多跳蜂窝网络技术

功能增强是相对终端的现有功能而言。其方法主要有：1、在网络中增加新的无线资源，使用户终端支持多种空中接口，从而具备中继转发能力；2、在现有的无线资源环境下，通过改造终端使其具有中继转发能力。DRN方式是指由移动网络运营商设置一些移动或固定的专用中继节点，负责为附近的用户进行数据的转发，以支持终端间的自组织通信方式。

基于以上的分析，多跳蜂窝网络系统的多种网络框架结构可以统一成如下图所示的网络框架:

图2 网络框架结构图

1.　节点类型：

1.　A类节点：蜂窝基站设备

该类节点是多跳蜂窝网络的基站设备，它为用户提供对核心网络的接入服务。并具有网络资源的管理功能。

2.　B类节点：固定(或移动)接入节点

该类节点与核心网络存在有线连接，但又不像基站那么复杂，它没有资源管理的功能，仅仅是为用户提供直接接入核心网的能力，网络中的用户可以通过这些节点直接接入核心网络，而不必像传统移动通信网络系统中那样必须经过基站的转发。设立这种节点可使其周边的用户仅一跳就能接入核心网络，大大降低了对小区内其他用户的干扰，使系统容量得到提高。

3.　C类节点：中继节点

中继节点的设立是引入自组织方式的一个重要方法。这些节点专门用于为附近的用户进行数据的中继转发，例如iCAR中的ARSs【】。由于这些节点不是终端用户，因此一般是由网络运营商来设置。

4.　D类节点：用户终端

这种用户终端和现有用户终端一样具有一种空中接口，但是它不仅可以与蜂窝网的基站通信，还可以在使用同种无线资源的情况下，采用自组织的方式直接进行通信并且可以组成局域网络。

5.　E类节点：双模用户终端

这种用户终端具有两种空中接口，分别用于蜂窝通信模式和自组织的通信模式。这种终端设备可同时支持两种通信模式，但需使用不同的无线资源。如UCAN中的MS。

2.　通信方式：

1.　自组织方式

这种通信方式是指终端之间通过中继节点的转发或采用直接P2P的方式进行通信并且组成局域子网的通信方式。如图小区A内的终端4、终端5、终端6和中继节点，以及覆盖区外的终端10、终端11和终端12。

2.　蜂窝方式

这种通信方式是指通信双方的用户终端通过直接接入基站利用蜂窝网络进行通信，这种方式下的用户通信不需要其他用户转发。如图小区B内的用户14。

3.　混合方式

这种通信方式是指用户终端要通过自组织方式和蜂窝方式共同来完成通信过程，即用户通过其他用户的多跳中继转发最终接入蜂窝网络进行通信。例如当某些用户所处的小区拥塞（如图中的终端7）或用户不在覆盖区域内时（如图中的终端3），可以借助其他终端或中继节点的转发功能经过多跳接入基站，这就是系统中的两种通信模式联合进行工作的情况。

上述网络模型是在对现有研究进行归纳总结中提出的，因而它是对现有模型的一种抽象和概括。例如，当模型中只存在A类、C类、E类节点时就构成A-GSM模型，当模型中只存在A类、B类和E类节点时就构成iCAR模型。

5.　关键技术分析

目前，国内外许多研究机构在多跳蜂窝网络系统的研究中都取得了一定的成果。但这些成果大多不够深入，对许多关键问题还缺乏必要地认识。尤其对引入自组织方式的必要性的定量分析，比如对系统容量和弥补覆盖缺陷等问题的研究还存在许多缺陷,需要更为深入、具体地探讨。下面，就其中的一些主要问题逐一进行阐述。

1.　网络容量分析

虽然多跳蜂窝网络是移动通信领域中的热点问题，有许多学者正在对其进行研究，但是对于引入自组织方式后是否能带来容量上的好处还尚有争议，没有达成共识。定性的来看，引入自组织方式后多跳蜂窝网络具有三点性能优势：首先，通过多跳转发机制降低了发射功率，使得信道空间复用性提高；其次，采用自组织方式建立局部业务，减轻了基站的瓶颈效应；第三，通过转移热点小区的流量，实现资源的动态调节，提高了资源利用率。以上这些优势都有益于系统容量的提高。但是另一方面，多跳转发增加了总体的发送次数，却又不利于系统容量的提高。因此，综合正反两方面因素不容易直观地断定引入自组织方式后容量是否会提高，必须开展定量地分析。

目前，一些学者正在对这一问题进行研究，比较重要的有Sphinx项目和SOPRANO项目等。Sphinx项目在ns-2平台上对他们提出的混合网络模型进行了仿真，结果表明该混合网络模型在吞吐量和功耗方面优于传统的蜂窝网模型。SOPRANO项目分析了同步的CDMA混合网络的容量，其结论是：在CDMA蜂窝系统中增加无线路由器，仅使用功率控制技术和经典技术，不一定能够使网络吞吐上升；但是，路由