基于Ad Hoc中繼的蜂窩網絡覆蓋性能研究概述

魏強++趙玉婷++冉淏丹

摘 要：Ad Hoc與蜂窩網絡的系統相結合，能夠有效利用終端的多跳轉發能力，擴大蜂窩移動通信的覆蓋范圍，并能均衡相鄰小區的業務，提高小區邊緣的數據傳輸速率。本文分別對AD HOC網絡及蜂窩網的主要特點進行介紹，并對基于Ad Hoc中繼的蜂窩網覆蓋性能進行分析與研究。分析表明通過與Ad Hoc網絡相結合，蜂窩網絡覆蓋性能大大提高。

關鍵詞：Ad Hoc；蜂窩網；路由協議；覆蓋性能

Ad Hoc網絡由于其自身存在的缺點，不能形成較大規模和范圍的網絡，因此較大范圍的普及和應用Ad Hoc網絡仍存在很大的困難和技術難點。Ad Hoc網絡與蜂窩網絡相結合，能夠利用各自的優點，彌補對方的缺點，形成基于Ad Hoc中繼的蜂窩網絡系統，提高網絡覆蓋性能。本文第一節介紹了Ad Hoc網絡的特點及其所服從的路由協議，第二節介紹了蜂窩網絡的特點，第三節主要對目前世界上較為典型的五種Ad Hoc蜂窩網融合覆蓋性能進行研究和特點分析。

1 Ad Hoc網絡介紹

1.1 Ad Hoc網絡的產生

蜂窩網形式下的終端間的通信需要基于基站和交換機來實現；無線局域網形式下的通信采用無線連接點連接至已有的網絡。在一些特殊情況或者緊急環境下，傳統的移動網絡并不能較好地完成任務，所以急需一種不需要基礎固定設置、每個節點都是移動的，并且都能以任意方式動態地保持與其它節點的連接就而靈活使用的網絡技術，Ad Hoc網絡能很好的滿足這種需求，因而得到開發和使用。IEEE802.1l使用“Ad Hoc網絡”這個詞語來定義某種具有對等形式的多跳移動通信網絡，Ad Hoc網絡由此產生。

1.2 Ad Hoc網絡的主要特點

Ad Hoc作為一種新的移動網絡類型，它既可作為一種獨立的網絡運維，也能夠成為固定基礎設施網絡的一種補充和延伸。與傳統的網絡相比較，Ad Hoc網絡有如下幾個主要的特點：網絡拓撲具有動態變化特點；不需要固定設置；有自適應功能；網絡安全性能較差；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服從的路由協議

依據前面對Ad Hoc網絡特點的介紹和分析，其所服從的路由協議滿足如下條件：⑴根據其網絡拓撲具有動態變化的特點，其路由協議應具有應變能力強的特點，同時應該減少甚至避免路由環路的產生，網絡節點簡單化，便于定位。⑵盡量高效地利用帶寬和網絡空間，以減少支出和成本。⑶進行多跳通信時控制中間轉接次數，原則上應小于3次跳轉。⑷路由協議下盡量減少發射容量，縮短發射時間，以降低成本，節約網絡資源。⑸由于Ad Hoc網絡具有較差的安全性，因使設計的路由協議具有較好的安全性能，降低網絡黑客攻擊風險。

根據上述應滿足的路由協議特點進行協議設計，現有的路由協議主要有先驗式路由資議、反應式路由協議以及混合式路由協議這幾種。

2 蜂窩網特點簡介

在帶狀網絡形式下，各區域呈現線狀分布，區域間的距離確定較為容易，但平面范圍內的蜂窩網下，這卻是一個很復雜的難點。為了實現該功能，首先要對頻率配置有合適的設置，其次應限制區域內基站的發射頻率。因此蜂窩網常常同時使用功率控制手段，避免同頻率區域間的相互干擾。

蜂窩網的第二個主要特點是過境切換。當信號到達一個區域周圍時，該區域基站就可以檢測出。信號控制中心根據基站所反饋的信息，便可以做出相應的指令進行控制。

蜂窩網的第三個特點是小區分裂。用小區分裂的方法可以增加整個系統的總容量，以適應當前用戶密度不斷增加的情況和現狀。

3 Ad Hoc蜂窩網覆蓋性能研究技術

國內外相關研究成果非常多，其中較為典型的有iCAR、MCN、PARCelS、MACA和CAMA等，下面重點對這些典型技術進行概述。⑴iCAR。iCAR是最早的傳統蜂窩網和Ad Hoc網融合技術，主要用于解決蜂窩網中當信息流量不對稱時的堵塞問題。iCAR系統通過不同區域間使用Ad Hoc將信號從一個區域轉移到相鄰區域從而實現各區域流量對稱和平衡。該方法增加了系統的總容量，解決了蜂窩網中信息流量不對稱時的堵塞情況，大大提高其覆蓋性能。⑵MCN多跳蜂窩網。多跳蜂窩網是基于Ad Hoc網絡進行蜂窩網改進的研究新難點。相比于傳統的Ad Hoc網絡，MCN多跳蜂窩網覆蓋范圍更廣，信號處理容量更大。⑶PARCelS。PARCelS是基于多跳蜂窩網的思想，利用現有的蜂窩網實施來實現通信負載的平衡，避免通信堵塞，減少延遲。這種技術在中國當前通信網絡負載壓力大，信道容易堵塞的背景下，有較大的發展潛力。⑷MACA。MACA技術一般采用兩跳的轉發路由，保證了轉發路由的通信質量，同時也允許更多跳，增加了其覆蓋性能。它的原理是使信道進行自動實時地分配。⑸CAMA。CAMA技術采用了蜂窩網的“帶外信號”，借助于蜂窩網的中央管理體制方式來進行Ad Hoc的網絡管理和信號控制，從而提高了Ad Hoc網的使用性能。同時，由于其高效的控制能力，大大增強了原有Ad Hoc網絡的安全性和可靠性。

4 結語

在Ad Hoc和蜂窩網絡的研究中，還存在許多需要解決的難點和重點問題，例如設計具有節能策略、組播功能、安全保障、和支持QoS等擴展特性的路由協議，以及實現對Ad Hoc網絡的動態管理等。今后研究的重點方向致力于實現Ad Hoc的網絡監視、移動節點管理和抗毀性管理以及安全管理等方面。

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