邵國(guó)強(qiáng) 韓冬梅 程曉旭 賈美娟 張百順

摘要： 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種網(wǎng)絡(luò)的鏈路迅速建立連接、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，在軍事、水災(zāi)、火災(zāi)、地震等重大災(zāi)害上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。因此，設(shè)計(jì)一種能夠提高數(shù)據(jù)發(fā)送效率和網(wǎng)絡(luò)抗毀性的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由策略具有重要意義。首先介紹了無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、自組網(wǎng)、延遲容忍網(wǎng)絡(luò)等各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)；然后對(duì)各種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行分類并闡述；最后總結(jié)現(xiàn)有異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由的不足，并對(duì)未來(lái)研究工作進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞： 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)； 路由； 間歇性連接； 延遲容忍網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-2163（2017）04-0034-03

0引言

隨著無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network， WLAN）、無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、自組網(wǎng)（Ad Hoc Network）、延遲容忍網(wǎng)絡(luò)（Delay Tolerant Networks， DTN）[1]等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，未來(lái)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是多種技術(shù)、多種網(wǎng)絡(luò)互相融合所形成的具有多種接入方式、提供多種服務(wù)質(zhì)量要求的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合體。設(shè)計(jì)一種整合各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)且能夠滿足不同應(yīng)用程序服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service， QoS）需求的自適應(yīng)路由策略成為未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。每種網(wǎng)絡(luò)都有自己的特點(diǎn)，WLAN高帶寬、低成本，訪問(wèn)點(diǎn)（Access Point， AP）節(jié)點(diǎn)性能高，無(wú)線蜂窩網(wǎng)通訊范圍大，基站（Base Station， BS）節(jié)點(diǎn)性能高，但這2種網(wǎng)絡(luò)都存在組網(wǎng)不靈活的缺點(diǎn)；Ad Hoc網(wǎng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性強(qiáng)、組網(wǎng)靈活，但是在鏈路中斷時(shí)無(wú)法傳送數(shù)據(jù)；DTN網(wǎng)能在長(zhǎng)時(shí)延、頻繁中斷的鏈路上傳送數(shù)據(jù)。異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠融合WLAN、無(wú)線蜂窩網(wǎng)、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理，極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ鞣绞?，并且在網(wǎng)絡(luò)遭受破壞、單一網(wǎng)絡(luò)無(wú)法提供數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，能夠綜合利用各種網(wǎng)絡(luò)的鏈路迅速建立連接、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，在軍事、水災(zāi)、火災(zāi)、地震等重大災(zāi)害上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。因此，設(shè)計(jì)一種能夠提高數(shù)據(jù)發(fā)送成功率和網(wǎng)絡(luò)抗毀性的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由策略具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)針對(duì)WLAN、無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)組成的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由策略展開了大量的研究。按照網(wǎng)絡(luò)是否連通，路由策略可以分為連通的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由和間歇性連接的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由。其中，連通異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)無(wú)法傳遞數(shù)據(jù)，而間歇性連接的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由則可以在網(wǎng)絡(luò)中斷情況下有效傳遞數(shù)據(jù)。本文將各自對(duì)其給出如下研究闡釋。

1連通的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由

文獻(xiàn)[2]提出了WLAN、Ad Hoc網(wǎng)的融合方案，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和AP節(jié)點(diǎn)連接失敗時(shí)，采用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳路由策略進(jìn)行連接。文獻(xiàn)[3]在蜂窩網(wǎng)中引入Ad Hoc模式，允許雙模節(jié)點(diǎn)以Ad Hoc模式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，提高了蜂窩網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送效率。文獻(xiàn)[4-5]論述了一種綜合考慮WLAN、3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)的路由策略，但AP/BS節(jié)點(diǎn)范圍外的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)路由。文獻(xiàn)[6]針對(duì)WLAN、3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)組成的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了一種綜合利用AP/BS節(jié)點(diǎn)、Ad Hoc多跳路由策略等所有鏈接可能來(lái)構(gòu)建端到端移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間連接的路由策略，但在網(wǎng)絡(luò)鏈路存在間歇性連接時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者一般只是針對(duì)各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet互聯(lián)以及兩兩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由策略進(jìn)行研究，而并未對(duì)WLAN、無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)組成的間歇性連接異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由策略有效涉及深度探討。此后，文獻(xiàn)[7-8]又分析研發(fā)了Ad Hoc網(wǎng)接入Internet的動(dòng)態(tài)網(wǎng)關(guān)布局及選擇策略，實(shí)現(xiàn)了Ad Hoc網(wǎng)與Internet的互聯(lián)。文獻(xiàn)[9]研究了一種集成無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由策略，將Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的中繼功能加入到傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)的性能。另外，文獻(xiàn)[10]則針對(duì)集成無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)方案，提出了一種基于模糊多目標(biāo)決策方法的路由選擇策略，該策略在路由選擇時(shí)考慮了時(shí)延、丟包率、能量、成本等因素。進(jìn)一步地，文獻(xiàn)[11]即圍繞衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的互聯(lián)路由協(xié)議，提高了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的性能。

2間歇性連接的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由

文獻(xiàn)[12]針對(duì)MANET和DTN混合網(wǎng)，全面研發(fā)構(gòu)建了一種簡(jiǎn)單的混合路由策略DT-DYMO，該策略首先基于AODV的RREQ消息查找連通區(qū)域內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)，若找到直接使用AODV發(fā)送消息，否則將消息發(fā)送給RREQ查找過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的DTN節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”消息。文獻(xiàn)[13]提出了一種基于分組的混合路由協(xié)議HYMAD，該路由將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)分成多個(gè)組，在組內(nèi)使用MANET中的距離矢量路由發(fā)送消息，在組間則采用DTN的Spray-and-Wait路由。文獻(xiàn)[14]針對(duì)Ad Hoc網(wǎng)和DTN網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種路由協(xié)議，當(dāng)存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的端到端路徑時(shí)，使用常規(guī)路由協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文；當(dāng)不存在端到端路徑時(shí)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)綜合主機(jī)位置、主機(jī)移動(dòng)模式、能量等上下文信息選擇下一跳節(jié)點(diǎn)來(lái)“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”數(shù)據(jù)，但同樣沒(méi)有考慮WLAN和無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[15]則基于WLAN、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)組成的具有不同連接特性的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)而定制設(shè)計(jì)了一種根據(jù)鏈路時(shí)延情況而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制的自適應(yīng)路由協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送，但沒(méi)有充分利用高性能、高可靠的AP節(jié)點(diǎn)來(lái)參與路由，性能也未臻至優(yōu)良。文獻(xiàn)[16-17]針對(duì)WLAN和Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)組成的存在間歇性連接的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了一個(gè)MeDeHa架構(gòu)。MeDeHa架構(gòu)在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間鏈路性能好、無(wú)中斷時(shí)，采用常規(guī)的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略發(fā)送數(shù)據(jù)；在鏈路存在長(zhǎng)時(shí)延、間歇性連接時(shí)，采用“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”策略來(lái)優(yōu)勢(shì)支持?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送，并且利用了高性能的AP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)，提高了數(shù)據(jù)發(fā)送成功率。文獻(xiàn)[18-19]重點(diǎn)論述了WLAN、3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由問(wèn)題，為能在間歇性連接的網(wǎng)絡(luò)成功發(fā)送數(shù)據(jù)提出了基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)，由超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)臨時(shí)存儲(chǔ)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)能夠連接時(shí)，由超級(jí)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)，從而提高數(shù)據(jù)的發(fā)送成功率。文獻(xiàn)[20]則從WLAN、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)的間歇性連接異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究出發(fā)，通過(guò)部署邊界服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”功能，從而提高數(shù)據(jù)的發(fā)送成功率，但沒(méi)有充分利用高性能、高可靠的AP節(jié)點(diǎn)來(lái)參與路由。文獻(xiàn)[21]針對(duì)普通Ad Hoc網(wǎng)和具有間歇性連接特點(diǎn)的DTN網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種基于聲譽(yù)策略的可信路由協(xié)議，可以解決黑洞攻擊問(wèn)題，但沒(méi)有考慮WLAN和無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)。endprint

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者也陸續(xù)轉(zhuǎn)向了間歇性連接的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由的分析研究并提出了一些策略。如文獻(xiàn)[22-23]針對(duì)普通Ad Hoc網(wǎng)和DTN 網(wǎng)絡(luò)組成的具有間歇性連接特點(diǎn)的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，利用分而治之的思想，提出了一種將Ad Hoc網(wǎng)的AODV 路由協(xié)議和DTN網(wǎng)中的Spray and Wait路由協(xié)議相融合的路由方案，使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)性能保持相對(duì)穩(wěn)定，提高了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。文獻(xiàn)[24]即專就Ad Hoc網(wǎng)和DTN網(wǎng)組成的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了一種基于穩(wěn)定閉域的混合路由策略，在穩(wěn)定閉域內(nèi)使用AODV路由協(xié)議提高路由轉(zhuǎn)發(fā)的效率，當(dāng)數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)到閉域邊界后，將轉(zhuǎn)換為改進(jìn)的Prophet路由繼續(xù)在非連通區(qū)域內(nèi)尋路。針對(duì)間歇性連接的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，文獻(xiàn)[25]提出了一種新的DTN路由協(xié)議IEDR。IEDR在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)利用節(jié)點(diǎn)間相遇的機(jī)會(huì)交換數(shù)據(jù)，并將無(wú)線接入點(diǎn)AP作為輔助數(shù)據(jù)傳播的有效途徑，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)連通范圍。文獻(xiàn)[26]則基于當(dāng)下的車載自組網(wǎng)（Vehicular Ad Hoc Network， VANET）同樣設(shè)計(jì)了一種結(jié)合AODV協(xié)議和DTN的“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”策略的按需路由協(xié)議DT-AODV來(lái)提高數(shù)據(jù)傳遞率。

3結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)WLAN、無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)、DTN網(wǎng)組成的具有間歇性連接特點(diǎn)的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)布了一定的研究成果，但其中設(shè)計(jì)的路由策略不能充分利用各種網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)來(lái)求得有效的路由發(fā)現(xiàn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量自私節(jié)點(diǎn)和惡意節(jié)點(diǎn)時(shí)，無(wú)法根據(jù)應(yīng)用程序QoS需求有效地選擇路由。因此針對(duì)間歇性連接的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，研究結(jié)合WLAN的AP節(jié)點(diǎn)和無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)BS節(jié)點(diǎn)的高性能、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活以及DTN網(wǎng)能夠在間歇性連接鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)，當(dāng)存在自私節(jié)點(diǎn)和惡意節(jié)點(diǎn)時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)可信度進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)應(yīng)用程序QoS需求提供路由選擇的自適應(yīng)路由策略，具有重要的理論和實(shí)際意義。

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