黃凱

摘要：隨著通信技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的無線網絡，例如Ad Hoc網絡、無線傳感網絡和無線Mesh網絡等已經無法滿足在通信困難環(huán)境中對連接中斷進行處理的需求，對于傳統(tǒng)的無線網絡通信來說，在連接中斷時，網絡性能可能會降低，嚴重可能導致網絡癱瘓，無法進行正常通信連接。為了應對這些網絡環(huán)境的挑戰(zhàn)，機會網絡成為一種很好的解決方案，通過更改網絡的拓撲結構，并且不需要源與目標直接建立完整連接，而是通過中間節(jié)點作為傳播媒介來達到信息的間接傳輸，利用節(jié)點移動相遇的機會來完成網絡通信。該文介紹了機會網絡的通信原理，對使用機會網絡來實現設備通信的方案進行了探究。

關鍵詞：機會網絡;自組織;設備通信

中圖分類號：TP393 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：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備出現在人們生活的各個方面。智能手機、智能家居、車載網絡、智能可穿戴設備等諸多近距離無線通信設備在人們生活中都組成了許多小型自組網。對于這些傳統(tǒng)的自組網來說，如果出現節(jié)點超出通信范圍、節(jié)點設備不足、信號連接不穩(wěn)定、單個節(jié)點損壞等情況，傳統(tǒng)的自組網將不能進行正常的數據傳輸。傳統(tǒng)的網絡之所以不能很好地適應這些突發(fā)情況，是由傳統(tǒng)網絡的自身性質決定的。傳統(tǒng)的通信模式，即MANET（mobile ad hoc network）通信模式，在遭遇節(jié)點出現問題時，無法正常工作。對于傳統(tǒng)的通信模式來說，在進行數據傳輸之前，需要通過路由算法來建立連接，數據的轉發(fā)路徑將依據路由表來依次尋找下一跳的地址。在實際應用中，無線自組網的拓撲結構可能隨時發(fā)生改變，如果發(fā)送方與目標節(jié)點的數據通路斷開，網絡的連通性就不能夠很好地得到保障。為了彌補傳統(tǒng)網絡較差的適應性和健壯性，機會網絡的出現適應了這些復雜的網絡情況。

1 機會網絡簡介

機會網絡（opportunistic network）衍生于移動自組織網絡（MANET）和延遲容忍網絡（DTN）。機會網絡是一種不需要直接建立完整鏈路，通過節(jié)點之間的運動作為橋梁來間接傳輸信息的網絡，利用節(jié)點之間的相遇機會來實現通信。機會網絡也叫作系數ad hoc網絡、ICN（Intermittently Connected Network）或DTN（Delay/Disruption Tolerated Network）。機會網絡與傳統(tǒng)網絡不同，它的節(jié)點具有隨機性和不確定性，網絡的規(guī)模也是動態(tài)變化的，源節(jié)點和目標節(jié)點之間并無直接鏈路。

機會網絡的體系結構也與傳統(tǒng)網絡不同，傳統(tǒng)的網絡體系結構包括了物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層，機會網絡在應用層和傳輸層之間多了一個捆綁層（bundle layer），捆綁層的協(xié)議數據單元（PDU）可以為任意長度的消息（bundle）。

機會網絡的路由協(xié)議采用了“存儲-攜帶-轉發(fā)”機制，在節(jié)點接收數據后，并不會立即轉發(fā)，而會先進行存儲攜帶，在各個節(jié)點的運動中如果找到合適的節(jié)點，再進行分組轉發(fā)。這種轉發(fā)機制解決了網絡分割導致沒有直接連通鏈路的問題，通過節(jié)點的運動尋找恰當機會來多次轉發(fā)將數據傳送至目的節(jié)點。

2 機會網絡在設備通信中的應用

2.1 移動設備組網

劍橋大學提出的PSN（pocket switched network），即個人攜帶的手持設備形成的機會網絡。在手持移動設備組成的機會網絡中，每個設備節(jié)點可以通過人們相遇帶來的局部通信機會來進行信息轉發(fā)。

2.2 車載網絡系統(tǒng)

麻省理工學院開發(fā)的名為CarTel的移動傳感系統(tǒng)，這是將移動傳感器連接到車輛的首批研究項目之一。CarTel采用Wi-Fi、BlueTooth等通信技術來采集和交換車輛信息，當兩車相遇時，可以通過CarTel節(jié)點交換數據。這些有機會網絡組成的車載網絡系統(tǒng)，可以廣泛用于車輛行駛狀況記錄、道路情況判斷、交通事故預警等方面來減少事故發(fā)生概率，同時為車輛提供更穩(wěn)定的網絡連接。

2.3 偏遠地區(qū)網絡

機會網絡可以為偏遠地區(qū)提供快捷低廉的網絡服務，來解決偏遠地區(qū)由于基礎設施不完善帶來的問題。由麻省理工學院研發(fā)的DakNet是部署在印度偏遠地區(qū)的網絡系統(tǒng)，它是通過部署在村莊里的Kiosk設備、公交車輛上的移動接入設備（MAP）和一些連接互聯網的設備共同組成的。這些設備組成的網絡通過Wi-Fi通信，當人們使用手持移動設備時，將與Kiosk交換數據，Kiosk設備在公交車經過在與MAP交換數據，而公交車在連接到互聯網時又可以將數據進行上傳或下載。

2.4 戰(zhàn)時通信網絡

在爆發(fā)戰(zhàn)爭時，傳統(tǒng)的網絡節(jié)點可能在遭到一定程度破壞后將無法完成正常通信。而機會網絡就可以臨時部署節(jié)點，通過節(jié)點的移動，來適應戰(zhàn)場復雜多變的惡劣環(huán)境，將數據擺渡至目標節(jié)點，從而避免傳統(tǒng)網絡由于網絡通信鏈路斷開無法通信的問題。

3 機會網絡當前存在的問題

3.1 安全相關問題

現在的基于傳統(tǒng)的安全機制主要是針對終端的身份驗證和數據的完整性等方面提出的，同時對于數據轉發(fā)和路由等主要設備采用較特殊的安全認證。在機會網絡中，傳輸節(jié)點由于是隨機的，因而會有一定不安全因素。對于機會網絡的安全性來說，主要集中在以下幾個方面：定義機會網絡的安全需求;明確機會網絡面臨的威脅;機會網絡中部署加密和身份驗證。

3.2 緩存不足問題

由于機會網絡采用的是“存儲-攜帶-轉發(fā)”方式來進行通信，這導致花費了大量時間在存儲轉發(fā)消息的過程中，而機會網絡各個節(jié)點的運動具有不確定性，為了保證節(jié)點之間信息轉發(fā)成功，通常采用多副本策略，而多個副本會消耗較多的網絡資源，這就帶來了緩存不足引發(fā)的擁塞情況。

4 結語

本文對機會網絡進行了簡要介紹，分析了它與傳統(tǒng)網絡的異同和特點，闡述了其工作原理，并針對當前機會網絡的發(fā)展介紹一些應用實例，來說明機會網絡的應用場景和重要作用，最后對一些存在的問題進行說明，這也是我們需要繼續(xù)深入的研究方向。

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