蜂窩網絡

蜂窩網絡

網絡通信技術
蜂窩網絡,就是把移動電話的服務區别分為一個個正六邊形的子區,每個小區設一個基站。形成了形狀酷似“蜂窩”的結構,因而把這種移動通信方式稱為蜂窩移動通信方式。蜂窩網絡又可分為模拟蜂窩網絡和數字蜂窩網絡,主要區别于傳輸信息的方式。常見的蜂窩網絡類型有:GSM、CDMA、FDMA、TDMA、PDC、TACS、AMPS等。
    中文名:蜂窩網絡 外文名:Cellular network 所屬學科:網絡通信工程 用途:電話通信、網絡連接

概述

目前主流通訊服務提供上絕大部分采用蜂窩網絡。蜂窩網絡被廣泛采用的原因是源于一個數學猜想,正六邊形被認為是使用最少個結點可以覆蓋最大面積的圖形,出于節約設備構建成本的考慮,正六邊形是最好的選擇。這樣形成的網絡覆蓋在一起,形狀非常象蜂窩,因此被稱作蜂窩網絡。

組成部分

蜂窩網絡組成主要有以下三部分:移動站,基站子系統,網絡子系統.移動站就是我們的網絡終端設備,比如手機或者一些蜂窩工控設備。基站子系統包括我們日常見到的移動機站(大鐵塔)、無線收發設備、專用網絡(一般是光纖)、無數的數字設備等等的。我們可以把基站子系統看作是無線網絡與有線網絡之間的轉換器。

這種由宏基站和低功率節點組成的網絡架構稱為異構蜂窩網絡。除了給用戶提供更好的QoS性能,相比于僅由宏基站構成的同構蜂窩網絡,異構蜂窩網絡在提升系統能量效率性能上充滿了許多優勢和挑戰,其中包括高頻譜複用、微基站低功耗、短距離通信等優勢和網絡拓撲更加随機、幹擾更加嚴重、資源調度更加複雜等挑戰。

類型

常見的蜂窩網絡類型有:GSM網絡(有些國家叫pcs-1900)、CDMA網絡、3G網絡、FDMA、TDMA、PDC、TACS、AMPS等。

可靠性

無線蜂窩網在提高無線網絡的覆蓋率方面起到關鍵性作用。在寬帶無線城域網中,可采用網狀結構來實現低成本高效率的大面積覆蓋。網狀結構的優點很多,如網絡出故障時提供有效的迂回路由,确保通信暢通無阻;與專線或菊花鍊相比更具彈性和可靠性,而且網絡具有自配置、自組織和自愈的能力。

目前,首先進入這個市場的有Tropos、Mesh-Network和BelAir網絡公司,此外NortelNetworks也不甘落後。從目前來看,互聯網和FTTH(光纖到戶)都是蜂窩網的應用領域。

長期以來,無線網絡信奉中央控制模式,這也帶來潛在的風險,比如傳輸瓶頸、遺留的老系統或單點故障等。但是,無線蜂窩網絡作為無線交換另一項技術日漸興起。通過組織成的網格拓撲結構,從交換機到接入點,蜂窩網絡都能分配智能。

這種拓撲結構的發展符合計算機行業體系結構的演變過程。首先,計算環境是獨立主機系統,随後是客戶機/服務器,然後是對等網絡。網絡的體系結構将毫無疑問進化成一個分布式、動态的無線體系結構。

蜂窩網絡允許節點或接入點與其他節點通信,而不需要路由到中心交換點,從而消除了集中式的故障,提供自我恢複和自我組織的功能。雖然通信量的決策是在本地實施,但系統可以在全球管理。

今天的無線局域蜂窩網絡采用基于802.11a/b/g标準,但是它們可以擴展到任何射頻技術,如UltraWideband或802.15.4Zigbee。因為網絡智能保留在每一個接入點,所以不需要集中式交換機——隻需要智能接入點和網絡處理器、交換能力和系統軟件。

網絡在蜂窩結構中相互連接時,首先,節點的自我發現功能必須确定它們是作為無線設備的接入點來服務,還是作為來自另一節點的信息量的骨幹網來服務,或者兩項功能都具備。

其次,單一的節點用發現查詢/響應協議來定位它們的鄰居。這些網絡協議必須簡潔,所以不能增加信息流量的負擔,即它們不能超過可用帶寬的1%到2%。

一旦某節點識别出另一個節點,它們會計算路徑信息,如接收信号的強度、吞吐量、錯誤率和遺留的老系統等。這些信息必須在節點之間交換,但又不能占用太多的帶寬。基于這些信息,每一個節點都能夠選擇通向其鄰居的最佳路徑,從而使每一時刻的服務質量達到最優。

網絡發現和路徑選擇的過程在後台運行,這樣每一個節點保留現有鄰居的列表并不斷重新計算最佳路徑。因為在維護、重新安排或出故障時,假如一個節點從網絡中斷開,臨近它的節點可以迅速地重新配置它們的信息列表并重新計算路徑,以便在網絡發生變化時,保持信息流量。這種自我恢複的特性或糾錯能力,是蜂窩結構與集線器輻射網絡的區别所在。

局限性

從70年代貝爾實驗室發明蜂窩概念以來,蜂窩技術就是移動通信的基礎。有時候,大家就将移動通信稱為蜂窩通信。

蜂窩概念中包括幾個重要的部分是移動通信發展的基礎。

第一,頻率複用。有限的頻率資源可以在一定的範圍内被重複使用。

第二,小區分裂。當容量不夠的時候,可以減小蜂窩的範圍,劃分出更多的蜂窩,進一步提高頻率的利用效率。

蜂窩的概念解決了移動通信中頻率資源有限的問題,直接導緻了80年代以後的移動通信大發展。但是蜂窩的概念也是有局限性的。現在面臨的主要問題是,小區不可能無限制的進行分裂,導緻了系統的容量不能進一步提高,這阻礙了移動通信進一步的發展。

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