魏強(qiáng)++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(kuò)大蜂窩移動(dòng)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(duì)AD HOC網(wǎng)絡(luò)及蜂窩網(wǎng)的主要特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并對(duì)基于Ad Hoc中繼的蜂窩網(wǎng)覆蓋性能進(jìn)行分析與研究。分析表明通過(guò)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(diǎn)，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(diǎn)。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(diǎn)，彌補(bǔ)對(duì)方的缺點(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)，第三節(jié)主要對(duì)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(jìn)行研究和特點(diǎn)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(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；無(wú)線局域網(wǎng)形式下的通信采用無(wú)線連接點(diǎn)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(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)都是移動(dòng)的，并且都能以任意方式動(dòng)態(tài)地保持與其它節(jié)點(diǎn)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(kāi)發(fā)和使用。IEEE802.1l使用“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)”這個(gè)詞語(yǔ)來(lái)定義某種具有對(duì)等形式的多跳移動(dòng)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(diǎn)

Ad Hoc作為一種新的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)類型，它既可作為一種獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維，也能夠成為固定基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)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(gè)主要的特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袆?dòng)態(tài)變化特點(diǎn)；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(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)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?dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，其路由協(xié)議應(yīng)具有應(yīng)變能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)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(diǎn)簡(jiǎn)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(jìn)行多跳通信時(shí)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(shí)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(jì)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(xiǎn)。

根據(jù)上述應(yīng)滿足的路由協(xié)議特點(diǎn)進(jìn)行協(xié)議設(shè)計(jì)，現(xiàn)有的路由協(xié)議主要有先驗(yàn)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(diǎn)簡(jiǎn)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(gè)很復(fù)雜的難點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)該功能，首先要對(duì)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(shí)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(gè)主要特點(diǎn)是過(guò)境切換。當(dāng)信號(hào)到達(dá)一個(gè)區(qū)域周圍時(shí)，該區(qū)域基站就可以檢測(cè)出。信號(hào)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(jìn)行控制。

蜂窩網(wǎng)的第三個(gè)特點(diǎn)是小區(qū)分裂。用小區(qū)分裂的方法可以增加整個(gè)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(guó)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(diǎn)對(duì)這些典型技術(shù)進(jìn)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(duì)稱時(shí)的堵塞問(wèn)題。iCAR系統(tǒng)通過(guò)不同區(qū)域間使用Ad Hoc將信號(hào)從一個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)移到相鄰區(qū)域從而實(shí)現(xiàn)各區(qū)域流量對(duì)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(duì)稱時(shí)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(jìn)行蜂窩網(wǎng)改進(jìn)的研究新難點(diǎn)。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(hào)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(shí)施來(lái)實(shí)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(guó)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Α＂萂ACA。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(shí)也允許更多跳，增加了其覆蓋性能。它的原理是使信道進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)地分配。⑸CAMA。CAMA技術(shù)采用了蜂窩網(wǎng)的“帶外信號(hào)”，借助于蜂窩網(wǎng)的中央管理體制方式來(lái)進(jìn)行Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)管理和信號(hào)控制，從而提高了Ad Hoc網(wǎng)的使用性能。同時(shí)，由于其高效的控制能力，大大增強(qiáng)了原有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

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(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題，例如設(shè)計(jì)具有節(jié)能策略、組播功能、安全保障、和支持QoS等擴(kuò)展特性的路由協(xié)議，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)管理等。今后研究的重點(diǎn)方向致力于實(shí)現(xiàn)Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)管理和抗毀性管理以及安全管理等方面。

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