传感器网络与移动通信网络之间的无缝融合的目的，同时作为研究感知系统设计测试一体化平台的基础，采用以传统网络融合策略为基础，结合无线传感网和移动通信网自身的特点，并加入QoS保证和安全机制的方法，提出了融合模型。通过实现验证了模型的可用性并提出了下一步的研究方向。
关键词：感知系统；传感网；移动通信网；网路融合模型；质量保证
中图分类号： TN915?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）07?0004?04
0 引言
由于无线传感网技术和移动通信技术的快速发展，人们对远程设备的控制、管理，对远程信息的获取、处理的需求逐步得到解决[1]。另一方面，以物理感知、媒体感知、社会感知和信息安全等与感知相关的理论或技术研究成果为基础，以设计和测试为一体目的的大型系统的设计也有了可能性。无线传感网技术解决的是信息的获取和感知问题，而移动通信技术解决的是数据的传输与分发问题，这两者的无缝融合必然成为未来网络发展的方向。因此，研究适用于两网融合的设备成为了必须解决的问题。与此同时，研究融合模型能够作为实现感知系统设计测试一体化平台的基础。两网融合模型解决了信息在无线传感网和移动通信网之间获取、处理和传输的问题，既扩大了无线传感网的应用范围，又充分利用了成熟的移动通信网络，挖掘了潜在的应用和商业价值。
目前的研究大多集中在传统应用场景，以解决传统的需求为目标。例如，文献[2]研究了面向网络管理的SINK节点模型，提出了较新的CORBA/SNMP模型；文献[3]研究了以太网和CAN总线之间的网络转换模型，通过分析以太网和CAN总线的网络模型，给出了
Ethernet/CAN模型；文献[4]研究了基于XML的通用协议转换模型，通过引入NETCONF机制并和SNMP结合，实现了比较通用的模型。
可以看出，现有的研究重点仍然在较传统的应用领域，而对于无线传感器网络和移动通信网之间的融合则鲜有研究。本文在研究传统融合基础上，针对无线传感器网络和移动通信网络的特点，提出了一种既能较好满足两网融合基本功能，又能体现两种网络不同特点的模型——基于无线传感网与移动通信网的网络融合模型（Wireless Sensor Network?Mobile Communication Network Model，WSN?MCNM），同时解决了融合过程中的QoS保障与安全问题。实验表明，WSN?MCNM模型能够体现较好的功能性、鲁棒性和安全性。
1 相关研究
自从有了“网络”这个词开始，多种多样的应用逐渐催生了各种各样的网络，如电话网、互联网、广播网。甚至在互联网里也分成好几种适应于不同应用场景的网络类型。有关不同网络之间如何融合的研究也成爆炸式的增长。目前的代表性工作主要集中在以下三个方向：
1.1 面向网络管理的融合模型
当前的网络管理领域中主要存在2种传统的管理协议和框架，基于TCP/IP层的SNMPv2协议框架以及基于OSI七层协议上的CMIP协议框架[5]。他们各有局限，难以满足网络管理领域向综合、开放、分布式处理和互操作方向发展的迫切要求。近年来，CORBA分布式对象技术逐渐进入了人们的视线，CORBA的ORB，HOP，IDL特性使分布式对象技术开发的系统具有结构灵活，软硬件平台无关等优点，因此能够适应网络管理的特点。所以，将CORBA技术和传统的网络管理技术结合成为了一种新的网络管理方式[6]。
面向网络管理的融合模型如图1所示。
1.2 面向网络转换的融合模型
目前，网络在工业控制领域得到了广泛的应用。现场总线，CAN总线等使传统的工业制造信息化、智能化，提高了生产效率，极大的丰富了生活物资。另外，以太网以其廉价和开放的特点成为最普及的局域网技术，它是构筑互联网的基础。研究将以太网作为信息传递的主干网，连接现场总线和其他高级设备的新型网络结构成为了工业控制网络发展的趋势[7]。
Ethernet/CAN网关连接的是2个通信协议和结构完全不同的网络。对于Ethernet/CAN网关来说，其工作实际上是对信息重新封装以使它们能够被Ethernet或CAN网所读取[8]。为了完成这项工作，网关必须能运行在OSI模型的几个层次上。根据网关的功能，网关系统主要由CAN总线接口、协议处理单元和Ethernet接口三部分组成。协议处理单元是网关硬件的核心，它的主要部分是通用微处理器，主要完成CAN总线到以太网的协议转换[9]。
面向网络转换的融合模型如图2所示。
1.3 面向协议转换的融合模型
在网络管理领域，SNMP曾经由于它的简单性和实用性广泛应用于网络管理领域，但是SNMP自身存在着很多缺陷，如灵活性和效率不够，这样的缺陷使SNMP不能适应大型异构网络的需求[10]。与SNMP相比，XML在网络管理方面有很多优势。首先，XML全面支持基于