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未来无线通信领域的新技术( 三 )

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2 Ad hoc网络
1968年研究的ALOHA协议在固定节点的ALOHA网络中支持分布式信道接入，网络中所有节点都位于其他参与节点的覆盖范围内，也就是说ALOHA网络是一种单跳网 。1993年美国国防部先进研究机构(DARPA)开始研究多跳分组无线网协议 。多跳技术增加网络容量的思路是：在大型网络中采用共存与分离多跳会话、空域复用、预留发射功率资源和复杂路由协议来提高全网吞吐量 。
未来无线网络除了以低成本达到高数据速率外，还要求在无专用通信基础设施的情况下，网络具有适应和生存能力 。Ad hoc网络(又称为分组无线网络)就能满足这样的要求，作为非集中控制网络结构，所有移动节点以约定协议建立全向通信，主要被用于军事和灾难通信 。现在，Ad hoc网络作为商业领域的先进无线技术，加强了如笔记本电脑、蜂窝电话、PDA和mp3等袖珍设备间的相互联系 。
现蜂窝通信系统主要依靠集中控制和治理，而下一代移动通信系统标准将转向固定网与移动网相结合，无隙缝和全方位通信，采用Ad hoc模式，如无线局域网HiperLAN/2标准中的直接模式中邻近节点可互相直接通信 。蓝牙(Bluetooth)、IEEE 802.11中的Ad hoc模式、IEEE 802.16中的移动Ad hoc网(MANET)和IEEE 802.15中的个人域网(PAN)都采用非集中无线接入和路由技术 。Ad hoc多跳的传感网络可用于环境监测 。
Ad hoc网络没有事先确定的基础设施和网络链路的时间特性，这给分组无线网络设计和实施带来一些新的挑战，主要有：
(1)必须优化设计安全和路由功能，保证分布式结构有效运行 。
(2)在网络动态运行时，必须降低路由表更新频数和开销以保证链路连接 。
(3)在多跳网络中，必须改进路由协议设计以减少链路容量和等待时间的波动 。
(4)必须全面权衡网络连接(覆盖)、时延、容量和功率预算等指标 。
(5)必须优化功率治理和媒体访问控制(MAC)设计以减少先进技术的负面效应 。

3 网络跨层优化
3.1 网络设计
在网络设计时，必须研究网络功能和网络分层结构 。随着无线网络的发展，已经在通信系统中应用多年的开放系统互连(OSI)网络分层设计，将集中在物理层、数据链路层和网络层(见图3) 。对网络特性的要求也发生了变化，如时延、吞吐量、支持各种QoS多媒体业务的动态流量、差错率、频谱带宽、节点连续不断进出网络引起的网络拓扑变化等，这些都对网络设计提出了新的挑战 。
在优化网络吞吐量时，要满足随应用而变的QoS要求，需要将网络层设计渗透到物理层设计 。不同的应用应由不同的优化方法来服务，这就要求网络设计在模糊层次分隔和跨层优化功能上进行改革 。在网络两个层次分别采取两种不同技术，如物理层的4×1空时分组码和MAC层类似CDMA2000 1X EV/DO的贪婪调度算法，改进系统性能 。STBC有能力在物理层提供分集增益，而对基于来自移动终端的反馈信息，在信干噪比(SINR)最大时，通过分组传输至移动终端的贪婪调度算法可获得多用户分集 。然而，在贪婪调度算法上叠加4×1空时分组码，将以4倍的RF占用成本换取系统的增益；另外，随着用户数的增加，STBC还将降低SINR，这说明物理层和MAC层最好一起优化系统的性能 。贪婪调度算法不适用对时延有严格要求的话音业务，却可采用有分集增益的STBC；对时延不敏感的Web流量不采用4副RF发射机，却可采用贪婪调度算法 。
利用物理层、数据链路层和网络层间传输控制信息进行联合优化，可最大限度地利用无线网络资源，提高系统的整体性能 。3.2 跨层优化
在新一代多媒体网络优化设计时，不仅要考虑静态跨层优化，还应考虑动态跨层自适应优化 。传统的网络设计也包含一些自适应能力，如利用自适应信号处理调整信道参数、更新路由表、改变流量负载等，但这些调整更新与网络层次是不相关的 。跨层自适应答应网络功能同时在功能和自适应之间通过信息交换，满足网络负载、信道环境和QoS可变的要求 。

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