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未來無線通信領(lǐng)域的新技術(shù)( 三 )

云知道


2 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)
1968年研究的ALOHA協(xié)議在固定節(jié)點(diǎn)的ALOHA網(wǎng)絡(luò)中支持分布式信道接入，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都位于其他參與節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，也就是說ALOHA網(wǎng)絡(luò)是一種單跳網(wǎng) 。1993年美國國防部先進(jìn)研究機(jī)構(gòu)(DARPA)開始研究多跳分組無線網(wǎng)協(xié)議 。多跳技術(shù)增加網(wǎng)絡(luò)容量的思路是：在大型網(wǎng)絡(luò)中采用共存與分離多跳會話、空域復(fù)用、預(yù)留發(fā)射功率資源和復(fù)雜路由協(xié)議來提高全網(wǎng)吞吐量 。
未來無線網(wǎng)絡(luò)除了以低成本達(dá)到高數(shù)據(jù)速率外，還要求在無專用通信基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)和生存能力 。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(又稱為分組無線網(wǎng)絡(luò))就能滿足這樣的要求，作為非集中控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有移動節(jié)點(diǎn)以約定協(xié)議建立全向通信，主要被用于軍事和災(zāi)難通信 ?，F(xiàn)在，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)作為商業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)無線技術(shù)，加強(qiáng)了如筆記本電腦、蜂窩電話、PDA和mp3等袖珍設(shè)備間的相互聯(lián)系 。
現(xiàn)蜂窩通信系統(tǒng)主要依靠集中控制和治理，而下一代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)將轉(zhuǎn)向固定網(wǎng)與移動網(wǎng)相結(jié)合，無隙縫和全方位通信，采用Ad hoc模式，如無線局域網(wǎng)HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)中的直接模式中鄰近節(jié)點(diǎn)可互相直接通信 。藍(lán)牙(Bluetooth)、IEEE 802.11中的Ad hoc模式、IEEE 802.16中的移動Ad hoc網(wǎng)(MANET)和IEEE 802.15中的個人域網(wǎng)(PAN)都采用非集中無線接入和路由技術(shù) 。Ad hoc多跳的傳感網(wǎng)絡(luò)可用于環(huán)境監(jiān)測 。
Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有事先確定的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)鏈路的時間特性，這給分組無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和實(shí)施帶來一些新的挑戰(zhàn)，主要有：
(1)必須優(yōu)化設(shè)計安全和路由功能，保證分布式結(jié)構(gòu)有效運(yùn)行 。
(2)在網(wǎng)絡(luò)動態(tài)運(yùn)行時，必須降低路由表更新頻數(shù)和開銷以保證鏈路連接 。
(3)在多跳網(wǎng)絡(luò)中，必須改進(jìn)路由協(xié)議設(shè)計以減少鏈路容量和等待時間的波動 。
(4)必須全面權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)連接(覆蓋)、時延、容量和功率預(yù)算等指標(biāo) 。
(5)必須優(yōu)化功率治理和媒體訪問控制(MAC)設(shè)計以減少先進(jìn)技術(shù)的負(fù)面效應(yīng) 。

3 網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化
3.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，必須研究網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu) 。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，已經(jīng)在通信系統(tǒng)中應(yīng)用多年的開放系統(tǒng)互連(OSI)網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計，將集中在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層(見圖3) 。對網(wǎng)絡(luò)特性的要求也發(fā)生了變化，如時延、吞吐量、支持各種QoS多媒體業(yè)務(wù)的動態(tài)流量、差錯率、頻譜帶寬、節(jié)點(diǎn)連續(xù)不斷進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓龋@些都對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn) 。
在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)吞吐量時，要滿足隨應(yīng)用而變的QoS要求，需要將網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計滲透到物理層設(shè)計 。不同的應(yīng)用應(yīng)由不同的優(yōu)化方法來服務(wù)，這就要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在模糊層次分隔和跨層優(yōu)化功能上進(jìn)行改革 。在網(wǎng)絡(luò)兩個層次分別采取兩種不同技術(shù)，如物理層的4×1空時分組碼和MAC層類似CDMA2000 1X EV/DO的貪婪調(diào)度算法，改進(jìn)系統(tǒng)性能 。STBC有能力在物理層提供分集增益，而對基于來自移動終端的反饋信息，在信干噪比(SINR)最大時，通過分組傳輸至移動終端的貪婪調(diào)度算法可獲得多用戶分集 。然而，在貪婪調(diào)度算法上疊加4×1空時分組碼，將以4倍的RF占用成本換取系統(tǒng)的增益；另外，隨著用戶數(shù)的增加，STBC還將降低SINR，這說明物理層和MAC層最好一起優(yōu)化系統(tǒng)的性能 。貪婪調(diào)度算法不適用對時延有嚴(yán)格要求的話音業(yè)務(wù)，卻可采用有分集增益的STBC；對時延不敏感的Web流量不采用4副RF發(fā)射機(jī)，卻可采用貪婪調(diào)度算法 。
利用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層間傳輸控制信息進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，可最大限度地利用無線網(wǎng)絡(luò)資源，提高系統(tǒng)的整體性能 。3.2 跨層優(yōu)化
在新一代多媒體網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計時，不僅要考慮靜態(tài)跨層優(yōu)化，還應(yīng)考慮動態(tài)跨層自適應(yīng)優(yōu)化 。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計也包含一些自適應(yīng)能力，如利用自適應(yīng)信號處理調(diào)整信道參數(shù)、更新路由表、改變流量負(fù)載等，但這些調(diào)整更新與網(wǎng)絡(luò)層次是不相關(guān)的 ?？鐚幼赃m應(yīng)答應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能同時在功能和自適應(yīng)之間通過信息交換，滿足網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、信道環(huán)境和QoS可變的要求 。

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