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物联网环境下数据转发模型研究

更新时间：2019-12-08 08:05:00 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着5G移动通信技术、软件定义网络、命名数据网、移动边缘计算或雾计算等新兴技术或方法的出现及深入研究,物联网应用得到进一步升华,在这种应用场景多样化、服务质量高要求、参与对象普及化的环境下,隶属物联网子范畴的传统无线传感器网络数据转发模型已经不能完全适应这种时代需求,更加适合物联网应用的数据转发模型成为物联网连续性服务保障的基础性问题及研究热点.首先对物联网架构及其应用环境下的数据转发的关键问题进行了分析;其次,对目前具有代表性的物联网数据转发相关研究成果进行了分类总结;然后选取不同物联网场景下典型的数据转发模型及其使用的数学方法进行评述、分析和对比;最后,指出目前研究中存在的问题及相应的解决方案,并对未来的发展方向进行了展望,研究表明:5G等新兴技术的出现,为物联网环境下数据转发模型的研究带来了新的机遇和挑战,今后的工作重点是对物联网环境下数据转发的节能模型和方法进行攻关,为实际应用提供坚实的理论基础.

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软件学报ISSN 000—9825．CODEN RUXUEW

E—mail：．ac．ca

Journal

ofSoftware，2018，29(1)：196—224[doi：10．133280 cnki．jos．005373]

http：／／www．jos．org．cn

Tel：+86．10—62562563

物联网环境下数据转发模型研究木

李继蕊1,2，李小勇1,2，高雅丽1,3，高云全1,2，方滨兴1,2

1(可信分布式计算与服务教育部重点实验室(北京邮电大学)，北京 100876)

2(北京邮电大学网络空间安全学院，北京 100876)

3(北京邮电大学软件学院，北京 100876)

通讯作者：李小勇，E-mail：lxyxjtu@163．tom

摘要：随着5G移动通信技术、软件定义网络、命名数据网、移动边缘计算或雾计算等新兴技术或方法的出

现及深入研究，物联网应用得到进一步升华．在这种应用场景多样化、服务质量高要求、参与对象普及化的环境下，

隶属物联网子范畴的传统无线传感器网络数据转发模型已经不能完全适应这种时代需求，更加适合物联网应用的

数据转发模型成为物联网连续性服务保障的基础性问题及研究热点．首先对物联网架构及其应用环境下的数据转

发的关键问题进行了分析：其次，对目前具有代表性的物联网数据转发相关研究成果进行了分类总结；然后，选取不

同物联网场景下典型的数据转发模型及其使用的数学方法进行评述、分析和对比：最后，指出目前研究中存在的问

题及相应的解决方案，并对未来的发展方向进行了展望．研究表明：5G等新兴技术的出现，为物联网环境下数据转发

模型的研究带来了新的机遇和挑战'△后的工作重点是对物联网环境下数据转发的节能模型和方法进行攻关，为实

际应用提供坚实的理论基础．

关键词：

物联网；数据转发；无线传感网；移动机会网络；命名数据网络；移动边缘计算

中图法分类号：TP393

中文引用格式：李继蕊，李小勇，高雅丽，高云全，方滨兴．物联网环境下数据转发模型研究．软件学报，2018，29(1)：196—224．

http：／／www．jos．org．cn／1000—9825／5373．htm

BX．Review on data

model in Intemet of

Jian

Things．Ruan

英文引用格式：Li JR，Li XY，Gao YL，Gao

XueBao／Journal

YQ，Fang

forwarding

ofSoftware，2018，29(1)：196—224(inChinese)．http：／／www．jos．org．cn／1000—9825／5373．htm

Review on Data

Modelin Internet of

Forwarding

Things

Ji—Ruil，2，LI

Ya—Lil，3，GAO

Xiao—Yon91’2，GAO

Yun．Quanl'2，FANG Bin—Xin91，2

Distributed

and Service of

of Posts and

Education(Beijing University

Computing

Ministry

1(Key Laboratory

Trustworthy

00876，China)

Telecommunications)，Beijing

ofPosts and

100876，China)

2(School ofCyberspace Security，Beijing University

Telecommunications，Beijing

ofPosts and

3(School ofSoftware，Beijing University

Telecommunications，Beijing 100876，China)

defined

56,software

data

Abstract：With the

researches of new

methods such

of further advancement．In an

Things(10T)applications undergo

in—depth

mobile

technologies

networking(SDN)，named

networks(NDN)，and

environment of

edge computing fog computing，Intemet

of service and universal

models

variety

application scenarios，high quality

participation

objects，data forwarding

based on traditional wireless sensor

the successive of loT

is the subset of IoT cannot

to meet the

data

orderto

needs．Therefore，in

networks(WSN)that

fully adapt

is the most basic

and research interest to

mechanismmore

services，it

problem

develop

forwarding

guarantee

+基金项目：国家自然科学基金：(61370069，616721 ¹1)；北京市自然科学基金(4162043)；国家重点研发计划(2016QY03D0605)

Foundation item：National Natural Science Foundation of

Science Foundation of

China(61370069，61672111)；Natural

Beijing

Research and

China(4162043)；National Key

DevelopmentProgramofChina(2016QY03D0605)

收稿时间：2017-05—12；修改时间：2017-07-17；采用时间：2017-08—23；jOS在线出版时间：2017—10-09

1620．001．html

CNKI网络优先出版：2017-10-09 16：20：50，http：／／kns．cnki．net／kcms／detail／11．2560．TP．20171009

万方数据

197

李继蕊等：物联网环境下数据转发模型研究

suitable for

this

architecture of loT and the

for loT are

of data

key problems

in loT are

Second，a

analyzed

loT．First，in

forwarding

paper,the

number of

studies of data

the chosen

data

models in different

classified．Then，for

forwarding

representative

mathematic

forwarding

typical

loT

and

are reviewed

with

ofthe models in

aspects．

many

scenarios，their

methods，merits

shortcomings

along

comparison

research

are

in detail and some future

directions are

In shows

summary，this study

Finally,the

that the

problems

analyzed

development

suggested

ofthenew

the

and

for theresearch of data

model

emergence

technologies，such

5G,brings

opportunities

challenges

forwarding

in future work will be the theoretical research of the model and method of

of data

loT．Thus，the key emphasis

energy—efficient

in loT in

a solid foundation for the

forwarding

providing

practical applications．

sensor

words：

Internet of

data

network；mobile

network；mobile network；named

opportunity

Key

Things；data forwarding；wireless

edge computing

目前，几乎所有的智能设备和物体都嵌入了传感器，这使得它们能够实时感知环境信息，如：汽车、可穿戴设

备、笔记本、传感器、工业和公用事业组件等智能设备都通过网中网相连，并且具有一定的可改变人们工作和

娱乐等各种生活方式的数据分析能力，使绝大多数人通过互联网完成他们的需求或工作，甚至业务或交易．这一

过程的实现，要求人们与连接上网络的许多设备或物体进行互动或通信，由Gubbi等人提出的物联网(Internet

Things，简称loT)模式反映了整个世界当前和未来的这种场景．而且，物联网研究者们曾声明【21：到2020年，物

联网将明显地增长至覆盖我们生存环境中的所有物体，创建一个所谓的万联网(Internet ofeverything，简称IoE)．

这种现象已经激起一些关于物联网的有趣应用概念，比如智能家居或家庭、智能城市、环境监测、智能医疗、

食品溯源、国防军事、智能交通和智能环境等，其中，几乎所有概念的实际应用场景都要求实时响应或及时转

发数据给用户，否则，数据就会失效，服务会产生中断，用户体验质量下降．因此，数据转发性能的提高，是实现物联

J．

网服务连续性的有力保障13

尽管过去许多领域的研究工作者已经致力于提高物联网数据转发的性能，但因物联网环境的复杂多变性，

许多亟待解决的技术问题依然存在．本文在介绍物联网体系结构和数据转发关键性问题的基础上，分析了当前

一些典型的物联网数据转发应用模型，包括近些年出现的新兴技术或概念(比如5G网络、D2D技术、命名数据

网络、软件定义网络、雾计算或移动边缘计算等)对物联网数据转发策略研究带来的变化和影响，并在可靠性、

扩展性和鲁棒性等方面进行对比分析．最后，对物联网数据转发未来的研究趋势进行展望和总结．

1物联网数据转发问题

1．1物联网体系结构

物联网技术是以能够提供灵活有效资源的云计算为根基的，它主要依靠感知层技术(Ou射频识别、短距离

无线通信、传感器等)、网络层技术(有线或无线接入方式)、业务及应用层技术(信息发现、智能处理、中间件、

分布式计算等)等按照协议约定将世界万物全部连入信息系统，达到缩小信息系统与物理世界距离的目的[41．分

布式的物联网设备产生的巨大数据业务可以通过互联网被传输到称为“智能大脑”的远程云来处理[5，61，其体系

结构如图1所示．

无线通信技术的发展，促使物联网应用模式变得更加丰富多彩．为了研究海洋生物或陆地野生动物的生活

习性，可以在它们身上装备传感器以便收集相关数据进行分析；在商场、公园等人群密集的地方，可以借助人类

携带的手机等智能设备收集或转发温度、湿度、尘粒浓度等数据以便进行PM2．5的监测，为人类提供户外活动

的实时信息指导；为了便于人们出行，在城市交通网络中安装各种智能无线传输设备，能够进行实时路况监测，

实现安全、可靠的高效率智能交通运输．除此之外，对其他具有挑战性的特殊领域(比如军事等)应用无线通信技

术实现实时信息监测也具有重大意义，这些情形充分展现了物联网应用的泛在性．文献[7]将物联网的网络架

构、通信技术、数据融合、异构网络融合等8个方面归结为其领域的主要研究内容，其中蕴含着物联网实现的

整个过程，即：在物联网应用过程中，要遵循相关标准，在其网络架构的基础上，通过智能设备感知并采集数据，利

用通信技术传递信息数据，完成数据融合和异构网络融合的任务，为其应用和开发服务，并且整个过程要保障信

息安全和保密．显然，通过人或／和物互连实现信息共享，是物联网应用研究的核心．而信息共享的过程需要对数

万方数据

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