基于Ad Hoc中繼的蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能研究概述

魏強++趙玉婷++冉淏丹

摘 要：Ad Hoc與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)相結(jié)合，能夠有效利用終端的多跳轉(zhuǎn)發(fā)能力，擴大蜂窩移動通信的覆蓋范圍，并能均衡相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)，提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)傳輸速率。本文分別對AD HOC網(wǎng)絡(luò)及蜂窩網(wǎng)的主要特點進行介紹，并對基于Ad Hoc中繼的蜂窩網(wǎng)覆蓋性能進行分析與研究。分析表明通過與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能大大提高。

關(guān)鍵詞：Ad Hoc；蜂窩網(wǎng)；路由協(xié)議；覆蓋性能

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由于其自身存在的缺點，不能形成較大規(guī)模和范圍的網(wǎng)絡(luò)，因此較大范圍的普及和應(yīng)用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)仍存在很大的困難和技術(shù)難點。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能夠利用各自的優(yōu)點，彌補對方的缺點，形成基于Ad Hoc中繼的蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能。本文第一節(jié)介紹了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點及其所服從的路由協(xié)議，第二節(jié)介紹了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點，第三節(jié)主要對目前世界上較為典型的五種Ad Hoc蜂窩網(wǎng)融合覆蓋性能進行研究和特點分析。

1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)介紹

1.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生

蜂窩網(wǎng)形式下的終端間的通信需要基于基站和交換機來實現(xiàn)；無線局域網(wǎng)形式下的通信采用無線連接點連接至已有的網(wǎng)絡(luò)。在一些特殊情況或者緊急環(huán)境下，傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)并不能較好地完成任務(wù)，所以急需一種不需要基礎(chǔ)固定設(shè)置、每個節(jié)點都是移動的，并且都能以任意方式動態(tài)地保持與其它節(jié)點的連接就而靈活使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能很好的滿足這種需求，因而得到開發(fā)和使用。IEEE802.1l使用“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)”這個詞語來定義某種具有對等形式的多跳移動通信網(wǎng)絡(luò)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由此產(chǎn)生。

1.2 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的主要特點

Ad Hoc作為一種新的移動網(wǎng)絡(luò)類型，它既可作為一種獨立的網(wǎng)絡(luò)運維，也能夠成為固定基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的一種補充和延伸。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比較，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)有如下幾個主要的特點：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袆討B(tài)變化特點；不需要固定設(shè)置；有自適應(yīng)功能；網(wǎng)絡(luò)安全性能較差；可拓展性能較差；有一定的局限性；存在部分單向通信通道；使用壽命較短。

1.3 Ad Hoc服從的路由協(xié)議

依據(jù)前面對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點的介紹和分析，其所服從的路由協(xié)議滿足如下條件：⑴根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袆討B(tài)變化的特點，其路由協(xié)議應(yīng)具有應(yīng)變能力強的特點，同時應(yīng)該減少甚至避免路由環(huán)路的產(chǎn)生，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點簡單化，便于定位。⑵盡量高效地利用帶寬和網(wǎng)絡(luò)空間，以減少支出和成本。⑶進行多跳通信時控制中間轉(zhuǎn)接次數(shù)，原則上應(yīng)小于3次跳轉(zhuǎn)。⑷路由協(xié)議下盡量減少發(fā)射容量，縮短發(fā)射時間，以降低成本，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。⑸由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有較差的安全性，因使設(shè)計的路由協(xié)議具有較好的安全性能，降低網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊風(fēng)險。

根據(jù)上述應(yīng)滿足的路由協(xié)議特點進行協(xié)議設(shè)計，現(xiàn)有的路由協(xié)議主要有先驗式路由資議、反應(yīng)式路由協(xié)議以及混合式路由協(xié)議這幾種。

2 蜂窩網(wǎng)特點簡介

在帶狀網(wǎng)絡(luò)形式下，各區(qū)域呈現(xiàn)線狀分布，區(qū)域間的距離確定較為容易，但平面范圍內(nèi)的蜂窩網(wǎng)下，這卻是一個很復(fù)雜的難點。為了實現(xiàn)該功能，首先要對頻率配置有合適的設(shè)置，其次應(yīng)限制區(qū)域內(nèi)基站的發(fā)射頻率。因此蜂窩網(wǎng)常常同時使用功率控制手段，避免同頻率區(qū)域間的相互干擾。

蜂窩網(wǎng)的第二個主要特點是過境切換。當(dāng)信號到達(dá)一個區(qū)域周圍時，該區(qū)域基站就可以檢測出。信號控制中心根據(jù)基站所反饋的信息，便可以做出相應(yīng)的指令進行控制。

蜂窩網(wǎng)的第三個特點是小區(qū)分裂。用小區(qū)分裂的方法可以增加整個系統(tǒng)的總?cè)萘?，以適應(yīng)當(dāng)前用戶密度不斷增加的情況和現(xiàn)狀。

3 Ad Hoc蜂窩網(wǎng)覆蓋性能研究技術(shù)

國內(nèi)外相關(guān)研究成果非常多，其中較為典型的有iCAR、MCN、PARCelS、MACA和CAMA等，下面重點對這些典型技術(shù)進行概述。⑴iCAR。iCAR是最早的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)融合技術(shù)，主要用于解決蜂窩網(wǎng)中當(dāng)信息流量不對稱時的堵塞問題。iCAR系統(tǒng)通過不同區(qū)域間使用Ad Hoc將信號從一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到相鄰區(qū)域從而實現(xiàn)各區(qū)域流量對稱和平衡。該方法增加了系統(tǒng)的總?cè)萘?，解決了蜂窩網(wǎng)中信息流量不對稱時的堵塞情況，大大提高其覆蓋性能。⑵MCN多跳蜂窩網(wǎng)。多跳蜂窩網(wǎng)是基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)進行蜂窩網(wǎng)改進的研究新難點。相比于傳統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，MCN多跳蜂窩網(wǎng)覆蓋范圍更廣，信號處理容量更大。⑶PARCelS。PARCelS是基于多跳蜂窩網(wǎng)的思想，利用現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)實施來實現(xiàn)通信負(fù)載的平衡，避免通信堵塞，減少延遲。這種技術(shù)在中國當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力大，信道容易堵塞的背景下，有較大的發(fā)展?jié)摿?。⑷MACA。MACA技術(shù)一般采用兩跳的轉(zhuǎn)發(fā)路由，保證了轉(zhuǎn)發(fā)路由的通信質(zhì)量，同時也允許更多跳，增加了其覆蓋性能。它的原理是使信道進行自動實時地分配。⑸CAMA。CAMA技術(shù)采用了蜂窩網(wǎng)的“帶外信號”，借助于蜂窩網(wǎng)的中央管理體制方式來進行Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)管理和信號控制，從而提高了Ad Hoc網(wǎng)的使用性能。同時，由于其高效的控制能力，大大增強了原有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

4 結(jié)語

在Ad Hoc和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的研究中，還存在許多需要解決的難點和重點問題，例如設(shè)計具有節(jié)能策略、組播功能、安全保障、和支持QoS等擴展特性的路由協(xié)議，以及實現(xiàn)對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)管理等。今后研究的重點方向致力于實現(xiàn)Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、移動節(jié)點管理和抗毀性管理以及安全管理等方面。

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