基于Wireless Mesh的寬帶無線接入系統(tǒng)

相關專題: 無線 諾基亞

1 引言

最近幾年來寬帶無線接入技術引起了人們的廣泛關注,相對于其它寬帶接入技術,寬帶無線接入系統(tǒng)投資少,建設周期短,提供業(yè)務快,具有很多優(yōu)點。IEEE委員會為此專門制定了IEEE802.16標準,提出了一種采用PMP網絡結構的寬帶無線接入解決方案,但是采用PMP結構,必須確保視距傳輸,對于人口密集的城市,由于存在高樓、樹木等許多障礙物,導致覆蓋范圍非常受限,所以在后來制定的IEEE802.16a標準中,又提出了一種基于無線Mesh技術的寬帶無線接入解決方案,無線Mesh網絡實際上是一種高容量高速率的多點對多點網絡,它是一種新型的可以解決"最后一公里"瓶頸問題的分布式網絡。

Mesh網絡不同于傳統(tǒng)的無線網絡,因為其中的每個用戶節(jié)點都是骨干網絡的一部分,可以轉發(fā)其它用戶節(jié)點的信息,并且隨著網絡節(jié)點的增加,網絡的覆蓋范圍以及靈活性也會隨之增加。


2 基于Wireless Mesh技術的寬帶無線接入網絡構成

在這種網絡結構中,所有的BS和SS都稱為節(jié)點。網絡中存在兩種節(jié)點:Mesh BS節(jié)點和Mesh SS節(jié)點,Mesh BS節(jié)點類似于PMP網絡中的BS,它和其它主干網絡相連,實現(xiàn)寬帶接入;Mesh SS節(jié)點既可以實現(xiàn)本地用戶的寬帶接入,又可以轉發(fā)其它節(jié)點的數(shù)據,把這些數(shù)據傳送到目的節(jié)點,作用類似于一個中繼站。Mesh網絡拓撲結構與PMP網絡結構最大的差別在于:在PMP網絡中,只有BS和SS之間可以直接通信,而在Mesh網絡中,SS之間也可以直接通信,并且BS和SS之間可以通過其它的SS間接通信。與一個節(jié)點直接相連的節(jié)點稱為這個節(jié)點的鄰居節(jié)點,它們之間的距離稱為"一跳"。

在使用Wireless Mesh技術構建的網絡中,網絡中的每個節(jié)點都具備路由選擇功能,每個節(jié)點只和鄰近節(jié)點進行通信,因此是一種自組織和自管理的網絡。實際上,Wireless Mesh網絡更像是Internet本身的一種無線版本,分組數(shù)據從一個路由到另一個路由進行傳遞直到到達其目的地,這些特點使Wireless Mesh網絡與傳統(tǒng)的蜂窩通信網絡和固定通信網絡有著顯著區(qū)別。


3 基于無線Mesh技術的寬帶無線接入網絡的優(yōu)點

在過去的幾年里,寬帶無線接入系統(tǒng)大多采用的是PMP結構,它能夠支持較高的數(shù)據速率,多個用戶共享網絡資源,但是它的覆蓋范圍較小,工作在微米波段,基站BS和用戶站SS之間需要視距傳輸,大大減少了能夠提供服務的用戶數(shù),容量受限,當用戶增加時,需要增加新的BS設備來保證視距傳輸,這需要花費很大的代價。而對于基于Mesh結構的寬帶無線接入網絡來說,用戶數(shù)增加時,由于每個用戶站可以作為一個中轉站,潛在地增加了網絡的覆蓋范圍。對運營商來說,采用無線Mesh網絡比采用PMP網絡具有以下優(yōu)點:

(1)網絡覆蓋范圍增大,頻譜利用率提高,系統(tǒng)容量增加。

(2)Mesh網絡結構特有的多路由選擇特性提高了網絡的柔韌性和可用性,當某條路徑出現(xiàn)錯誤時,可以選擇其它的路徑。

(3)網絡具有可伸縮性,易擴容,初期建設費用低,投資成本大約是PMP網絡的15%。

(4)投資風險相對較小,在較短時間內即可收回成本獲得盈利。

總之,這種技術比起傳統(tǒng)的點對多點來具有諸如節(jié)能、自動配置和易擴容等很多優(yōu)勢,很多公司已經開始將Wireless mesh技術用以寬帶網絡接入,并且相關的無線路由器等產品也已開始商用。


4 基于Wireless Mesh技術的寬帶無線接入網絡的幾個關鍵技術

采用Wireless Mesh寬帶接入網絡確實可以解決PMP寬帶無線接入網絡存在的一些問題,但是它也存在自己的問題,其中有幾個關鍵技術問題需要進一步研究解決。


4.1 天線技術

Wireless Mesh寬帶接入網絡中一個重要的問題就是天線的使用,因為每個節(jié)點必須和各個方向上的多個節(jié)點通信,很簡單的一種方式就是采用全向天線,但是這樣覆蓋范圍有限,并會帶來干擾,導致頻譜利用率下降,減小網絡的容量。所以不建議采用全向天線,美國的SkyPilot公司將智能天線技術應用與Wireless Mesh網絡,允許頻譜重復使用,從而大大提高了頻譜的利用效率,同時減小了干擾。


4.2 路由選擇技術

Wireless Mesh寬帶接入網絡中另外一個很重要的問題是路由選擇問題,例如從某個節(jié)點A到達其它的節(jié)點B,可以經過不同的用戶站中轉,于是就存在多條路徑,選擇哪條路徑就成為一個關鍵問題,這將直接影響系統(tǒng)的性能。而且,當節(jié)點增加或是減少時,Wireless Mesh網絡的拓撲結構就會發(fā)生變化,路由選擇問題變的更加復雜。采用Wireless Mesh技術,還會帶來"隱藏終端"問題,這些都需要進一步研究解決。實際上,Wireless Mesh技術可以看作是Ad hoc技術的簡化版本,所以可以參考Ad hoc網絡中相應的解決方法來解決Wireless Mesh寬帶接入網絡中的這些問題。


4.3 動態(tài)帶寬分配技術

寬帶無線接入系統(tǒng)的頻譜資源有限,因此必須使信道資源盡可能充分地被用戶利用。在IEEE 802.16標準中規(guī)定的點對多點寬帶無線接入網絡中采用了動態(tài)按需時分多址分配方式(DAMA-TDMA), 在這種網絡中資源的管理和分配由BS負責,而在IEEE802.16a標準中規(guī)定,對于基于Wireless Mesh 技術的寬帶接入網絡,帶寬的分配可以采用集中式調度方式,或者采用分布式調度方式。如果采用集中式調度方式,由Mesh BS節(jié)點收集所有Mesh SS節(jié)點的資源請求信息,分別為它們分配一定數(shù)量的帶寬資源。如果采用分布式調度方式,包括Mesh BS和Mesh SS在內的所有節(jié)點應該相互協(xié)調,充分利用資源。任何一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據時,不能和"兩跳"以內的鄰近區(qū)域的其它節(jié)點發(fā)送的數(shù)據產生碰撞。


5 目前發(fā)展狀況

Wireless mesh技術應用于寬帶無線接入還是剛剛開始,但是Wireless mesh技術在其它方面已經獲得了初步應用,比如在日本的Nankoku市已經使用Wireless Mesh連接了13個小學、4個中學和18個市政建筑。美國MeshNetworks公司也已經開發(fā)了相關的無線硬件和智能路由軟件,其構建的Wireless Mesh網絡支持諸如手機和筆記本等移動終端,這些終端可以自由接入或退出網絡,當兩個或更多終端退出網絡范圍時,還可以組成自己的微型網。

IEEE802.16a標準中已經明確提出把Wireless Mesh技術應用于寬帶無線接入領域,已經引起了業(yè)界的關注,它會對目前用于駐地用戶寬帶接入網絡的DSL技術和電纜技術帶來很大的競爭壓力,很多公司已經開始將Wireless mesh技術用以寬帶網絡接入,并且相關的無線路由器等產品也已開始商用。如諾基亞公司推出的無線路由器可以安裝在屋頂上,其產品目前已經獲得超過50家運營商的青睞,他們將借此建立以用戶為基礎的高速無線網絡。另外,Wireless Mesh、智能天線和UWB技術的融合更是將深刻影響無線寬帶接入的未來。


6 結束語

本文簡單介紹了一種新的基于Wireless mesh技術的寬帶無線接入系統(tǒng),重點討論了它的優(yōu)點以及其中的幾個關鍵技術,采用Wireless Mesh技術,由于其不會受到基站覆蓋范圍的限制,很大程度上增加網絡的覆蓋范圍,并且投資風險小,網絡的可伸縮性和靈活性較大,有望給無線寬帶領域帶來重大變革。
 

   來源:www.51ky.com
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