基于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備通信連接方案

黃凱

摘要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)，例如Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和無線Mesh網(wǎng)絡(luò)等已經(jīng)無法滿足在通信困難環(huán)境中對(duì)連接中斷進(jìn)行處理的需求，對(duì)于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)通信來說，在連接中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能可能會(huì)降低，嚴(yán)重可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，無法進(jìn)行正常通信連接。為了應(yīng)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的挑戰(zhàn)，機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)成為一種很好的解決方案，通過更改網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且不需要源與目標(biāo)直接建立完整連接，而是通過中間節(jié)點(diǎn)作為傳播媒介來達(dá)到信息的間接傳輸，利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)相遇的機(jī)會(huì)來完成網(wǎng)絡(luò)通信。該文介紹了機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的通信原理，對(duì)使用機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備通信的方案進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò);自組織;設(shè)備通信

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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

隨著科技的發(fā)展，大量低成本的無線通信設(shè)備出現(xiàn)在人們生活的各個(gè)方面。智能手機(jī)、智能家居、車載網(wǎng)絡(luò)、智能可穿戴設(shè)備等諸多近距離無線通信設(shè)備在人們生活中都組成了許多小型自組網(wǎng)。對(duì)于這些傳統(tǒng)的自組網(wǎng)來說，如果出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)超出通信范圍、節(jié)點(diǎn)設(shè)備不足、信號(hào)連接不穩(wěn)定、單個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞等情況，傳統(tǒng)的自組網(wǎng)將不能進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之所以不能很好地適應(yīng)這些突發(fā)情況，是由傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的自身性質(zhì)決定的。傳統(tǒng)的通信模式，即MANET（mobile ad hoc network）通信模式，在遭遇節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題時(shí)，無法正常工作。對(duì)于傳統(tǒng)的通信模式來說，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，需要通過路由算法來建立連接，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑將依據(jù)路由表來依次尋找下一跳的地址。在實(shí)際應(yīng)用中，無線自組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能隨時(shí)發(fā)生改變，如果發(fā)送方與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通路斷開，網(wǎng)絡(luò)的連通性就不能夠很好地得到保障。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)較差的適應(yīng)性和健壯性，機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)適應(yīng)了這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)情況。

1 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)簡介

機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)（opportunistic network）衍生于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）和延遲容忍網(wǎng)絡(luò)（DTN）。機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)是一種不需要直接建立完整鏈路，通過節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)作為橋梁來間接傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)，利用節(jié)點(diǎn)之間的相遇機(jī)會(huì)來實(shí)現(xiàn)通信。機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)也叫作系數(shù)ad hoc網(wǎng)絡(luò)、ICN（Intermittently Connected Network）或DTN（Delay/Disruption Tolerated Network）。機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同，它的節(jié)點(diǎn)具有隨機(jī)性和不確定性，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也是動(dòng)態(tài)變化的，源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間并無直接鏈路。

機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)也與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用層和傳輸層之間多了一個(gè)捆綁層（bundle layer），捆綁層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）可以為任意長度的消息（bundle）。

機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議采用了“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制，在節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)后，并不會(huì)立即轉(zhuǎn)發(fā)，而會(huì)先進(jìn)行存儲(chǔ)攜帶，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)中如果找到合適的節(jié)點(diǎn)，再進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。這種轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制解決了網(wǎng)絡(luò)分割導(dǎo)致沒有直接連通鏈路的問題，通過節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)尋找恰當(dāng)機(jī)會(huì)來多次轉(zhuǎn)發(fā)將數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點(diǎn)。

2 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備通信中的應(yīng)用

2.1 移動(dòng)設(shè)備組網(wǎng)

劍橋大學(xué)提出的PSN（pocket switched network），即個(gè)人攜帶的手持設(shè)備形成的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)。在手持移動(dòng)設(shè)備組成的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)可以通過人們相遇帶來的局部通信機(jī)會(huì)來進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

麻省理工學(xué)院開發(fā)的名為CarTel的移動(dòng)傳感系統(tǒng)，這是將移動(dòng)傳感器連接到車輛的首批研究項(xiàng)目之一。CarTel采用Wi-Fi、BlueTooth等通信技術(shù)來采集和交換車輛信息，當(dāng)兩車相遇時(shí)，可以通過CarTel節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)。這些有機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)組成的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以廣泛用于車輛行駛狀況記錄、道路情況判斷、交通事故預(yù)警等方面來減少事故發(fā)生概率，同時(shí)為車輛提供更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。

2.3 偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)

機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供快捷低廉的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，來解決偏遠(yuǎn)地區(qū)由于基礎(chǔ)設(shè)施不完善帶來的問題。由麻省理工學(xué)院研發(fā)的DakNet是部署在印度偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是通過部署在村莊里的Kiosk設(shè)備、公交車輛上的移動(dòng)接入設(shè)備（MAP）和一些連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備共同組成的。這些設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)通過Wi-Fi通信，當(dāng)人們使用手持移動(dòng)設(shè)備時(shí)，將與Kiosk交換數(shù)據(jù)，Kiosk設(shè)備在公交車經(jīng)過在與MAP交換數(shù)據(jù)，而公交車在連接到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)又可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳或下載。

2.4 戰(zhàn)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)

在爆發(fā)戰(zhàn)爭時(shí)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可能在遭到一定程度破壞后將無法完成正常通信。而機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)就可以臨時(shí)部署節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，來適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的惡劣環(huán)境，將數(shù)據(jù)擺渡至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，從而避免傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)通信鏈路斷開無法通信的問題。

3 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前存在的問題

3.1 安全相關(guān)問題

現(xiàn)在的基于傳統(tǒng)的安全機(jī)制主要是針對(duì)終端的身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)的完整性等方面提出的，同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由等主要設(shè)備采用較特殊的安全認(rèn)證。在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，傳輸節(jié)點(diǎn)由于是隨機(jī)的，因而會(huì)有一定不安全因素。對(duì)于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的安全性來說，主要集中在以下幾個(gè)方面：定義機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的安全需求;明確機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)面臨的威脅;機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中部署加密和身份驗(yàn)證。

3.2 緩存不足問題

由于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)采用的是“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”方式來進(jìn)行通信，這導(dǎo)致花費(fèi)了大量時(shí)間在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)消息的過程中，而機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)具有不確定性，為了保證節(jié)點(diǎn)之間信息轉(zhuǎn)發(fā)成功，通常采用多副本策略，而多個(gè)副本會(huì)消耗較多的網(wǎng)絡(luò)資源，這就帶來了緩存不足引發(fā)的擁塞情況。

4 結(jié)語

本文對(duì)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了簡要介紹，分析了它與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的異同和特點(diǎn)，闡述了其工作原理，并針對(duì)當(dāng)前機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展介紹一些應(yīng)用實(shí)例，來說明機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景和重要作用，最后對(duì)一些存在的問題進(jìn)行說明，這也是我們需要繼續(xù)深入的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 嚴(yán)曄晴，陳志剛，吳嘉，等.融合社會(huì)關(guān)系的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索，2018（9）.

[2] 陳偉杰.機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中考慮緩存的路由算法[J].軟件導(dǎo)刊，2019（3）.

[3] 陳志剛，殷濱安，吳嘉.基于消息重要性的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)能量均衡路由算法[J].通信學(xué)報(bào)，2018（12）.

[4] 張力，陳瀅生，王言通.基于運(yùn)動(dòng)相似性的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)緩存管理策略[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2018（8）.

[5] 馬華東，袁培燕，趙東.移動(dòng)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由問題研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報(bào)，2015（3）.

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