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无线:未来互联网的“冲击波” 未来的研究方向
http://www.edu.cn   2008-05-22 中国教育和科研计算机网 作者:Dipankar Raychaudhuri;Mario Gerla

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  灵活的实验性无线网络技术

  无线技术在过去的10年中有了明显的进步,不论在量上还是在质上。灵活的和可编程的组件是构建将来网络和改变无线技术的关键,这些组件主要有:

  1.开放的API无线
  该API能通过不同的无线技术提供统一的服务。API支持数据传输(包)和一个无线控制和测量转换的控制接口,它在其他一些情况下可能是多元的基于单个基础协议。

  2.感知无线
  感知无线的想法扩展了硬件无线和软件定义的无线(SDR)的概念,从一个简单的单一的功能设备到能对其操作环境理解和起反应的无线。一个感知无线合并了多个信息源,决定了它当前的操作设置并且同无线网络中其他的感知无线合作。

  3.无线MAC的虚拟化
  与传统的虚拟网络不同,无线网络中问题非常明显,因为无线网络的特性受到了MAC层和PHY层极大的影响。近来的研究结果显示,构建一个廉价的虚拟的无线接口用于MAC层高效的重叠网实验是可行的。这能被扩展成虚拟的物理层但需要考虑额外的成本。建议的MultiMAC方法的结构如图1。

  4.无线网络监控和测量
  典型的无线电测量参数如:RSSI(无线信号强度指示器),链路质量(包错误率),MAC拥塞指示器,链路吞吐量和全部节点的吞吐量。无论从网络管理的角度还是从终端用户在不同种类的环境中进行服务选择的角度来说,无线测量都非常有用。

  5.无线仿真模拟试验床
  无线网络的研究面临着一个有关管理效率、可重复实验的独特的挑战,这个实验对现实世界环境进行了适当的封闭。在过去的10到15年间,许多仿真方法被研究团体所开发,包括网络仿真,如:ns-2等,在早期的研究中,为使实验更加真实,竞争者被建议用真实的平台评价完整的网络协议栈,这样避免了物理世界部署的复杂性。

  几个无线网络仿真实验床在2003年启动的NSF网络研究实验床(NRT)工程下开发,这些实验床包括:UCLA的WhyNet hybrid模拟/仿真;Utah的Emulab仿真实验床;Rutgers的ORBIT无线网格实验床。

  无线网络平台

  许多无线平台包括传感器到无线路由器需要构建一个无线网络。无线平台的设计目标包括:
  1.设计必须支持多种无线技术,对1-3层(radio,MAC和 network)提供开放的API,且有一个通用的开源软件架构。
  2.网络节点应该支持软件下载、多协议和与核心架构中的虚拟网络节点互操作的能力。
  3.网络节点应该支持远程监控和重新启动特征,这对网络操作和域中设备的管理是很重要的。
  为了简化开发,无线网络实验系统的研究应当用一个有标准组件的块,其中的硬件组件包括商业移动平台,嵌入式CPU板,转换硬件,插销式的无线模块和远程监控/控制模块。所有的这些组件(可能除了特定的嵌入式传感器设备)共享一个带有统一无线API的基于开源Linux的通用的软件模块。

  以下无线平台可以被认为是实验性无线网络:(1)具有无线接收装置如:Mote[CRO],Zigbee的嵌入式无线传感器;(2)外置可插的无线通讯设备,如:802.11或UMTS[UNI]/WiMax的移动计算设备;(3)具有双网络接口的普通无线访问点或转发节点;(4)具有交换结构和多个无线、有线端口的无线路由器。

  端到端的软件体系结构

  开放访问的无线网络的端到端软件体系结构集成了一个灵活的无线网络实验床,如图2所示。其中,控制、数据和管理/监控功能通过网络逻辑上独立的面来实现,这些面可能使用可用的独立的虚拟网络。
  每个无线节点运行单个控制程序和一个或多个的实验协议以便每个虚拟化的网络被研究,包括编码下载的实验控制通过网络中的一个节点处理者服务处理。一旦它被载入特定的平台,实验协议通过带有和无线路由器上相应模块的无线API和接口来运行。管理和数据收集通过网络中单个的服务来处理,它与独立的控制接口(通过以太网或DSL电缆或通用的蜂窝数据网络,如:GPRS)相联系,能用作远程诊断、重启等。进一步的工作包括协调无线软件体系结构和实验性的有线网络结构以确保单用户接口的端到端操作的需要。

  实验性无线网络

  认识到许多互联网应用概念包括无线终端用户设备和传感器,讨论人员建议研究架构应该在多种实际的无线网络场景中支持灵活的实验,如图3。具体的无线网络场景可以考虑作为与研究架构相关联来实现。从图中可以看出实验性无线网络主要包括:无线仿真和模拟、基于Urban 802.11的mesh/ad-hoc网、广域的郊外无线网络、传感器网络、感知无线网络和基于无线网络的互联网核心架构。

  除了上面的六个实验性网络,几个基于网络服务的互联网也需要支持实验,这些服务包括定位,频谱一致性以及传感器地址解决服务。

  未来研究方向

  WMPG小组成员认为,设计、分析、实现和虚拟化未来无线网络以及它与全球互联网的集成,这是研究团体的一个主要挑战。在过去的10年里,无线网络研究的单一的流行区域是ad-hoc网络路由,在此方面取得了相当大的进步。现在,焦点需要转移到与ad-hoc网络相联系的更广泛的问题上,如:发现和拓扑优化或媒体访问控制和路由间的优化。Location-aware网络是未来互联网中的一个重要问题,几个专家一致同意介绍定位能力不论对边缘网络还是整个互联网来说,都是一个重要的目标。在传感器网络领域,过去5年产生出一个明显的研究结果可作为未来互联网的研究基础。

  移动/无线和传感器网络场景中安全和隐私仍然是一个重要的研究问题。众所周知,无线网络的扩散为攻击提供了易接近的入口,如监听和拒绝服务,所以无线安全问题对整个互联网都很重要。WMPG成员的讨论也集中在对这个领域的进步关键的实验研究上。

  由于得到了NSF计划如网络研究实验床(NRT)和NeTS的支持,无线研究团体在过去的3-5年中取得了明显的进步。将来在无线网络上的实验工作应当建立在现有的实验床和可见的平台资源上,以便验证协议设计,评价端到端的网络问题。毫无疑问,无线网络的下一个主要实验步骤是建立与实验系统相似的大规模实验系统。

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