未来分布式无线通信系统发展趋势

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  2、分布式无线网络的类型

  从前面的讨论中可以看到,主流标准化组织对于分布式无线通信技术越来越重视。分布式无线网络根据其网络拓扑结构特点,主要可以分为无基础设施的分布式无线网络和具有基础设施的分布式无线网络。

  2.1 无基础设施的分布式无线网络

  无基础设施的分布式无线网络主要以Ad hoc和Mesh为代表。Ad hoc是一种全分布式的无线网络,而Mesh则是Ad hoc的一种演进,它在网络结构上与Ad hoc有一定区别。

  Ad hoc的全分布式是一种物理上和逻辑上的分布式,即网络的通信和管理能力在物理上和逻辑上都是分布式的。这是通过节点间的对等关系来实现的,网络中的所有节点在能力方面都是对等的,具有通信能力,更主要的是具有转发能力。Ad hoc方式一个主要特征就是节点需要通过竞争的方式共享信道。由于竞争的随机性,决定了这种方式在QoS保障以及信道利用率方面的性能目前都还不能满足宽带无线接入的要求。

  Mesh技术则是在Ad hoc技术基础上由军用、专用向民用转换的一个产物。它与Ad hoc的区别在于,节点间的对等性发生了改变,一类专用节点分离出来,专门承担路由转发以及外网连接等职责,其他作为客户端的节点功能则相对弱化。这些专用节点实际上为客户端提供了一个相对稳定的骨干网。与Ad hoc相似的是专用节点之间、专用节点与客户端之间甚至客户端之间的通信仍然可以采用P2P的方式,仍然存在以竞争方式共享信道的问题。

  还有一种典型的无基础实施的分布式无线网络就是传感器网络。与前面两类网络不同的是,传感器网络的应用范围比较特殊,主要用于数据采集,节点具有一次性使用(无法更换电池)、低数据速率以及大规模等特点。

  2.2 具有基础设施的分布式无线网络

  具有基础设施的分布式无线网络根据分布式节点间的连接方式,可以分为有线分布式和无线分布式两种。

  有线分布式以采用RoF的分布式天线技术为代表,如清华的DWCS、北邮的Group Cell以及东南大学DRS都属于这一类系统[6]。这类系统的特点在于利用大量的分布式天线单元在整个系统内提供高质量的、无缝的无线电信号覆盖。一方面通过合理地选择天线单元为不同的用户提供覆盖,并获得空间分集,提高用户的通信质量。另一方面通过灵活的切换方式,为移动用户提供可靠的高质量通信链路。小区不再完全以某个地理位置为中心,而是以用户为中心,以业务为中心。这改变了传统蜂窝网络对于系统流量分布变化只能被动应对的状况。

  无线分布式以目前的研究热点Relay增强蜂窝系统为主要代表。与基于分布式天线技术的系统类似,Relay网络同样是利用造价相对较低的专用节点RS(Relay Station)来改善覆盖质量,避免增加基站而产生的费用。区别在于对于控制中心(如BS)而言,RS是一个特殊的MS。BS可以与MS直接通信,也可以通过RS转发的方式通信。在无线资源调度方面,RS需要服从BS或上一跳RS的控制,同时RS也可以具备二次调度的能力。

  3、分布式无线通信技术的应用

  目前分布式无线通信技术主要的应用集中在Mesh、Relay以及家庭小区(Home Cell)等几个方面。

  3.1 Mesh

  由于Mesh技术蕴涵巨大的潜力,新出现的很多无线网络协议都开始支持mesh组网,包括代表城域网的802.16、代表局域网的 802.11s以及代表个域网的802.15.5等,其中802.11s得到了广泛的关注。其目标是通过Mesh机制的引入,打破传统WLAN AP布设必须要有线Backhaul支撑的限制,同时实现终端之间真正意义上的Ad hoc通信。通过对802.11e EDCA接入控制机制的改进,实现对多业务类型的QoS保障。利用合理的拥塞控制机制,有效地实现负载均衡。该标准目前仍在讨论中,还有部分技术难题有待解决。

  3.2 Relay

  Relay这一改善网络覆盖性能的有效手段,在802.16j中得到了充分的应用[7]。802.16j在保持对 802.16e PMP模式兼容的基础上加入了多跳中继的功能,继承了802.16e在QoS保障方面的优点,并针对多跳连接模式,进行了改进和增强,支持多种场景的终端切换以及RS切换。由于多跳机制的引入,增加了MAC的路径管理及路由功能。针对中继节点引入而产生的干扰管理的问题,增强了RS节点在干扰测量方面的功能。相关标准化工作于2005年启动,目前还在制定中,主要的电信厂商以及大部分的运营商都参加了标准的制定工作。

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