GPRS与WLAN网络的融合及其基于ad hoc技术的性能改进(2)

　　由前面的叙述可知，通过对GPRS、WLAN两种技术的融合，可使用户随时随地的接入Internet，用户在离开AP的覆盖范围时也可以切换到GPRS网络获得低速率的数据服务。但是，GPRS能提供的数据速率有限，是个相对低速率的网络，WLAN数据速率较高，所以，当用户由WLAN服务切换到GPRS服务时，会感受到明显的服务质量的下降。因此，延长异种网络用户使用高服务质量网络的时间可以很大程度上提高异种网络的服务质量。在这里，通过使用ad hoc技术来解决这一问题。在ad hoc网络中，移动节点为其他节点中继消息，该特性有助于扩大AP的服务范围。采用这种方法延长移动终端在WLAN中的时间有以下几个好处：(1) 移动终端可以更长时间的拥有高的数据传输速率；在异种网络中，不同网络之间往往有着较大的带宽差异，例如，理论上，IEEE 802.11g网络的传输速率可以达到54Mbps,而GPRS网络只有171kbps;由于二者的带宽差异很大，因此，延长用户使用高质量网络的服务时间就显得很有意义;(2) 通过ad hoc的方法由其它节点中继连接到AP时无需更改IP地址，因而，也就无需寻找新的外地代理(FA)、注册新地址和更新映射；它减轻了HA以及FA的负担，并减少了通讯时的额外的信息开销；(3) 公共WLAN的计费要比GPRS便宜地多。这对经常使用该项服务的用户来说也是很重要的一点。

　　下面简述一下ad hoc网络的路由协议。

　　大部分的ad hoc路由协议可以分为平面模式（flat architecture）和分级模式(hierarchical architecture)。在平面模式中，网络中的每一个设备都是一个移动结点，可以和其他结点直接通信，也可以通过别的节点做中继的方式与某一节点通信。该模式比较简单，使用于较小规模的ad hoc网络。在分级模式中，所有的移动结点被分许多的群集，每个群集中将有一个移动终端被选作该群集的头节点。每个移动节点需首先通过该头结点，才能与其他节点建立联系。该模式减少了控制信息开销，但是如果头结点不稳定，将破坏该协议。

　　DSDV(Destination-Sequence Distance Vector)(见文献【3】)是一种平面模式的路由协议。DSDV把最少的跳数作为最短的路径。每个移动结点周期性的广播路由信息并更新自己的路由表。同时移动结点中有另外一个表用于存储路由表变化的部分。如果变化的内容很多，则所有的路由信息将用来生成一个完全转存（full dump）的更新报文，而如果路由信息变化很少，则生成一个递增更新（incremental update）的更新报文。这种机制可以减少信息的传输开销。

　　在DSR（Dynamic Source Routing）(见文献【4】)中，源结点会发送一个路由请求数据报（route request packet）去建立一个路径。该路径上的每个结点将把它的ID添加到该路由纪录中，并向邻结点广播该记录。当该数据报到达目的结点后，路径上的所有结点信息将被记录。可能将有不止一条路径，目标结点将选择一条最优的路径并回复一个路由回复数据报（route reply packet）.

　　ZRP(Zone Routing Protocol)(见文献【5】【6】)是一个主要针对稳定性的路由协议。ZRP中的每个结点维护有一张固定的记录有跳数的路由表。当在路由表中无法找到目标结点时，结点将会发送一个路由请求数据报（route request packet）给该表中边缘处的结点。该协议更适于扩大网络的规模。

　　在ad hoc网络中，所有的中继节点都是移动的。一旦一个中继节点离开而无法中继，则要立即重新寻找路由，否则，连接将中断。随着路径长度的增长，路径断掉的可能性就会越来越大，可用的带宽也会明显的减少。因此，路径的长度将是衡量ad hoc路由好坏的一个重要的标志。

      下面所介绍的异种网络由三种网络融合而成：WLAN、ad hoc WLAN、GPRS网络。在未采用ad hoc WLAN的异种网络中，WLAN是首选，如果无法接入WLAN，则切换至GPRS网络。而在现在的异种网络中，如果无法直接接入AP，用户还有其他的选择，即可以通过ad hoc WLAN。然而，此时可能有不止一个中继节点可以提供到多个AP的中继。移动终端可以选择其中最好的中继节点，或者不使用ad hoc WLAN而使用GPRS网络。有以下三种策略来决定使用哪个中继和那种网络。

(1)　　固定跳数(FHC)

　　该策略规定ad hoc跳数不能多于n跳。移动终端首先寻找接入点(AP)，如果找不到，则移动终端试图寻找另一个终端，该终端到AP的路径的跳数少于n－1跳；如果有多个这样的节点，则选择路径最短的节点；如果多个中继节点路径最短，选择与自己有相同IP地址范围的AP节点；如果没有AP与自己有相同的IP范围，则随机选择一个；如果没有中继节点的路径跳数少于n－1跳，则试图接入GPRS网络。

(2)　　任何可用路径(AAR)

　　在该策略中，如果没有更好服务质量的网络，移动节点将选择任何的拥有最短的ad hoc路径的节点作为中继节点。如果没有中继节点，将选择GPRS网络。

(3) 　　带宽预估计(BPE)

　　该策略中，在选择网络之前将对网络的状况进行估计。只有在ad hoc网络的服务质量高于GPRS网络时才会选择ad hoc网络进行数字传输。

在以上建议的三种策略中，将依次搜索WLAN AP、ad hoc WLAN中继节点、GRPS网络。如果三种网络都不可用，连接将被拒绝。当一个用户离开GPRS蜂窝的范围或WLAN AP的范围，将进行更为复杂的切换。下面分别讨论切换的各种情形：

(1)　　从WLAN中切换

　　将首先试图寻找另一个WLAN AP；如果找不到，则尝试选择ad hoc WLAN；如果ad hoc同样不可用，则连接GPRS网络；最后，如果GPRS也不行，则终止连接。

(2)　　从ad hocWLAN中切换

　　类似于(1)，将按照WLAN AP、ad hoc WLAN、GPRS网络的顺序进行网络的选择，如果所有的都无法连接，则终止连接。

(3)　　从GPRS中切换

　　首先寻找另一个GPRS基站；如果没有，则尝试接入WLAN AP；如果AP找不到，则尝试接入ad hoc WLAN；若ad hoc WLAN接入也失败，则终止连接。

　　本文介绍了WLAN与GPRS融合的两种耦合方式，松耦合和紧耦合。两种网络耦合方式有各自的特点和使用情况，但无论选择那种方式，WLAN都将是蜂窝网络的一个重要补充。然而，由于WLAN与GPRS数据速率的差异以及WLAN AP覆盖范围和数目的有限，为了延长用户接入高数据速率的WLAN的时间和提高服务质量，引入了ad hoc WLAN，随后介绍了引入ad hoc网络后该异种网络选择中继、切换网络的三种策略以及网络切换的三种情形。WLAN和ad hoc技术在未来的无线数据网络和IP多媒体服务以及网络融合方面将扮演越来越重要的角色。

 

 

【1】Salkintzis A K. WLAN-GPRS Integration for Next-Generation Mobile Date Networks [J]. IEEE Wireless Communications, 2002,9(5):112—124.

【2】3GPP, “General Packet Radio Service (GPRS); Service Description,” Tech. spec. 3GPP TS 23.060 v3.12.0, June 2002; http://www.3gpp.org/ftp/specs/2002-06/R1999/23_series/23060-3c0.zip

【3】C. E. Perkins and P. Bhagwat, “Highly Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing (DSDV) for Mobile Computers,” Proceedings of ACM SIGCOMM’94 Conference on Communications Architectures, Protocols and Applications, vol. 24, no. 4, Page(s): 234-244, Oct. 1994.

【4】D. B. Johnson, D. A. Maltz, Y. -C. Hu and J. G. Jetcheva, “The Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks,” Internet Draft,

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-manet-dsr-05. txt, Mar. 2001.

【5】Z. J. Haas, M. R. Pearlman and P. Samar, “The Interzone Routing Protocol (IERP) for Ad Hoc Networks,” Internet Draft, http://search.ietf.org /internet- drafts/draft- ietfmanet-zone-ierp-00.txt, Jan. 2001.

【6】M. R. Pearlman and Z. J. Hass, “Determining the Optimal Configuration for the Zone Routing Protocol,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 17, no.8, Page(s): 1395-1414, Aug. 1999

【7】Jui-Ming Chen ,Li-Der Chou.Performance Improvement for GPRS,WLAN Intergration using Ad Hoc Networks。 Advanced Information Networking and Applications, 2004. AINA 2004. 18th International Conference on Volume 2,  2004 Page(s):432 - 436 Vol.2 Digital Object Identifier 10.1109/AINA.2004.1283838