蜂窝adhoc网络概述

瞿谨

一、ad hoc网络与蜂窝网络的结合

在移动无线通信网络原有的网络构架技术中通常包括蜂窝移动通信网络和无线局域网，蜂窝移动通信网络移动终端接入固定网络是基于基站的中心接入方式，而无线局域网则要通过接入点（AP）完成终端接入固定网络，这两种网络都是单跳网络。ad hoc技术所标称的是一种有别于中心接入和单跳的特征，强调多跳和无中心接入，移动终端不仅具有主机的功能，还具有路由器的功能，使得无线移动ad hoc网络被认为是下一代移动通信系统解决方案中最有希望被采用的末端网络。

在实际应用中，ad hoc网络既可以单独组网实现局部通信外，又可作为末端子网通过网关连接到现有的网络基础设施上，蜂窝移动通信是一项十分成熟的技术，在蜂窝系统中，控制部分几乎全部集中在基站和基站控制器，移动设备变得相对简单。相对于ad hoc网络的分布式控制来说，蜂窝系统的集中控制显得效率更高。另外，ad hoc网络很难组成大规模的网络。然而，传统蜂窝网络建设成本高昂，建设速度也比较缓慢，建成以后就很难进行大规模调整，也不能很好地适应负载的变化，针对这些问题的解决方案是将ad hoc网络与传统蜂窝网络相结合。蜂窝ad hoc网络是一个自组织的多跳网络，通过多个接入点与宽带核心网络相连。蜂窝ad hoc网络与孤立的ad hoc网络的区别在于蜂窝ad hoc网络中的大部分业务都将通过接入点进行转发。

二、ad hoc网络与传统蜂窝网络结合的ODMA

ODMA是一种自适应、灵活的、结合了自组网和传统蜂窝网络特性的接入技术。ODMA网络的最大特点是既存在基站，也允许用户相互中继。ODMA作为UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）的一项补充技术， ODMA网络的终端可以灵活地选择传统蜂窝的单跳工作方式或分布式网络中常见的多跳工作方式。但是ODMA系统的每一跳都会因业务调度、信道冲突和干扰限制而不可避免地带来时延，并且时延的大小随上述因素的变化而变化，因此ODMA系统存在比较明显的时延抖动问题。

（1）机会驱动的多址接入ODMA

在ODMA的原始协议中，移动节点之间不可以互相通信，而目前的ad hoc网络存在的许多问题都是节点间信息闭塞或传输这种信息消耗大量的通信资源所致。借助蜂窝网络的思想，在ad hoc网络中引入一些种子（Seed）节点，图1描绘了这种混合网络的概念模型。

在这个模型中，网络存在大量的移动节点和一些种子节点。种子节点既可以是移动的，也可以是固定的，并可根据网络负载情况进行配置。它是一种比普通节点复杂一些的无线中继设备，通过有线或无线的方式互相连接，并与核心网互通。这样的设备不需要有大的覆盖范围，与普通的无线ad hoc网络节点的覆盖范围大致相同，但是却可以进行复杂的处理，诸如使用多用户检测这样的复杂算法，并对周围用户起着一定的协调和管理作用，这样的网络继承了传统蜂窝网络的优点，可以无限制拓展。而每一个用户只需要不多的中继就可以与一个种子节点通信，这样既解决了时延问题，又可以允许节点更快速地运动。同时，距离较近的节点可以相互直接通信，这一点无疑与ad hoc网络完全相同。这样的网络结构能够将无线ad hoc网络和传统的蜂窝网络的优势结合在一起，更好地适应未来通信发展的需要。

（2）ODMA网络及其资源管理

同传统的无线ad hoc网络不同，ODMA网络在接入方式上并非采用完全异步的方式，在3GPP中主要应用于UTRA TDD的空中接口，采用诸如多用户检测等信号处理技术，相应的隐藏终端和暴露终端问题将得到有效缓解。功率控制方面，ODMA网络采用了一种自适应的方式，这一点类似于传统的无线ad hoc网络基于拓扑改变的功率管理方式。

另外，由于ODMA网络存在基站这一控制中心，因此许多在传统蜂窝网络中使用的诸如动态信道分配技术也可以用在ODMA网络中。至少，直接与基站进行通信的节点可以差不多完全采用传统的无线资源管理的方式，这样的管理方式可能会更有利于网络的优化。距离基站比较远的用户也可以通过控制指令，部分地采用集中控制的方法。

三、作为B3G的一种应用方案的蜂窝ad hoc网络

无线移动ad hoc网络已经开始被当作下一代移动通信网络的一种应用方案。3GPP和3GPP2已经把ad hoc网络作为标准化的一项重要工作。ad hoc网络在所有的应用方案中都是作为通信网络的末端网络，作为移动用户无线接入的基本单元，通过各种接入设备完成对移动通信核心网的接入。

在3G系统IMT-2000/UMTS标准化完成之后，研究者又开始致力于后3G无线系统的概念和技术的研究开发工作。更高传输速率和更低的系统开销是B3G的主要要求，有人提出了一种新的适合于支持无线多媒体通信的B3G系统的空中接口概念——建立W-CHAMB网络，其主要特征是自组织、多跳传输和提供QoS保证。由于B3G系统的主要应用业务对传输速率的要求比3G高10倍，B3G必须采用3GHz以上可利用和可行的频带以支持高速率的业务，由于该频段穿越障碍物的能力非常有限，传输特性很不稳定，因此该频段的频率规划将非常困难。另外，更高的传输速率和更高的频带将使通信范围非常有限，无线电信号的覆盖也很不稳定。可以采用两种方法以获得较好的无线电覆盖。一种方法是增加基站的数量和基站的输出功率，该方法将使系统的耗费显著增加。另一种方法是使用多跳传输的蜂窝ad hoc网络对无线覆盖范围进行扩展，实现效能成本合算的解决方案。

与孤立的大规模ad hoc网络相比，蜂窝ad hoc网络由于发射功率的降低，网络的性能将获得改善。由于干扰的降低，AP的瓶颈问题也将得到改善。通过多跳传输，AP的无线覆盖范围在无需增加AP的发射功率的情况下将进一步扩大，使得网络的耗费可以保持在较低的状态。通过限制传输跳数，可以使网络保持简单的结构。当频率范围超过3GHz以后，频率的规划将变得非常困难，该问题可以通过AP和移动节点之间的自组织予以避免。在B3G系统中，蜂窝ad hoc网络看来是宽带无线接入网络比较有前景的解决方案。endprint

一、ad hoc网络与蜂窝网络的结合

在移动无线通信网络原有的网络构架技术中通常包括蜂窝移动通信网络和无线局域网，蜂窝移动通信网络移动终端接入固定网络是基于基站的中心接入方式，而无线局域网则要通过接入点（AP）完成终端接入固定网络，这两种网络都是单跳网络。ad hoc技术所标称的是一种有别于中心接入和单跳的特征，强调多跳和无中心接入，移动终端不仅具有主机的功能，还具有路由器的功能，使得无线移动ad hoc网络被认为是下一代移动通信系统解决方案中最有希望被采用的末端网络。

在实际应用中，ad hoc网络既可以单独组网实现局部通信外，又可作为末端子网通过网关连接到现有的网络基础设施上，蜂窝移动通信是一项十分成熟的技术，在蜂窝系统中，控制部分几乎全部集中在基站和基站控制器，移动设备变得相对简单。相对于ad hoc网络的分布式控制来说，蜂窝系统的集中控制显得效率更高。另外，ad hoc网络很难组成大规模的网络。然而，传统蜂窝网络建设成本高昂，建设速度也比较缓慢，建成以后就很难进行大规模调整，也不能很好地适应负载的变化，针对这些问题的解决方案是将ad hoc网络与传统蜂窝网络相结合。蜂窝ad hoc网络是一个自组织的多跳网络，通过多个接入点与宽带核心网络相连。蜂窝ad hoc网络与孤立的ad hoc网络的区别在于蜂窝ad hoc网络中的大部分业务都将通过接入点进行转发。

二、ad hoc网络与传统蜂窝网络结合的ODMA

ODMA是一种自适应、灵活的、结合了自组网和传统蜂窝网络特性的接入技术。ODMA网络的最大特点是既存在基站，也允许用户相互中继。ODMA作为UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）的一项补充技术， ODMA网络的终端可以灵活地选择传统蜂窝的单跳工作方式或分布式网络中常见的多跳工作方式。但是ODMA系统的每一跳都会因业务调度、信道冲突和干扰限制而不可避免地带来时延，并且时延的大小随上述因素的变化而变化，因此ODMA系统存在比较明显的时延抖动问题。

（1）机会驱动的多址接入ODMA

在ODMA的原始协议中，移动节点之间不可以互相通信，而目前的ad hoc网络存在的许多问题都是节点间信息闭塞或传输这种信息消耗大量的通信资源所致。借助蜂窝网络的思想，在ad hoc网络中引入一些种子（Seed）节点，图1描绘了这种混合网络的概念模型。

在这个模型中，网络存在大量的移动节点和一些种子节点。种子节点既可以是移动的，也可以是固定的，并可根据网络负载情况进行配置。它是一种比普通节点复杂一些的无线中继设备，通过有线或无线的方式互相连接，并与核心网互通。这样的设备不需要有大的覆盖范围，与普通的无线ad hoc网络节点的覆盖范围大致相同，但是却可以进行复杂的处理，诸如使用多用户检测这样的复杂算法，并对周围用户起着一定的协调和管理作用，这样的网络继承了传统蜂窝网络的优点，可以无限制拓展。而每一个用户只需要不多的中继就可以与一个种子节点通信，这样既解决了时延问题，又可以允许节点更快速地运动。同时，距离较近的节点可以相互直接通信，这一点无疑与ad hoc网络完全相同。这样的网络结构能够将无线ad hoc网络和传统的蜂窝网络的优势结合在一起，更好地适应未来通信发展的需要。

（2）ODMA网络及其资源管理

同传统的无线ad hoc网络不同，ODMA网络在接入方式上并非采用完全异步的方式，在3GPP中主要应用于UTRA TDD的空中接口，采用诸如多用户检测等信号处理技术，相应的隐藏终端和暴露终端问题将得到有效缓解。功率控制方面，ODMA网络采用了一种自适应的方式，这一点类似于传统的无线ad hoc网络基于拓扑改变的功率管理方式。

另外，由于ODMA网络存在基站这一控制中心，因此许多在传统蜂窝网络中使用的诸如动态信道分配技术也可以用在ODMA网络中。至少，直接与基站进行通信的节点可以差不多完全采用传统的无线资源管理的方式，这样的管理方式可能会更有利于网络的优化。距离基站比较远的用户也可以通过控制指令，部分地采用集中控制的方法。

三、作为B3G的一种应用方案的蜂窝ad hoc网络

无线移动ad hoc网络已经开始被当作下一代移动通信网络的一种应用方案。3GPP和3GPP2已经把ad hoc网络作为标准化的一项重要工作。ad hoc网络在所有的应用方案中都是作为通信网络的末端网络，作为移动用户无线接入的基本单元，通过各种接入设备完成对移动通信核心网的接入。

在3G系统IMT-2000/UMTS标准化完成之后，研究者又开始致力于后3G无线系统的概念和技术的研究开发工作。更高传输速率和更低的系统开销是B3G的主要要求，有人提出了一种新的适合于支持无线多媒体通信的B3G系统的空中接口概念——建立W-CHAMB网络，其主要特征是自组织、多跳传输和提供QoS保证。由于B3G系统的主要应用业务对传输速率的要求比3G高10倍，B3G必须采用3GHz以上可利用和可行的频带以支持高速率的业务，由于该频段穿越障碍物的能力非常有限，传输特性很不稳定，因此该频段的频率规划将非常困难。另外，更高的传输速率和更高的频带将使通信范围非常有限，无线电信号的覆盖也很不稳定。可以采用两种方法以获得较好的无线电覆盖。一种方法是增加基站的数量和基站的输出功率，该方法将使系统的耗费显著增加。另一种方法是使用多跳传输的蜂窝ad hoc网络对无线覆盖范围进行扩展，实现效能成本合算的解决方案。

与孤立的大规模ad hoc网络相比，蜂窝ad hoc网络由于发射功率的降低，网络的性能将获得改善。由于干扰的降低，AP的瓶颈问题也将得到改善。通过多跳传输，AP的无线覆盖范围在无需增加AP的发射功率的情况下将进一步扩大，使得网络的耗费可以保持在较低的状态。通过限制传输跳数，可以使网络保持简单的结构。当频率范围超过3GHz以后，频率的规划将变得非常困难，该问题可以通过AP和移动节点之间的自组织予以避免。在B3G系统中，蜂窝ad hoc网络看来是宽带无线接入网络比较有前景的解决方案。endprint

一、ad hoc网络与蜂窝网络的结合

在移动无线通信网络原有的网络构架技术中通常包括蜂窝移动通信网络和无线局域网，蜂窝移动通信网络移动终端接入固定网络是基于基站的中心接入方式，而无线局域网则要通过接入点（AP）完成终端接入固定网络，这两种网络都是单跳网络。ad hoc技术所标称的是一种有别于中心接入和单跳的特征，强调多跳和无中心接入，移动终端不仅具有主机的功能，还具有路由器的功能，使得无线移动ad hoc网络被认为是下一代移动通信系统解决方案中最有希望被采用的末端网络。

在实际应用中，ad hoc网络既可以单独组网实现局部通信外，又可作为末端子网通过网关连接到现有的网络基础设施上，蜂窝移动通信是一项十分成熟的技术，在蜂窝系统中，控制部分几乎全部集中在基站和基站控制器，移动设备变得相对简单。相对于ad hoc网络的分布式控制来说，蜂窝系统的集中控制显得效率更高。另外，ad hoc网络很难组成大规模的网络。然而，传统蜂窝网络建设成本高昂，建设速度也比较缓慢，建成以后就很难进行大规模调整，也不能很好地适应负载的变化，针对这些问题的解决方案是将ad hoc网络与传统蜂窝网络相结合。蜂窝ad hoc网络是一个自组织的多跳网络，通过多个接入点与宽带核心网络相连。蜂窝ad hoc网络与孤立的ad hoc网络的区别在于蜂窝ad hoc网络中的大部分业务都将通过接入点进行转发。

二、ad hoc网络与传统蜂窝网络结合的ODMA

ODMA是一种自适应、灵活的、结合了自组网和传统蜂窝网络特性的接入技术。ODMA网络的最大特点是既存在基站，也允许用户相互中继。ODMA作为UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）的一项补充技术， ODMA网络的终端可以灵活地选择传统蜂窝的单跳工作方式或分布式网络中常见的多跳工作方式。但是ODMA系统的每一跳都会因业务调度、信道冲突和干扰限制而不可避免地带来时延，并且时延的大小随上述因素的变化而变化，因此ODMA系统存在比较明显的时延抖动问题。

（1）机会驱动的多址接入ODMA

在ODMA的原始协议中，移动节点之间不可以互相通信，而目前的ad hoc网络存在的许多问题都是节点间信息闭塞或传输这种信息消耗大量的通信资源所致。借助蜂窝网络的思想，在ad hoc网络中引入一些种子（Seed）节点，图1描绘了这种混合网络的概念模型。

在这个模型中，网络存在大量的移动节点和一些种子节点。种子节点既可以是移动的，也可以是固定的，并可根据网络负载情况进行配置。它是一种比普通节点复杂一些的无线中继设备，通过有线或无线的方式互相连接，并与核心网互通。这样的设备不需要有大的覆盖范围，与普通的无线ad hoc网络节点的覆盖范围大致相同，但是却可以进行复杂的处理，诸如使用多用户检测这样的复杂算法，并对周围用户起着一定的协调和管理作用，这样的网络继承了传统蜂窝网络的优点，可以无限制拓展。而每一个用户只需要不多的中继就可以与一个种子节点通信，这样既解决了时延问题，又可以允许节点更快速地运动。同时，距离较近的节点可以相互直接通信，这一点无疑与ad hoc网络完全相同。这样的网络结构能够将无线ad hoc网络和传统的蜂窝网络的优势结合在一起，更好地适应未来通信发展的需要。

（2）ODMA网络及其资源管理

同传统的无线ad hoc网络不同，ODMA网络在接入方式上并非采用完全异步的方式，在3GPP中主要应用于UTRA TDD的空中接口，采用诸如多用户检测等信号处理技术，相应的隐藏终端和暴露终端问题将得到有效缓解。功率控制方面，ODMA网络采用了一种自适应的方式，这一点类似于传统的无线ad hoc网络基于拓扑改变的功率管理方式。

另外，由于ODMA网络存在基站这一控制中心，因此许多在传统蜂窝网络中使用的诸如动态信道分配技术也可以用在ODMA网络中。至少，直接与基站进行通信的节点可以差不多完全采用传统的无线资源管理的方式，这样的管理方式可能会更有利于网络的优化。距离基站比较远的用户也可以通过控制指令，部分地采用集中控制的方法。

三、作为B3G的一种应用方案的蜂窝ad hoc网络

无线移动ad hoc网络已经开始被当作下一代移动通信网络的一种应用方案。3GPP和3GPP2已经把ad hoc网络作为标准化的一项重要工作。ad hoc网络在所有的应用方案中都是作为通信网络的末端网络，作为移动用户无线接入的基本单元，通过各种接入设备完成对移动通信核心网的接入。

在3G系统IMT-2000/UMTS标准化完成之后，研究者又开始致力于后3G无线系统的概念和技术的研究开发工作。更高传输速率和更低的系统开销是B3G的主要要求，有人提出了一种新的适合于支持无线多媒体通信的B3G系统的空中接口概念——建立W-CHAMB网络，其主要特征是自组织、多跳传输和提供QoS保证。由于B3G系统的主要应用业务对传输速率的要求比3G高10倍，B3G必须采用3GHz以上可利用和可行的频带以支持高速率的业务，由于该频段穿越障碍物的能力非常有限，传输特性很不稳定，因此该频段的频率规划将非常困难。另外，更高的传输速率和更高的频带将使通信范围非常有限，无线电信号的覆盖也很不稳定。可以采用两种方法以获得较好的无线电覆盖。一种方法是增加基站的数量和基站的输出功率，该方法将使系统的耗费显著增加。另一种方法是使用多跳传输的蜂窝ad hoc网络对无线覆盖范围进行扩展，实现效能成本合算的解决方案。

与孤立的大规模ad hoc网络相比，蜂窝ad hoc网络由于发射功率的降低，网络的性能将获得改善。由于干扰的降低，AP的瓶颈问题也将得到改善。通过多跳传输，AP的无线覆盖范围在无需增加AP的发射功率的情况下将进一步扩大，使得网络的耗费可以保持在较低的状态。通过限制传输跳数，可以使网络保持简单的结构。当频率范围超过3GHz以后，频率的规划将变得非常困难，该问题可以通过AP和移动节点之间的自组织予以避免。在B3G系统中，蜂窝ad hoc网络看来是宽带无线接入网络比较有前景的解决方案。endprint