摘要：在无线通信技术日益蓬勃的今天,出现了无线局域网(WLAN)、WIMAX、Ad hoc、无线传感网(WSN)、3G和4G等许多新型的网络。它们采用不同的组网技术,每种网络都具有各自的特点和使用范围,单一的哪一种网络都不能独立承担所有业务的发展需要。未来,异构网络的融合是必然的,每一种网络的发展互补共存,融合各种网络优势,才能为大家提供更优质更全面的服务。 WLAN是一种无线局域网技术,局域热点覆盖,所能提供的传输速率是54Mbps,它主要提供语音业务；WIMAX是带宽无线接入技术,覆盖范围更广,数据传输速率高于3G网络,但它主要受到移动性的限制,它主要提供终端在中低速移动中的高速率数据业务；3G网络是连续覆盖,支持终端的高速移动,并能实现无缝漫游,所以它能提供终端在高速移动中的数据与语音业务,此时是中低速速率。
关键词：应急通信; 自动切换; 原理
0 前言
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:
(1)
式中为第Vji□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。
结合计算规范化参数相对应的权值, 代入式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践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W SN中，接收信号弧度都是用于检，Al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葬能力，该葬法对信号质量的评价主要依据当前时刻的采集信号强度Es, 。
(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(伽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色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。当需要传输祝频等大量数据时，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，该葬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、高通信带宽抵时延的服务(如视倾传输、实时话音通信)，此时，JLAN将获得高于WSN的优先级，当要求提供全区域覆盖河靠传输的服务(如重要提示信忽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下图所示。
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界，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切换判决策略
切换判决用来根据网络代价函数,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拉系统的基础，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3550 m，可以认为MAN热点的有效通信范围全部处于无线传感器网络的搜盖之下。
基于以上前提，当移动节点经过计葬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)计葬稳定周期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G(预先设定)，9I1认为目标网络稳定性较差，不执行切换，否则进行网络切换。
2 结束语
针对室内异构网络环境下应.%通信的现实需求.结合目前广泛存在的两种宝内无线通信方式，提出基于W SN与MAN的自适应垂直切换葬法。实脸表明，该葬法可以比较有效地满足室内环吮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.下一步工作列窝要通过与其他垂直切换葬法进行比较，以进一步对葬法进行改善，馆短其利决的时间.并进一步提高利决的准确性.。
参考文献
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项目名称：便携式一体化应急通信装置关键点的设计和研究；项目编号：GDKJXM00000019
论文作者:李为
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：网络论文; 传感器论文; 通信论文; 函数论文; 参数论文; 优先级论文; 代价论文; 《电力设备》2018年第10期论文;