数据通信的优点范文第1篇

【关键词】综合通信网络 设计 性能优化 数据

随着信息化社会的到来，各种通信技术和网络技术被不断研发出来，现代化的通信技术改变了我们的办公模式和生活方式。通信网络应用已经遍布我们生活的方方面面，在工业生产中的应用、在工作办公中的应用，甚至在我们日常生活中，网络通信成功实现数据的传输和信息的交流。综合通信网络的发展主要开始于有线通信网络，通过布线联系实现信息交流，由于有线通信网络发展最早，所以有线网络技术已经很成熟，应用范围也很广。随后，无线通信网络的出现克服了有线通信网络的某些局限性，可以在移动过程中完成信息交流，基于无线通信网络的便利、准确、灵活的优点，近几年，无线通信网络技术已经成为通信领域的重要方法。综合通信网络集合多种通信方法和技术，在通讯过程中也存在一些问题，需要对综合通信网络的性能进行优化。

一、综合通信网络设计

（一）综合通信网络中的有线通信设计

有线通信网络是最早的通信网络，我们身边的电视、电话以及曾经应用广泛的电报都是有线通信网络的相关产品。有线通信网络主要通过布线完成通信通道，线路铺设简单方便，但是，有线通信网络技术数据的传输量小，并且实时性强，易受干扰，信息传输的可靠性不高。

为改善有线通信网络的传输可靠性和数据传输量，设计高效的有线通信网络需要采用光纤通信，光纤通信是以光纤为传输介质，以光子为载波完成数据传输，光纤通信已经广泛应用于有线通信网络中，传输速度大大提高。有线通信网络的下一步发展应是光纤通信和卫星通信技术的结合，集合光纤通信和卫星通信的优点，光纤质量轻便于运输和建设，并且适应性好寿命长，抗干扰性好；卫星通信覆盖的范围广，不易受到自然灾害的干扰，光纤通信和卫星通信的结合必为有线通信网络的发展打开另一片广阔的空间。

（二）综合通信网络中的无线通信网络设计

无线通信网络技术现在在我们的生活工作中应用最广泛，无线通信网络技术主要是通过无线电波实现各种数据和信息的传输。无线通信网络的技术较成熟，对无线通信网络的设计还应注意一下几个方面：无线通信网络中对客户端的动态平衡的设计，无线通信网络中会有多个无线发射点，不同无线信号发射点的强度不同，如何更合理的分布无线信号发射点，根据发射点的强度使用户选择最高效的信号发射点进行连接，这就需要网络设计师考虑无线通信网络客户端的动态平衡；无线通信网络设计的另一方面就是对无线信号发射点的科学管理，当有多个信号发射点时保证发射点之间互不干扰，当某个发射点突然断开，应在最短的时间内回复信号，尽量避免损失。

二、综合通信网络性能优化

（一）综合通信网络的结构优化

综合通信网络应用广泛导致了网络结构复杂，信号众多、信号重复覆盖、信号受干扰等，需要对通信网络的结构进行优化。如果是因为通信网络的结构混乱导致某地区的通信信号混乱，则通过变频的方法已经不能完全解决问题。通信网络结构决定了网络平均信噪水平，对通信网络结构优化，首先根据网络信号的质量，计算网络结构指数，根据指数的大小，判断是基于频率的优化还是基于结构的优化，然后根据网络信号的覆盖程度，判断是要控制覆盖，减少信号覆盖率，还是应该降低信号载波的配置。控制信号覆盖主要可以通过改变天线的高度、角度实现，也可以修改信号的发射功率。降低信号的载波配置，可以根据通信网络站点之间的距离进行调整。

（二）综合通信网络中的数据压缩优化

通信网络实现信息的传输主要是对数据的传输，优化综合通信网络的一个重要方法就是进行数据压缩，数据压缩主要是根据数据信息计算数据压缩比，通过计算机编码实现。数据压缩技术可以减少网络信息的传输量，减少对通信线路的占用，提高传输效率，而且方便经济快捷。

数据压缩技术的研发促进了通信的传输效率，本文主要介绍一种高性能数据压缩技术，高性能数据压缩技术主要是在数据压缩算法上的创新，高性能数据压缩算法之所以能提高传输效率，是因为该算法用简单的字符来代替复杂的字符，并且具有自适应的特点，可以根据数据信号的特点自适应形成内部的字典，当有数据输入的时候，自动与内部字典中的字符匹配。高性能数据压缩算法对于数据格式没要求，适应范围广，而且简单高效，通过编码较易实现。

（三）综合通信网络中的数据传输过程优化

平时在我们使用计算机等通信设备时，通常会遇到网络连接超时或者服务器连接错误等的信息提示，并指导你重试或重新检查网络，这些通信网络故障都是因为通信网络的数据传输过程出了问题导致的，因此，需要对综合通信网络的数据传输过程进行优化，从而提高网络通信的使用效益。对数据传输过程优化，需要在浏览设备和服务器之间创建一个模块，通过该模块实现服务器和浏览设备之间的数据传输，该模块主要是整理通信的信息量，进行局部的页面刷新，提高网络的反应速度。当用户发出操作指令时，中间模块可以接受指令先同用户进行交流，减少用户的等待时间。该技术主要是减少信息传输量，不重复发送请求，减轻网络负担，从而节约时间提高传输效率，比较常用的如Ajax技术。

现代通信技术日新月异，我们身边的手机、计算机等通信设备不断更新换代，通信技术与计算机结合，使我们的信息交流朝着智能化的方向发展，无线通信网络的使用，使我们的生活、办公朝着个性化、人性化的方向发展。综合通信网络融合多种通信设备和通信技术，通信技术的发展和推广，极大的改变了当今社会和人类的生活方式，使人们在工作的同时体验通信网络技术带来的方便快捷，其发展迅速，在未来仍然具有巨大的发展空间。对于如何实现更大量的数据传输、更安全更高效的实现信息交流，大家都对未来的综合通信网络技术充满期待。

参考文献：

[1]梁凯鹏.面向服务的网络管理运控系统设计与实现[J].无线电工程，2011，41（2）：7-9.

[2]辛耀中，王永福，任雁铭.中IEC61850研发及互操作试验情况综述[J].电力系统自动化.2007（ 12）.

数据通信的优点范文第2篇

关键词：计算机；数据通信；并行程序；执行模型；优化设计

并行计算模型是当今计算机领域、信息领域的研究重点，尤其是在近些年来，伴随高性能计算机技术的出现和发展，并行计算软件、硬件结构也变得更加复杂。这些发展规律给并行程序的执行系统提出了新的要求，让整个执行元件和执行数据的运行变得更加复杂，面对这种背景，如何更好的保证执行元件的运行稳定性、持续性已成为当今研究重点。下面我们就结合并行程序计算时间设计等方面内容提出了相关重点。

1 并行程序的计算时间设计

计算时间的设计是整个并行计算程序的核心内容，在计算机数据通信领域也有着不可忽视的作用。究其原因，主要是计算机数据通信并行程序在运行的时候，不同处理器在运行中需要的程序都是一致的，同步的，因此为了更好的保证通信实时性，必须要在设计中采取正确、科学的计算时间。通常而言，在并行程序计算时间的设定上，是将同步时间、通信时间以及操作时间组合在一起的，但事实并非如此，在具体设计中应当将重点放在操作时间和聚合操作时间两个方面。

同步时间是不同计算机进程间的同步计算时间，在实现点对点的通信过程中，n个节点要实现同步要经过logn步通信，在第k步通信中，进程i发送给消息给进程（i+2k）%n，并接收从进程（i-2k+n）%n发来的消息。其同步操作的性能是由点对点通信的性能和所使用的算法以及通信拓扑结构共同决定的。而聚合时间也是指点对点通信的实现时间。这些聚合操作的性能也是由点对点通信的性能和其算法所使用的通信拓扑结构来决定的。因而可以说，同步时间和聚合操作时间都可以认为是点对点通信时间，因此在并行程序的执行模型设计中，应当重点优化点对点通信时间的设计。

2 并行计算程序的数据通信过程

近年来，传统的单处理器因为能耗、物理定律以及容量等方面的因素而逐渐被淘汰出计算机、通信市场。与此同时，以计算机数学、计算化学、计算机物力为核心的新技术学科方兴未艾，给计算机运行速度的提升提出了新的要求的同时，也给并行程序执行元件设计给出了指导。在并行程序的执行模块设计中，我们可以将数据通信过程中的所有环节分为三个阶段，即数据准备阶段、通信准备阶段和数据传输阶段。其各自的设计内容分别如下所示：

2.1 数据准备阶段

数据准备阶段的工作包含了执行数据的整理和筛选、数据的压缩、数据接收与发送等不同的环节。在具体的设计中，要根据数据收集、筛选、整理要求进行处理，将那些冗余的数据直接清除掉，然后再利用数据出按顺序来实现设计优化目标，让整个数据的设计变得更加持续、一致。而且为了保证数据的传输效率，在压缩环节需要对压缩速度、强度进行全面处理，以达到提高通信效率和工作质量的目的。发送空间或接收空间的申请环节中，可以通过减少系统内存申请函数的调用频率来实现数据通信的优化。而数据内存间的拷贝环节中，则可以通过尽量减少拷贝次数来避免出现重复作业，从而提高数据通信系统的运行速度。

2.2 通信准备阶段

通信准备过程包含了套接字的初始化以及设置过程，通信信道以及通信拓扑的建立过程，通信信道以及通信拓扑的管理等。

程序在进行通信之前需要对通信信道进行初始化，这在不同的网络设备/网络协议下其过程和操作也不一样，例如在以太网TCP/IP环境下，就需要首先建立套接字，并设置套接字的各种属性（发送/接收的buffe：大小，是否禁用Nagle算法以及是否非阻塞模式等）。另外上文已经提到，MPI程序中经过TCP三路握手之后并不代表这个信道已经建立好了，因为在MPI程序中是使用进程编号值而不是IP地址或主机名来标示每个进程，因此监听在端口上的接收方只知道对方的IP地址或主机名，并不知道对方的进程编号，因此通信发起的一方还需要再发送其进程编号给接收方。

此外，通信信道的管理也是相当重要的一个方面，因为程序在运行时，其通信拓扑会随着其通信操作的不同而变化，因此每个进程都有可能会与其它任意结点进行直接通信，在大规模并行系统上每个结点潜在的通信对象就会高达数万甚至数十万，因此如何高效的管理这些结点也是并行计算的研究内容之一。

2.3 数据传输阶段

数据传输过程的性能牵涉到系统的I/O多路复用的效率，readv/writev函数的效率，网卡驱动/内核的效率，网络协议，路由协议以及网络设备硬件等性能。因为牵涉到许多软件、硬件以及软硬件之间的交互，因此整个数据传输过程是极其复杂和难以预测的。

I/O多路复用的效率严重影响着整个传输的效率，在同时管理多个网络连接的时候，I/0多路复用很大程度上决定着网络连接的延迟，MPICH2实现中的连接状态机能高效运行的前提便是其poll函数能快速的响应各套接字的状态变化。在不同的平台上，系统的I/O多路复用函数也不一样，当然其效率也各有差别，选择一个高效的I/0多路复用函数也是MPI实现的前提保障，例如OpenMPI中，使用了epoll而不是poll来提高管理大量套接字的响应时间，是考虑了在结点数目巨大，每个结点需要管理很多套接字时，epoll的效率要远远高于poll的效率。

另外，ready/writev函数的效率以及内核的效率也毋庸置疑的影响着传输的效率。进程在内核态与用户态之间过度的交替必然导致传输效率的低下，网卡的驱动程序也是影响着整个传输的重要因素。需要一些策略来进行拼包处理，否则必然导致整个机器性能的下降。这些策略以及实现都是由网卡驱动和系统内核来实现的，这也是影响数据传输性能的重要原因。

结束语

总之，计算机并行程序的数据通信系统本身就是一个具有较高复杂性的系统，在其数据通信的优化过程中，首先需要注重对其并行时间的合理设计和计算，以保证点与点之间的通信效率。另外还要分别从数据准备阶段、通信准备阶段和数据传输阶段等整个数据通信的全过程中的每个环节出发，积极找出提高数据通信效率和可靠性的优化方法，以此来综合提升数据通信优化的并行程序执行效果。当然，面向数据通信的并行程序执行模型设计优化过程中还有很多问题需要解决，本文只是简单研究了其中的一部分问题，还有很多实质性问题需要在具体案例中进行针对性分析，因此数据通信的优化问题还需要我们继续研究和探索。

参考文献

[1]吕海.多核处理器芯片计算平台中并行程序性能优化的研究[D].北京：北京工业大学，2012.

数据通信的优点范文第3篇

关键词：移动通信；云计算；网络优化

中图分类号：TP391 文献标识码：A

2008年以来，随着运营商重组完成和3G、4G牌照的发放，我国移动通信网络优化覆盖市场出现了爆发性增长。随着业务竞争加剧，各个运营商越来越注重服务水平的提高，当然随着规模扩大通信系统也已经进入维护服务周期，网络优化也逐渐成为一个迫在眉睫的重要任务。运营商为保证网络质量，以及稳定的营收，如何利用有限资源简化管理从而追求顾客满意度最大化，如何采取低能耗、精细化的运营模式管理运营网站？在刚刚落幕的巴塞罗那2015年世界移动通信大会上，一些公司推出的传输/协议测试仪表、网络流量监测设备、移动运营商服务保障和业务可视化系统等产品，为客户提供一系列运营维护、网络监测及业务保障支持解决方案，帮助客户从市场竞争中迅速脱颖而出。

网络优化是对网络软硬件进行的高级维护工作，结合新技术对网络运行的参数进行优化、合理配置资源，让网络达到最好的运营效果，同时保证能够在技术层面上保证运营商的服务承诺，实现业务的快速增长和稳定提高。

一、网络优化的范围

1 扩充容量，扩大覆盖范围

移动通信用户需要的是无处不在的优质通话，而实际上在我国郊区呼损往往采用5%，而国外一般是2%，另外提高通话质量就要保证网络有足够大的容量，容量与用户的业务量有着紧密的联系，制约着业务量的增长速度。控制覆盖是优化中最为重要的，覆盖不理想会造成不良影响，实现对覆盖范围的控制尽可能大的覆盖范围，硬件方面调整天线仰角，选址合理，硬件配置均衡，软件方面通过功率控制和参数优化实现最大的覆盖面。

2 优化网络服务

在多网络协同工作的今天，多种设备级的指标无法满足日常工作的需求，如何通过单一平台实现对2G/3G/4G跨网络多域的分析，提高客户满意度，已成为当下运营商面临的重大挑战。移动通信的网络传播在覆盖区内不可能是100%覆盖所以我们一般是希望信号死角越少越好，另外还要控制信号干扰，控制干扰电平，因此要精心设计，合理规划配置，让服务更加人性化，更加全面。

二、优化网络流程

网络优化过程并不是一蹴而就，是一个反复过程，在这个过程中要完成采集数据、分析数据、优化实施方案、调整方案这样几个过程，整个过程是循环渐进，逐步完善提高的。

1 数据采集

移动网络位置服务基地根据现实需求和自身特点，利用智能移动通讯终端信令信息进行相关状态数据采集和处理，最后分析推算动态状况，帮助用户优化工作方案，提供可参考的有力依据。移动位置服务基地利用手机用户在通话、短信等过程中实时产生的海量手机信令数据，将其与地图数据、基站数据结合不需要任何CP、不受牵制，理论上只要有移动通信网络的地方就可以实现短时间实时数据采集。

网络优化应该充分考虑网络运行状态，实现数据的采集，数据采集就是要通过网络现行运行状态发现存在问题，数据采集是网络优化的重要的环节，可以通过如终端类型、业务使用、小区位置、用户位置、通话信息等等信息中包含的各种参数值。当前我们的数据采集包括以下四种方式：DT数据采集法、CQT数据采集法、OMC数据采集法、用户申告数据采集法；DT数据采集法是结合地理信息和车载测试来提供可靠数据的；CQT采集是语音质量集中采集；OMC操作管理通过基站操作管理中心获得数据；通过用户投诉反馈等调查网络质量的方式就是用户申告数据采集法，这种方式能够较及时掌握网络服务质量方面的问题，这种方式也是我们对网络服务状况进行反馈的重要途径。

2 数据分析

采集到的大数据具有数据量巨大、数据种类多的特点，另外数据大价值密度相对较低，大数据具备规模性、高速性、多样性、价值性四大特征。这些大数据通过IP骨干网传输到数据接收中心，最后进行存储分析。这几年云计算技术快速发展，数据中心将向着小型化、高可靠性、高扩展性且节能等方向发展。开发者对于云计算的虚拟资源池和并发计算能力越来越重视。2011年之后中国联通推出“天翼云”，这大大缓解了数据中心资源的存储压力。

数据分析是为了发现价值，核心是分析大数据的最关键环节，对于非结构化的大数据进行有针对性的分析。利用运营网络平台的优势发展大数据的应用，可以提高运营商在企业和个人用户中的可信度和影响力。大数据分析一方面帮助运营商了解网络现状，另外可以优化资源，提升网络资源质量和改善用户感知；最后就是实施网络建设规划、网络优化性能预测，确保网络覆盖和资源利用最大化。

3 优化方案的实施与测试

对移动通信网络中存在的故障现象分析之后，我们可以采用不同的优化方案，对网络进行优化调整，主要包括覆盖优化、干扰信号分析、话务量优化、硬件系统优化、网络结构优化等。优化方案实施之后，需要重新进行网络测试，重点对无线网络中的覆盖、掉话、接人、切换、寻呼、干扰、容量、数据业务进行测试。

结语

当下第四代移动通信系统标准已经实施，随着其产业化的发展，无线网络优化不断丰富。无线网络优化应该以网络业务质量为重点，基于最新的移动通信技术， 提供一个全面的网络优化、运营维护的全面解决方案，实现优化业务的全面整合。在网络优化工作的生命周期中，难度最大的是数据分析，采集阶段、实施阶段和评估阶段的工作量是最大的。移动通信运营商利用自身海量的数据资源优势，以大数据为基础探索网络优化方案，可以推动产业升级，成为提升核心竞争力的重要手段。

参考文献

[1]李筱林.移动通信技术的应用领域分析[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2014（01）.

[2]贾海林.无线通信网络服务技术的优化[J].黑龙江科学，2013（10）.

数据通信的优点范文第4篇

【关键词】大数据分析 移动通信 网络优化 应用研究

为了使移动通信技术满足时展的需要，4G通信技术的发展，给人们带来了更好了通信体验，同时也对移动通信网络优化服务提出了更大的挑战，数字化和网络的快速发展，促进了大数据分析能力的提升，但如何发挥发数据分析技术在移动网络化中的作用是目前最需要解决的问题。

1 移动通信网络优化现状

现阶段，我国移动通信技术取得了一定的成就，但在移动通信网络优化方面还存在很多问题，目前，提高移动通信网络优化的方法有两种，一种是人工优化，即提高网络技术人员的技术水平，另一种是对通信软件进行优化升级，主要的软件工具是设备厂商OMC系统工具、第三方工具和软件、频率优化软件等。第一种是通过收集数据信息，来分析通信网络信号和命令的分析软件，第二种是移动供应商的系统软件，使通信网络的稳定性和性能得到保证，第三种是调整无线网络的频率、参数、邻区等，因为第三方软件和OMC软件存在不兼容的情况，给移动通信网络的优化工作带来了很大的麻烦。

2 大数据分析技术对移动通信网络优化的影响

大数据分析技术移动通信网络优化的影响是有利有弊的，一方面大数据分析技术可以有效解决数据量的问题，对数据进行很好的归类和分析，而另一方面，加大了故障分析的难度。移动通信网络优化就是对用户通话状态的收集和分析，达到排除故障、提升用户使用感知的目的。

大数据时代的到来，使人们可以更加自由的使用网络，这对移动通信网络的技术、承载力有着更高的要求，移动通信技术经历了从2G到4G的发展历程，目前正在进行5G通信技术的研究，移动用户在使用通信业务时，天气、地区等因素都会对通信质量造成影响，因此，在通信的稳定性和抗干扰能力上需要技术的革新，合理使用大数据分析技术，可以有效发挥对移动通信网络的优化作用。

3 大数据分析在移动通信网络优化中的应用

3.1 移动通信用户管理优化

移动通信用户的数量在不断变化，对用户的数据也要不断的更新，在处理与保存方面都存在很大的困难，大数据分析技术的应用可以根据各个移动用户的传输状态实时记录，方便了对移动通信用户的管理，以及对通信网络稳定性的调查和分析。

3.2 移动通信用户计费管理优化

随着移动通信用户使用量的增加，出现了消费套餐类型以及消费信息等巨量数据，传统通信网络优化手段不能及时的进行分类处理，工作效率比较低，而大数据技术的应用，可以快速的对数据进行分析、归类，使移动通信管理人员可以很好的掌握通信用户的使用规律，从而对数据信息进行归纳、分析，发掘信息的潜在价值，发现潜在商机，更好的开拓通信市场。

3.3 移动通信用户行为管理优化

用户对网络的使用具有很强的不确定性，包括对应用软件的使用频率，业务使用类型以及上网喜好等很难把握，这会使移动通信商在对软件设计时的定位方向出现偏差，花费巨资开发的软件没有人使用，这种结果会使移动通信商受到严重的经济损失，但如果通过对用户的上网流量信令、数据等进行挖掘和整合分析，可以发现其中共性和特点，方便以后软件的开发和业务的开展。

3.4 自动网络参数调整

当移动通信网络数据优化系统有了辅助决策功能后，这样的分析结果是很准确的，也经过了多次实验的考验，在这种条件下还可以对优化工具做进一步改善，我们将可进一步优化的软件作用于OMC系统上，通过OMC可以直接调整网络系统参数，方便了用户的同时也为用户提供了稳定的通信质量。

3.5 网络问题智能分析

通过采集关键节点信令并核查MR报告、告警日志、参数配置文件等数据，对异常Cause进行统计分析查找问题原因。针对不同原因制定具体的自优化方案。从故障告警、参数设置、用户终端、核心网等多个维度输出优化方案。

4 大数据分析在移动通信网络优化中的问题及对策

4.1 数据爆炸

随着大数据时代的到来，移动通信数据也将面临着数据爆炸这个问题，移动通信用户在增加、通信业务在增加以及数据量都在快速增加，在数据处理方面存在很大的问题。

对此，需要移动供应商有良好的技术人员管理体制，对数据及时进行归纳、分析，同时要引进先进的技术和理念，完成数据分析工作。

4.2 资金短缺

随着数据量的不断增加，对移动通信网络的质量存在很大的挑战，对此，移动供应商需要不断建设基站、更新设备等，建设周期长、资金量需求大等问题使供应商投入的资金不满足发展的需要。

对此，需要移动运营商基于大数据分析，对网络结构、各个节点业务瓶颈等进行分析，并实施优化调整，保证投资的效益最大化。

4.3 安全问题

数据量的不断提高，使数据的存储成了问题，一旦系统出现漏洞，对数据的安全性造成了严重的威胁，导致很多工作无法正常运行，加大了移动通信公司的损失程度。

要求维修技术人员定期对数据系统进行维护处理，保证系统的安全性和数据分析技术的正常运作。

5 结束语

目前，大数据分析技术已广泛应用在移动通信的各个工作当中，移动通信网络也依赖于大数据技术的发展，为移动通信公司提供了专业的数据分析技术，同时也保证了通信质量的提高。

参考文献

[1]党永亮.大数据分析在移动通信网络优化中的应用研究[D].华中师范大学，2015.

[2]甄仲强.大数据分析在移动通信网络优化中的应用[J].工程建设与设计，2017（01）：173-174+177.

数据通信的优点范文第5篇

关键词:无线传感器网络;异构网络;垂直切换算法;无缝移动通信

中图分类号:TP393文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)04-114-03

Adaptive Vertical Handoff Algorithm Based on Heterogeneous Network

DENG Zhongliang,WANG Hui,ZHU Yujia

(Electronic Enqineering College,Beijing University of Posts and Telecommunication,Beijing,100876,China)

Abstract:An adaptive vertical handoff algorithm between Wireless Sensor Network(WSN) and Wireless Local Area Network(WLAN)is proposed.The algorithm proposes the idea of network priority,and develops a suitable WSN-WLAN handoff decision strategy according to the characteristics of WSN and special application of indoor emergency communications.Experiments show that the algorithm can improve the degree of environment adaptation and achieve vertical handoff between WSN and WLAN appropriately.

Keywords:wireless sensor network;heterogeneous network;vertical handoff algorithm;seamless mobile comnunication

0 引 言

随着我国大型建筑设施的日益增多,人们对大型公共建筑内部应急安全管理的重视也逐渐加大。无线传感器网络(WSN)凭借其成本低,能耗小,组网灵活,系统抗毁性强,对环境依赖程度低等多方面优势,在搜寻与营救、人员与设备定位、现场环境监控、险情获取等方面具有广泛的应用前景,目前已经逐渐成为监控预警和应急指挥系统的重要组成部分。然而基于热点(Hotspot)接入的无线局域网(WLAN)以其高带宽、大容量等优势,业已广泛存在于楼宇建筑之中。在需要传输诸如视频信息、连续语音信息时,WLAN具有WSN无法比拟的优势,但其覆盖无法像WSN一样广泛,边缘区域信号的衰减对通信的影响比WSN更加严重。同时一个无线局域网接入点(AP)的失效就可能导致一定区域内WLAN的瘫痪,因此在应急通信中可能出现部分区域无法使用WLAN的严重问题。网络之间的互联互通已成为一种有效利用资源的通信方式和必然趋势,这就形成了移动通信的异构网络。

垂直切换是异构无线网络相互融合的关键。目前的垂直切换算法主要针对WLAN与蜂窝网络,如WLAN与GPRS,WLAN与CDMA[1-3]等。由于无线传感器网络在信号覆盖范围与强度、工作方式、性能以及受外界干扰的影响程度等方面都与传统的蜂窝网络有较大的不同,因此难以直接采用目前的切换算法。设计适合无线传感器网络与无线局域网的切换算法对未来应急救援具有很大意义。基于此,这里提出一种自适应判断的垂直切换算法,该算法采用基于代价函数对接入网络进行评估的思想,根据无线传感器网络的特点,选择接入优先级、信号质量等参数,以决定切换是否执行,实现对移动节点自适应的切换判决。

1 自适应垂直切换算法

1.1 代价函数模型

不同的通信应用对于支持网络都会提出相应的QoS要求,WSN与WLAN能提供的QoS存在较大差异。代价函数正是根据节点上运行的切换算法及其应用程序对可选接入网络进行综合评估,从中选择代价值最小的网络作为切换的目标网络。代价函数的表达式定义如下:

Cj=(1/Fj)∑WiVji(1)

式中:Vji为第j个网络中的第i个参数值;Wi为该参数在整个代价函数中的权值;Fj为第j个网络的优先级。由于不同网络参数值的计量单位各异,不能直接作求和运算,需要进行归一化[4]。

结合计算规范化参数相对应的权值,代入式(1)计算出网络的代价函数值,代价函数最小的网络是最优的切换目标网络。

1.2 网络参数

由于无线传感器网络低功耗、低速率的特点,其节点数据采集能力与传输能力都有限制,因此选择合适的网络参数作为计算代价函数的依据十分重要。合适的网络参数不仅应能节省无线传感器网络的能耗,延长网络的整体使用时间,也应能充分反映网络的状况,为切换判决提供必要的支持。

在室内应急通信的应用场景下,无线局域网主要实现一定热点区域内的高速率、高带宽的无线网络接入,当断电或线路损坏等特殊因素出现时,可能造成某个AP的覆盖区域无法接入WLAN,抗毁性较弱。由于无线传感器网的分布广泛,基本上可以实现全区域性的覆盖,即使断电,个别节点损坏,对整个网络通信也不会产生特别严重的影响,抗毁性较强,但只能提供低速率、小数据量的无线通信服务。基于以上分析,选取以下参数作为判断无线局域网与无线传感器网相互切换时网络选择的依据。

(1) 接收信号质量。

在WLAN与WSN中,接收信号强度都是用于检测通信质量的参数,选择其表述信号的质量具有一定的通用性和可行性。考虑到传感器网络的信号采集特点与运算能力,该算法对信号质量的评价主要依据当前时刻的采集信号强度ESi。

(2) 通信时延。

当移动节点所处位置不存在WLAN的有效覆盖时,或尽管有WLAN的无线覆盖,但该局域网的AP无法与有线主干网络相连时,其通信时延会大幅增加。此外,紧急原因(如断电或部分节点失效)也会造成无线局域网或无线传感器网的通信时延增加。通信延时参数可保证应急通信数据的及时传递。

(3) 数据吞吐率。

是判定传输速率的重要依据。当需要传输视频等大量数据时,该参数的权值应相应提高。

(4) 网络选取优先级。

除了上面的三个一般性参数以外,该算法根据具体应用场景的不同,为无线局域网与无线传感器网在不同条件下的垂直切换设置了网络选取优先级这一特殊参数。例如,当应急救援需要了解现场实况或与一线救援人员联络时,要求网络提供高传输速率、高通信带宽、低时延的服务(如视频传输、实时话音通信),此时WLAN将获得高于WSN的优先级;当要求提供全区域覆盖、可靠传输的服务(如重要提示信息的广播、求救与救援信息的传输)时,WSN优先级则会获得较高的优先级。优先级的变化情况如图1所示。

图1 异构网络的优先级

根据应急通信的不同等级需求,获得对应的网络选取优先级参数,既可以提高通信网络对实际需要的适应度,又避免增加过于复杂的运算,适合传感器网络的特点,使选择的接入网络更加符合实际的应用需求,提高了切换的灵活性。

1.3 切换稳定周期

为解决垂直切换中存在的乒乓效应问题,采用设定一个稳定周期来延迟移动节点执行切换的时间。稳定周期可通过如下公式计算[5]:

TS=lhandoff+lhandoff/(eCbetter-Ccurrent-1)(2)

式中:lhandoff为当前最优可接入网络的链路时延;Cbetter为最优可接入网络的代价函数值;Ccurrent为当前网络的代价函数值。

1.4 切换判决策略

切换判决用来根据网络代价函数、稳定周期等因素判断是否对接入网络进行切换。在室内环境下,出于全方位监控的考虑(无线传感器网络作为整个应急安防监控系统的基础,其对监控区域实现完全覆盖是可能的),无线传感器被大面积布设,构成的无线传感器网络基本可以实现对一定区域范围的全覆盖,并且无线传感器网络的信号始终存在。无线局域网在室内半开放空间的覆盖范围约为35~50 m,可以认为WLAN热点的有效通信范围全部处于无线传感器网络的覆盖之下,应用场景如图2所示。

基于以上前提,当移动节点经过计算代价函数发现最优切换网络时,切换判决模块首先保存当前的代价函数值,并根据式(2)计算稳定周期TS;然后启动模块内部的计时器,在稳定周期结束时,节点主动计算当前时刻最优切换网络的代价函数值,并与最开始的代价函数值进行比较,如果出现偏差值超过Cr(预先设定),则认为目标网络稳定性较差,不执行切换,否则进行网络切换。图3为垂直切换算法的流程图。

实验选择在均匀覆盖有WLAN的室内区域进行,实验前在试验现场布设20个传感器节点,每两跳节点相距约10 m,评价场景模拟如图4所示。

图2 切换应用场景

图3 自适应垂直切换算法流程图

2 实验分析

图4 评价场景模拟图

移动节点在场景中以1.5 m/s的速度往返移动(人正常行走的速度),不断进入与离开无线局域网的有效覆盖区域。仿真中以通信信号质量、通信时延、优先级作为垂直切换的参考指标, 设置WSN传感器个数为12个,节点单跳时延参数为0.1,信号强度参数为0.08,吞吐率参数为0.1;设置WLAN的一个AP,覆盖范围50 m,通信时延参数为0.3,信号强度参数为0.04×50/(50-d)(其中d为移动节点与AP的距离),吞吐率参数为0.002;设置信号强度权值为0.5,通信时延权值为0.5,吞吐率权值为0.2;另外两种优先级都设置为1,算法选择代价函数最小的网络作为目标,则采用本文提出的切换算法进行仿真,结果如表1~表3所示。

表1 在A点获得的代价函数

候选网络位置跳数代价函数

WLAN与AP相距20 m1跳0.183 4

WSN到汇聚节点3跳(30 m)3跳0.21

表2 在B点获得的代价函数

候选网络位置跳数代价函数

WLAN与AP相距45 m1跳0.350 4

WSN到汇聚节点3跳(30 m)3跳0.21

表3 在C点获得的代价函数

候选网络位置跳数代价函数

WLAN与AP相距100 m1跳0.654

WSN到汇聚节点2跳(20 m)2跳0.16

由表1~表3可以看出,本算法在A点选择WLAN,在B,C点选择WSN,由此可以根据当前网络性能较为有效地实现在WSN与WLAN间的切换。当引入优先级这一参数时,比较A点的变化仿真如表4所示。

表4 改变WLAN优先级后在A点获得的代价函数

候选网络位置跳数优先级代价函数

WLAN与AP相距20 m1跳0.50.366 8

WSN到汇聚节点3跳(30 m)3跳10.21

此时,由于WLAN优先级的降低,算法选择了WSN作为目标网络。由此可以看出,通过优先级的调整,可以有效改变对网络选择的判断,实现依据具体需要选择目标网络的目的。

3 结 语

针对室内异构网络环境下应急通信的现实需求,结合目前广泛存在的两种室内无线通信方式,提出基于WSN与WLAN的自适应垂直切换算法。实验表明,该算法可以比较有效地满足室内环境下应急救援时无线通信QoS的要求,增强异构无线通信网络对环境变化的适应性。下一步工作则需要通过与其他垂直切换算法进行比较,以进一步对算法进行改善,缩短其判决的时间,并进一步提高判决的准确性。

参考文献

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