㈠ 什么是异构网络,什么是同构网络具体的概述
随着传感器技术、 嵌入式技术、 分布式信息处理技术和无线通信技术的发展, 以大量的具有微处理能力的微型传感器节点组成的无线传感器网络(WSN)逐渐成为研究热点问题。
与传统无线通信网络Ad Hoc网络相比, WSN的自组织性、 动态性、 可靠性和以数据为中心等特点, 使其可以应用到人员无法到达的地方, 比如战场、 沙漠等。 因此, 可以断定未来无线传感器网络将有更为广泛的前景。
无线传感器网络
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络,由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息,并最终把这些信息发送给网络的所有者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。
无线传感器网络所具有的众多类型的传感器,可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的应用领域可以归纳为: 军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。
与传统有线网络相比,无线传感器网络技术具有很明显的优势特点,主要的要求有: 低能耗、 低成本、 通用性、 网络拓扑、 安全、 实时性、 以数据为中心等。
无线传感器网络系统的典型结构
采用同构网络实现远程监测的无线传感器网络系统典型结构, 由传感器节点、 汇聚节点、 服务器端的PC和客户端的PC四大硬件环节组成, 各组成环节功能如下。
图1 远程监测无线传感器网络系统结构框图
传感器节点
部署在监测区域(A区), 通过自组织方式构成无线网络。 传感器节点监测的数据沿着其它节点逐跳进行无线传输, 经过多跳后达到汇聚节点(B区)。
汇聚节点
是一个网络协调器, 负责无线网络的组建, 再将传感器节点无线传输进来的信息与数据通过SCI( 串行通信接口)传送至服务器端PC。
服务器端PC
是一个位于B区的管理节点, 也是独立的Internet网关节点。 在LabVIEW软件平台上面有两个软件: 一是对传感器无线网络进行监测管理的软件平台VI, 即一个监测传感器无线网络的虚拟仪器VI; 二是Web Server软件模块和远程面板技术(Remote Panel), 可实现传感器无线网络与Internet的连接。
客户端PC
客户端PC上无需进行任何软件设计, 在浏览器中就可调用服务器PC中无线传感器网络监测虚拟仪器的前面板, 实现远程异地(C区)对传感器无线网络(A区)的监测与管理。
无线传感器网络中的传感器节点
1. 传感器及其调理电路
应根据无线传感器网络所在的地区环境特点来选择传感器, 以适应环境温度变化范围、 尺寸体积等特殊要求。 传感器所配接的调理电路将传感器输出的变化量转换成能与A/D转换器相适配的0~2.5 V或0~5 V的电压信号。 当处于无电网供电地区时, 传感器及其调理电路都应是低功耗的。
2. 数据采集及A/D转换器与微处理器系统
传感器节点中的计算机系统是低功耗的单片微处理器系统, 可以适应远离测试中心、 偏远地区恶劣环境的工作条件。 如美国德克萨斯州仪器(TI)公司生产的MSP430-F149A超低功耗混合信号处理器(Mixed Signal Processor), 它内部自带采样/保持器和12位A/D转换器, 可对信号进行采集、 转换以及对全节点系统进行指令控制和数据处理。
3. 射频模块
射频模块接收外部无线指令并将传感器检测到的被测参量数据信息无线发送出去, 如TI公司的CC2420无线收发芯片。
㈡ 以下不属于网络层的功能的是哪一项()
网络层功能:
一、路由选择与分组转发
二、异构网络互联
三、拥塞控制链粗 。
端到友埋端传输不属好唤蚂于网络层的功能。
㈢ 什么是异构型网络
异构网络环境,是由不同制造商生产的计算机,网络设备和系统组成的,这些计算机系统运行不同的操作系统和通信协议,想统一其计算机资源的机构通常会面临集成异种机系统的任务。
㈣ 什么是异构网络
异构网络(Heterogeneous Network)是一种类型的网络,其是由不同制造商生产的计算机,网络设备和系统组成的,大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。
所谓异构是指两个或以上的无线通信系统采用了不同的接入技术,或者是采用相同的无线接入技术但属于不同的无线运营商。利用现有的多种无线通信系统,通过系统间融合的方式,使多系统之间取长补短是满足未来移动通信业务需求一种有效手段,能够综合发挥各自的优势。由于现有的各种无线接入系统在很多区域内都是重叠覆盖的,所以可以将这些相互重叠的不同类型的无线接入系统智能地结合在一起,利用多模终端智能化的接入手段,使多种不同类型的网络共同为用户提供随时随地的无线接入,从而构成了如图所示的异构无线网络。
㈤ 什么叫异构网络是指数据传输格式不同么
1、所谓异构网络(Heterogeneous Network)是一种类型的网络,其是由不同制造商生产的计算机,网络设备和系统组成的,大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。
互联网可以由多个异构网络互联组成。用来连接异构网络的设备是路由器。
2、数据传输格式有多种,如IP数据包格式,ATM数据格式,波分传输通用性帧,SDH帧等。
㈥ 物联网中的异构网络融合包括哪些
异构网络的融合和自治是物联网的最显着特征之一。由于应用需求和网络技术的多样性,在物联网的架构下将是多种网络同时共存的局面,包括用于感知信息在内的个域网、有线和无线形式的局域网、城域网和广域网等。这些性能特征各异的网络是相互补充、相互促进的,如何实现它们之间的无缝融合和自治管理,更加孝兄袜有效灵活地满足用户需求是物联网面临的重要技术挑战之一。
异构网络的融合和自治从技术上讲主要包括海量地址和数据的管理,接入机制的选择和异构资源的自治管理等方面。首先,在物联网中,由于物体数目巨大带来的海量地址空间的分配和管理、物体地址和标示之间的映射、海量数据的传输和存储等成为异构网络首先需要解决的问题。其次,由于各种网络性能特征各异,采用传统的单目标决策理论很难找到真正最优的接入选择方案。因此需要引入多目标决策理论,在有限资源和各用户要求的多个目标之间找到平衡点,达到多目标最优化目的。最后,由于物联网资源的异构性、网络的动态性等特点,资源的自治管理是研究的重点内容。在以自组织为主要形式的信息传感层中,关键是自感知与自配置的核心协议,包括时间同步协议、分布式定位协议、拓扑控制协议、自组织路由协议和能量管理协议等。在接入/网络层中,为支持用户和节点的移动性,除了需要在同一网络内不同小区间的水平切换技术之外,还需要从一种网络到另一种网络的垂直切换技术。由于异构网络在数据速率、频谱、QoS等方面的差异性,垂直切换所需要的精确位置测定和快速切换机制将更加复杂。同时,在异构环境中,基于上下文感知技术,进行分布式频谱(带宽)的自感知动态分配也是资源管理的趋势之一。多无线电协作(MRC)是实现上述资源管理的一项关键技术,它是指在单一节点配备多个独立的无线电系统,各无线电系统可以使用不同的接入技术及不同信道。由于一个节点可以同时与不同的接入系统建立连接,也可以同一时刻与一个接入系统保持多个连接,因而有助于实现快速垂直切换和动态资源分配。
(1)数据融合和信息处理
物联网中的节点具有数目多、体积小、能量有限、数据海量等特点,因此从提高信息准确度和降低能耗角度出发,需要有效的数据融合和信息处理技术。这些技术渗透在物联网的各个层次中。在信息感知层,可以通过移动中继、节点分组轮流工作、选取代表性上报节点、压缩感知等机制达到节能目的,同时又保证了信息的完整性和准确性;在接入/网络层,主要是通过汇聚处理和各种路由控制协议来进巧激行数据重组和融合,减少数据传输量;在应用服务层,则主要是利用分布式数据库技术,对收到的数据进行进一步的筛选,达到数据融合的目的;同时,根据用户和环境数据信息随时空变化的动态特性,对其进行基于多层次融合的上下文感知处理。
(2)服务搜索和发现
和传统的电信网、互联网服务模式相比,物联网服务的不同之处在于尘基强调服务的主动性提供,因此需要更高级、更复杂的服务搜索和发现技术。目前的Web服务搜索和发现技术主要有直接搜索、集中架构式搜索和分布架构式搜索三大类。直接搜索是指使用者向服务提供者直接索要服务描述的副本;集中式架构搜索是指服务提供者在一个中心目录中注册服务、发布服务公告及引用,供使用者检索;分布架构式搜索是指在Web站点上存有对服务提供者提供点处的服务描述的引用,使用者通过指定检查Web站点来获得可用的Web服务。物联网服务的搜索和发现需要在以上技术基础上增加主动性环节,即根据用户需求,自动搜索、发现和组装合适的服务,并在动态变化的异构网络环境中实现服务的可靠传送和主动提供。
(3)安全可靠性保障
物联网中的安全可靠性保障主要体现在网络安全和信息安全两方面。网络安全包括硬件平台、操作系统、应用软件在内的系统安全和系统连续可靠正常运行、网络服务不中断的运行安全。信息安全则是指对信息的精确性、真实性、机密性、完整性、可用性和可控性的保护。和传统的互联网相比,由于节点的微型化和能量能力的受限化,在物联网中需要着重考虑的是算法计算强度和安全强度之间的权衡问题,即如何通过更简单的算法和更低能耗实现尽量强大的安全性。
㈦ 异构网络的异构网络的背景介绍
图1.1中给出了移动通信技术的发展过程,可以看出随着技术的改进,数据传输速率有着显着的提高,为用户提供大数据量的多媒体通信业务提供了坚实基础。到目前为止,移动通信系统已经发展到第四代,下面将简单介绍这四代移动通信的发展历程。
第一代模拟蜂窝系统(1G)开始于上个世纪80年代被用于大规模民用,主要用于提供模拟语音业务,采用的是模拟语音调制技术和频分多址技术(Frequency Division Multiple Access,FDMA),数据传输速率约为2.4kbps。其中代表性的系统有北美的高级移动电话业务(Advanced Mobile Phone Service,AMPS)、英国的全入网通信系统技术(Total Access Communications System,TACS)和北欧的移动电话(Nordic Mobile Telephone,NMT)等等。由于受到传输带宽的限制,不能进行长途漫游,仅是一种区域性的移动通信系统。另外第一代的通信系统的缺点还包括制式太多而且互不兼容、容量有限、保密性差和通信质量不高等。因此促使了第二代数字移动通信系统(2G)的发展。
第二代数字移动通信系统完成了从模拟到数字的转变,从而为用户提供数字语音业务。第二代移动通信技术可以分成两种,第一种是基于时分多址接入(Time Division Multiple Access,TDMA)的全球数字移动通信系统(Global System for Mobile,GSM)和基于码分多址接入(Code Division Multiple Access,CDMA)的IS-95系统(例如CDMA one)。
第三代移动通信系统(3G)是由日益成熟的第二代移动通信系统发展而来,其目的是提供高速数据蜂窝移动通信技术。主要的3G技术标准有四个:欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standard Institute,ETSI)提出的WCDMA(Wideband CDMA)、北美提出的从CDMA one演进而来的CDMA2000、具有中国知识产权的时分同步的码分多址技术(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,TD-SCDMA),和在2007年国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)会议上通过的全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access,WiMAX)。第三代移动通信的最高数据传输速率可以达到2Mbps,因此可以提供相当高速的数据传输业务,例如多媒体、视频和数据等。
长期演进(Long Term Evolution,LTE)项目是3G的演进,采用的主要技术是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)和MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put),能够在20MHz的带宽下提供上行50Mbps和下行100Mbps的峰值速率。LTE又被成为3.9G移动通信技术。LTE-Advanced是LTE的升级版,它被称为4G的标准,它有两种制式,一种是TDD,TD-SCDMA可以演化成TDD制式,并且HSPA+(High Speed Packet Access)直接进入LTE,另一种是FDD制式,WCDMA可以演进成FDD制式。
第四代移动通信系统(4G)除了要提供更高的带宽外,还要保证任何人在任何时间、任何地点以任何方式与任何人进行通信,用户无需考虑网络传输的实现细节。从GSM到第四代,所有的技术不可能一夜间都实现,这些技术将会同时存在为用户提供服务。为了实现第四代移动通信的目标,就需要将这些不同的无线通信系统融合在一起,形成一个异构无线网络(Heterogeneous Wireless Networks,HWNs)通信系统,从而为用户提供无缝切换和服务质量(Quality of Service,QoS)保证。因此下一代移动通信网络将是异构网络,异构网络的融合是下一代网络研究的热点,也是本文研究的主要内容。
宽带无线接入技术(Broadband Wireless Access,BWA)是继1990年便携式无线电话和2000年Wi-Fi(Wireless Fidelity)出现之后的第三次无线革命,宽带无线接入技术是在广域上提供高速无线互联网接入或者计算机网络接入的技术。宽带无线接入技术的数据速率大致相当于一些有线网络,如非对称数字用户环路(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)或者电缆调制解调器,因此它通常是有线接入网络的重要补充。几种重要的宽带无线接入技术包括WLAN(Wireless Local Area Network)、WiMAX技术和WiBro(Wireless Broadband)等。WLAN通过扩频或者OFDM等技术,来连接两个或多个终端设备,并通过接入点来连接到宽带互联网上,大部分的WLAN技术是基于IEEE802.11标准。WLAN的优势包括其费用很低和传输速度快。由于WLAN工作在非授权频段,因此WLAN的发射功率很小,它覆盖范围也只有百米左右,能提供用户在小范围内移动时可以连接到网络上。而WiMAX可以在大范围内提供高速数据业务,传输速率达到30至40兆比特每秒,2011年提高到了1Gbit/s,覆盖的半径最大可以达到50km。另外WiMAX可以支持一些低速移动的用户,而且能够提供多种多样的服务,其资费也较WLAN高。由于BWA具有建网快、运营成本低、维护方便等优势,因此它的发展速度非常迅速,为推动无处不在的互联网接入和加强公共服务奠定重要的基础。 表1.1给出了三种宽带无线接入技术的主要参数,即WLAN、WiMAX和WiBro ;表1.2给出了三种3G技术的主要参数,即UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)、EV-DO(Evolution dataOnly)以及HSDPA(High Speed Dlink Packet Access) 。比较这两张表可以看出BWA与3G技术差别很大,例如BWA支持的数据传输速率几十兆比特每秒,而3G只有几兆比特每秒;从覆盖范围可以看出,3G网络的覆盖范围要大于BWA网络;从移动性还可以看出3G网络支持高速移动的用户。因此可以看出每个网络都有它的优点和缺陷。
表1.1宽带无线接入技术的主要参数 WLAN WiMAX WiBro 峰值速率 802.11a, g=54 Mbps DL:70 Mbps DL:18.4 Mbps 802.11b=11Mbps UL:70 Mbps UL:6.1 Mbps 带宽 20MHz 5-6GHz 9MHz 多址方式 CSMA/CA OFDM/OFDMA OFDMA 双工方式 TDD TDD TDD 移动性 低 低 低 覆盖区域 小 中等 大 协议标准 IEEE802.11x 802.16 TTA&802.16e 目标市场 家庭/企业 家庭/企业 家庭/企业 表1.2 3G技术的主要参数 UMTS EV-DO HSDPA 峰值速率 DL:2 Mbps DL:3.1 Mbps DL:14 Mbps UL:2 Mbps UL:1.2 Mbps UL:2 Mbps 带宽 5MHz 1.25GHz 5MHz 多址方式 CDMA CDMA CDMA 双工方式 FDD FDD FDD 移动性 高 高 高 覆盖区域 大 大 大 协议标准 3GPP 3GPP 3GPP 目标市场 公共 公共 公共 下一代无线网络是异构无线网络融合的重要原因是:基于异构网络融合,可以根据用户的特点(例如车载用户)、业务特点(例如实时性要求高)和网络的特点,来为用户选择合适的网络,提供更好的QoS。一般来说,广域网覆盖范围大,但是数据传输速率低,而局域网正好相反。因此在实际应用中,多模终端可以根据自身的业务特点和移动性,来选择合适的网络接入。与以往的同构网络不同,在异构网络环境下,用户可以选择服务代价小,同时又能满足自身需求的网络进行接入。这是由于这些异构网络之间具有互补的特点,才使异构网路的融合显得非常重要。因此一些组织提出了不同的网络融合标准,这些组织有3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)、MIH(The IEEE 802.21 Media Independent Handover working group)和ETSI(The European Telecommunications Standards Institute)。
无线资源管理(Radio Resource Management,RRM)是异构网络中的一个重要研究课题,RRM的目标是高效利用受限的无线频谱、传输功率以及无线网络的基础设施。RRM技术包括呼叫接入控制(Call Admission Control,CAC)、水平或者垂直切换、负载均衡、信道分配和功率控制等。3GPP提出一种协同无线资源管理技术(Common Radio Resource Management,CRRM),它是通过利用CRRM服务器对不同接入网络信息进行监测,合理的调度异构网络中的无线资源。除了协同无线资源管理算法外,还有联合无线资源管理算法(Joint Radio Resource Management,JRRM)。这些技术实际上都是为异构网络提供统一的管理平台,以达到合理利用无线资源的目的。
网络选择算法是无线资源管理中一个研究热点,网络选择算法通常可以分为呼叫接入网络选择算法和垂直网络切换选择算法。同构网络的接入和切换主要考虑接收信号的强度,而在异构网络中需要考虑不同接入网络之间的差异,因此需要考虑的因素很多,接收信号的强度只是其中的一个影响因素,其他因素如数据传输速率、价格、覆盖范围、实时性和用户的移动性等。这些都是从用户角度考虑的,如果从网络端考虑,就会涉及到提高系统的吞吐量,降低阻塞率以及均衡负载。因此网络选择对于异构网络的融合起到了至关重要的影响。本文接下来部分将主要讨论异构网络系统模型、无线资源管理、网络性能优化以及网络选择算法。