跨域通信系统中异构网络融合的关键技术研究

摘要：跨域通信系统是未来通信网络发展的重要方向，它通过融合多个异构网络（如5G、Wi-Fi、卫星通信等），实现资源共享和高效协同。然而，不同网络之间的协议、资源管理、安全性等方面存在显著差异，给跨域通信带来了诸多挑战。本文深入探讨了跨域通信中的关键技术，包括网络协议的融合设计、频谱资源管理、负载均衡、网络切换及安全性和隐私保护等。通过分析这些技术的实现方法，本文提出了针对性解决方案，旨在推动异构网络的高效融合，确保通信过程中的数据安全与用户隐私保护。研究成果为跨域通信系统的构建和优化提供了技术支持。

关键词：跨域通信；异构网络；协议融合；资源管理

引言

随着5G、物联网和智能设备的广泛应用，传统的单一网络已无法满足日益增长的通信需求。跨域通信系统作为一种新型网络架构，通过融合5G、Wi-Fi、卫星通信等多种异构网络，提供了更高效的通信能力。然而，不同网络间的协议不兼容、频谱资源分配不均、负载管理困难以及安全性问题，成为实现高效协同的主要障碍。

1.跨域通信系统中异构网络融合概述

异构网络由多种网络类型构成，诸如蜂窝网络（5G、LTE）、Wi-Fi、卫星网络等。这些网络在技术实施方面存在显著区别。蜂窝网络通常具备广泛的覆盖范围和优异的移动性适应性，Wi-Fi网络适用于较小区域，且赋予更宽的频带。卫星网络具备全球性覆盖特性，鉴于传输距离较长，延迟较高。

网络传输特性存在显著差异。蜂窝网络（例如5G）通常具备低时延与高速率传输特性，适用于大范围移动数据传输与高速通讯领域。尽管Wi-Fi网络提供快速连接，但通常适用于较为稳定的终端，且易受外界影响。

2.跨域通信系统中异构网络融合的重要性

2.1提升网络可靠性和覆盖范围

在跨区域通信网络中，异构网络整合可弥补单一网络覆盖局限与性能限制。融合蜂窝网络、Wi-Fi、卫星等多种网络技术，确保用户在各类场景下维持稳定网络连接。尤其在边远地域或高需求场合中，卫星与第五代移动通信技术的融合，显著增强网络稳定性与实用性，防止因特定网络局部故障或信号盲区引发通信阻断。

2.2优化资源利用和网络效能

异构网络整合助力提升不同网络资源的运用效能。资源在异构网络中的动态分配，借助负载均衡与流量调控，可依据实际需求挑选最优网络路径，防止资源过剩或闲置。该智能调度策略显著增强了网络整体性能，亦确保各类应用需求得以满足，特别是在数据流量峰值时段或大量设备接入期间，有效缓解网络压力，提升系统整体效能与反应敏捷度。

2.3支持多样化应用和场景需求

伴随着物联网、智能交通、远程医疗等领域的迅猛进步，在跨域通信系统中，异构网络融合的必要性日益凸显。各异应用对网络需求各异，智能交通系统需具备低延迟性及高可靠性，物联网设备更注重于实现广泛的覆盖范围与低能耗特性。异构网络整合可依据各类应用特性，挑选适宜的网络辅助，进而更有效地适应多元化场景需求，促进新型技术与应用的实施与推广[1]。

3.跨域通信系统中异构网络融合的关键技术

3.1网络协议的融合设计

为了达成协议的兼容，通常运用网关设备或中介层实施协议转换。以LTE与Wi-Fi协议的兼容性适配为案例，网关设备需将LTE协议之RRC（无线资源控制）信号转化为Wi-Fi网络802.11协议的控制信号，反之亦然。此过程通常仰赖于协议栈转换组件，该模块可依据目标网络协议需求对数据包进行重新封装与格式化处理。数据自第五代移动通信网络传输至无线保真网络之际，需处理IP数据包头部信息，起始地址、终点地址、路径信息等，根据无线保真协议规范对数据进行相应调整[2]。

跨域协议协作通常依托构建一个统一的管理平台来实施，该平台承担实时监测与协调各网络状况的任务。在上述平台中，可借助软件定义网络（SDN）技术对网络间协议协作进行灵活配置与调整。5G与Wi-Fi网络间的协作可由SDN控制器实现。移动设备接入第五代移动通信网络之际，SDN控制器可依据实时网络负载及用户带宽需求，判断是否将数据传输从第五代移动通信网络转向无线局域网。在此情境下，SDN控制器主要承担路由决策职能。

3.2资源管理与优化

频谱资源共享通常依托动态频谱接入技术（DSA）与认知无线电技术（CR）。凭借这些技术，系统可实时监控现时网络频谱使用状况，按需实时调整频谱资源分配。认知无线电（CR）技术使各类网络可智能地依据空闲频段挑选作业频谱。在5G与Wi-Fi并行网络环境中，CR技术使Wi-Fi设备得以在5G空余频段中实现数据传输，可防止无线局域网频段拥堵，提升频谱使用效率。动态频谱分配（DSA）技术通过无线接入网的中心控制模块，基于现时网络承载量、用户需求及网络间干扰状况，动态实时优化各网络频谱资源分配[3]。

负载均衡通常依据网络状况、流量特性、网络时延及带宽等要素进行操作。确保负载均衡的关键技术之一是依托于SDN（软件定义网络）的流量分配策略。在软件定义网络控制器中，可依据即时流量与承载状况，动态优化数据传输路径。在Wi-Fi网络负载较大时，SDN控制器将部分数据流量导流至5G网络，实现负载的均等分配。SDN技术实现了基于整体视角的网络流量调度优化，不依赖单一网络节点的静态设定，因此显著提升了网络资源利用率。一种基于MPTCP（多路径TCP）协议的负载均衡技术。MPTCP支持多传输路径同时运作，可在多个异构网络中并行传输数据。在第五代移动通信技术与无线局域网技术并行使用的情况下，MPTCP可将数据流分派至两条网络路径之中，进而借助各网络带宽实现数据并行传输，增强总体吞吐能力。

3.3安全性与隐私保护

对称加密算法（例如AES）执行效率较高，适用于海量数据的加密技术；非对称加密技术（例如RSA、ECC）在密钥交换与身份认证领域得到广泛应用，特别适合于小样本量的加密通信。融合这两种加密技术，跨域通信系统可依托密钥管理体系构建，保障数据传输加密效能。在身份验证领域，跨域通信一般采用基于公钥基础设施的认证机制。在系统中，每位用户或设备均配备一个专属的密钥组合，利用数字凭证核实其身份。

结语

跨域通信系统在多网络融合中展现出巨大的潜力，但仍面临协议不兼容、资源调度和安全性等诸多挑战。本文探讨了跨域通信中网络协议的融合设计、资源管理与优化技术，以及如何通过加密与认证机制保障系统安全。在资源管理方面，动态频谱分配和负载均衡技术能够有效提升通信效率；在安全与隐私保护方面，加密、身份认证和隐私保护技术保障了用户数据的安全性。尽管目前已有一定的解决方案，但随着技术发展，跨域通信系统仍需要在智能化、实时性和自适应能力上进一步提升，以满足未来通信的复杂需求。

参考文献

[1]许郑.多元异构网络安全数据可视化融合研究[J].信息与电脑（理论版），2024，36（22）：77-79.

[2]安秀娟，王兆荣，张东坡.非正交多址接入异构网络用户公平性问题研究[J].现代电子技术，2024，47（13）：61-65.

[3]陈山枝，孙韶辉，康绍莉，等.6G星地融合移动通信关键技术[J].中国科学：信息科学，2024，54（05）：1177-1214.

作者简介：张健（1973-），男，汉族，本科，河北保定人，就职于元道通信股份有限公司河北分公司，研究方向为通信工程。