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(diǎn)小區平衡業(yè)務(wù)量
熱點(diǎn)與非熱點(diǎn)小區的平衡、提高信道利用率是網(wǎng)絡(luò )融合的重要應用。這種功能的網(wǎng)絡(luò )融合方案以iCAR(integrationofcellularandmodernAdhoc relaying technologies)為代表。
它最早提出將傳統蜂窩網(wǎng)和AdHoc轉發(fā)技術(shù)相結合，重點(diǎn)針對解決蜂窩系統中信息流量不均衡時(shí)的擁塞問(wèn)題。iCAR系統通過(guò)在小區間使用AdHoc轉發(fā)臺（ARS）將數據流從一個(gè)小區動(dòng)態(tài)轉移到其他小區從而有效的平衡小區間的流量負載。這不僅增加了系統的容量還可以減少移動(dòng)節點(diǎn)的發(fā)送功率并且擴展了系統的覆蓋面積。
基站和ARS的主要不同在于，一旦基站建立，通過(guò)有線(xiàn)接口連接MSC后它的位置就固定了，而ARS是一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信設備。ARS的控制器要比基站的簡(jiǎn)單得多，另外ARS可以小范圍地移動(dòng)，并且能通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口與移動(dòng)用戶(hù)、基站、其他的ARS直接通信。
轉發(fā)例子如圖1所示，擁塞小區B中的移動(dòng)用戶(hù)X通過(guò)兩個(gè)ARS與小區A中的基站通信。每個(gè)ARS有兩個(gè)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(dòng)節點(diǎn)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系統中使用的是850MHZ，3G系統使用的是2GHZ）。R接口使用的媒體接入控制協(xié)議（MAC）協(xié)議與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或AdHoc網(wǎng)絡(luò )中的使用的協(xié)議相似。由于A(yíng)RS的主要作用是轉發(fā)，因此每個(gè)ARS的R接口傳輸范圍都遠小于基站，這意味著(zhù)ARS的花費要遠遠小于基站。ARS之間可以相互通信，同時(shí)一定的移動(dòng)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基礎轉發(fā)
直接與移動(dòng)節點(diǎn)通信的ARS稱(chēng)為代理，直接與基站通信的ARS稱(chēng)為網(wǎng)關(guān)（ARS可以同時(shí)作為代理和網(wǎng)關(guān)）只有ARS作為網(wǎng)關(guān)時(shí)它才同時(shí)使用C接口和R接口，作為轉發(fā)節點(diǎn)時(shí)它只使用R接口，這也意味著(zhù)ARS只有在作為網(wǎng)關(guān)時(shí)才使用專(zhuān)用控制信道DCH，在這種情況下DCH由MSC動(dòng)態(tài)的分配。
為了能夠轉發(fā)，移動(dòng)節點(diǎn)需要有R接口與ARS通信，在正常的情況下移動(dòng)節點(diǎn)還要通過(guò)C接口與基站通信，因此移動(dòng)節點(diǎn)與ARS一樣有兩個(gè)接口。因此理論上講移動(dòng)節點(diǎn)也可以當作ARS，在其他移動(dòng)節點(diǎn)和基站之間轉發(fā)信號，但是這樣一來(lái)安全、認證等問(wèn)題都難以實(shí)現。因此在icar系統中移動(dòng)節點(diǎn)不用來(lái)轉發(fā)數據包。實(shí)際上AdHoc網(wǎng)絡(luò )面臨的最大問(wèn)題都是因為節點(diǎn)的快速移動(dòng)同時(shí)缺少中央控制機制，ARS的位置以及有限的移動(dòng)都是通過(guò)MSC控制的，因此轉發(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定性，更適于實(shí)時(shí)應用。
擴大蜂窩網(wǎng)的覆蓋范圍
多跳蜂窩網(wǎng)（MCN）是AdHoc網(wǎng)絡(luò )與蜂窩網(wǎng)結合領(lǐng)域的新研究熱點(diǎn)。多跳蜂窩網(wǎng)既有傳統蜂窩網(wǎng)固有的服務(wù)基站，同時(shí)又具有了AdHoc網(wǎng)絡(luò )多跳轉發(fā)的靈活性。在同一個(gè)小區內可以同時(shí)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(wèn)題更容易解決。同時(shí)還具有基站的發(fā)送范圍和功率降低，減少基礎設施的費用，減少系統中基站的數量，增加網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面積及提高系統容量的優(yōu)點(diǎn)。
小區內的兩個(gè)移動(dòng)節點(diǎn)1和4需要建立通信鏈路，在SCN中路由為移動(dòng)節點(diǎn)1到基站再到移動(dòng)節點(diǎn)4，即移動(dòng)節點(diǎn)1和4分別建立到基站的單跳鏈路，由基站轉發(fā)實(shí)現通信。而在MCN中，則不需要基站的參與，路由為移動(dòng)節點(diǎn)1經(jīng)過(guò)移動(dòng)節點(diǎn)2、3到達移動(dòng)節點(diǎn)4，由臨近節點(diǎn)2和3轉發(fā)即可。小區A中的移動(dòng)節點(diǎn)2要與小區B中的移動(dòng)節點(diǎn)4建立通信鏈路，在SCN中路由為移動(dòng)節點(diǎn)2通過(guò)基站A，B到達移動(dòng)節點(diǎn)4，各移動(dòng)節點(diǎn)分別與所處小區內的基站通信，不同小區的基站間交互數據實(shí)現通信。而在MCN中路由為移動(dòng)節點(diǎn)2通過(guò)移動(dòng)節點(diǎn)3、基站A、基站B、移動(dòng)節點(diǎn)1到移動(dòng)節點(diǎn)4，離基站較遠的移動(dòng)節點(diǎn)通過(guò)臨近移動(dòng)節點(diǎn)的轉發(fā)和基站進(jìn)行通信。
提供高速率的數據業(yè)務(wù)
在UCAN體系中主要引入了HDR(HIGNDATARATE)和IEEE802.11b，每個(gè)移動(dòng)設備有兩個(gè)接口。它的體系結構如圖2所示，移動(dòng)設備都接入高數據速率的基站。代理用戶(hù)的下行鏈路接收從基站發(fā)來(lái)的高速率數據包，再通過(guò)IEEE802.11b接口發(fā)送給轉發(fā)用戶(hù)，轉發(fā)用戶(hù)再發(fā)送給目標用戶(hù)。用戶(hù)在此過(guò)程中一直在檢測高速率下行鏈路的信道狀況。
圖2UCAN的體系結構
UCAN提出了代理發(fā)現機制。只有低速率下行鏈路的移動(dòng)節點(diǎn)通過(guò)IEEE802.11b接口發(fā)送路由請求信息。這個(gè)路由請求信息在鄰近移動(dòng)節點(diǎn)間廣播，根據代理發(fā)現協(xié)議，尋找到一個(gè)具有高速率下行鏈路的移動(dòng)用戶(hù)。這個(gè)路由請求轉發(fā)的過(guò)程就在每個(gè)節點(diǎn)上建立了路由信息，數據包可以通過(guò)相同路徑到達目的節點(diǎn)，因此代理發(fā)現協(xié)議也可以作為路由建立協(xié)議。
代理節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)代理應用信息給基站，根據此信息基站更新到達目的節點(diǎn)的代理表。從目的節點(diǎn)下一個(gè)時(shí)間片開(kāi)始，基站就通過(guò)代理結點(diǎn)將數據幀發(fā)送到目的節點(diǎn)。當代理節點(diǎn)收到數據幀，它將檢查幀中目的節點(diǎn)的標識段，并通過(guò)IEEE802.11b接口到達目的結點(diǎn)，對于IP數據包可以使用IP隧道封裝數據幀。高速率下行鏈路的信道質(zhì)量在代理發(fā)現中是非常重要的參數，此外還要考慮移動(dòng)節點(diǎn)的移動(dòng)速度。在UCAN中設計了兩個(gè)代理發(fā)現機制：GreedyProxyDiscovery和On-demandProxyDiscovery。
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