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IP化基站无线Mesh组网构架
2008年4月25日 09:54    通信世界网    评论()    
作 者:田辉 陶小峰

    客户端Mesh结构由Mesh客户端组成,是在用户设备间提供点到点服务的WMN。客户端组成一个能提供路由和自配置功能的网络,支持用户的终端应用,其结构如图2所示。网络中所有的节点是对等的,具有完全一致的特性,即每个节点都包含相同的媒体访问控制(MAC)、路由、管理和安全等协议,这些节点不仅具有客户端节点的功能,也具有能够转发业务的路由器节点的功能。显然,网络中的节点不能兼容现有的多种无线接入技术,并且其单一的结构决定其不适合大规模组网。因此只适用于节点数目较少且不需要接入到核心网络的应用场合。

    混合结构WMN如图3所示,Mesh客户端可以通过Mesh路由器接入骨干Mesh网络。这种结构提供了与其他网络的互连功能,如因特网、WLAN、WiMAX、蜂窝和传感器网络。同时,客户端的路由能力增强了网络的连通性,扩大了覆盖范围。这时的终端节点已不是现有的仅支持单一无线接入技术的设备,而是增加了具有转发和路由功能的Mesh设备,设备间可以直接通信。通常要求终端节点设备具备同时支持接入上层网络Mesh路由器和本层网络对等节点的功能。

    在支持无线网状拓扑结构的标准中,802.11s[3]采用了树形多跳网状网以及Ad Hoc方式多跳网状网两种基本结构,并定义了Mesh节点(MP)、Mesh接入点(MAP)、传统WLAN站点3种节点。在Ad Hoc方式多跳网状网结构中,没有起集中控制作用的中心节点,网络中MP和MAP节点的地位是平等的,并具有类似于狭义Ad Hoc网络移动节点的功能,即节点可以是数据源产生数据分组,也可以转发来自其他节点的分组。节点间所形成的无线P2P网络,不需要网络基础设施的支持。802.16[4]定义了两种网络拓扑结构:点对多点(PMP)和网状网。通过网状结构以实现网络的全覆盖,结构如图4所示。网状网络由称为Mesh基站(WiMAX基站)的中心节点控制。中心节点可以与网状网络外的回程设备建立起直接链路,作为连接到外网的接口。

    1.2无线Mesh网络的特点

    无线Mesh网络是多跳与多点到多点结构的融合,具有以下几个重要特点[5]:

    (1)多跳的结构。在不牺牲信道容量的情况下,扩展当前无线网络的覆盖范围是WMN的最重要的目标之一。WMN的另一个目标是为处于非视距范围的用户提供非视距连接。Mesh网络中的链路比较短,所受干扰较小,因此可以提供较高的吞吐量和较高的频谱复用效率。

    (2)支持Ad Hoc组网方式,具备自形成、自愈和自组织能力。WMN灵活的网络结构、便利的网络配置、较好的容错能力和网络连通性,使得WMN大大提升了现有网络的性能。在较低的前期投资下,WMN可以根据需要逐步扩展。

    (3)移动特性随Mesh节点类型的不同而不同。Mesh路由器通常具有较小范围的移动性,而Mesh客户端既可以是静止不动的节点,也可以是移动的节点。

    (4)支持多种网络接入方式。WMN既支持通过骨干网接入的方式,又支持端到端的通信方式。此外,WMN可与其他网络集成,为这些网络的终端用户提供服务。

    (5)对功耗的限制取决于Mesh节点的类型。Mesh路由器通常没有严格的功耗限制,但Mesh客户端需要有效的节能机制。

    (6)与现有无线网络兼容,并支持与WiMAX、Wi-Fi和蜂窝网络等的互操作。

    2  IP化基站组网构架

    目前蜂窝移动通信系统中各基站间有线连接的限制以及基站与其他外部网络间通信节点过多的制约,使得传统的蜂窝移动通信系统难以满足部署方便、成本低廉、高可扩展性、高可靠性等指标要求[6]。而下一代移动通信网络的结构具有扁平化、简单化的趋势,链路上的节点数将继续减少,但各节点的功能将进一步增强。这在长期演进(LTE)接入网络的构架中已有体现。演进的通用移动通信系统陆地无线接入网(UTRAN)采用了全IP的网络架构,减少了网络实体和接口数目。它包括多个增强节点(eNB),取消了之前版本的无线网络控制(RNC)实体,其功能部分放在了节点或核心网中,这样大大简化了系统结构。功能加强的eNB通过X2接口互相连接,相互进行数据和信令交互。从而降低了信令交换时延,提高了系统效率[7]。进一步,未来的基站有可能是通过无线相连接,一方面具有传统基站的功能,为终端提供无线接入、无线资源管理等功能;另一方面,基站又具备无线路由器的功能,通过网关可直接接入IP核心网络。

    图5给出了一种IP化基站的无线Mesh组网架构。该结构采用扁平化的组网方式,基站通过网关可以直接与IP核心网相连。图5中的IP化基站除了具有传统基站的功能外,还新增加了Mesh路由实体,从而使得基站间的通信摆脱有线连接的限制,极大地方便了基站间的自组织,使得多基站间的资源能统一协调、管理及分配,能够优化系统全局性能;此外,该路由实体可以根据负载平衡的路由技术,为终端的接入选择恰当的路由路径,从而极大地提高系统容量,降低系统成本。从图中可以看出,IP化基站能够直接连接到网关取得与IP核心网的联系,同时,也能够形成IP化基站簇,通过簇首基站与IP核心网连接以实现整个基站簇与核心网的互通,完成不同接入网间的协同工作。

    3  IP化基站无线Mesh组网的关键技术

    IP化基站无线Mesh组网的关键技术[8-11]包括:按需的基站自组织技术、联合无线资源调度技术、路由技术、安全技术、网络管理技术等。

    3.1按需的基站自组织技术

    为提高网络的抗毁性和可靠性、资源利用的高效性,需要研究基站间自组织策略,包括基站之间的发现机制、协商机制。基站将根据设备状况、资源及业务负载,按需进行网络配置、资源分配和管理。

    在基站自组织策略中,可以引入基站簇的概念,由簇首负责与簇内其他基站的协调和通信。同时为避免因簇首基站的业务量过多而出现的拥塞现象,该结构中簇内各基站均可以直接通过网关接入IP核心网中,进行业务交互。这样既避免了簇首基站的“瓶颈”问题,又满足了未来通信多用户、多业务需求以及用户移动性等问题带来的复杂的无线资源管理问题,使系统达到负载平衡。

[1]  [2]  [3]  [4]  编 辑:张翀
关键字搜索:无线网状网  宽带无线接入  IP化基站  自组织  
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