自组网技术

2024-11-20

自组网技术（精选9篇）

自组网技术篇1

摘要：移动自组网有重要的军用价值。但其无中心控制节点、多跳等特点使其安全受到威胁。本文介绍移动自组网的特点, 分析了移动自组网所面临的安全威胁, 并针对其安全弱点的安全策略加以阐述, 最后指出了下一步研究方向。

关键词：移动自组网,移动自组网安全,移动网络攻击,网络防范

1 概述

移动自组网 (Mobile Ad hoc NETwork, MANET) 这种特殊的无线移动网络和传统的网络相比其自身的特点[1]在于不需要预设基础架构、可以自动完成配置、无中心节点、自动实现网络组织、网络拓扑结构有高度的动态性、节点同时担当路由的角色、有限的无线传输带宽和节点资源。目前, 移动自组网的军事应用仍然是其主要方向[2]。信息化战争的复杂性和多变性使移动自组网已经成为当前数字化战场通信的首选技术。美军为了确保完成各种作战行动, 如指挥, 部署和协调等任务的顺利完成, 研制了大量的无线自组网络设备, 用于单兵、车载和指挥所等不同场合[6]。从武警部队的职责使命来说, 无线自组网可以发挥巨大的作用。例如在抢险救灾, 处置突发事件中, 构建无线自组网这种不需要固定设施又能快速部署的自组网技术就非常适宜, 工作小组的所有成员可以通过自组网技术构建一个临时通信网络协同完成任务。但是, 移动自组网的以上特点使其自身安全性难以保障, 面临着很多其他无线通信网络所没有的特殊问题。因此, 加强无线自组网络的安全性是笔者要研究的主要问题。本文就移动自组网安全进行综述, 分析现有的网络安全技术用来解决实际中遇到的安全问题, 并对未来的研究做出展望。

2 移动自组网存在的安全问题

移动自组网的安全威胁来自无线信道和网络本身, 使用无线信道容易受到被动窃听、主动入侵、伪造身份和拒绝服务等多种方式的攻击, 一旦受到攻击就可能使敌方删除信息、插入错的信息、修改信息或者冒充某一节点, 从而破坏了可用性、完整性、安全认证和抗抵赖性[2]。为解决移动自组网的安全问题, 其安全机制主要研究密钥管理、组通信安全、认证机制、入侵检测机制、节点协作模型、安全路由协议等[3]。移动自组网存在的安全问题有:

2.1 网络攻击。

对移动自组网的攻击有主动攻击、被动攻击。主动攻击通过把错误的报文插入到数据流中或修改通过网络的报文传输, 非法修改数据, 获得授权。由于网络中的节点可以作为路由参与信息的转发, 攻击者可以更加容易地修改消息, 实行中间人攻击。被动攻击试图窃取网络信息, 而无需改变系统资源。被动攻击的例子包括, 窃听攻击和流量分析攻击。

2.2 耗能攻击。

能量是移动自组网中一个关键因素。一个攻击者可以通过请求路由或向某个节点连续发送不必要的数据的方式来耗尽这个节点的能量。这是一种特殊形式的拒绝服务攻击。攻击者的目标是:带宽、计算能力和电池的寿命。

2.3 黑洞攻击。

在Ad hoc网络中存在一种黑洞攻击, 即采用路由选择方式时, 在路由发现阶段恶意节点向接收到的路由请求包中加入虚假可用信道信息, 骗取其他节点同其建立路由连接, 然后丢掉需要转发的数据包, 造成数据包丢失的恶意攻击。

2.4 路由协议攻击。

路由协议的攻击来源主要有两种, 第一种是来自外部的攻击。外部攻击者通过插入路由数据包, 重传过时路由信息, 或者更改路由信息来分隔网络, 或产生大量的重传信息和无效路由加大网络负载。第二种也是比较严重的威胁来自内部恶意节点, 它可能对其他的节点广播不正确的路由信息。侦测出这类不正确的信息非常困难, 因为恶意节点能够利用它们的私钥产生有效的签名, 所以只要路由信息被每个节点签名后将不再工作。

3 移动自组网的安全策略

3.1 密码加密。

加密是保证网络安全的基本手段。移动自组网加密系统的安全性依赖与正确的密钥管理。密钥管理包括以下几个方面[4]:信任模型、密码系统、密钥生成与分发、密钥的存储。在传统网络当中通常采用一个CA来管理整个网络节点的公开密钥。但在移动自组网中所有的节点都容易受到攻击, 也容易被地方捕获。如果在移动自组网中也采用一样的方法, 那么一旦这个CA节点被俘获了, 整个网络也就崩溃了。所以采用的安全策略就是:将对一个CA的信任分散到对若干个节点的共同信任, 即信任分散。门限加密方案通过秘密共享解决了信任分散问题。目前有限域上的椭圆曲线加密算法是比较有效的方法[5]。

3.2 入侵检测。

移动自组网非常脆弱, 特别是移动节点缺乏物理保护。入侵检测可以防止节点的偷窃和捕获问题, 使节点不落入敌方后重新加入网络, 导致攻击从内部产生。入侵检测是一道确保移动自组网安全的防火墙。在文献[6]中Yongguang Zhang和Weeke Lee提出了一个基于Agent的分布式协作入侵检测方案。

3.3 访问控制。

访问控制是针对越权使用资源的防御措施, 保证了数据的完整性和可用性。移动自组网的特点决定无法使用传统网络下的访问控制, 文献[1]中介绍了适用于军用的基于角色的访问控制模型。在移动自组网中由于每个节点都是平等的, 通常采用分布式访问控制。

3.4 路由协议。

路由技术是移动自组网的关键技术之一, 其目标是实现路由信息的安全性, 防止恶意节点对路由协议的破坏。经过多年的发展, 已经提出了十几种移动自组网信道协议。受硬件技术发展的限制, 很多网络节点都只能支持单信道, 在[7]中作者融合了普通MANET路由和容迟网络 (DTN) 路由设计了抗毁性增强路由协议STHR。STHR的分组投递率要优于AODV路由, 而路由时延低于DTN喷雾等待路由。

4 总结与展望

由于移动自组网的特点, 使传统网络的安全策略无法应用到移动自组网上, 必须针对其特点设计专门的安全方案。本文针对移动自组网目前存在的安全问题介绍了入侵检测、密钥管理、路由协议这几个方面的防范措施。对移动自组网安全性的研究是非常有意义的课题。安全性的提高会使移动自组网可以更加广泛、可靠地应用于军事这种安全性要求较高的行业。总体来讲, 下一步发展包括以下几个方面:一是降低算法的复杂度, 减小算法对资源的要求。二是节能和功率的控制, 如何以较小的功率实现较大范围的覆盖, 如何选择有效的功率控制算法, 既减小对邻近节点的干扰, 又增加网络容量, 也是移动自组网面临的问题。三是建立具有自适应可调整的安全方案。根据网络资源的实际状况调整其功能, 并使用相应的安全方案。四是提供对组播的安全保护, 组播的应用能够有效地减少网络流量, 特别适用于军事指挥网络。

参考文献

[1]洪帆, 高见元.Ad Hoc中的安全问题[J].网络安全技术与应用, 2005.2 (54) :56.[1]洪帆, 高见元.Ad Hoc中的安全问题[J].网络安全技术与应用, 2005.2 (54) :56.

[2]苏炎荣.移动自组网MAC协议性能的研究与优化[D].长沙:中南林业科技大学, 2008, 80.[2]苏炎荣.移动自组网MAC协议性能的研究与优化[D].长沙:中南林业科技大学, 2008, 80.

[3]张磊.移动自组网络协议关键技术研究[D].长沙:国防科学技术大学, 2005.[3]张磊.移动自组网络协议关键技术研究[D].长沙:国防科学技术大学, 2005.

[4]Stallings, W, 杨明与, 齐望东译.密码编码学与网络安全:原理与实践 (第二版) [M].北京:电子工业出版社, 2001.[4]Stallings, W, 杨明与, 齐望东译.密码编码学与网络安全:原理与实践 (第二版) [M].北京:电子工业出版社, 2001.

[5]谢寿吾.移动Ad Hoc网络安全策略研究[D].武汉:武汉理工大学, 2007, 56.[5]谢寿吾.移动Ad Hoc网络安全策略研究[D].武汉:武汉理工大学, 2007, 56.

[6]Zhang, Y.and W.Lee.Intrusion detection in wireless Ad-Hocnetwork[C].in Proc of The Sixth International Conference on Mo-bile Computing and Networking.[6]Zhang, Y.and W.Lee.Intrusion detection in wireless Ad-Hocnetwork[C].in Proc of The Sixth International Conference on Mo-bile Computing and Networking.

[7]马驰, 孟锦, 张宏.抗毁的混合移动自组织网路由策略[J].计算机应用, 2011.31 (11) :2883-2890.[7]马驰, 孟锦, 张宏.抗毁的混合移动自组织网路由策略[J].计算机应用, 2011.31 (11) :2883-2890.

自组网技术篇2

关于无线通用自组网路由及其QoS实现

自组网是一种新型的移动计算机网络,它应用广泛,并具有重要的商业价值.本文首先介绍了自组网的.概念和特点,然后分析了自组网路由协议的特点与设计思路,并在此基础上讨论了在自组网环境下实现QoS的策略与方法.

作者：郭俊勇曹伟作者单位：天津城市建设学院电子与信息工程系,天津,300384 刊名：中国民航飞行学院学报英文刊名：JOURNAL OF CIVIL AVIATION FLIGHT UNIVERSITY OF CHINA 年，卷(期)： 20(6) 分类号：V2 关键词：无线通用自组网 QoS Routing

自组网技术篇3

摘要：文章综述了AODV路由协议在路由链路修复、能量控制以及安全保障等方面的最新研究进展，并指出了下一步研究方向。

关键词：自组网；路由协议；AODV协议

引言

移动自组网是由一组带有无线收发装置移动终端组成的一个多跳临时性自治系统。当发生自然灾害、基础通信设施遭到破坏等情况时，这种无中心分布式控制网络就可提供临时通信的便利。路由选择协议是自组网的关键技术之一。近几年，提出了很多自组网路由选择协议，大致可分为表驱动路由协议和按需路由协议两类。AODV协议是一种比较经典的按需路由协议，它借鉴了DSR算法中路由发现和路由维护的思想，又从DSDV中吸取了序列号识别和周期性信号更新等策略，是自组网路由协议研究中的热点。

一、AODV协议概述

AODV协议实质上是DSR和DSDV的综合，它借用了DSR中路由发现和路由维护的基础程序，及DSDV的逐跳路由、顺序编号和路由维护阶段的周期更新机制，又以DSDV为基础，结合DSR按需路由思想加以改进而成。AODV使用了分布式的、基于路由表的路由方式。所以建立路由表项以后，在路由中的每个节点都要执行路由维持、管理路由表的任务，在路由表中都需要保持一个相应目的地址的路由表项。实现逐跳转发。AODV有别于其他协议的最显著特点是引入了组播路由协议扩展，通过序列号的方式解决无限计数问题，这样可以避免发生环路，并容易用编程实现，但需要定期地发送HELLO报文，造成了一定的额外开销。

二、AODV协议的优化研究

AODV是少数几个通过IETF组织批准成为RFC文档的移动自组网路由协议之一，具有很多优点，但也存在着路由表仅维护单一到达指定目的节点的路由，以及没有提供足够的安全保护措施等局限。为了进一步优化AODV协议，路由研发者做了大量研究工作。

(一)AODV协议路由维护研究

AODV协议中每个节点的路由表中只保存到达各目的节点的一条路由，而节点的移动性很容易导致链路断裂从而造成路由失效。文献[1]在AODV协议基础上提出了多路径AOMDV协议，该协议经过一次路由发现可以在源节点与目的节点间建立多条链路不相交或节点不相交路由，这样一旦某条路由因为链路断裂而失效，就可采用另外一条路由继续进行数据包的发送。AOMDV可有效处理由于节点的移动性而造成的路由失败，显著降低分组的丢失率及平均端端延迟。由于路由重构次数降低，网络开销也会相应明显减少。节点不相交路由比链路不相交路由具有更强的独立性。能够为网络提供更好的负载均衡和容错能力。

文献[2]对AOMDV路由数量在不同网络环境下的运行效率进行了多项性能的模拟测试和分析，得出保持三条不相交路由可获得最优性能。

文献[3]在多路径基础上加入了负载平衡技术，将数据流均衡地分布到多条路由上，既可平衡链路负载，更能适应路由变化，降低了单条链路上的拥塞可能，进一步提高了协议的效率。

(二)AODV协议节能控制研究

由于无线节点只能依靠可携带的有限电源提供能量，因此如何提供节能策略也是移动自组网路由协议必须考虑的问题。

文献[4]对当前移动自组网能量保护策略进行了分析和综述，从功率管理和功率控制两个角度分析了各种策略的设计思路和特点，分析了关键的能量保护策略及其在各协议层的分布情况，并在分析了跨层设计在移动自组织网络中的需求后给出了包含若干创新思路的跨层协同能量保护构架。

文献[5]在AODV协议基础上，通过调整节点的发射功率，改变路由代价函数，能动地关闭无线接口，来达到节能的目的。从仿真结果来看，改进后的AODV在节能方面效果明显，但是由于在每个数据包中增加了pt域，降低了网络层以上的数据传送能力，导致数据传送时延增加，并由于将pt作为选路时依据，使丢包率有不同程度增加。

文献[6]在AODV协议基础上提出了ES-AODV协议，在综合考虑节点自身剩余能量，并利用链路上的每个节点使用反比例函数计算出与自身能量成反比的权值(能量越高，权值越小)。再以链路上各个节点的权值和作为链路的代价，选择其中代价最小的链路进行数据传输，进而有效平衡网络中的能量消耗，提高网络中节点的平均生存时间。

(三)AODV协议路由安全研究

由于移动自组网具有开放媒体、动态拓扑结构、缺少中心授权、分布式协作以及受限的网络能力等众多安全方面的弱点，很容易受到各种形式的恶意攻击。AODV协议没有添加任何安全保障机制，而将协议直接建立在网络中各节点都是安全节点的基础之上，因此路由安全是协议发展必将要考虑的问题。

文献[7]在AODV协议基础上提出了SAODV协议，采用公钥认证和Hash链机制来增强AODV协议路由发现过程的安全性，使得可能的攻击节点无法声称一条并不存在的路由；同时，AODV在RREQ和RREP中还增加了与路由跳数相对应的Hash链字段，用以校验分组中的跳数值是否正确。

文献[8冲采用公钥体制对敏感的路由信息进行认证和加密，只有产生路由请求信息RREQ的源节点才能验证这些敏感信息。在一次路径搜索过程中，只需要产生RREP的节点和源节点进行公钥运算，这样就不会过多增加计算开销，但是解密运算由源端节点进行，增加了源端节点的额外负载，并且加密报文由发起RREP的节点一直传输到源端节点，传输距离过长，容易被侦听。

文献[9]利用各个节点的签名机制进行安全防范，路径上的每个节点都参与运算，各个节点运算负载过大，极大地消耗了各个节点的能量，从而导致协议的效率下降。

三、结束语

本文从链路修复、能量控制以及安全保障等方面对目前AODV协议的研究进行了总结和分析，可以看到，虽然AODV协议在其发展过程中进行了一系列卓有成效的改进，但是都只能从某一方面改善AODV协议性能，如何合理有效地选取中介方案，实现AODV协议各方面均衡优化，是当前研究的一个难点。相信随着AODV协议不断改进和完善，必能在未来移动自组网的应用中发挥更加重要作用。

参考文献

[1]MARINA M K,DAS s R Ad hoc on-demand multipath distancevector routing／／Proceeding of 9th IEEE InternationaI Conference onNetwork Protocols(ICNP)[c]CA：Riverside,November 2001，

[2]KIM M S,KWON K J A modified AODV Protocol with mul－ti—paths considering C‘laSses of services／／ICCSA fCl 2004：1159—1168

[3]PHAM P P,PERREAU S Increasing the network performanceusing multi-path routing mechanism with Icad balance[J]lAd HocNetworks，2004(2)：433—459

[4]许力张继东，郑宝玉，等移动自组网能量保护策略研究进展[J]通信学报，2004，25(9)：93—1D3，

[5]袁明，张连芳，舒炎泰，Ad hoc网络路由协议能量消耗分析[J].计算机工程与应用，2003(15)：146-149

[6]陈稼婴，杨震Ad hoc网络中基于节能的AODV路由算法改进[J]，南京邮电学院学报，2004，24(3)：18—22

[7]Manel Gueerero Zapata Secuer Ad hoc on-demand distancevector(sAODV)routing[z]draft-guerrero-manet-saodv-04，lETFinternet draft，September 2005

[8]杜欣军，葛建华，王莹一种增强AODV路由协议安全性的方案[J]西安电子科技大学学报(自然科学版)，2002,29(6)：819-821，

数字集群自组网技术研究篇4

数字集群通信系统是一种高效使用无线信道资源的专用指挥调度系统,能够提供安全、可靠以及高效率的语音和数据通信,目前在轨道交通、公共安全、政府部门、港口和民航等单位得到广泛应用。现代战争对通信系统的时效性、机动性、抗毁性、互联互通性及安全保密性有着越来越高的要求,数字集群通信系统能够很好地满足战场环境下的通信指挥需求,因此数字集群通信系统在军事领域大有可为。

如图1 所示为一个多层次、多控制中心的多区系统,将各基站通过有线与一个控制中心相连,并受其统一管理和控制,区域交互中心主要负责越区用户的身份登记、不同区间业务的管理、控制信道的分配和管理以及区间用户的漫游业务等。

上文所介绍的数字集群系统为常驻系统,并不能满足部队机动过程中的应用需求。同时,多基站互连时都需要通过有线接入到一个固定的控制中心来实现跨基站用户业务。在战场环境下,控制中心会成为敌方的重要目标,很可能遭到破坏,这将造成各基站之间的连接中断,系统崩溃,这对数字集群通信系统在战场环境下的应用构成了很大限制。

针对这一问题,数字集群系统加强了基站的功能,在基站中增加了MSC、VLR、GVLR等功能实体,使之成为机动基站,单个基站在脱离集群系统时也能够在本基站范围内实现集群功能。同时,几个机动基站也可以通过有线组网,选举出一名基站组长来负责该临时移动网络的控制管理。每一个机动基站向组长基站进行注册,组长基站掌握所属机动基站的用户归属前缀信息和组呼服务配置信息,充当常驻网络中控制中心。当组长基站因故障无法正常工作时,可以通过重新选举组长基站的方法增强系统的健壮性。

然而在战场环境下,BD 很可能处于快速机动过程,各机动基站通过有线方式共同连接至控制中心或一个组长基站就不具备可操作性了。除了战场环境外,在一些特殊环境或紧急情况下,有一个共同控制中心的有线联网集群系统也不能胜任。比如,发生地震、洪水等自然灾害后,通信基础设施可能遭受破坏,但是仍要求在抢险救灾过程中实现各基站之间的通信。在以上场合中都要求各移动基站能够不依赖基础网络设施进行快速和灵活配置组网,因此在数字集群系统中引入能够满足要求的机动基站自组网技术就势在必行了。

对自组网技术的研究是因军事应用而发展起来的,它能够适应军事应用的需要,因此具备先天的技术优势。因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点,自组网技术一直是数字化战场通信的首选技术。将数字集群系统与自组网技术融合能够在数字集群系统中引入自组网技术的一些技术优势: 独立组网无中心:自组网网络采用无中心结构,所有节点地位平等,组成一个对等式网络,其中的节点可以随时加入和离开网络,任意节点的故障也不会影响整个网络的运行。与有中心的网络相比,具备很强的抗毁性。动态拓扑:自组网网络中,移动终端能够以任意可能的速度和移动模式移动,并且可以随时关闭。

2 数字集群自组网技术原理

近年来,自组网技术与数字集群系统的融合国内外均有研究人员涉及,大部分研究重点在于终端级别的自组网。在无法架设基站或者基站覆盖不到的情况下,集群系统定义了移动台脱网直通操作模式,受移动台功率限制,通信距离有限。因此,研究基站覆盖范围之外的移动台形成一个自组织网络可以在一定程度上增强数字集群系统的脱网工作能力。然而还是受移动台功率的限制,移动台级别的自组织网络仍然不能很好地解决通信距离受限问题。基站的功率相对更大,如果能够实现机动基站的自组网,可以大大增加集群系统在机动过程中的覆盖范围。

数字集群系统基站的覆盖范围为10km,要保证基站原有覆盖范围的前提下实现无线组网,才能真正发挥集群系统基站自组网的优势。

数字集群系统工作频率:

下行频率 (基站到移动台):851MHz～866 MHz

上行频率 (移动台到基站):806MHz～821 MHz

基站高发低收,移动台低发高收,基站正常条件下只能接收覆盖范围下的移动台发送的信号,无法接收邻近基站的无线信号的,在现有条件下无法实现无线组网。因此考虑在基站中增加一个接收台来负责接收邻近基站的无线信号,收发分离,通过接收台与基站配合来实现无线组网。

如图2所示,在机动基站中增加了一个具备较高灵敏度的接收台,在需要进行基站自组网时,接收台开机,寻找周围基站定期发射的同步脉冲,接收台只要接收到一个载波的4个时隙的任一时隙的猝发脉冲,就具备跟该基站一致的信息,包括比特同步、时隙、帧和复帧等。同步之后接收台就可以接收周围基站在广播网络信道(BNCH)上发送的系统信息,接收台可以接收所有邻近基站发送的广播系统信息,这些广播消息中包含接收台接入系统所需要的系统参数。接收台将所有这些小区广播参数存储起来,然后通过基站广播交互几个基站的接收台所接收到的系统参数,通过这些系统参数来共同确定某个接收台需要与哪些邻近基站同步,从而监听相应基站的控制信道,实现机动基站自组网。当自组织网络形成之后,接收台不断更新所接收到的系统参数,如果出现因基站移动等原因造成连接中断,网络无法形成时,则需要再次交互接收到的系统参数,确保形成一个包含尽可能多基站的自组织网络。为了确保网络的连通性,提高呼叫成功率,接收台需要确定合理的监听对象。一种可行的方式是各机动基站自组织形成一个链状网络,处于中间的机动基站接收台监听前后两个邻近基站的控制信道,确保任何一个基站下移动台发起的呼叫能够到达整个链状网络。在图3中基站 1的接收台监听基站2的控制信道,基站2的接收台同时监听基站1和基站3的控制信道,基站3的接收台监听基站2和基站4的控制信道,最后基站4的接收台监听基站3的控制信道,这样就形成了一个逻辑上的链状网络。

3 数字集群基站自组网通播组呼业务

如图4所示,基站间有线联网断开,只能通过基站自主组网通播组呼业务实现基站间通信业务。新定义数字集群基站自主组网通播组呼号码对应的组呼基站识别码为GTSI i,在MSC1中有通播组成员MS1位于BS1-2和MS2位于BS1-3;在MSC2中有通播组成员MS3位于BS2-2;在MSC3中有通播组成员MS4位于BS3-2;在MSC4中有通播组成员MS5位于BS4-2。此时MSC2的接收台AS2-2监听MSC1的下行信令信道TSCC1;MSC1的接收台AS1-1监听了MSC2的下行信令信道TSCC2,接收台AS1-2监听了MSC3的下行信令信道TSCC3;MSC3的接收台AS3-1监听了MSC2的下行信令信道TSCC2,接收台AS3-2监听了MSC4的下行信令信道TSCC4;MSC4的接收台AS4-1监听了MSC3的下行信令信道TSCC3。即此时基站间已经形成一个逻辑上的双向链状网络。

为不失一般性,选择通播组呼组成员MS1作为通播组呼的主叫移动台。主叫用户通过MSC1的BS1-2下的移动台MS1人机界面选择通播组呼号码通过上行信令信道U-TSCC发起一个组呼请求,MSC验证MS1的合法性之后,首先查询该组呼号码对应的组呼集群识别码为GTSI i。由于基站之间并没有通过有线联网,基站GVLR中只包含在本基站覆盖范围内的组成员位置信息和组呼配置信息。MSC1查询的组呼访问位置寄存器GVLR1得知在本交换中心下有该组成员分别位于BS1-2、BS1-3,且基站下的两个接收台AS1-1、AS1-2为该组的默认组成员。MSC1为本次组呼分配组呼业务信道TP1,并在下行信令信道TSCC1上通知所有该组成员加入本次组呼并切换到组呼业务信道TP1上,MS1、MS2收到通知后切换到组呼业务信道TP1上。

此时MSC2的接收台AS2-2和MSC3的接收台AS3-1均已监听MSC1的下行信令信道TSCC1,收到通知后也作为通播组呼的组成员切换到MSC1为本次通播组呼分配的业务信道TP1上,同时分别作为主叫向各自的本地基站发起通播组呼呼叫。MSC3收到集群组呼识别码为GTSI i的组呼建立请求后查询GVLR3后得知在本交换中心下由该组成员MS4位于BS3-2下,MSC3为通播组呼分配组呼业务信道TP3,并在下行信令信道TSCC3上通知所有该组成员加入该组呼并切换到业务信道TP3上。在MSC2中亦对本次呼叫做相同处理。

MSC4的接收台AS4-1在监听的MSC3的下行信令信道上收到加入该组呼的通知后切换到MSC3为本次通播组呼分配的组呼业务信道TP3上,并作为主叫向MSC4发起通播组呼呼叫。MSC4收到集群组呼识别码为GTSI i的组呼建立请求后查询其GVLR4后得知在本交换中心下由该组成员MS5位于BS4-2下,MSC4为通播组呼分配组呼业务信道TP4,并在下行信令信道TSCC4上通知所有该组成员加入该组呼并切换到业务信道TP4上。

至此,覆盖MSC1、MSC2、MSC3和MSC4通播组呼业务建立完成,各基站下的通播组成员均加入到通播组呼中。

4 结束语

自组网技术与蜂窝网络的融合技术是当前国际上研究的热点之一,在研究自组网技术与数字集群系统融合时需要考虑数字集群系统的技术特点和用户需求,才能更好地发挥数字集群系统的技术优势。本文在分析数字集群系统局限性的基础上,提出了在数字集群系统基站中增加一个接收台来实现数字集群系统与自主网技术的融合,并分析了系统实现原理以及通播组呼呼叫接续流程。该方案的实现可以有效地提高数字集群系统在机动过程的无线组网能力,提高了系统的灵活性,扩大了网络的覆盖范围。

自组网技术篇5

LTE系统已在全球大规模商用,自组织网络(SON,Self-Organizing Networks) 技术的实现和利用, 使LTE运营商提高了网络的整体性能和操作效率.明显降低了OPEX,提升了LTE的竞争优势。随着4G进入规模商用阶段,面向2020 年及未来的第五代移动通信(5G)已成为全球研发热点。在全球业界的共同努力下,预计2016年将启动国际标准制定工作,5G作为一种创新的通信技术,SON作为LTE系统一种新的运维策略,需适应5G系统的特点,SON技术必将进行优化和发展。

2 SON技术概述

2.1 SON的主要功能

SON,自组织网络,是伴随LTE发展而引出的一套完整的网络理念和规范。其目的是为了减少LTE网络引入带来的网络建设成本和运维成本的增加,目前涉及范围已扩展到整个无线网络。

SON作为一种完整的网络理念, 其功能主要可以归为以下几类:自配置(Self-Configuration),自优化(Self-Optimization),自愈(Self-healing)。

(1)自配置:目标是基站自动建立和即插即用,主要包括以下功能:基站数据准备和自动检测, 地址分配和OAM通道自动建立,自动邻区关系配置,软件版本自安装和更新,自邻区关系规划,自资产管理,无线参数配置,传输参数配置,NRM IRP更新等。

(2)自优化:目标是对网络参数自动进行相关优化,以使网络性能和质量达到最佳,自优化主要包括以下功能:切换优化,PCI自检和重配, 健壮性优化, 负载均衡优化,RACH优化,自邻区关系调整,小区间干扰协调(ICIC),QOS相关参数优化, 家庭基站优化等。

(3)自愈:目标是进行系统告警和性能的检测,自动发现网络问题,并自检测定位,部分或者全部消除故障。主要包括以下功能:故障信息相关性处理,小区/ 服务的故障检测,小区/ 服务故障的补偿,故障模块影响的缓解,故障小区检测和补偿,故障自跟踪检测等。

从以上功能可以看出SON涉及到网络部署的各个方面,它综合了传统运维手段并将其智能化,也引入了很多新技术、新应用模式和场景,将会全方位地推进LTE的发展和商用。

2.2 LTE SON技术架构

根据自优化算法在网络结构中的位置不同。SON分为三类:集中式C- SON、分布式D- SON、混合式HS O N,如图1。

目前大多数采用的是H-SON架构, 网管系统和e Node B上SON实体协作完成集中式SON的功能。

3 5G对SON的需求

未来10 年通信技术的发展包括更多地使用云计算技术,随着家庭/ 汽车智能化以及丰富多彩的多媒体应用的增长,推动通信系统向高速度,低时延,大容量发展,5G向着具有更宽的频带、更高的频谱效率、更高级别的小区复用,更优化的无线资源管理策略三维发展。

5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。在无线技术领域,大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点;在网络技术领域,基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的新型网络架构已取得广泛共识。此外,基于滤波的正交频分复用(F-OFDM)、滤波器组多载波(FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通(D2D)、多元低密度奇偶检验(Q-ary LDPC)码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。

从整体的角度,5G系统需要无线系统与回传系统、相关联的互联网内容和应用服务器配合。

5G对SON需求如表1。

5G系统中,SON技术不再是可选技术(如LTE)而是强制技术,绑定的软件功能模块能动态地感知、评估和调整网络,给用户提供平滑和无边界的使用感知。

为达到这些,5G系统中SON技术需在LTE的基础上,增加功能以适应5G无线系统的新特性,尤其在SON的架构方面,由于5G系统采用小小区(Small-Cell),可能存在多种服务不同制式的小区(2/3/4G LTE、5G、WIFI、mm WAVE),为满足用户平滑无缝的业务体验,需要更高级别和复杂度的SON架构,以便进行这些小区数据的交互和处理,使小小区有效地配合。

把一族小小区看着一个虚拟宏小区(Virtual Macro),每个小小区运行SON实例程序,这样小小区间的切换由虚拟SON系统集中管理和控制,如图2。

在Virtual Macro里,小小区间协作,可以实现不同RAT制式小区负载平衡,小小区间交互容量和覆盖信息可以控制移动业务流量和节省能源。通过调整小小区用户使用的频段,可以有效控制小小区间的干扰。

在回传网管理方面,考虑到小小区族能检测用户产生的流量,不同于传统的为每个BS的回传路由器配置IP地址,通过族间SON功能,每个BS配置一个基于负载(load-dependent)的路由器,通过检测每个族出口点的总流量和PM状态信息,具备V- SON功能的BS与路由器通信(路由器控制基于NFV平台),当一个族的出口点出现拥塞,可以控制路由器动态调整带宽以解决拥塞问题。

结合5G系统的特点和对SON功能的要求,5G SON架构要求如表2。

4 面向5G的新的SON架构

结合5G SDN和NFV技术的使用,5G SON未来可能采用虚拟混合SON架构(Virtualization of the Hybrid SON),使虚拟SON(V-SON)更加开放、灵活、具有更高的扩展性。

传统的SON系统,采用D-SON和C-SON混合的H-SON结构,5G在其基础上进行演进,采用V-SON( Virtual SON) 架构,D-SON算法仍然部署在本地小区以实现BS间的通信,而V-SON运行于虚拟机(VM)上,它配置于BS或BS侧的路由器里。

V-SON数据实体能对移动台、基站和云上下文(Cloud-context)数据进行检索、管理和自动优化,这些数据包括通常的CM/PM数据,但是V-SON能分离基于值的汇总数据(value-based summary), 相比于传统的CM/PM原始数据,大大地提高了处理速度。

5G提供丰富多样的数据业务,网元(NE)之间交互信息,SON跟踪网络,执行SON算法确保网络的组织和优化。

为更好利用元数据信息驱动V-SON,实体对象间采用MDP(Metadata Protocol)协议,MDP主要作用如下:

(1)从UEs,BSs, 或者云资源获取数据;

(2)通过内置的MDP CM/PM接口参考点-solution Set(IPR-SS) 与BSs交互;

(3)基站和小区遵从IRP-SS MDP协议,使V-SON市场开放和具竞争,从而可创新和优化5G系统;

(4)可扩展的元数据协议(Metadata Protocol)是SON利用云数据实现产品化的根本。

5 小结

3GPP R12/R13 建议的SON架构可能解决不同RAT技术移动用户的乒乓效应,向着更加通用的异构SON发展,以更好地实现负载平衡、节能、稳定、多制造商设备共存、网络自动配置和即插即用等能力。

5G的小小区族包括不同无线技术(RAT)的多个小区,如何管理和协调这些小小区极具挑战性,需要采用演进的SON架构(V-SON架构)、利用云服务、云计算、C-RAN演进为小小区等多种新技术,以及通过元数据处理和V-SON算法运行于多种设备上等技术共同解决。

5G技术标准已进入标准制定阶段,5G SON的演进,需要设备终端制造商、制造商、运营商的积极参与,充分讨论和验证的基础上,制定各方都接受的SON方案,以促进SON技术的发展和标准化。

摘要：3GPP R8和R9为LTE提出了一种新运维策略——自组织网络(SON),并在R10、R11和R12版本中对SON技术进行了优化和扩展,目前LTE系统已在全球大规模商用,并已实现了部分SON功能。随着数据业务爆发式增长,面向2020年及未来的第五代移动通信(5G)已成为全球研发热点,预计2016年将启动国际标准制定工作,文章主要针对5G系统SON的需求发展及可能采用的架构进行了探讨和研究。

关键词：5G,SON,V-SON,SDN,NFV

参考文献

[1] Jonathan Rodriguez.Fundamentals of 5G mobile networks,2015,01

[2] 3GPP TS32.500/32.501.Telecommunication management;self-organizing networks(SON);Concepts and requirements,2011,03

[3] 3GPP TS32.50.Telecommunication management;Self configuration of network elements integration reference point(IRP);Solution Set(SS)definitions,2010,10

[4] 3GPP TS32.511.Telecommunication management;automaticNeighbour relation(ANR)management;Concepts and requirements,2011,3

[5] 3GPP TS32.541.Telecommunication management;selforganizing networks(SON);Self-healing concepts and requirements,2011,3

[6] 3GPP TS36.902.Self-configuring and self-optimizing network(SON)use cases and solutions,2011,03

自组网技术篇6

随着无线通信技术、嵌入式计算技术和计算网络的飞速发展和日益成熟, PD A、笔记本电脑、手持电话等移动通讯设备迅速普及, 移动A d H oc网络 (以下简记M A N ET) 引起了研究人员的极大重视。M A N ET是移动服务器和客户机的集合, 它不需要基站的支持。基于M A N ET的数据管理与处理技术可以使得人们在任何时间, 任意地点访问到其上的任意数据, M A N ET数据库技术在国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、金融、移动办公、医疗卫生、制造业、灾难预防等领域得到了特别的重视。由于移动通信网络固有的一些特点, 查询处理、事务处理、故障恢复等基本操作与节点的移动性、断接性、网络带宽以及电源能量等因素密切相关, M A N ET环境下的数据库研究因此成为了一个重要的研究领域。M A N ET除了具有传统移动通信网络的问题之外, 还必须考虑服务器的电源消耗和移动性。M A N ET还有一个关键特性, 即客户机之间可以直接通信, 不需服务器的干预。因此在M A N ET中, 查询优化、数据缓冲和复制、事务管理, 以及路径查找等问题都将与传统移动通信网络下的移动数据库有很大差别。传统的移动数据库技术已经远远不能满足基于M A N ET数据库系统的需要。

一、移动自组网的数据库简介

移动自组网的数据库技术即支持移动计算环境的分布式数据库技术, 它涉及数据库, 分布式计算, 以及移动通讯等多个学科领域, 目前已成为分布式数据库研究的一个新的方向。通俗地讲, 移动自组网的数据库可以包括以下两层含义: (1) 用户可以在移动时存取后台数据库; (2) 用户可以带着后台数据库的副本移动并周期性地与后台数据库同步。移动自组网的数据库技术是分布式数据库技术的继承与发展, 是对分布式数据库的推广;而分布式数据库则是移动自组网的数据库的一种特殊形式。移动自组网的数据库的体系结构由两部分组成:可信部分本身即是一个分布式数据库系统;移动部分发展和突破了分布式系统对主机位置固定的约束条件, 支持主机位置的随意移动性。二者的这种联系使得分布式数据库技术的许多研究成果可以直接应用于移动自组网的数据库中, 或者仅需稍加改进即可应用于移动计算环境。例如移动事务处理及并发控制、移动查询处理及优化、移动复制技术、移动自组网的数据库的数据分片、以及故障恢复技术等都直接借鉴了分布式数据库的成果。

二、移动自组网的数据库的关键技术

在移动自组网的数据库中需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题, 如对移动性及位置相关查询的支持、对断接操作的支持、对跨区长事务的支持、对查询优化的特殊考虑、对提高有限资源的利用率及系统效率的考虑等等。为了有效地解决上述问题, 如下关键技术在移动自组网的数据库中具有特别的意义:移动数据库复制技术、移动事务处理技术、移动对象数据库技术、位置相关数据的处理技术、位置相关的查询处理、数据广播及移动信息发布、移动A gent技术等。在本文的研究中, 并没有涵盖所有关键技术, 而仅选择进行移动数据库的复制技术和查询技术研究。

(一) 数据复制技术

该技术是解决移动数据库断接性的关键技术, 在现有D BM S基础上进行修补以适应移动计算也采用该技术。传统的复制/缓存技术都是假设客户机和服务器之间是经常保持连接的, 并基于这个前提来维护一致性, 但这在移动计算中是不适用的。目前, 针对移动计算特点开展数据复制/缓存技术的研究最具代表性的是:J.G ray的两级复制机制、CO D A系统以及缓存失效报告广播技术等。

两级复制机制是解决移动计算环境断连问题的一种有效方法其主要贡献是引入系统分级的思想。该算法充分考虑了移动计算环境中可信部分和移动部分的性能差异, 将整个移动计算环境分为两级。这样, 可信部分总能保持传统分布计算环境下的若干特征, 而不会因为移动计算的引入对系统性能产生不良影响。两级复制机制在很大程度上满足了理想的复制模式应达到的目标:可用性、可扩展性、移动性、串行性和收敛性。

针对移动数据库系统规模庞大的特点, 将传统的数据库复制技术与数据广播技术及客户机缓存技术结合起来, 本文提出了三级复制体系结构。

三级复制体系结构由服务器级复制、空中复制、客户机缓存等三级复制机制组成。服务器级复制为第一级复制, 这一级复制采用传统的复制技术, 以保证服务器之间的一致性;空中复制为第二级复制, 服务器将经常被访问的热点数据组织起来, 通过M SS向所有的M H广播, 这实际上等同于在无线信道上做了一级数据复制;客户机缓存为第三级复制, M H利用本身的处理及存贮能力缓存数据库中的部分数据, 以支持移动用户的断接操作。

在三级复制体系结构中, 服务器负责第一、二级复制, 移动客户机负责第三级复制。这三个复制级别相互配合, 共同完成移动用户的数据读写请求。当移动客户机需要访问数据库时, 首先判断能否从服务器上联机地访问数据库, 如果可以, 则用户的请求将由服务器完成;否则移动客户机将从其它两级复制中获得数据:若事务为只读型的, 则从数据广播中获取数据;反之则从本地数据缓存中获取数据, 并将相应的事务操作记录在日志中, 以便下次连机时将更新结果集成到服务器中。由于引入了数据广播机制, 三级复制算法有效地提高了系统的可伸缩性。但该算法同时也存在着一定的局限性, 如算法没有考虑如何保证数据库的一致性的问题, 以及读写型事务的全局提交问题等。

(二) 数据查询技术

在移动数据库中, 存在着与位置相关信息的查询及更新。查询通常是与位置相关的, 即使是同一个问题, 在不同的地方, 所得查询结果是不同的。移动查询优化技术是指在传统分布式数据库查询优化技术的基础上, 利用多种方法, 消除带宽多样性、断接等因素造成的影响, 使查询引擎能够根据当前可用网络条件采取恰当的优化策略;同时, 针对移动计算机有限电源能力, 合理地组织本地数据库管理、远程数据库访问等耗电能较多的操作, 达到节能目的, 延长关键数据的可用时间。

采用基于分割的地址更新策略时, 由位置服务器维护的移动用户对象包含以下数据成员和方法:

●分割集合———记录M SS的分割情况, 例如{Cell1, Cell2}, {Cell3, Cell4, Cell5};

●LOC———记录移动用户最近报告的地址 (无线单元的ID) , 例如Cell1;

●ERR———移动用户当前所在的分割, 例如, 若LOC=Cell1, 则ER R={Cell1, Cell2};

●loc () ———个方法, 用于返回该用户的实际地址, 即上面介绍的地址查询过程。

这种位置相关查询需要检查各个对象的实际地址是否满足约束条件而这些实际地址必须进行地址查询才能得到, 因为位置服务器只提供分到一级不精确的地址。因此, 要求得位置相关查询的最终答案, 必须先查询足够的精确地址信息。若对这一类查询进行适当的优化, 可以大大减少查询地址信息所需的通信开销。

3.位置相关的查询处理技术

位置相关的数据 (Location D ependentD ata简称LD D) 是指其值依赖于地理位置的数据, 在不同的地理区域其值是不同的。显然, 位置相关的数据不同于移动对象数据。移动对象的位置属性具有连续变化的特性, 它可以看成是时间的函数, 因此属于“动态”数据;而位置相关数据的值并不会随着时间的推移而动态变化, 除非被显式地修改, 从这个意义上说, 位置相关的数据属于“静态”数据。

位置相关的持续查询 (Location D ependentContinuousQ uery, 简记为LD CQ) 。持续查询 (ContinuousQ uery) 是指具有一定生存期的查询。在查询的生存期之内, 只要被查询的数据对象发生了变化, 或者查询语句的隐含条件发生了变化, 就需要对用户的结果进行刷新, 从而使用户总能实时地得到最新的查询结果。LD CQ是指查询结果依赖于查询用户当前位置或被查询对象位置的持续查询, 例如在公路上行进的救护车辆可以提交这样的查询:“请在未来的10分钟之内随时告诉我附近的医院”, 该查询的结果是随着救护车的行进而不断刷新的。

在LD D数据库中, LD CQ的查询结果依赖于被查询数据对象的内容以及移动查询用户所处的数据区域。为了简化叙述, 我们假设在查询的生存期内被查询的数据对象未发生变化。这样, 当移动查询用户在同一个数据区域内移动时, 查询结果是不会发生变化的, 此时没有必要重新执行查询;只有当移动用户跨越了数据区域的边界时, 才需要触发查询的重计算。为此, 我们可以对LD CQ进行如下处理:当移动用户提交一个LD CQ时, 服务器将执行首次查询, 同时将被查询的数据对象当前所处的数据区域的位置信息 (即顶点序列) 发送给移动计算机 (如果用户的查询涉及到多个LD D, 则每个LD D的当前数据区域信息均需要发送给移动计算机) ;在移动用户移动的过程中, 需要不断地进行地理位置的比较, 一旦发现跨越了其中的一个地理区域, 就要主动发起一个重计算请求, 服务器重新计算查询结果之后, 再将新的结果和新的数据区域信息发送给移动计算机。上述过程一直持续下去, 直到到达规定的时间为止。

移动数据库技术将大大提高企业的运行效率。移动数据库使得管理者和移动的工作人员都能够更及时、准确地掌握有关的信息, 从而能够提高企业的管理和决策效率;另外, 它将使企业网络资源的调配更具灵活性, 从而降低企业的成本。移动计算的发展克服了有线网络接入的局限性, 提高了数据信息接入的普遍性, 从而能够吸引更多的用户, 大大提高数据通信覆盖的人群比例, 更有效地推动电子商务的发展。因此, 移动数据库技术在我国将会有很大的发展和广泛的应用前景。

参考文献

[1]丁治明, 王珊, 孟小峰.移动复制数据库系统冲突检测及消解策略[J].计算机学报, 2002, 25 (3) .

[2]丁治明, 孟小峰, 王珊.复制的移动数据库系统事务级同步处理策略[J].软件学报, 2002, 13 (2) .

自组网技术篇7

关键词：可生存性技术问题,无线自组网,分析

0 引言

随着科技的不断发展和进步,现如今我国网络技术也正在逐渐成熟,无线自组网的出现,使我国网络技术更加的成熟。无线自组网的概念其实就是网络和无线技术相结合所产生的新型网络技术,无线自组网最大的优点就是能够自由的转换网络节点,将传统网络的局限性彻底打破,将传统网络中无法连接的部分进行了连接,从而实现了无阻碍无线网络通信,这对于推动我国网络事业的发展有着至关重要的作用。

1 可生存性技术的概念

在网络发展的历史长河中,网络可生存性技术一直是网络技术研究的重点。但是网络可生存型技术一直都没有一个明确的概念,因为网络可生存型技术可以根据研究对象、研究环境和系统进行概念性的转变,所以网络可生存型技术的概念一直都没有一个明确统一的概念定义。

网络可生存型技术的概念其实有很多,最初网络可生存型技术的概念是由国外学者提出并加以研究的,但是随着不断研究,发现网络可生存型技术存在着多变性,最终网络可生存型技术的概念被定为两种。一种是物理方面的坚固性,还有一种就是虚拟网络方面的多变性。网络可生存型技术不仅能够在受到外来攻击时自动作出调整,还能够在网络系统发生故障时进行自动修复,从而使网络系统更加的完善,抵挡外来侵入。

网络可生存型技术的概念中最重要的一点就是“三大要素”,即抵挡、智能识别和恢复,这三大要素能够在网络故障或者受到外来侵入时自动防御,从而保证了网络系统的安全性[1]。

2 可生存性技术的意义

网络可生存型技术的意义就是要保证在任何情况之下,都能够顺利的完成各项网络任务,并不是单纯的为了某一个部件或功能运行的。网络可生存型技术能够最大程度上提升网络的安全性和可靠性,从而保证使用者的网络安全和隐私。

总的来说,网络可生存型技术的意义其实就是提升网络的实用性、安全性和可靠性。但是网络可生存型技术也存在着一些问题,比如网络在受到外来侵入时会自动锁定相关系统,同时使用者也无法使用相关程序和系统,也就是说网络系统在受到攻击时,不仅攻击者无法对网络系统进行攻击,本身的使用者也无法对其进行相关的操作,如何能够保证网络系统在受到攻击时,网络可生存型技术在自动维护网络系统的同时,使用者还能够自由的查看相关信息和网页,是网络可生存型技术面临的最大问题[2]。

3 无线自组网可生存性的必要条件

3.1 维护网络连接

在网络系统受到外来攻击或侵入时,必须要保证能够维护网络连接,从而保证使用者能够自由的浏览相关信息,只有这样,才能够保证无线自组网的可生存性。网络系统在受到攻击时,能够自动的抵挡外来侵入的同时,还能够保证网络系统本身的网络连接功能,从而在不妨碍使用者正常使用的前提下,为网络系统提供更加安全的系统保障。

3.2 健壮性

网络可生存型技术的最大优点就是有一定的健壮性,网络可生存型技术能够采用分别管理的方法对网络和系统进行控制,使网络系统不存在故障点和错误。网络可生存型技术不仅能够对网络系统中的软件进行控制和管理,还能够对计算机中的硬件进行管理和控制,将传统计算机网络管理模式的单向管理进行改变,网络可生存型技术能够对网络系统和计算机进行双向管理控制。由于网络可生存型技术的健壮性,使网络可生存型技术能够适应各种类型的计算机设备和网络系统[3]。

3.3 可用性

网络可生存型技术中最重要的就是可用性,因为能够有效的针对网络故障和系统故障自动的进行修复和清理,但是网络可生存型技术在进行修复的同时,也会关闭其他网络和系统功能,在一定程度上影响了使用者的正常使用和工作,所以必须要提升网络可生存型技术的相关性能,才能够适应网络的多变化,从而确保计算机和网络系统的安全性。网络可生存型技术可以利用多途径路由或者是休眠唤醒机制对相关问题进行改善,通过一些技术,就能够实现网络可生存型技术保证网络安全的目标。

3.4 适应性

由于网络存在多变性,并且网络是一个非常庞大的体系,所以网络系统和计算机难免会受到各种软件或者病毒的侵入,还有一些恶意黑客对计算机的系统进行篡改,这些都是现如今网络中存在的问题。所以网络可生存型技术的出现正好为网络系统和计算机提供了一定的安全性。网络可生存型技术有一定的适应性,其不仅能够适应各种网络环境,还能够很好的适应各种类型的计算机设备,网络可生存型技术能够根据网络的各个节点制定合理的控制,还能够根据网络环境和计算机自身条件调整网络的节点和相关输出,这在一定程度上提升了计算机和网络系统的安全性[4]。

3.5 安全性

网络可生存型技术的意义就是要保证在任何情况之下,都能够顺利的完成各项网络任务,并不是单纯的为了某一个部件或功能运行的。网络可生存型技术能够最大程度上的提升网络的安全性和可靠性,从而保证使用者的网络安全和隐私。

总的来说,网络可生存型技术的意义其实就是提升网络的实用性、安全性和可靠性。当计算机或者网络受到外来攻击时,网络可生存型技术就能够自动的启动安全模式,能够有效的防止信号干扰、信息的拦截、系统被恶意篡改或损坏,还能够防止非本机使用者将计算机中的一些文件进行删除或者篡改,这在网络信息时代是非常重要的,其不仅保证了计算机的安全,还能够保证使用者信息和隐私的安全。

3.6 扩展性

网络可生存型技术最大的一个特点就是具有强大的扩展性,因为虚拟网络本身就是一个非常庞大的系统,但是在使用时,会出现地域之间差异,导致使用者会受到一定的限制。所以当用户在使用网络时,会有一些信息或者咨询无法了解或查询,但是网络可生存型技术将能够很好的适应网络的庞大性,通过其特有的扩展性,就能够更好的适应网络中的各个节点,从而配合网络的发展[5]。

4 可生存性技术问题在无线自组网中的具体应用策略

4.1 功率控制

针对可生存型技术在无线自组网中存在的问题,可以利用对功率输出的控制来解决此类问题。通过网络中各个节点的相互控制和约束,将能够使网络可生存型技术更好的适应无线自组网,从而提升无线自组网的使用功能和相关性能,为用户提供更好的使用体验[6]。

4.2 自适应技术

无线自组网本身就是一个动态有一定规律性的网络系统,所以将网络可生存型技术应用在无线自组网中时,要提升其自适应技术,只有网络可生存型技术更好的适应无线自组网,才能够真正意义上提升无线自组网的整体性能[6]。

4.3 完善网络管理技术

将网络可生存型技术应用在无线自组网中,最重要的一点就是要完善网络管理技术,将网络的相关配置和网络系统进行适当的完善,才能够保证网络的整体使用情况,从而为网络的安全性和可用性提升一定程度上的保障[7]。

5 结束语

无线自组网络的出现,彻底打破了传统网络中存在的问题,将传统网络中单一性和不可变性彻底改变,使网络具有更强的覆盖性和可靠性。利用网络可生存型技术中特有的可用性、健壮性、扩展性、安全性和适应性,从而为用户提供更加完善更加可靠的使用体验,通过控制功率、自适应技术将能够最大限度上的完善网络管理技术,从而提升我国网络技术的整体水平,使无线自组网在军事、灾后救援以及智慧旅游等行业中发军更大的作用。

参考文献

[1]王海涛,马琳坡.无线自组网的可生存性技术问题探讨[J].航天电子对抗,2011(04):38-42.

[2]黄清元.移动自组网可信安全路由技术研究[D].北京:国防科学技术大学,2010.

[3]李晓鸿.无线自组织网络拓扑控制算法和协议研究[D].湖南:湖南大学,2010.

[4]李庆华.基于网络演算的无线自组网TCP性能分析与改进[D].湖南:中南大学,2010.

[5]欧开乾.无线自组网中基于网络编码的效用最优路由和速率选择机制研究[D].北京:中国科学技术大学,2012.

[6]温景容.无线自组网MAC层及相关技术研究[D].北京:北京邮电大学,2013.

[7]虞万荣.无线自组网MAC协议关键技术研究[D].北京:国防科学技术大学,2012.

自组网技术篇8

用电设备智联网为智能用电侧的设备提供了信息采集、传输、处理、存储的通道,将同一辖区(变电站)管控下的用电设备以智能小区为单元融为一体,这样不仅便于电力企业有针对性地负荷管理,而且在分布式新能源接入的模式下更加容易形成微电网。在现有基础上,采取多种通信技术和网络手段,打破小区内部、小区之间、小区和中压配电网之间的信息孤岛,是用电设备智联网首先应该解决的问题。本文以此为出发点,分析了用电设备智联网的信息需求,针对住宅、商业小区的设备、线路、网络特点,提出了用电设备智联网的组网方式。

1 用电设备智联网的信息需求

1.1 信息的参数指标

在智能电网中,一个集成的、灵活的、互操作性的、安全的,并且能够迎合智能电网中各组成部分的通信需求的双向通信网是至关重要的,通常采用如下参数指标来衡量系统的适用性。

1.1.1 可靠性

这是所有应用首先必须达到的要求,由重传率、误码率两项指标衡量。当然,并不是所有应用都必须满足100%的可靠,对于一些重要应用,如需求响应、先进测量架构、分布式能源控制的可靠性要求最高,而对于信息发布、社区服务等用以提高用户用电体验的应用能够忍受数据传输失败的情况发生,但是也必须保证一定水平的可靠性。

1.1.2 时延

它表示用电设备智联网各部分间数据传输的延时,通常容易受到网络结构、节点数量、通信技术的影响。相比较电网传统应用中的继电保护、配电自动化而言,用电设备智联网的时延要求相对较低,一般可以接受秒级的时延,但是对于紧急情况的应用,如安防报警,其时延级别应为最高。

1.1.3 数据率

它描述数据在用电设备智联网各部分间传输的有多快,通常容易受到通信链路、调制解调技术、外界噪声、使用的频带等条件影响,数据率较低时还会影响到时延指标。对于不同的应用,数据率要求可能不同,一般而言,通信量较大的应用,如先进测量架构和涉及到音视频传输的应用,如安防报警功能,其数据率要求一般较高。但是从优先级的角度考虑,应首先保证数据率的是对时延要求较高的应用,二者具有一致性。

1.1.4 安全性

安全性是用电设备智联网不同于传统电力通信网的特性。并不是从信息重要程度的角度指它的安全性要求提高了多少,而是由于用户侧信息和互联网的接入,使得电力通信专网与外部网络有了物理上的连接。用电设备智联网应该成为智能电网中电力信息安全的第一道防线,阻止恶意信息进入配电一层,保证骨干通信网的专有性。

对于用电设备智联网的每一项应用,上述的参数指标应该成为设计信息流首先考虑的因素,也是各项应用所应达到的最基本要求。表1所示为文(一)中所列举的各项应用的需求指标[1]。

1.2 信息分类与生命周期

将信息分类,是为了更好地描述功能应用,不同种类信息之间的组合,可为不同的功能应用提供信息支持。将用电设备智联网中信息分成四类:

A)家用电器的管理信息,不往电网侧传输但可与外部互联网相连互通;

B)用户的用电信息与台变内电能量信息,经智能控制中心汇聚后上报给电网侧;

C)由电网发布的关于实时电价、停电通知等信息;

D)其他信息,如用户报修响应、小区/管委会信息发布等。

表2列出了各类信息所包含的具体内容,不同的信息分类有着相异的生命周期和通信范围,这样主要是为了在满足智能用电需求的同时,合理分配智联网各层级的信息流量,如图1所示为各类信息的存在范围。为避免给配电通信网增加额外的、与电网运行业务无关的通信开销,只有电能量消耗计量、电能质量相关的数据(B类)才主动定期地上报到智能控制中心,而用户的设备信息或家居状态数据以“请求—响应”的形式进行访问并传输。

2 电力设备智联网的组网方式

组网方式是对信息架构的承载,全域可达的信息流要求通信链路对全域的无缝覆盖、交换设备对全域的路由转发。组网方式包含了以下几个方面:(1)用电设备智联网可采用的通信技术;(2)我国住宅小区的电力线模型及通信拓扑;(3)实际小区环境的用电设备智联网架构。

2.1 用电设备智联网的通信技术

文(一)中指出,用电设备智联网是依赖于电力系统自有通信手段的智能信息化系统,这主要是考虑到技术的成熟度,以及用电设备智联网和电网侧通信网的信息化集成的便捷性。由国家电网信息通信公司公布的当前我国用于本地近程通信的技术如图2所示[2]。窄带PLC和GPRS几乎占有了全部的市场份额,这是由于现今近程通信主要用于自动抄表业务,数据量相对较小,使用窄带PLC技术即可满足需求。另外,由于自动抄表还处于试验阶段,部分地区租用移动运营商较为成熟的GPRS网络,便于快速投入应用。微波技术主要是为了解决偏远地区的通信问题,宽带电力线载波技术由于成本较窄带高,且当前没有大数据量的传输任务,因此市场份额较小。

在用电设备智联网中,信息需求与当前的远程抄表有很大的不同,用电侧的通信量将会急剧增加,除本地近程通信应该更加快速、低时延以外,智联网内部的骨干通信应该选用通信速率更高、吞吐率更大的通信技术。由于租用其他运营商的网络成本较高,且智能电网中信息数据量相对较大,信息安全得不到保证,应开发电力系统自有的潜在通信资源,如宽带PLC、电力光纤等。因此,可以认定电力设备智联网不同层级中,是以窄带PLC技术、宽带PLC和电力光纤为主体,以GPRS、微波技术、现场总线及以太网为补充的异构网络。

2.2 我国住宅小区的电力线模型及配置

由于低压配电网本身具有特定的组网规则,通过能量流的合理分配保证用户的负荷需求,因此,从一定程度上来讲,依据线路电压等级的不同可以确定信息量的大小。例如220 V一般是入室电力线的电压等级,而这正是信息量最小的接入层;相比较而言配电箱进线的三相电压380 V,同时也承载了楼宇内多用户的信息传输任务,相较220 V的信息量呈倍数增长。依据上述分析,研究住宅小区的供配电规则对于确定用电设备智联网的物理覆盖范围、信息聚合与分配、网络拓扑有着较大的帮助。

依据文献[3],住宅小区的10 kV供电系统采用环网方式,220/380 V配电系统根据负荷数量和楼层采用放射式或树干式供电系统。对于高层住宅(多于10层),10/0.4/0.23 kV变压器一般位于底层或地下一层,向高层住宅供电的垂直干线一般采用三相系统,每层设置配电间,出线为单相220 V入户电压,图3所示高层住宅建筑的树状结构;对于多层住宅(6层以下),10/0.4/0.23 kV变压器一般位于户外(可能是多个楼宇公用一个),从一楼配电箱开始呈放射状连接,一般整个楼层统一为220 V电压供电,为负载平衡,将三相均衡分配于不同楼层,如图4所示。从图3、图4中可知,无论何种形式楼层,以家庭智能测控器为终端的楼层电力线配置较为规范和统一,因此,以配电变压器为根节点,以电力线为载体的用电设备智联网中,家庭智能测控器-变压器侧呈放射状或树干式结构,且每个分支的叶节点呈均等分布。

对于用电设备智联网中的用户数量,可通过估算方法获取。在文献[4]中规定了住宅小区中变压器容量要求,一般不宜大于800 kVA,用以控制低压配电网的供电距离,进而保证用户的电能质量。按照文献[5]中居民用电负荷根据不同建筑面积估算法,建筑面积≤120 m2时,均按3 kVA/套计算变压器容量,121～200 m2时按4～5 kVA/套。据此,对于800 kVA的最大容量变压器,其用户数量应为160～266户。

对于如此巨大数量的叶节点,且有着相同的通信诉求,任何一个单一的树状或放射状的通信拓扑都会遇到严重的网络拥塞,因此合理配置用电设备智联网的通信架构就显得尤为重要。

2.3 实际小区环境的用电设备智联网体系架构

严格上讲,用电设备智联网实质是由多个物联网组合构成的三层架构,所谓的多个物联网,是指用电设备智联网的每一层本身又是一个物联网的三层结构。位于底层的物联网其信息处理层又是更高层级物联网的信息接入层,每个物联网的整体功能就是用电设备智联网一层架构的作用,如图5所示。

对于以住宅小区为单位的用电设备智联网,根据信息量和汇聚的需要,我们将其分为三层网络:以家庭智能测控器为核心的家庭智能网络(Home Area Network,HAN)、以楼宇智能控制器为核心的楼宇智能控制网络(Building Area Network,BAN)和智能控制中心为核心的辖区智能网络(Field Area Network,FAN)。

2.3.1 HAN

HAN是用电设备智联网的接入层,负责上行通信(用户-电网)的信息采集与上报,HAN中的设备主要有智能用电器、室内低压配电线及家庭智能测控器。智能用电器包括了所有的用电设备,由于设备之间接入电网的形式、运行的状态不同,对信息化的需求也不尽相同,据此将用电设备分为两种类型:智能用电设备和可管控用电设备。

智能用电设备本身含有通信模块,采用与智联网相兼容的通信规约,将状态信息封装成固定格式发送传输,并能够将接收到的控制信息转换成控制信号对电器执行调控。这种信息控制模式对于电器生产厂家而言并非难事,如国内已有的闪联产业联盟已经开始着手推进家电的信息化功能[6]。这种类型设备的运行状态多样,如空调的模式、温度调节,洗衣机定时及洗衣状态等,包括了表1中A类信息的全部内容。

可管控用电设备本身不含有通信模块,而是安装在具有通信功能的插座、灯架上,只能通过将远程控制信息下达至家庭智能测控器,由测控器转换成控制命令并通过控制智能插座、灯架电流的通断来间接控制设备的启停。一般可管控用电设备的功能较为单一,如日光灯、景观壁灯等,状态信息较少,只有表1中的A类信息的第n个内容。需要指出的是,在普通用电器向智能用电设备过渡的过程中,也可将其看做可管控用电设备,如对于没有通信模块的空调、洗衣机等,虽然无法获知其详尽运行状态,但通过对其接入插座的控制,也可满足基本的启停功能。

作为智联网的底层,HAN本身又是一个三层架构的物联网:室内的各用电设备是物联网的接入层,即通电即联网,将电器信息、运行状态、耗电量参数等信息耦合到室内电力线上;物联网的传输层由室内电力线为通信链路,采用窄带载波技术,图6所示为我国室内家居的典型配电线路,其中阴影部分表示可管控设备接入端,其余的为可调控设备接入端;信息通过配电箱并最终汇聚到家庭智能测控器处,作为该物联网的汇聚层,家庭智能测控器负责信息的收集、室内设备的管控和对外通信的传输。

2.3.2 BAN

楼宇智能网络是用电设备智联网的传输层,其主要功能是负责将家庭智能测控器处的信息准确、无误地传输至楼宇配电箱侧的智能控制器,该部分结构如图3、图4所示。由于需要经过多级供配电设备,融合所有的家庭智能测控器信息,该传输层也通过一个多层的树状、放射状混合拓扑实现。通过在各楼宇侧设置楼宇智能控制器(对多层建筑)或为若干层级设置层级智能控制器(对高层建筑),将传输网分解成多个子网。以各用户处的家庭智能测控器为接入层,负责信息的来源和收集;利用楼宇的配电干线作为传输层的通信链路,通过宽带电力线载波技术将信息汇聚于楼宇智能控制器或层级智能控制器。BAN的重要功能就是将用电设备智联网划分成若干规模相当的子网,各子网内部用户数量相当,用户物理距离彼此相近,有利于网络的流量控制和路由转发时的高效寻址。

2.3.3 FAN

辖区智能网络是用电设备智联网的顶层架构,覆盖楼宇配电箱-变压器的范围,以楼宇智能控制器为接入层,采用通信速率较大的宽带PLC、电力光纤、485总线介质作通信层,与智能控制中心一起构成智联网的决策管理层。智能控制中心是用电设备智联网的核心处理单元,是用电侧与配电网、互联网的接口,汇聚了所辖范围内所有智联网用户的数据。根据数据的不同功能将其进行分类,并依电网数据要求将用户数据归一化为规范格式,通过中压侧电力光纤或配电自动化专用通道,同配变数据一起传送至计量中心或配电子站。除了对电网所需信息的抽取、分类和传输外,智能控制中心负责对所辖范围内局部数据的存储,如表2所示的信息类型中的e、f、j类,供用户侧实时查询;负责将电网公布的信息如g、h类以广播的方式发至每个用户的家庭智能测控器处,供用户掌握实时的电力信息。

2.3.4 互联网接入

虽然用电设备智联网本身具有高速率的信息接入能力,但是考虑到电力网的安全、用户隐私保护等诸多要求,只能通过智能控制中心作网关,实现与互联网之间的连接,这样有助于保证电网安全的一致性。外部互联网用户通过认证后,可以访问智能控制器所辖范围的内部数据,并可通过智能控制中心下达指令,由家庭智能测控器执行,实现间接控制家庭智能网络中的设备的目的,但绝不允许互联网用户访问家庭智能测控器上层的电力通信网信息。

3 信息的聚合、压缩和存储

用电设备智联网中信息处理与通信网络息息相关,适时的数据聚合能够从源头上限制接入系统的信息量;恰当的数据压缩能够有效降低通信开销;合理地存储可以保证查询访问的实时性、安全性,实现数据处理的本地化。

数据的聚合处理,是减少网络数据量、避免拥塞的第一道防线,也是最有效的手段。它是指在原始数据采集的基础上,通过在网络内部做大量的数据融合,保证在网络层传输、交换的信息是从海量的、杂乱的原始数据中抽取并推导出来的对特定功能具有价值的处理后的数据。信息聚合技术的研究主要有两种方法:空间策略的信息聚合和时间策略的信息聚合。前者与网络的拓扑结构、数据传输路径存在着紧密联系,即认为地理位置比较接近的接入点其相关性较大、数据冗余度相对较高,适合在特定的范围内进行数据处理以消除冗余;时间策略的信息度聚合是由选定的中间节点合并下游节点传来数据,以消除最大冗余为目标确定合并的最优时机。

在各智能控制中心对数据压缩、深层次挖掘,是降低数据存储负担、提高电力通信实时性的第二道防线。数据压缩就是以最少的数据编码表示信源所发出的信息,减少容纳给定消息集合或数据采样集合的信号空间,其目的是减少用于传输和存储信息的时间和空间。数据压缩通常分为无损(Lossless)压缩和有损(Lossy)压缩两类,前者适合于文本数据,AMI计量数据、设备运行状态信息等,通过Huffman编码、算术编码和字典编码等技术手段实现[7];后者适用于图像、语音、视频等信号,如安防预警、小区服务、信息发布等,通过小波压缩算法、小波包压缩算法、傅里叶压缩算法等实现[8,9,10]。

数据的合理存储是保证图1所示的不同功能的数据具有不同生命周期的前提。并不是所有的信息对智联网、对电网运行都是有用的,但是所有数据的产生都有其特定意义,因此应该对其进行合理的存储。例如室内家电的运行状态数据(表1中的A类信息),它只描述智联网中最小单元的设备状态,其运行正常与否对系统不会产生太大影响,但却直接关系到用户的财产、经济利益,这类数据应该由本地家庭智能测控器存储,既不会给网络增添负担,又方便了本地查询,对于远方查询,只是依据被授权的家庭智能测控器的查询命令返回所需要的数据;负责楼宇、楼层信息传递的楼宇智能控制器也具有存储能力,存储所辖下范围的电能质量、用户的小区服务需求等信息;智能控制中心侧的数据库是专业化最强、全局性最广、安全性最高的数据存储,并且具有访问所有低级别的权限,供数据校核、远程访问、系统查询所用。

4 结论

用电设备智联网的功能实现依赖的是信息流的安全、正确、快速响应,在文(一)的基础上分析了用电设备智联网的信息需求,并提出了各项功能的信息分类及其在智联网中的存在范围。保证信息流的全域覆盖在于构建合理的通信系统和网架结构,通过分析智联网主要覆盖范围即用户住宅小区的网架特性,结合适合于电力系统的通信技术,提出了用电设备智联网的通信架构,并据此提出了信息流的处理方案和存储策略。

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无线自组网功率优化问题研究篇9

无线自组网络 (Wireless Ad Hoc Network) 简称Ad Hoc网络, 其可以看作是移动通信与电脑网络结合的一种新型网络形式。该网络支持多跳通讯, 可以实现临时性的自我管理。网络中任意两个节点可以通过不同的路径经过多跳来实现连接, 因此具有很强的鲁棒性和抗毁性。多跳, 自组织, 无固定的基础设施是Ad Hoc网络的最重要的特点。信道接入控制 (Medium Access Control, MAC) 协议处在通讯网络协议栈软件的最底部, 运行在物理层之上, 它决定什么时候发送其分组, 而且通常控制对物理层的所有访问。其性能的好坏会影响整个网络的表现。在多跳网路中的协议设计时遇到的一个十分重要的问题就是如何避免碰撞, 因为衡量一个网络性能的最重要的指标就是其吞吐率, 而碰撞恰恰是影响吞吐率最重要的因素。可以说, 避免碰撞的思想贯穿于“多跳”分布式网络MAC协议演化的始终。无线自组网络的信道接入控制技术的演化与发展走过了一个从单信道到双信道再到多信道的过程。与此同时, 多速率技术 (又称速率自适应技术) 和功率控制技术也被引入信道接入控制协议中。

2 基于多速率、多功率的MAC协议的无线自组网功率优化

2.1 速率自适应技术

无线自组网中的速率自适应技术简单的说就是对传输速率不断进行动态地调整, 找到最合适在当前信道条件下的传输速率, 从而使网络能一直保持在最大的吞吐率状态。速率自适应技术的核心是及时地获取能够实时反映信道状态的信息, 做出评估, 并在这个基础上做出速率选择。

我们知道, 信噪比与误码率之间呈反比关系, 信噪比越差就越难重现原始信号;如信噪比不变, 我们采用越高的速率发送数据, 接收端出现的误码率就越高。而发送速率越大, 理想情况下吞吐量也越大, 但也越容易受到信道噪声的干扰, 增大误码率;速率越低, 理想情况下吞吐量越小, 但传输的距离越远。由此可知, 速率自适应技术实际上可以有两个优化的目标:以提高吞吐量为优化目标和以节省能量为优化目标。本文讨论如何在保证高吞吐量的情况下尽可能地节省能量, 即将成功发射单位比特信息量所消耗的功率尽可能降低。目前比较典型的多速率MAC协议有: (1) ARF协议。ARF (All Rate Fallback) 协议支持多速率并被广泛使用。ARF协议主要是通过统计信息进行判断, 若一段时间内数据成功率高, 就提速发送, 否则就降速; (2) RBAR协议。RBAR (Received-Based Auto Rate) 协议的宗旨是由接受节点通过判断来告知发送端要采用什么速率进行发送。RBAR协议基于IEEE802.11, 因而易于实现, 代价很小。

2.2 功率控制技术

功率控制技术的目的之一当然是为了节省能量, 因为节省能量对于无线自组网络非常重要。功率控制问题是指在无线通信中节点发送分组要选择最恰当的功率。这里讲的是恰当的功率, 并不是功率越小越好。这是因为所选择的功率不仅要能成功完成发送分组的任务之外, 还要兼顾网络的联通性、拓扑结构以及吞吐率等诸方面。

网络层功率控制需要从整个网络的拓扑结构来考虑, 通过改变各个节点的发送功率来影响具体的通信路由, 使得整体网络的性能达到最优。但是对与组织网来说, 我们很难预判节点的分布状况。因而我们需要引入一种机制, 让系统能依据节点的分布自动进行优化, 控制好节点的发送功率。如果增加发送功率, 可以获得更大的覆盖范围, 节点跳转的次数也就相应可以减少, 造成系统的联通新得到改善。但是这可能造成信道的空间复用度降低, 反而拖累了整个网络的吞吐率。反之如果降低发送功率, 信道的空间复用度可以得到改善, 但通讯覆盖范围降低, 通讯的跳转次数可能会提高, 连通性会变差, 通讯延时也会增加。所以, 在选择发送功率时, 其实我们必须在跳转次数和空间复用度之间进行有偏向的取舍。

一般来说, 功率与信噪比之间在数量上是一种线性的关系, 于是我们可以得到启示: (1) 既然不同的速率有相应于自己的信噪比门限, 而由于信噪比与功率之间有着线性关系, 则每一个信噪比门限值就会有一个相对应的功率“门限”; (2) 既然吞吐量—信噪比图中的相应于一定速率的曲线会出现一个“平台” (最大吞吐量) , 在这段“平台”中, 吞吐量随着信噪比的增加基本不变, 那么相应地在吞吐量—功率图中也应该出现类似的“平台” (最大吞吐量) , 功率进一步增大, 吞吐量基本维持不变。

所以, 我们可以直接从功率出发, 研究吞吐量与功率的关系, 试图找出吞吐量高、且发送单位比特能量最省的发送功率, 从而对多速率、多功率的MAC协议进行性能分析与优化。

2.3 仿真与结果分析

Glo Mo Sim是并行可扩展离散事件仿真环境, 适合在无线网络协议仿真中使用。本文在Glo Mo Sim现有的IEEE 802.11 DCF协议的基础上进行仿真与研究。选用RABA协议作为研究对象。我们根据朗讯的Orinoco系列无线网卡的标准设计收、发机的模型及性能参数, 设定发射功率为3d Bm。

仿真配置1: 两个节点, 距离800m, 业务为CBR, 发包大小1024byte, 发包间隔1ms。

分析:节点间距加大时, 吞吐量随发送功率变化图的规律基本没变, 但平均能耗随发送功率的变化有较大的差异。出现跳跃点处的位置没变, 但“平台”没有了, 出现了随着发送功率逐渐增加其平均能耗也随之增加的情况。相应于吞吐量出现的四段“平台”, 其平均能耗在各段的最小值均在其最左端的起始处。而这四个值中最小的一个, 不再是最右端的那个, 而是倒数第二个。这说明, 并不是总是用最大的速率发送分组能耗最小。

而当我们将间距增加到1200m的时候, 随着速率的提升, 其吞吐量仍然维持原先的变化规律, 但平均能耗虽然仍然保留了在距离800m时的分段上的上升趋势, 但最小的能耗点却再次前移。实际上, 此时如能确保使用最低速率发送分组时的发送功率, 其平均能耗最低。

上述研究表明:在RBAR的基础上引入功率控制, 对于最简单拓扑 (两个节点) , 在距离相对较小的时, 多速率传输和能耗控制, 存在一个最优点, 使得吞吐量比较大, 且平均能耗最小。在两点相距400m时, 这个最优点在相对于最高速率的最左端。当距离较大时, 最优点向左移动。在距离为1200m时, 则要用最低速率传输, 此时平均能耗最小。

仿真配置2: 16 个节点, Grid分布, 格点距离400m, 路由使用主流的动态源路由 (DSR) 业务类型CBR, 随机分配五条流。发包大小1024byte, 发包间隔1ms。

分析表明, 在多个节点的情况下, 随着发送功率的增加, 吞吐量总的呈上升趋势, 但出现的“平台”变窄, 数量变多。在节点变多、传播范围变大的情况下, 发送功率的加大可使其覆盖范围变大, 影响了网络的拓扑结构和路由选择;周围节点的增多也增加了干扰。所有这些因素造成了吞吐量的变化规律发生了改变, 但总的趋势没有变。图2中, 曲线的最后出现了上升的趋势。这表明仍然存在有一个最佳大小的功率, 能使网络的平均能耗达到最小。

上述研究表明, 对于一个多速率、多功率的网络, 一定存在一个确定的发送功率或功率区间, 用此大小的功率或功率区间发送分组, 可以得到最小的平均能耗。当然, 问题并不那么简单, 结合功率控制和多速率MAC协议的主要目标就是做到二者兼顾, 在相互制约的前提下找到合适的折中。

3 总结

本文直接从发送功率出发, 研究了在不同网络拓扑和不同速率情况下网络吞吐量随发送功率的变化规律。研究表明, 对于一个多速率、多功率的网络, 一定存在一个确定的发送功率, 用此大小的功率发送分组, 可以得到最小的平均能耗。而当网络节点数变多, 网络拓扑较为复杂的情况下, 其变化规律发生了改变。这说明功率因素对网络性能的影响确实是多方面的。今后要对各种更为复杂的网络拓扑进行仿真, 以进一步探讨其间有无规律可循。

摘要：无线自组网采用了网络状的拓扑结构, 使得它可以进行多跳通讯, 可实现网络自组织化。本文作者针对无线自组网的发送速率与发送功率之间相互影响的特点, 从网络吞吐率与每比特平均能耗的角度研究了特定网络的发送速率与发送功率之间的平衡点, 并进行了仿真分析。证明了对于一个特定的多速率与多功率无线自组网络, 是存在一个最优发送功率或一个较优的发送功率区间, 网络内的节点以该功率或功率区间发送分组时, 可以得到最小的每比特平均能耗, 同时网络仍然可以保持较高的吞吐率。

关键词：无线自组网,多功率,每比特平均能耗,吞吐率

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