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《進階無線網絡—4G技術》——第1章  基礎 1.1 4G網絡及複合無線環境

本節書摘來自異步社群《進階無線網絡—4g技術》一書中的第1章,第1.1節,作者: 【芬】savo g. glisic 更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

在無線通信體系中,越來越多的複合無線環境(cre)為人們所認識和了解,重構的概念是以而生。cre假定不同的無線網絡可以在異構的無線接入架構下形成部分協作,通過該架構,網絡供應商可以更加有效地實作所需的系統容量及服務品質(qos)等級。網絡結構的可重構性使得終端和網絡單元可以在特殊服務區域及時間段中動态地選擇并适應最合适的無線接入技術。上述兩種概念均會帶來對無線通信系統管理的新需求。目前,無線通信系統中應用了多種無線接入技術(rat)标準。如圖1.1所示,這些技術可大緻分為如下4類。

蜂窩網絡,包括第二代(2g)移動通信系統{如全球移動通信系統(gsm) [1]}及其演進版本(通常稱為2.5g系統),如增強型資料速率gsm演進(edge)系統、通用分組無線服務(gprs)[2]以及美國的is 136。這些系統基于時分多址(tdma)技術。第三代(3g)移動網絡,即通用移動電信系統(umts)、wcdma和cdma2000[3],這些系統基于碼分多址(cdma)技術,并可提供高達2mbit/s的資料速率。在這些網絡中,第四代(4g)移動網絡的解決方案将基于多載波和空時信号處理等一系列技術的結合,并将達到100mbit/s的資料速率。其網絡架構包括宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩以及家庭區域網路(han)和個域網(pan)等。

② 寬帶無線接入網絡(bran)[4]或無線區域網路(wlan)[5],預期将在4g中提供高達1gbit/s的資料速率。這些技術基于正交頻分多址(ofdma)和空時編碼。

③ 數字電視廣播(dvb)[6]和衛星通信。

④ 用于新興應用的自組織網絡(ad hoc)和傳感器網絡。

盡管4g系統對新的多址接入方案是開放的,cre的概念仍然以其提高服務效率和利于現有rat技術的開發應用等特點而保持着吸引力。其主要設想在于不同的無線網絡,如gprs、umts、bran/wlan和dvb等可以組成一個異構無線接入網絡。網絡供應商(np)可以擁有整個複合無線(cr)架構中的多個元件(即可以擁有配置和營運不同rat的許可證),也可以與其他的相關np互相合作。在任何情況下,np可依靠幾種可選的無線網絡和技術,在高的成本效益情況下實作需要的系統容量和qos等級。在不同的服務區域和時間段的使用者可基于整體需求和網絡性能準則來采用最恰當的技術接入到最合适的無線網絡。是以,各種不同的rat技術互為補充而非競争關系。即使是現在,移動手持裝置可以在不同的rat之間切換。利用可重構性的概念可以使cre系統的配置得以簡化,可重構性的概念是軟體無線電的演進[7,8]。cre要求終端能夠使用不同的rat,還要求多種無線接入網絡的共存,進而在服務區内提供具有選擇性的無線接入能力。可重構性通過提供關鍵技術以支援cre,這些技術可以使終端和網絡單元在特殊服務區域和時間段動态地選擇和适應rat組合。基于可重構性的概念,rat的選擇性不局限于在網絡單元中預先設定的技術。實際上,需要的軟體部分可以動态地下載下傳、安裝和驗證生效。這使得其在終端及網絡單元的容量方面與靜态模式不同。

《進階無線網絡—4G技術》——第1章  基礎 1.1 4G網絡及複合無線環境

網絡為基于ip的應用及系統内移動時業務的連續性提供無線接入。在cr架構中,通過cre的管理系統(ms-cre)實作各網段的整合并連接配接到各個網絡。每個網絡中的管理系統負責管理一種特定的無線技術,而不同的平台之間可互相合作。固定網絡(核心網或骨幹網)由基于ipv4和ipv6架構的公共部分和私有部分組成。移動ip(mip)負責維持ip層面的連通性,不論cre所利用的無線接入技術如何改變。圖 1.2 和圖 1.3所示描述了cre環境下終端的架構。該終端包括便于在不同系統中運作的軟體部分和硬體部分(層1和層2的功能)。與網絡側對等實體相對應的進階協定層提供基于ip應用的連續性接入。不同的協定增強器可以進一步提高協定棧的效率。通過包含遺留系統在内的無線鍊路提供可能的最優ip性能也是很有需求的。

《進階無線網絡—4G技術》——第1章  基礎 1.1 4G網絡及複合無線環境
《進階無線網絡—4G技術》——第1章  基礎 1.1 4G網絡及複合無線環境

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(a)基于可重構性特點的終端架構(其中ran為無線接入網絡);(b)對比于連續、離散動态頻率配置設定(dsa)的固定頻譜配置設定;(c)dsa的配置模式(其中dab為數字音頻廣播,analog tv為模拟電視):(1)靜态的(目前的頻譜配置設定);(2)連續的dsa模式;(3)離散的dsa模式

在ietf組織的鍊路性能評估(pilc)小組中,采用性能增強代理(pep)的概念來指代一系列用于改善由于鍊路特點導緻tcp/ip性能下降的internet的性能的方法。不同類型的pep依據其基本功能的不同而有所差別。其中一些pep嘗試通過修正協定本身以補償性能。與此截然不同的是,對上層透明的對稱/非對稱加速方式通常更加靈活有效。一個容納并支撐多種不同協定的通用架構可提供高度的靈活性,因為其既可以适應傳送的話務量特性,又可以适應鍊路的特殊條件。在這種情況下,就需要一個可簡化需求資訊共享(跨層通信和重構)的控制平面。而且,随着多跳通信的出現,産生了新的需求,由于pep通常被用于最後一跳,能夠滿足多跳場景的應用。大部分通信網絡受業務需求量随時間和區域變化等特點的支配,這将引起頻譜利用程度的變化。是以,當一項業務的無線頻譜在某個時間或地理區域處未被充分利用時,另一項業務則可能在相同的時間或地點出現頻譜不夠用的情況。考慮到無線頻譜的高值性和頻譜效率的重要性,應該避免無線頻譜的浪費。這些問題促使人們提出了動态頻譜配置設定(dsa)機制,該機制旨在管理融合的無線系統所使用的頻譜,使在空間和時間上協作的無線網絡共享頻譜資源,以提高整個網絡的頻譜效率,如圖1.3(b)、(c)所示。

上面所讨論的複合無線系統及可重構性是dsa系統的潛在促成者。複合無線系統通過選擇最合适的接入網實作業務的無縫傳送,且鄰近網絡的協作不僅便于服務的共享,同時也有利于頻譜的共享。可重構性也是一類重要問題,因為在dsa系統中,一個無線接入網絡可以在任何時間、任何地點被可能地配置設定任何頻率。需要注意的是,業務層通過同步同一個應用的不同資訊流的方法得以更新,這些資訊流可以利用不同的rat同時地進行傳輸。終端管理系統(tms)對于提供利用cre的功能而言很重要。在使用者端/終端,主要的關注點在于如何選擇能夠以高成本效益模式為激活的業務提供最好qos等級的網絡。首先需要的是ms-cre應開發利用cr架構的容量,這些可在反應或預備模式下完成。反應模式下,ms-cre可以适應新的業務環境,如熱點地區未預料到的緊急情況。預備模式下,管理系統可以預測需求模式的變化。這些情況可以通過使用cr架構中交替的部分得以緩解,進而達到所需容量及qos等級。其次,ms-cre應提供資源計費功能,使cr架構中的網絡協作成為可能。最後,ms-cre中某部分應能夠引導使用者接入cr架構中最合适的網絡,進而獲得在成本和qos方面均有效的服務。為實作上述要求,所需的ms架構如圖1.4所示。

該架構由3個主要的邏輯實體組成:

① 監控、服務資訊和資源計費(msrb);

② 資源管理政策(rms);

③ 程序管理器(sm)。

msrb實體可以識别被ms-cre處理的觸發(事件),也可以提供相應的附加(支援)功能。rms實體提供必須的優化功能。sm實體負責與激活的使用者/終端進行互動。具體操作流程與rms中各部分的合作關系分别如圖1.5和圖1.6所示。

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