基于Ad Hoc中继的蜂窝网络覆盖性能研究概述
2022-06-09
摘 要：Ad Hoc与蜂窝网络的系统相结合，能够有效利用终端的多跳转发能力，扩大蜂窝移动通信的覆盖范围，并能均衡相邻小区的业务，提高小区边缘的数据传输速率。本文分别对AD HOC网络及蜂窝网的主要特点进行介绍，并对基于Ad Hoc中继的蜂窝网覆盖性能进行分析与研究。分析表明通过与Ad Hoc网络相结合，蜂窝网络覆盖性能大大提高。
关键词：Ad Hoc；蜂窝网；路由协议；覆盖性能
Ad Hoc网络由于其自身存在的缺点，不能形成较大规模和范围的网络，因此较大范围的普及和应用Ad Hoc网络仍存在很大的困难和技术难点。Ad Hoc网络与蜂窝网络相结合，能够利用各自的优点，弥补对方的缺点，形成基于Ad Hoc中继的蜂窝网络系统，提高网络覆盖性能。本文第一节介绍了Ad Hoc网络的特点及其所服从的路由协议，第二节介绍了蜂窝网络的特点，第三节主要对目前世界上较为典型的五种Ad Hoc蜂窝网融合覆盖性能进行研究和特点分析。
1 Ad Hoc网络介绍
1.1 Ad Hoc网络的产生
蜂窝网形式下的终端间的通信需要基于基站和交换机来实现；无线局域网形式下的通信采用无线连接点连接至已有的网络。在一些特殊情况或者紧急环境下，传统的移动网络并不能较好地完成任务，所以急需一种不需要基础固定设置、每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的连接就而灵活使用的网络技术，Ad Hoc网络能很好的满足这种需求，因而得到开发和使用。IEEE802.1l使用“Ad Hoc网络”这个词语来定义某种具有对等形式的多跳移动通信网络，Ad Hoc网络由此产生。
1.2 Ad Hoc网络的主要特点
Ad Hoc作为一种新的移动网络类型，它既可作为一种独立的网络运维，也能够成为固定基础设施网络的一种补充和延伸。核心期刊查询与传统的网络相比较，Ad Hoc网络有如下几个主要的特点：网络拓扑具有动态变化特点；不需要固定设置；有自适应功能；网络安全性能较差；可拓展性能较差；有一定的局限性；存在部分单向通信通道；使用寿命较短。
1.3 Ad Hoc服从的路由协议
依据前面对Ad Hoc网络特点的介绍和分析，其所服从的路由协议满足如下条件：⑴根据其网络拓扑具有动态变化的特点，其路由协议应具有应变能力强的特点，同时应该减少甚至避免路由环路的产生，网络节点简单化，便于定位。⑵尽量高效地利用带宽和网络空间，以减少支出和成本。⑶进行多跳通信时控制中间转接次数，原则上应小于3次跳转。⑷路由协议下尽量减少发射容量，缩短发射时间，以降低成本，节约网络资源。⑸由于Ad Hoc网络具有较差的安全性，因使设计的路由协议具有较好的安全性能，降低网络黑客攻击风险。
根据上述应满足的路由协议特点进行协议设计，现有的路由协议主要有先验式路由资议、反应式路由协议以及混合式路由协议这几种。
2 蜂窝网特点简介
在带状网络形式下，各区域呈现线状分布，区域间的距离确定较为容易，但平面范围内的蜂窝网下，这却是一个很复杂的难点。为了实现该功能，首先要对频率配置有合适的设置，其次应限制区域内基站的发射频率。因此蜂窝网常常同时使用功率控制手段，避免同频率区域间的相互干扰。
蜂窝网的第二个主要特点是过境切换。当信号到达一个区域周围时，该区域基站就可以检测出。信号控制中心根据基站所反馈的信息，便可以做出相应的指令进行控制。
蜂窝网的第三个特点是小区分裂。用小区分裂的方法可以增加整个系统的总容量，以适应当前用户密度不断增加的情况和现状。
3 Ad Hoc蜂窝网覆盖性能研究技术
国内外相关研究成果非常多，其中较为典型的有iCAR、MCN、PARCelS、MACA和CAMA等，下面重点对这些典型技术进行概述。⑴iCAR。iCAR是最早的传统蜂窝网和Ad Hoc网融合技术，主要用于解决蜂窝网中当信息流量不对称时的堵塞问题。iCAR系统通过不同区域间使用Ad Hoc将信号从一个区域转移到相邻区域从而实现各区域流量对称和平衡。该方法增加了系统的总容量，解决了蜂窝网中信息流量不对称时的堵塞情况，大大提高其覆盖性能。⑵MCN多跳蜂窝网。多跳蜂窝网是基于Ad Hoc网络进行蜂窝网改进的研究新难点。相比于传统的Ad Hoc网络，MCN多跳蜂窝网覆盖范围更广，信号处理容量更大。⑶PARCelS。PARCelS是基于多跳蜂窝网的思想，利用现有的蜂窝网实施来实现通信负载的平衡，避免通信堵塞，减少延迟。这种技术在中国当前通信网络负载压力大，信道容易堵塞的背景下，有较大的发展潜力。⑷MACA。MACA技术一般采用两跳的转发路由，保证了转发路由的通信质量，同时也允许更多跳，增加了其覆盖性能。它的原理是使信道进行自动实时地分配。⑸CAMA。CAMA技术采用了蜂窝网的“带外信号”，借助于蜂窝网的中央管理体制方式来进行Ad Hoc的网络管理和信号控制，从而提高了Ad Hoc网的使用性能。同时，由于其高效的控制能力，大大增强了原有Ad Hoc网络的安全性和可靠性。
4 结语
在Ad Hoc和蜂窝网络的研究中，还存在许多需要解决的难点和重点问题，例如设计具有节能策略、组播功能、安全保障、和支持QoS等扩展特性的路由协议，以及实现对Ad Hoc网络的动态管理等。今后研究的重点方向致力于实现Ad Hoc的网络监视、移动节点管理和抗毁性管理以及安全管理等方面。
[参考文献]
[1]方旭明.移动Ad Hoc网络研究与发展现状[J].数据通信，2013年第四期.
[2]邬国扬，孙献璞.蜂窝通信[M].西安电子科技大学出版社.
[3]王海涛，郑少仁.移动Ad Hoc网络路由协议及其性能比较[J].重庆邮电学院院报，2012年第1卷第4期.
关键词：Ad Hoc；蜂窝网；路由协议；覆盖性能
Ad Hoc网络由于其自身存在的缺点，不能形成较大规模和范围的网络，因此较大范围的普及和应用Ad Hoc网络仍存在很大的困难和技术难点。Ad Hoc网络与蜂窝网络相结合，能够利用各自的优点，弥补对方的缺点，形成基于Ad Hoc中继的蜂窝网络系统，提高网络覆盖性能。本文第一节介绍了Ad Hoc网络的特点及其所服从的路由协议，第二节介绍了蜂窝网络的特点，第三节主要对目前世界上较为典型的五种Ad Hoc蜂窝网融合覆盖性能进行研究和特点分析。
1 Ad Hoc网络介绍
1.1 Ad Hoc网络的产生
蜂窝网形式下的终端间的通信需要基于基站和交换机来实现；无线局域网形式下的通信采用无线连接点连接至已有的网络。在一些特殊情况或者紧急环境下，传统的移动网络并不能较好地完成任务，所以急需一种不需要基础固定设置、每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的连接就而灵活使用的网络技术，Ad Hoc网络能很好的满足这种需求，因而得到开发和使用。IEEE802.1l使用“Ad Hoc网络”这个词语来定义某种具有对等形式的多跳移动通信网络，Ad Hoc网络由此产生。
1.2 Ad Hoc网络的主要特点
Ad Hoc作为一种新的移动网络类型，它既可作为一种独立的网络运维，也能够成为固定基础设施网络的一种补充和延伸。核心期刊查询与传统的网络相比较，Ad Hoc网络有如下几个主要的特点：网络拓扑具有动态变化特点；不需要固定设置；有自适应功能；网络安全性能较差；可拓展性能较差；有一定的局限性；存在部分单向通信通道；使用寿命较短。
1.3 Ad Hoc服从的路由协议
依据前面对Ad Hoc网络特点的介绍和分析，其所服从的路由协议满足如下条件：⑴根据其网络拓扑具有动态变化的特点，其路由协议应具有应变能力强的特点，同时应该减少甚至避免路由环路的产生，网络节点简单化，便于定位。⑵尽量高效地利用带宽和网络空间，以减少支出和成本。⑶进行多跳通信时控制中间转接次数，原则上应小于3次跳转。⑷路由协议下尽量减少发射容量，缩短发射时间，以降低成本，节约网络资源。⑸由于Ad Hoc网络具有较差的安全性，因使设计的路由协议具有较好的安全性能，降低网络黑客攻击风险。
根据上述应满足的路由协议特点进行协议设计，现有的路由协议主要有先验式路由资议、反应式路由协议以及混合式路由协议这几种。
2 蜂窝网特点简介
在带状网络形式下，各区域呈现线状分布，区域间的距离确定较为容易，但平面范围内的蜂窝网下，这却是一个很复杂的难点。为了实现该功能，首先要对频率配置有合适的设置，其次应限制区域内基站的发射频率。因此蜂窝网常常同时使用功率控制手段，避免同频率区域间的相互干扰。
蜂窝网的第二个主要特点是过境切换。当信号到达一个区域周围时，该区域基站就可以检测出。信号控制中心根据基站所反馈的信息，便可以做出相应的指令进行控制。
蜂窝网的第三个特点是小区分裂。用小区分裂的方法可以增加整个系统的总容量，以适应当前用户密度不断增加的情况和现状。
3 Ad Hoc蜂窝网覆盖性能研究技术
国内外相关研究成果非常多，其中较为典型的有iCAR、MCN、PARCelS、MACA和CAMA等，下面重点对这些典型技术进行概述。⑴iCAR。iCAR是最早的传统蜂窝网和Ad Hoc网融合技术，主要用于解决蜂窝网中当信息流量不对称时的堵塞问题。iCAR系统通过不同区域间使用Ad Hoc将信号从一个区域转移到相邻区域从而实现各区域流量对称和平衡。该方法增加了系统的总容量，解决了蜂窝网中信息流量不对称时的堵塞情况，大大提高其覆盖性能。⑵MCN多跳蜂窝网。多跳蜂窝网是基于Ad Hoc网络进行蜂窝网改进的研究新难点。相比于传统的Ad Hoc网络，MCN多跳蜂窝网覆盖范围更广，信号处理容量更大。⑶PARCelS。PARCelS是基于多跳蜂窝网的思想，利用现有的蜂窝网实施来实现通信负载的平衡，避免通信堵塞，减少延迟。这种技术在中国当前通信网络负载压力大，信道容易堵塞的背景下，有较大的发展潜力。⑷MACA。MACA技术一般采用两跳的转发路由，保证了转发路由的通信质量，同时也允许更多跳，增加了其覆盖性能。它的原理是使信道进行自动实时地分配。⑸CAMA。CAMA技术采用了蜂窝网的“带外信号”，借助于蜂窝网的中央管理体制方式来进行Ad Hoc的网络管理和信号控制，从而提高了Ad Hoc网的使用性能。同时，由于其高效的控制能力，大大增强了原有Ad Hoc网络的安全性和可靠性。
4 结语
在Ad Hoc和蜂窝网络的研究中，还存在许多需要解决的难点和重点问题，例如设计具有节能策略、组播功能、安全保障、和支持QoS等扩展特性的路由协议，以及实现对Ad Hoc网络的动态管理等。今后研究的重点方向致力于实现Ad Hoc的网络监视、移动节点管理和抗毁性管理以及安全管理等方面。
[参考文献]
[1]方旭明.移动Ad Hoc网络研究与发展现状[J].数据通信，2013年第四期.
[2]邬国扬，孙献璞.蜂窝通信[M].西安电子科技大学出版社.
[3]王海涛，郑少仁.移动Ad Hoc网络路由协议及其性能比较[J].重庆邮电学院院报，2012年第1卷第4期.