混合網(wǎng)中通信模式分析與解決方案

1、混合網(wǎng)中通信模式分析與解決方案楊衛(wèi)東1, 2，張光昭2(1. 南方醫(yī)科大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心 廣州 ；2. 中山大學(xué)電子與通信工程系 廣州 ）摘要 自組織網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分，兩種通信系統(tǒng)的融合將是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。本文介紹了混合網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)混合網(wǎng)中通信模式進(jìn)行了探討，提出了新的解決方案。關(guān)鍵詞自組織網(wǎng)；蜂窩移動(dòng)通信；混合網(wǎng)；路由；通信模式1 引言 Ad Hoc是一種無基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)1，它是由多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，這些移動(dòng)節(jié)點(diǎn)一般處在一個(gè)局域區(qū)域內(nèi)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由器的功能，也就是說這些節(jié)點(diǎn)既是終端又是路由器，并通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)幫助其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成信息鏈

2、路。它與有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的最大的區(qū)別是不需要預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施（如基站或接入點(diǎn)），網(wǎng)絡(luò)的組織是臨時(shí)的、按需的和自動(dòng)的。正是這種特性使得它特別適合臨時(shí)、快速組網(wǎng)的情況，所以經(jīng)常用于軍事領(lǐng)域、救災(zāi)、會(huì)議、車載等場(chǎng)合。目前，在自組織網(wǎng)的諸多應(yīng)用中，自組織網(wǎng)與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界越來越多的關(guān)注，被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。這是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)蜂窩系統(tǒng)覆蓋中總會(huì)存在一些地方，使得當(dāng)前的通信平臺(tái)不能成功地提供服務(wù)，通常這些地方被稱為“盲區(qū)”，盲區(qū)可能存在于地鐵站臺(tái)、室內(nèi)環(huán)境和地下室等。當(dāng)正在通話的用戶進(jìn)入盲區(qū)或者當(dāng)前處在盲區(qū)范圍內(nèi)的用戶發(fā)出一個(gè)新的會(huì)話請(qǐng)求時(shí)，由于不能接收到來自基

3、站的通信信號(hào)導(dǎo)致會(huì)話丟棄或阻塞。在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中引入Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)2, 3可以彌補(bǔ)這些覆蓋缺陷，還可以通過降低傳輸功率和關(guān)聯(lián)的小區(qū)間干擾來增加系統(tǒng)容量及有效解決熱點(diǎn)地區(qū)的負(fù)載均衡等問題，同時(shí)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)亦可以通過與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)接入Internet。 目前，在集成移動(dòng)蜂窩和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面的研究工作已經(jīng)取得了一些成果并在繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)中，本文介紹了混合網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，并在分析混合網(wǎng)通信模式的基礎(chǔ)上，提出了新的解決方案，該方案能充分利用混合網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)資源，以達(dá)到提高系統(tǒng)吞吐率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和減少網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的更優(yōu)化運(yùn)行。2 混合網(wǎng)研究現(xiàn)狀 要實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)和

4、傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的融合，就必須研究Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由和編址。在Internet中，IP地址是分級(jí)的，一個(gè)IP地址分為網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分。位于同一網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址，這樣做可以簡(jiǎn)化路由的處理過程。路由信息可以聚集，每個(gè)路由表項(xiàng)可以處理具有相同網(wǎng)絡(luò)地址的所有主機(jī)。故在Internet中，可以使用一條路由到一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)而不是該網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)主機(jī)。但是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不具有這些特征，因?yàn)锳d Hoc網(wǎng)絡(luò)一般是作為相對(duì)獨(dú)立的臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)存在，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)，并且節(jié)點(diǎn)可以使用任何地址，所以在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中路由只能通過目的主機(jī)來確定，而不能通過網(wǎng)絡(luò)地址來判斷節(jié)點(diǎn)是否屬于同

5、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或是否屬于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)），也就是說在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中地址不再具有分級(jí)結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)和傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)等的互聯(lián)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要一個(gè)可被尋址的IP地址，即在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有可被路由的IP地址，作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和Internet的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。該網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)擁有無線收發(fā)設(shè)備，同時(shí)支持Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和Internet常規(guī)路由協(xié)議，所以網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，采用合適的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)方法可以同時(shí)解決地址分配及路由的問題。 目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)的解決方案進(jìn)行了研究并取得了一些成果415，這些解決方案大致可以

6、分為主動(dòng)（proactive）、被動(dòng)（reactive）及混合（hybrid）三類，它們用在特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠得到較好的吞吐率、延遲和低開銷。 主動(dòng)式網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)是由網(wǎng)關(guān)周期性地廣播網(wǎng)關(guān)通告（gateway advertisement，GWADV）到自組織網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)，收到來自網(wǎng)關(guān)的通告后，節(jié)點(diǎn)就利用得到的前綴信息配置一個(gè)可路由IP地址，并將到網(wǎng)關(guān)的路由作為默認(rèn)路由插入路由表。無論何時(shí)，節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)通告信息，就必須更新相關(guān)的網(wǎng)關(guān)信息。如果網(wǎng)關(guān)信息過期，節(jié)點(diǎn)必須刪除它。 被動(dòng)式網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)方案是網(wǎng)關(guān)不主動(dòng)廣播網(wǎng)關(guān)通告信息，當(dāng)自組織網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)有連接Internet要求而自己的路由表中沒有到網(wǎng)關(guān)的默認(rèn)路

7、由，或者自己保存的網(wǎng)關(guān)信息需要更新的時(shí)候，就主動(dòng)發(fā)起網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求到MANET的所有網(wǎng)關(guān)多播地址，中間節(jié)點(diǎn)收到此信息后重新廣播該信息，直到網(wǎng)關(guān)收到該請(qǐng)求信息后單播一個(gè)包含網(wǎng)關(guān)IP地址等信息的應(yīng)答信息給發(fā)起請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)，收到此應(yīng)答信息后節(jié)點(diǎn)就可以生成一個(gè)到網(wǎng)關(guān)的路由。 混合網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)方案是主動(dòng)方式和被動(dòng)方式的綜合。網(wǎng)關(guān)在一定（半徑）范圍內(nèi)發(fā)送網(wǎng)關(guān)通告信息，在此范圍之外的節(jié)點(diǎn)如果有Internet接入要求，則自己發(fā)送網(wǎng)關(guān)請(qǐng)求報(bào)文來獲取網(wǎng)關(guān)信息。已有的解決方法是通過實(shí)驗(yàn)的手段來找到一個(gè)較好的轉(zhuǎn)發(fā)半徑和轉(zhuǎn)發(fā)頻率，這在很大程度上取決于特定的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)條件，并不是一種通用的方法。參考文獻(xiàn)14提出了一種改進(jìn)的

8、方案，當(dāng)網(wǎng)關(guān)探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)就主動(dòng)廣播網(wǎng)關(guān)通告，而且在整個(gè)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中只有將自己標(biāo)志為AF的節(jié)點(diǎn)才轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)通告信息，這在一定程度上減少了網(wǎng)關(guān)通告在全網(wǎng)范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)。參考文獻(xiàn)15提出了一種自適應(yīng)的改變網(wǎng)關(guān)通告方式的方法，通過對(duì)主動(dòng)式和被動(dòng)式網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)方案中網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的分析，得出了一個(gè)計(jì)算公式，網(wǎng)關(guān)可以通過該公式自適應(yīng)地調(diào)節(jié)下一次網(wǎng)關(guān)通告轉(zhuǎn)發(fā)的范圍，這在一定程度上有效地控制了網(wǎng)關(guān)通告的洪泛，減輕了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。 對(duì)于自組織網(wǎng)與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)和研究人員已經(jīng)開展了一些研究工作，并提出了許多組網(wǎng)模型。 機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)的多址接入16,17（opportunity drive

9、n multiple access， ODMA）模型是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中引入自組織網(wǎng)絡(luò)的一種嘗試。由于信道的路徑損耗，在蜂窩小區(qū)邊界處只能支持相對(duì)較低的傳輸速率，ODMA協(xié)議通過無線傳輸?shù)亩嗵欣^能夠?qū)⒎涓C系統(tǒng)的高速率覆蓋擴(kuò)展到小區(qū)邊界，從而減少傳輸功率和共信道干擾，增加系統(tǒng)容量并提高小區(qū)邊界無線傳輸?shù)挠行?。但是ODMA模型只考慮在小區(qū)覆蓋區(qū)內(nèi)的ODMA終端中繼問題，在這種情況下，ODMA終端都具備與基站進(jìn)行基本通信的能力。 A-GSM18, 19系統(tǒng)是為了解決GSM網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)中移動(dòng)終端無法進(jìn)行正常通信問題而提出的。它在傳統(tǒng)GSM蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入了中繼功能，通過使用中繼代理發(fā)現(xiàn)和切

10、換算法，進(jìn)入盲區(qū)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以與其他節(jié)點(diǎn)形成Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，從而與蜂窩系統(tǒng)中的基站建立一條多跳通信路徑。仿真結(jié)果顯示這種方式可以有效解決盲區(qū)效應(yīng)問題，并且提高系統(tǒng)的吞吐量。 參考文獻(xiàn)20提出了在WCDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)中加入一種稱為位置輔助中繼的機(jī)制，這種機(jī)制用于減小系統(tǒng)在市區(qū)環(huán)境下不必要的切換次數(shù)。定位技術(shù)被基站用于發(fā)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，并且使用這個(gè)位置信息進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)的選擇和切換時(shí)刻的確定。仿真結(jié)果表明這種機(jī)制可以獲得比ODMA和軟切換更好的性能。 iCAR（integrated cellular and Ad Hoc relaying systems）21, 22是為了解決熱點(diǎn)小區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)荷過重

11、問題提出的一種新型的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它的基本思想是通過設(shè)置一定數(shù)量的自組織網(wǎng)中繼站（ARS），當(dāng)某小區(qū)出現(xiàn)業(yè)務(wù)擁塞時(shí)，利用這些ARS，實(shí)現(xiàn)從一個(gè)業(yè)務(wù)擁塞的小區(qū)向一個(gè)業(yè)務(wù)非擁塞的鄰近小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移，以最大限度地避免或控制呼叫擁塞、掉話等。參考文獻(xiàn)23主要討論了混合無線系統(tǒng)iCAR的切換性能，仿真結(jié)果顯示iCAR系統(tǒng)能大大降低呼叫丟棄率。 參考文獻(xiàn)24中提出了UCAN（unified cellular and Ad Hoc network architecture），UCAN可以在維護(hù)公平性的同時(shí)提高小區(qū)的整體吞吐量，在UCAN中每個(gè)用戶終端都具備兩種空中接口，使其既支持3G蜂窩鏈路，又支持基于80

12、2.11的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路。在UCAN中，用戶終端發(fā)送給基站的數(shù)據(jù)分組，可以通過用戶終端與基站間的高速無線鏈路直接送給基站，也可以利用點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路先送給代理用戶，再由代理用戶通過高速無線鏈路送達(dá)基站。UCAN通過對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)議進(jìn)行改造來支持新的節(jié)點(diǎn)類型代理節(jié)點(diǎn)。它的目標(biāo)就是在維護(hù)公平性的同時(shí)提高系統(tǒng)的整體吞吐量。3 混合網(wǎng)中通信方式的選擇及其解決方案3.1 通信方式的選擇 在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中引入自組織網(wǎng)后，系統(tǒng)的通信模式將改變，混合網(wǎng)絡(luò)的通信方式可分為傳統(tǒng)蜂窩方式、自組織方式和混合方式，相應(yīng)的路由模式分為傳統(tǒng)蜂窩路由模式、自組織網(wǎng)路由模式和混合路由模式，也就是說系統(tǒng)的通信方式?jīng)Q定了路由模

13、式。當(dāng)這幾種通信方式都能實(shí)現(xiàn)用戶的通信需求時(shí)，通信方式的選擇就成為不可回避的問題。傳統(tǒng)蜂窩通信方式雖然成熟但不能很好地解決系統(tǒng)盲區(qū)問題；而混合通信因需考慮通信發(fā)起時(shí)通信方式的選擇和通信過程中通信方式間轉(zhuǎn)換等問題，會(huì)使相應(yīng)的路由協(xié)議變得非常復(fù)雜且開銷較大，為此本文采用自組織網(wǎng)通信方式并提出了新的路由模式來解決這個(gè)問題。3.2 解決方案 由于系統(tǒng)的通信方式?jīng)Q定了系統(tǒng)的路由模式，因此在混合網(wǎng)絡(luò)中采用自組織網(wǎng)通信方式則要采用自組織網(wǎng)路由模式，基于此本文提出了下列解決方案。 自組織網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以分為平面和分級(jí)兩種，如圖1所示。 在平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（終端）都需要知道到達(dá)其他所有節(jié)點(diǎn)的路由

14、信息，而維護(hù)這些動(dòng)態(tài)變化的路由信息需要大量的控制消息，因此造成網(wǎng)絡(luò)的路由開銷較大且擴(kuò)展性較差。而在分級(jí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，簇成員的功能比較簡(jiǎn)單，不需要維護(hù)復(fù)雜的路由信息，有利于減少路由開銷和改善網(wǎng)絡(luò)延遲，同時(shí)具有很好的可擴(kuò)充性。此，本文采用分級(jí)結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出了新的分級(jí)路由模式。 分級(jí)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)分級(jí)路由的前提，簇的形成和維護(hù)是分級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而簇的形成和維護(hù)又取決于所采用的分簇策略或算法。3.2.1分簇策略 （1）簇成員身份的確定 網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（移動(dòng)終端）可分為簇頭、普通網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和普通成員節(jié)點(diǎn)4種身份。簇頭主要負(fù)責(zé)維護(hù)路由及管理和協(xié)調(diào)簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)；簇之間的通信則經(jīng)過普通網(wǎng)關(guān)來轉(zhuǎn)

15、發(fā)；接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是指具有直接去往BTS（基站收發(fā)信臺(tái)）的鏈路，而且信號(hào)很好，可直接同BTS進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)。接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可根據(jù)與BTS的鏈路狀態(tài)來決定，一旦確定為接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則不再參與簇頭的選舉。 （2）簇的形成過程 （a）每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)n確定各自的直接鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，即它的連接度，記為dn 。 （b）每個(gè)節(jié)點(diǎn)n用周期性hello消息確定其直接鄰居節(jié)點(diǎn)的連接度，并根據(jù)自己的連接度和其直接鄰居節(jié)點(diǎn)的連接度計(jì)算出自己的平均連接度Pn。Pn的計(jì)算公式為： 式中dni 表示節(jié)點(diǎn)n的第i個(gè)直接鄰居節(jié)點(diǎn)的連接度數(shù)。 （c）每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的平均連接度Pn和連接度dn計(jì)算出自己的相對(duì)差值Wn， Wn的計(jì)算公式為：

16、Wn=|Pn-dn| （d）若節(jié)點(diǎn)為接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，不再參與簇頭的選舉。 （e）每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己的相對(duì)差值Wn與其直接鄰居節(jié)點(diǎn)的相對(duì)差值相比較，如果發(fā)現(xiàn)自己的相對(duì)差值最小，則自動(dòng)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，其鄰居節(jié)點(diǎn)成為簇成員節(jié)點(diǎn)（已經(jīng)屬于某個(gè)簇的普通節(jié)點(diǎn)不能再屬于其他簇）；如果存在相對(duì)差值相等的情況，則選擇ID號(hào)（全局惟一的）較小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭；已經(jīng)屬于某簇的節(jié)點(diǎn)不能再參與簇頭的選舉。 （f）若節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)簇頭的通信范圍內(nèi)且非接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，則為普通網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。 重復(fù)步驟（c）（f），直到所有的節(jié)點(diǎn)或者成為簇頭，或者屬于某個(gè)簇。 （3）簇的維護(hù)策略 任何節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)都可能影響簇的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)簇結(jié)構(gòu)的維護(hù)策略使簇結(jié)

17、構(gòu)盡可能維持穩(wěn)定是非常重要的。本文采用如下的簇維護(hù)策略。 當(dāng)下列情況發(fā)生時(shí)，就會(huì)進(jìn)行簇維護(hù)或更新： 當(dāng)兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鏈路失效； 當(dāng)接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)身份發(fā)生變化時(shí)或者當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榻尤刖W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)時(shí)； 當(dāng)兩個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)，即兩個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)變?yōu)榭梢灾苯油ㄐ诺囊惶従庸?jié)點(diǎn)。 兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鏈路失效可以分為如下3種情況。 當(dāng)兩個(gè)普通節(jié)點(diǎn)或者普通節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路失效時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)只需更新各自一跳鄰居的信息表，并將各自的新的一跳鄰居信息表廣播給各自的鄰節(jié)點(diǎn)即可。 當(dāng)鏈路失效發(fā)生在普通節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)之間或者普通節(jié)點(diǎn)移出所在簇到達(dá)另一簇時(shí)，普通節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)將各自更新自己的一跳鄰居信息表，并將各自新的一跳

18、鄰居信息表廣播給各自的鄰節(jié)點(diǎn)，同時(shí)普通節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單地改變一下自己的隸屬關(guān)系即可。 當(dāng)鏈路失效發(fā)生在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)之間或者網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)移出所在簇時(shí)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)將各自更新并廣播自己的新的一跳鄰居信息表。如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是普通網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)且接收范圍內(nèi)仍有兩個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，則它仍為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，否則它將從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)變?yōu)槠胀ü?jié)點(diǎn)。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榻尤刖W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需發(fā)送消息通知鄰節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)變?yōu)榉墙尤刖W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)且接收范圍內(nèi)有兩個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，則自動(dòng)變?yōu)槠胀ňW(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，否則自動(dòng)成為普通節(jié)點(diǎn)，然后發(fā)送消息通知鄰節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)兩個(gè)簇頭都在對(duì)方的傳輸范圍內(nèi)時(shí)，這時(shí)就要啟動(dòng)簇的形成過程。3.2.2路由模式的設(shè)計(jì) 在上述分簇策略

19、的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了基于“簇”的層次化路由模式設(shè)計(jì)，該路由模式是屬于將先應(yīng)式（預(yù)先路由）與反應(yīng)式（按需路由）相結(jié)合的綜合型路由模式，即在簇內(nèi)采用預(yù)先路由，在簇間采用按需路由。 本文提出的路由協(xié)議包含簇的形成和維護(hù)、鄰接簇查找以及路由3部分，其中簇的形成和維護(hù)利用上述的簇維護(hù)策略，下面重點(diǎn)介紹鄰接簇查找以及路由。 （1）鄰接簇查找 鄰接簇查找是通過交互hello報(bào)文來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)在hello報(bào)文中說明自己所屬的簇頭，由此相鄰節(jié)點(diǎn)可以找到所有鄰接簇頭。如圖2所示，A、B、C均為簇頭，其他節(jié)點(diǎn)為簇成員，簇A和B、A和C是鄰接簇，f在簇A和B的傳輸范圍內(nèi)，A通過f的hello消息可以知道B和它相鄰

20、，并設(shè)置f為相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，B也同樣。aA而bC，通過ab和aA之間的hello消息交互，A可以知道C是鄰接簇頭，則A設(shè)置a為通向C的網(wǎng)關(guān)，C則設(shè)置b為通向A的網(wǎng)關(guān)，由此簇頭找到所有鄰接簇。 （2）路由 路由包括路由查找和數(shù)據(jù)報(bào)文路由2個(gè)部分。路由查找和DSR等協(xié)議類似，但因?yàn)槁酚蓞f(xié)議是基于簇的，因此只有簇頭才處理“路由請(qǐng)求（RREQ）”報(bào)文，RREQ報(bào)文中記錄了從源開始途經(jīng)的簇頭序列CH1，CH2，CH3，。 RREQ到達(dá)D（目的節(jié)點(diǎn)）后，D將RREQ中記錄的路由寫入“路由回答”中，并沿該路由反向?qū)⒒卮鸢l(fā)給S（源節(jié)點(diǎn)）。 在數(shù)據(jù)通信中使用源路由機(jī)制和縮短路由優(yōu)化，S將路由CH1，CH2，CHi，

21、CHi+1，D寫入數(shù)據(jù)報(bào)文的頭部并發(fā)送，當(dāng)某個(gè)簇頭CHi收到數(shù)據(jù)報(bào)文，若有到目的D更短的路由，則用該路由替換原報(bào)文頭部記錄的長(zhǎng)路由并轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)將這個(gè)短路由通知S。否則，CHi將數(shù)據(jù)發(fā)給CHi+1。 路由協(xié)議通過周期性的hello報(bào)文監(jiān)測(cè)鏈路的狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)主機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文時(shí)發(fā)現(xiàn)要使用的鏈路斷開，主機(jī)將發(fā)送“路由錯(cuò)誤”（RRER）給S，并同時(shí)進(jìn)行局部修復(fù)：主機(jī)查找是否可以通過其他直接到達(dá)斷開鏈路的下游簇頭或下下游簇頭，若有，主機(jī)通過新的路徑將數(shù)據(jù)送達(dá)D。D收到這樣的報(bào)文，發(fā)送RREP將新的路由通知S，隨后S使用新的路由發(fā)送數(shù)據(jù)，若主機(jī)局部修復(fù)失敗，S在超時(shí)收不到新路由時(shí)將重新查找路由。 上述路由查找

22、和數(shù)據(jù)報(bào)文路由是針對(duì)同一小區(qū)的，這樣既可以解決通信發(fā)起時(shí)通信方式的選擇和通信過程中通信方式間轉(zhuǎn)換等問題，又可以利用自組織方式本身的特點(diǎn)解決系統(tǒng)本身的覆蓋缺陷。對(duì)于不同小區(qū)之間的路由查找，則需要利用接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過BTS查找，再通過查找到的路由進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)需要進(jìn)行通信方式的轉(zhuǎn)換。4 結(jié)束語 自組織網(wǎng)與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的融合被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。本文首先介紹了混合網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，然后在分析混合網(wǎng)通信模式的基礎(chǔ)上，提出了解決混合網(wǎng)通信的路由模式，即采用在基于節(jié)點(diǎn)平均連接度的成簇策略和動(dòng)態(tài)的簇維護(hù)機(jī)制基礎(chǔ)上，將預(yù)先路由與按需路由相結(jié)合的綜合型路由模式，該路由模式能充分利用混合

23、網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)資源，減少系統(tǒng)開銷，達(dá)到提高系統(tǒng)吞吐率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和減少網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的更優(yōu)化運(yùn)行。參考文獻(xiàn)1Yang Weidong, Zhang Guangzhao. A weight-based clustering algorithm for mobile Ad Hoc network. In: Proceedings of the Third International Conference on Wireless and Mobile Communications, Guadeloupe, March 20072Cavalcanti D, Agrawal D, Cordeiro C, et al. Issues in integrating cellular networks, wlans, and manets: a