3G背景多跳蜂窩網(wǎng)融合關(guān)鍵技術(shù)研究
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熱點小區(qū)平衡業(yè)務(wù)量
熱點與非熱點小區(qū)的平衡、提高信道利用率是網(wǎng)絡(luò)融合的重要應(yīng)用。這種功能的網(wǎng)絡(luò)融合方案以iCAR(integrationofcellularandmodernAdhoc relaying technologies)為代表。
它最早提出將傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)和AdHoc轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)相結(jié)合，重點針對解決蜂窩系統(tǒng)中信息流量不均衡時的擁塞問題。iCAR系統(tǒng)通過在小區(qū)間使用AdHoc轉(zhuǎn)發(fā)臺（ARS）將數(shù)據(jù)流從一個小區(qū)動態(tài)轉(zhuǎn)移到其他小區(qū)從而有效的平衡小區(qū)間的流量負(fù)載。這不僅增加了系統(tǒng)的容量還可以減少移動節(jié)點的發(fā)送功率并且擴(kuò)展了系統(tǒng)的覆蓋面積。
基站和ARS的主要不同在于，一旦基站建立，通過有線接口連接MSC后它的位置就固定了，而ARS是一個無線通信設(shè)備。ARS的控制器要比基站的簡單得多，另外ARS可以小范圍地移動，并且能通過無線接口與移動用戶、基站、其他的ARS直接通信。
轉(zhuǎn)發(fā)例子如圖1所示，擁塞小區(qū)B中的移動用戶X通過兩個ARS與小區(qū)A中的基站通信。每個ARS有兩個空中接口，C（cellular）接口是與基站之間通信的接口，R（relay）接口是與移動節(jié)點或其他ARS通信的接口。假定C接口工作在1900MHZ左右，R接口使用頻帶在2.4GHZ處，（使用別的頻帶也可以例如在2G系統(tǒng)中使用的是850MHZ，3G系統(tǒng)使用的是2GHZ）。R接口使用的媒體接入控制協(xié)議（MAC）協(xié)議與無線局域網(wǎng)或AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的使用的協(xié)議相似。由于ARS的主要作用是轉(zhuǎn)發(fā)，因此每個ARS的R接口傳輸范圍都遠(yuǎn)小于基站，這意味著ARS的花費要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基站。ARS之間可以相互通信，同時一定的移動性以及工作頻段的不同使之能夠與基站以較高的速率通信。
圖1iCAR基礎(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)
直接與移動節(jié)點通信的ARS稱為代理，直接與基站通信的ARS稱為網(wǎng)關(guān)（ARS可以同時作為代理和網(wǎng)關(guān)）只有ARS作為網(wǎng)關(guān)時它才同時使用C接口和R接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點時它只使用R接口，這也意味著ARS只有在作為網(wǎng)關(guān)時才使用專用控制信道DCH，在這種情況下DCH由MSC動態(tài)的分配。
為了能夠轉(zhuǎn)發(fā)，移動節(jié)點需要有R接口與ARS通信，在正常的情況下移動節(jié)點還要通過C接口與基站通信，因此移動節(jié)點與ARS一樣有兩個接口。因此理論上講移動節(jié)點也可以當(dāng)作ARS，在其他移動節(jié)點和基站之間轉(zhuǎn)發(fā)信號，但是這樣一來安全、認(rèn)證等問題都難以實現(xiàn)。因此在icar系統(tǒng)中移動節(jié)點不用來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。實際上AdHoc網(wǎng)絡(luò)面臨的最大問題都是因為節(jié)點的快速移動同時缺少中央控制機(jī)制，ARS的位置以及有限的移動都是通過MSC控制的，因此轉(zhuǎn)發(fā)路徑有較好的服務(wù)質(zhì)量，并且一旦建立可以保持高穩(wěn)定性，更適于實時應(yīng)用。
擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)的覆蓋范圍
多跳蜂窩網(wǎng)（MCN）是AdHoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)結(jié)合領(lǐng)域的新研究熱點。多跳蜂窩網(wǎng)既有傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)固有的服務(wù)基站，同時又具有了AdHoc網(wǎng)絡(luò)多跳轉(zhuǎn)發(fā)的靈活性。在同一個小區(qū)內(nèi)可以同時有多條鏈路通信而且不占用基站的信道。與純AdHoc相比，有基站的存在安全問題更容易解決。同時還具有基站的發(fā)送范圍和功率降低，減少基礎(chǔ)設(shè)施的費用，減少系統(tǒng)中基站的數(shù)量，增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積及提高系統(tǒng)容量的優(yōu)點。
小區(qū)內(nèi)的兩個移動節(jié)點1和4需要建立通信鏈路，在SCN中路由為移動節(jié)點1到基站再到移動節(jié)點4，即移動節(jié)點1和4分別建立到基站的單跳鏈路，由基站轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)通信。而在MCN中，則不需要基站的參與，路由為移動節(jié)點1經(jīng)過移動節(jié)點2、3到達(dá)移動節(jié)點4，由臨近節(jié)點2和3轉(zhuǎn)發(fā)即可。小區(qū)A中的移動節(jié)點2要與小區(qū)B中的移動節(jié)點4建立通信鏈路，在SCN中路由為移動節(jié)點2通過基站A，B到達(dá)移動節(jié)點4，各移動節(jié)點分別與所處小區(qū)內(nèi)的基站通信，不同小區(qū)的基站間交互數(shù)據(jù)實現(xiàn)通信。而在MCN中路由為移動節(jié)點2通過移動節(jié)點3、基站A、基站B、移動節(jié)點1到移動節(jié)點4，離基站較遠(yuǎn)的移動節(jié)點通過臨近移動節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)和基站進(jìn)行通信。
提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
在UCAN體系中主要引入了HDR(HIGNDATARATE)和IEEE802.11b，每個移動設(shè)備有兩個接口。它的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，移動設(shè)備都接入高數(shù)據(jù)速率的基站。代理用戶的下行鏈路接收從基站發(fā)來的高速率數(shù)據(jù)包，再通過IEEE802.11b接口發(fā)送給轉(zhuǎn)發(fā)用戶，轉(zhuǎn)發(fā)用戶再發(fā)送給目標(biāo)用戶。用戶在此過程中一直在檢測高速率下行鏈路的信道狀況。
圖2UCAN的體系結(jié)構(gòu)
UCAN提出了代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制。只有低速率下行鏈路的移動節(jié)點通過IEEE802.11b接口發(fā)送路由請求信息。這個路由請求信息在鄰近移動節(jié)點間廣播，根據(jù)代理發(fā)現(xiàn)協(xié)議，尋找到一個具有高速率下行鏈路的移動用戶。這個路由請求轉(zhuǎn)發(fā)的過程就在每個節(jié)點上建立了路由信息，數(shù)據(jù)包可以通過相同路徑到達(dá)目的節(jié)點，因此代理發(fā)現(xiàn)協(xié)議也可以作為路由建立協(xié)議。
代理節(jié)點發(fā)送一個代理應(yīng)用信息給基站，根據(jù)此信息基站更新到達(dá)目的節(jié)點的代理表。從目的節(jié)點下一個時間片開始，基站就通過代理結(jié)點將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到目的節(jié)點。當(dāng)代理節(jié)點收到數(shù)據(jù)幀，它將檢查幀中目的節(jié)點的標(biāo)識段，并通過IEEE802.11b接口到達(dá)目的結(jié)點，對于IP數(shù)據(jù)包可以使用IP隧道封裝數(shù)據(jù)幀。高速率下行鏈路的信道質(zhì)量在代理發(fā)現(xiàn)中是非常重要的參數(shù)，此外還要考慮移動節(jié)點的移動速度。在UCAN中設(shè)計了兩個代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制：GreedyProxyDiscovery和On-demandProxyDiscovery。
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