蜂窩adhoc網絡概述

瞿謹

一、ad hoc網絡與蜂窩網絡的結合

在移動無線通信網絡原有的網絡構架技術中通常包括蜂窩移動通信網絡和無線局域網，蜂窩移動通信網絡移動終端接入固定網絡是基于基站的中心接入方式，而無線局域網則要通過接入點（AP）完成終端接入固定網絡，這兩種網絡都是單跳網絡。ad hoc技術所標稱的是一種有別于中心接入和單跳的特征，強調多跳和無中心接入，移動終端不僅具有主機的功能，還具有路由器的功能，使得無線移動ad hoc網絡被認為是下一代移動通信系統解決方案中最有希望被采用的末端網絡。

在實際應用中，ad hoc網絡既可以單獨組網實現局部通信外，又可作為末端子網通過網關連接到現有的網絡基礎設施上，蜂窩移動通信是一項十分成熟的技術，在蜂窩系統中，控制部分幾乎全部集中在基站和基站控制器，移動設備變得相對簡單。相對于ad hoc網絡的分布式控制來說，蜂窩系統的集中控制顯得效率更高。另外，ad hoc網絡很難組成大規模的網絡。然而，傳統蜂窩網絡建設成本高昂，建設速度也比較緩慢，建成以后就很難進行大規模調整，也不能很好地適應負載的變化，針對這些問題的解決方案是將ad hoc網絡與傳統蜂窩網絡相結合。蜂窩ad hoc網絡是一個自組織的多跳網絡，通過多個接入點與寬帶核心網絡相連。蜂窩ad hoc網絡與孤立的ad hoc網絡的區別在于蜂窩ad hoc網絡中的大部分業務都將通過接入點進行轉發。

二、ad hoc網絡與傳統蜂窩網絡結合的ODMA

ODMA是一種自適應、靈活的、結合了自組網和傳統蜂窩網絡特性的接入技術。ODMA網絡的最大特點是既存在基站，也允許用戶相互中繼。ODMA作為UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）的一項補充技術， ODMA網絡的終端可以靈活地選擇傳統蜂窩的單跳工作方式或分布式網絡中常見的多跳工作方式。但是ODMA系統的每一跳都會因業務調度、信道沖突和干擾限制而不可避免地帶來時延，并且時延的大小隨上述因素的變化而變化，因此ODMA系統存在比較明顯的時延抖動問題。

（1）機會驅動的多址接入ODMA

在ODMA的原始協議中，移動節點之間不可以互相通信，而目前的ad hoc網絡存在的許多問題都是節點間信息閉塞或傳輸這種信息消耗大量的通信資源所致。借助蜂窩網絡的思想，在ad hoc網絡中引入一些種子（Seed）節點，圖1描繪了這種混合網絡的概念模型。

在這個模型中，網絡存在大量的移動節點和一些種子節點。種子節點既可以是移動的，也可以是固定的，并可根據網絡負載情況進行配置。它是一種比普通節點復雜一些的無線中繼設備，通過有線或無線的方式互相連接，并與核心網互通。這樣的設備不需要有大的覆蓋范圍，與普通的無線ad hoc網絡節點的覆蓋范圍大致相同，但是卻可以進行復雜的處理，諸如使用多用戶檢測這樣的復雜算法，并對周圍用戶起著一定的協調和管理作用，這樣的網絡繼承了傳統蜂窩網絡的優點，可以無限制拓展。而每一個用戶只需要不多的中繼就可以與一個種子節點通信，這樣既解決了時延問題，又可以允許節點更快速地運動。同時，距離較近的節點可以相互直接通信，這一點無疑與ad hoc網絡完全相同。這樣的網絡結構能夠將無線ad hoc網絡和傳統的蜂窩網絡的優勢結合在一起，更好地適應未來通信發展的需要。

（2）ODMA網絡及其資源管理

同傳統的無線ad hoc網絡不同，ODMA網絡在接入方式上并非采用完全異步的方式，在3GPP中主要應用于UTRA TDD的空中接口，采用諸如多用戶檢測等信號處理技術，相應的隱藏終端和暴露終端問題將得到有效緩解。功率控制方面，ODMA網絡采用了一種自適應的方式，這一點類似于傳統的無線ad hoc網絡基于拓撲改變的功率管理方式。

另外，由于ODMA網絡存在基站這一控制中心，因此許多在傳統蜂窩網絡中使用的諸如動態信道分配技術也可以用在ODMA網絡中。至少，直接與基站進行通信的節點可以差不多完全采用傳統的無線資源管理的方式，這樣的管理方式可能會更有利于網絡的優化。距離基站比較遠的用戶也可以通過控制指令，部分地采用集中控制的方法。

三、作為B3G的一種應用方案的蜂窩ad hoc網絡

無線移動ad hoc網絡已經開始被當作下一代移動通信網絡的一種應用方案。3GPP和3GPP2已經把ad hoc網絡作為標準化的一項重要工作。ad hoc網絡在所有的應用方案中都是作為通信網絡的末端網絡，作為移動用戶無線接入的基本單元，通過各種接入設備完成對移動通信核心網的接入。

在3G系統IMT-2000/UMTS標準化完成之后，研究者又開始致力于后3G無線系統的概念和技術的研究開發工作。更高傳輸速率和更低的系統開銷是B3G的主要要求，有人提出了一種新的適合于支持無線多媒體通信的B3G系統的空中接口概念——建立W-CHAMB網絡，其主要特征是自組織、多跳傳輸和提供QoS保證。由于B3G系統的主要應用業務對傳輸速率的要求比3G高10倍，B3G必須采用3GHz以上可利用和可行的頻帶以支持高速率的業務，由于該頻段穿越障礙物的能力非常有限，傳輸特性很不穩定，因此該頻段的頻率規劃將非常困難。另外，更高的傳輸速率和更高的頻帶將使通信范圍非常有限，無線電信號的覆蓋也很不穩定。可以采用兩種方法以獲得較好的無線電覆蓋。一種方法是增加基站的數量和基站的輸出功率，該方法將使系統的耗費顯著增加。另一種方法是使用多跳傳輸的蜂窩ad hoc網絡對無線覆蓋范圍進行擴展，實現效能成本合算的解決方案。

與孤立的大規模ad hoc網絡相比，蜂窩ad hoc網絡由于發射功率的降低，網絡的性能將獲得改善。由于干擾的降低，AP的瓶頸問題也將得到改善。通過多跳傳輸，AP的無線覆蓋范圍在無需增加AP的發射功率的情況下將進一步擴大，使得網絡的耗費可以保持在較低的狀態。通過限制傳輸跳數，可以使網絡保持簡單的結構。當頻率范圍超過3GHz以后，頻率的規劃將變得非常困難，該問題可以通過AP和移動節點之間的自組織予以避免。在B3G系統中，蜂窩ad hoc網絡看來是寬帶無線接入網絡比較有前景的解決方案。endprint

一、ad hoc網絡與蜂窩網絡的結合

在移動無線通信網絡原有的網絡構架技術中通常包括蜂窩移動通信網絡和無線局域網，蜂窩移動通信網絡移動終端接入固定網絡是基于基站的中心接入方式，而無線局域網則要通過接入點（AP）完成終端接入固定網絡，這兩種網絡都是單跳網絡。ad hoc技術所標稱的是一種有別于中心接入和單跳的特征，強調多跳和無中心接入，移動終端不僅具有主機的功能，還具有路由器的功能，使得無線移動ad hoc網絡被認為是下一代移動通信系統解決方案中最有希望被采用的末端網絡。

在實際應用中，ad hoc網絡既可以單獨組網實現局部通信外，又可作為末端子網通過網關連接到現有的網絡基礎設施上，蜂窩移動通信是一項十分成熟的技術，在蜂窩系統中，控制部分幾乎全部集中在基站和基站控制器，移動設備變得相對簡單。相對于ad hoc網絡的分布式控制來說，蜂窩系統的集中控制顯得效率更高。另外，ad hoc網絡很難組成大規模的網絡。然而，傳統蜂窩網絡建設成本高昂，建設速度也比較緩慢，建成以后就很難進行大規模調整，也不能很好地適應負載的變化，針對這些問題的解決方案是將ad hoc網絡與傳統蜂窩網絡相結合。蜂窩ad hoc網絡是一個自組織的多跳網絡，通過多個接入點與寬帶核心網絡相連。蜂窩ad hoc網絡與孤立的ad hoc網絡的區別在于蜂窩ad hoc網絡中的大部分業務都將通過接入點進行轉發。

二、ad hoc網絡與傳統蜂窩網絡結合的ODMA

ODMA是一種自適應、靈活的、結合了自組網和傳統蜂窩網絡特性的接入技術。ODMA網絡的最大特點是既存在基站，也允許用戶相互中繼。ODMA作為UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）的一項補充技術， ODMA網絡的終端可以靈活地選擇傳統蜂窩的單跳工作方式或分布式網絡中常見的多跳工作方式。但是ODMA系統的每一跳都會因業務調度、信道沖突和干擾限制而不可避免地帶來時延，并且時延的大小隨上述因素的變化而變化，因此ODMA系統存在比較明顯的時延抖動問題。

（1）機會驅動的多址接入ODMA

在ODMA的原始協議中，移動節點之間不可以互相通信，而目前的ad hoc網絡存在的許多問題都是節點間信息閉塞或傳輸這種信息消耗大量的通信資源所致。借助蜂窩網絡的思想，在ad hoc網絡中引入一些種子（Seed）節點，圖1描繪了這種混合網絡的概念模型。

在這個模型中，網絡存在大量的移動節點和一些種子節點。種子節點既可以是移動的，也可以是固定的，并可根據網絡負載情況進行配置。它是一種比普通節點復雜一些的無線中繼設備，通過有線或無線的方式互相連接，并與核心網互通。這樣的設備不需要有大的覆蓋范圍，與普通的無線ad hoc網絡節點的覆蓋范圍大致相同，但是卻可以進行復雜的處理，諸如使用多用戶檢測這樣的復雜算法，并對周圍用戶起著一定的協調和管理作用，這樣的網絡繼承了傳統蜂窩網絡的優點，可以無限制拓展。而每一個用戶只需要不多的中繼就可以與一個種子節點通信，這樣既解決了時延問題，又可以允許節點更快速地運動。同時，距離較近的節點可以相互直接通信，這一點無疑與ad hoc網絡完全相同。這樣的網絡結構能夠將無線ad hoc網絡和傳統的蜂窩網絡的優勢結合在一起，更好地適應未來通信發展的需要。

（2）ODMA網絡及其資源管理

同傳統的無線ad hoc網絡不同，ODMA網絡在接入方式上并非采用完全異步的方式，在3GPP中主要應用于UTRA TDD的空中接口，采用諸如多用戶檢測等信號處理技術，相應的隱藏終端和暴露終端問題將得到有效緩解。功率控制方面，ODMA網絡采用了一種自適應的方式，這一點類似于傳統的無線ad hoc網絡基于拓撲改變的功率管理方式。

另外，由于ODMA網絡存在基站這一控制中心，因此許多在傳統蜂窩網絡中使用的諸如動態信道分配技術也可以用在ODMA網絡中。至少，直接與基站進行通信的節點可以差不多完全采用傳統的無線資源管理的方式，這樣的管理方式可能會更有利于網絡的優化。距離基站比較遠的用戶也可以通過控制指令，部分地采用集中控制的方法。

三、作為B3G的一種應用方案的蜂窩ad hoc網絡

無線移動ad hoc網絡已經開始被當作下一代移動通信網絡的一種應用方案。3GPP和3GPP2已經把ad hoc網絡作為標準化的一項重要工作。ad hoc網絡在所有的應用方案中都是作為通信網絡的末端網絡，作為移動用戶無線接入的基本單元，通過各種接入設備完成對移動通信核心網的接入。

在3G系統IMT-2000/UMTS標準化完成之后，研究者又開始致力于后3G無線系統的概念和技術的研究開發工作。更高傳輸速率和更低的系統開銷是B3G的主要要求，有人提出了一種新的適合于支持無線多媒體通信的B3G系統的空中接口概念——建立W-CHAMB網絡，其主要特征是自組織、多跳傳輸和提供QoS保證。由于B3G系統的主要應用業務對傳輸速率的要求比3G高10倍，B3G必須采用3GHz以上可利用和可行的頻帶以支持高速率的業務，由于該頻段穿越障礙物的能力非常有限，傳輸特性很不穩定，因此該頻段的頻率規劃將非常困難。另外，更高的傳輸速率和更高的頻帶將使通信范圍非常有限，無線電信號的覆蓋也很不穩定。可以采用兩種方法以獲得較好的無線電覆蓋。一種方法是增加基站的數量和基站的輸出功率，該方法將使系統的耗費顯著增加。另一種方法是使用多跳傳輸的蜂窩ad hoc網絡對無線覆蓋范圍進行擴展，實現效能成本合算的解決方案。

與孤立的大規模ad hoc網絡相比，蜂窩ad hoc網絡由于發射功率的降低，網絡的性能將獲得改善。由于干擾的降低，AP的瓶頸問題也將得到改善。通過多跳傳輸，AP的無線覆蓋范圍在無需增加AP的發射功率的情況下將進一步擴大，使得網絡的耗費可以保持在較低的狀態。通過限制傳輸跳數，可以使網絡保持簡單的結構。當頻率范圍超過3GHz以后，頻率的規劃將變得非常困難，該問題可以通過AP和移動節點之間的自組織予以避免。在B3G系統中，蜂窩ad hoc網絡看來是寬帶無線接入網絡比較有前景的解決方案。endprint

一、ad hoc網絡與蜂窩網絡的結合

在移動無線通信網絡原有的網絡構架技術中通常包括蜂窩移動通信網絡和無線局域網，蜂窩移動通信網絡移動終端接入固定網絡是基于基站的中心接入方式，而無線局域網則要通過接入點（AP）完成終端接入固定網絡，這兩種網絡都是單跳網絡。ad hoc技術所標稱的是一種有別于中心接入和單跳的特征，強調多跳和無中心接入，移動終端不僅具有主機的功能，還具有路由器的功能，使得無線移動ad hoc網絡被認為是下一代移動通信系統解決方案中最有希望被采用的末端網絡。

在實際應用中，ad hoc網絡既可以單獨組網實現局部通信外，又可作為末端子網通過網關連接到現有的網絡基礎設施上，蜂窩移動通信是一項十分成熟的技術，在蜂窩系統中，控制部分幾乎全部集中在基站和基站控制器，移動設備變得相對簡單。相對于ad hoc網絡的分布式控制來說，蜂窩系統的集中控制顯得效率更高。另外，ad hoc網絡很難組成大規模的網絡。然而，傳統蜂窩網絡建設成本高昂，建設速度也比較緩慢，建成以后就很難進行大規模調整，也不能很好地適應負載的變化，針對這些問題的解決方案是將ad hoc網絡與傳統蜂窩網絡相結合。蜂窩ad hoc網絡是一個自組織的多跳網絡，通過多個接入點與寬帶核心網絡相連。蜂窩ad hoc網絡與孤立的ad hoc網絡的區別在于蜂窩ad hoc網絡中的大部分業務都將通過接入點進行轉發。

二、ad hoc網絡與傳統蜂窩網絡結合的ODMA

ODMA是一種自適應、靈活的、結合了自組網和傳統蜂窩網絡特性的接入技術。ODMA網絡的最大特點是既存在基站，也允許用戶相互中繼。ODMA作為UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）的一項補充技術， ODMA網絡的終端可以靈活地選擇傳統蜂窩的單跳工作方式或分布式網絡中常見的多跳工作方式。但是ODMA系統的每一跳都會因業務調度、信道沖突和干擾限制而不可避免地帶來時延，并且時延的大小隨上述因素的變化而變化，因此ODMA系統存在比較明顯的時延抖動問題。

（1）機會驅動的多址接入ODMA

在ODMA的原始協議中，移動節點之間不可以互相通信，而目前的ad hoc網絡存在的許多問題都是節點間信息閉塞或傳輸這種信息消耗大量的通信資源所致。借助蜂窩網絡的思想，在ad hoc網絡中引入一些種子（Seed）節點，圖1描繪了這種混合網絡的概念模型。

在這個模型中，網絡存在大量的移動節點和一些種子節點。種子節點既可以是移動的，也可以是固定的，并可根據網絡負載情況進行配置。它是一種比普通節點復雜一些的無線中繼設備，通過有線或無線的方式互相連接，并與核心網互通。這樣的設備不需要有大的覆蓋范圍，與普通的無線ad hoc網絡節點的覆蓋范圍大致相同，但是卻可以進行復雜的處理，諸如使用多用戶檢測這樣的復雜算法，并對周圍用戶起著一定的協調和管理作用，這樣的網絡繼承了傳統蜂窩網絡的優點，可以無限制拓展。而每一個用戶只需要不多的中繼就可以與一個種子節點通信，這樣既解決了時延問題，又可以允許節點更快速地運動。同時，距離較近的節點可以相互直接通信，這一點無疑與ad hoc網絡完全相同。這樣的網絡結構能夠將無線ad hoc網絡和傳統的蜂窩網絡的優勢結合在一起，更好地適應未來通信發展的需要。

（2）ODMA網絡及其資源管理

同傳統的無線ad hoc網絡不同，ODMA網絡在接入方式上并非采用完全異步的方式，在3GPP中主要應用于UTRA TDD的空中接口，采用諸如多用戶檢測等信號處理技術，相應的隱藏終端和暴露終端問題將得到有效緩解。功率控制方面，ODMA網絡采用了一種自適應的方式，這一點類似于傳統的無線ad hoc網絡基于拓撲改變的功率管理方式。

另外，由于ODMA網絡存在基站這一控制中心，因此許多在傳統蜂窩網絡中使用的諸如動態信道分配技術也可以用在ODMA網絡中。至少，直接與基站進行通信的節點可以差不多完全采用傳統的無線資源管理的方式，這樣的管理方式可能會更有利于網絡的優化。距離基站比較遠的用戶也可以通過控制指令，部分地采用集中控制的方法。

三、作為B3G的一種應用方案的蜂窩ad hoc網絡

無線移動ad hoc網絡已經開始被當作下一代移動通信網絡的一種應用方案。3GPP和3GPP2已經把ad hoc網絡作為標準化的一項重要工作。ad hoc網絡在所有的應用方案中都是作為通信網絡的末端網絡，作為移動用戶無線接入的基本單元，通過各種接入設備完成對移動通信核心網的接入。

在3G系統IMT-2000/UMTS標準化完成之后，研究者又開始致力于后3G無線系統的概念和技術的研究開發工作。更高傳輸速率和更低的系統開銷是B3G的主要要求，有人提出了一種新的適合于支持無線多媒體通信的B3G系統的空中接口概念——建立W-CHAMB網絡，其主要特征是自組織、多跳傳輸和提供QoS保證。由于B3G系統的主要應用業務對傳輸速率的要求比3G高10倍，B3G必須采用3GHz以上可利用和可行的頻帶以支持高速率的業務，由于該頻段穿越障礙物的能力非常有限，傳輸特性很不穩定，因此該頻段的頻率規劃將非常困難。另外，更高的傳輸速率和更高的頻帶將使通信范圍非常有限，無線電信號的覆蓋也很不穩定。可以采用兩種方法以獲得較好的無線電覆蓋。一種方法是增加基站的數量和基站的輸出功率，該方法將使系統的耗費顯著增加。另一種方法是使用多跳傳輸的蜂窩ad hoc網絡對無線覆蓋范圍進行擴展，實現效能成本合算的解決方案。

與孤立的大規模ad hoc網絡相比，蜂窩ad hoc網絡由于發射功率的降低，網絡的性能將獲得改善。由于干擾的降低，AP的瓶頸問題也將得到改善。通過多跳傳輸，AP的無線覆蓋范圍在無需增加AP的發射功率的情況下將進一步擴大，使得網絡的耗費可以保持在較低的狀態。通過限制傳輸跳數，可以使網絡保持簡單的結構。當頻率范圍超過3GHz以后，頻率的規劃將變得非常困難，該問題可以通過AP和移動節點之間的自組織予以避免。在B3G系統中，蜂窩ad hoc網絡看來是寬帶無線接入網絡比較有前景的解決方案。endprint