纯科普--ad hoc, cellular network, 3g, utms

晚上对移动通信的泛泛内容初加了解，也就是看了看baidu知道，稍稍总结一下。好记性不如烂键盘。

1、 ad hoc

      Ad Hoc源于拉丁语，意思是“for this”引申为“for this purpose only”，即“为某种目的设置的，特别的”意思，即Ad hoc网络是一种有特殊用途的网络。IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络。

      我们经常提及的移动通信网络一般都是有中心的，要基于预设的网络设施才能运行。例如，蜂窝移动通信系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有AP接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊场合来说，有中心的移动网络并不能胜任。比如，战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的网络设施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。Ad hoc网络可以满足这样的要求。ad hoc 使用领域为：军事应用、传感器网络、紧急和临时场合、个人通信、接入无线网的手段。

      Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。与普通的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点：

1、无中心

　　Ad hoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

2、自组织

　　网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

3、多跳路由

　　当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，Ad hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。

4、动态拓扑

　　Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。 这些特点使得Ad hoc网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别。

 

节点结构：

      Ad hoc网络中的结点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。其中主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息，完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。从物理结构上分，结构可以被分为以下几类：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主机多电台。手持机一般采用的单主机单电台的简单结构。作为复杂的车载台，一个结点可能包括通信车内的多个主机。多电台不仅可以用来构建叠加的网络，还可用作网关结点来互联多个Ad hoc网络。

网络结构：

      Ad hoc网络一般有两种结构：平面结构和分级结构。

      在平面结构中，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。

      分级结构中，网络被刈分为簇。每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。在分级结构中，簇头结点负责簇间数据的转发。簇头可以预先指定，也可以由结点使用算法自动选举产生。

      分级结构的网络又可以被分为单频分级和多频分级两种。单频率分级网络中，所有结点使用同一个频率通信。为了实现簇头之间的通信，要有网关结点（同时属于两个簇的结点）的支持。而在多频率分组网络中，不同级采用不同的通信频率。低级结点的通信范围较小，而高级结点要覆盖较大的范围。高级的结点同时处于多个级中，有多个频率，用不同的频率实现不同级的通信。在两级网络中，簇头结点有两个频率。频率1用于簇头与簇成员的通信。而频率2用于簇头之间的通信。分级网络的每个结点都可以成为簇头，所以需要适当的簇头选举算法，算法要能根据网络拓扑的变化重新分簇。

      平面结构的网络比较简单，网络中所有结点是完全对等的，原则上不存在瓶颈，所以比较健壮。它的缺点是可扩充性差：每一个结点都需要知道到达其他所有结点的路由。维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息。在分级结构的网络中，簇成员的功能比较简单，不需要维护复杂的路由信息。这大大减少了网络中路由控制信息的数量，因此具有很好的可扩充性。由于簇头结点可以随时选举产生，分级结构也具有很强的抗毁性。分级结构的缺点是，维护分级结构需要结点执行簇头选举算法，簇头结点可能会成为网络的瓶颈。 因此，当网络的规模较小时，可以采用简单的平面式结构；而当网络的规模增大时，应用分级结构。美军在其战术互联网中使用近期数字电台（NTDR，Near Term Digital Radio）组网时采用的就是双频分级结构。

 

关键技术：

1、信道接入技术

　　Ad Hoc网络的无线信道是多跳共享的多点信道，所以不同于普通网络的共享广播信道、点对点无线信道和蜂窝移动通信系统中由基站控制的无线信道。该技术控制节点如何接入无线信道。信道接入技术主要是解决隐藏终端和暴露终端问题，影响比较大的有MACA协议，控制信道和数据信道分裂的双信道方案和基于定向天线的MAC协议，以及一些改进的MAC协议。

      MACA协议时单信道接入协议，是去掉了载波侦听的CSMA/CD协议。因为由于暴露终端的存在，侦听在无线中不适用。maca的基本思想是发送者在发送数据前先向接受者发RTS报文（I am ready to send），接受者回复CTS报文，发送者收到CTS报文后开始发送数据。但其他接受者在接到RTS报文后必须使用二进制指数退避算法阻塞。这阻塞就是关键。

ad hoc接入协议可参考：http://www.eefocus.com/article/08-03/37406s.html

2、网络体系结构

　　网络主要是为数据业务设计的，没有对体系结构做过多考虑，但是当Ad Hoc网络需要提供多种业务并支持一定的QoS时，应当考虑选择最为合适的体系结构，并需要对原有协议栈重新进行设计。

3、 路由协议

　　Ad Hoc路由面临的主要挑战是传统的保存在结点中的分布式路由数据库如何适应网络拓扑的动态变化。Ad Hoc网络中多跳路由是由普通节点协作完成的，而不是由专用的路由设备完成的。因此，必须设计专用的、高效的无线多跳路由协议。目前，一般普遍得到认可的代表性成果有DSDV、WRP、AODV、DSR、TORA和ZRP等。至今，路由协议的研究仍然是Ad Hoc网络成果最集中的部分。

4、 QoS保证

　　Ad Hoc网络出现初期主要用于传输少量的数据信息。随着应用的不断扩展，需要在Ad Hoc网络中传输多媒体信息。多媒体信息对时延和抖动等都提出了很高要求，即需要提供一定的QoS保证。Ad Hoc网络中的QoS保证是系统性问题，不同层都要提供相应的机制。

5、多播/组播协议

　　由于Ad Hoc网络的特殊性，广播和多播问题变得非常复杂，它们需要链路层和网络层的支持。目前这个问题的研究已经取得了阶段性进展。

6、安全性问题

　　由于Ad Hoc网络的特点之一就是安全性较差，易受窃听和攻击，因此需要研究适用于Ad Hoc网络的安全体系结构和安全技术。

7、网络管理

　　Ad Hoc网络管理涉及面较广，包括移动性管理、地址管理和服务管理等，需要相应的机制来解决节点定位和地址自动配置等问题。

8、节能控制

　　可以采用自动功率控制机制来调整移动节点的功率，以便在传输范围和干扰之间进行折衷；还可以通过智能休眠机制，采用功率意识路由和使用功耗很小的硬件来减少节点的能量消耗。

2、cellular communication

      蜂窝系统也叫“小区制”系统。是将所有要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1~10km左右。在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。并可通过小区分裂进一步提高系统容量。

　　这种系统由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）设备及移动台（MS）（用户设备）以及交换中心至基站的传输线组成，如下图所示。目前在我国运行的900MHz 第一代移动通信系统（TACS）模拟系统和第二代移动通信系统（GSM）数字系统都属于这一类。

　　就是说移动台的移动交换中心与公共的电话交换网（就是我们平时所说的电话网PSTN）之间相连，移动交换中心负责连接基站之间的通信，通话过程中，移动台（比如手机）与所属基站建立联系，由基站再与移动交换中心连接，最后接入到公共电话网。

900/1800MHz GSM移动通信

　　900/1800MHz GSM第二代数字蜂窝移动通信(简称GSM移动通信)业务是指利用工作在900/1800MHz频段的GSM移动通信网络提供的话音和数据业务。GSM移动通信系统的无线接口采用TDMA技术，核心网移动性管理协议采用MAP协议。

GSM的频段：

      GSM900 小区半径35km 上行890~915MHZ 下行将935~960MHZ

　　PHASE2: 890~915MHZ 和935~960MHZ; 通道号1---124.

　　GSM1800小区半径2km(由于1800mhz手机的低功率) 上行1710~1785MHZ 下行1805~1880MHZ。

　　PHASE2: SAME; 通道号 :512—885. 为高密度的用户.

　　GSM1900: 1850~1910MHZ 1930~1990MHZ

　　上行和下行组成一频率对, 上行就是手机发射、基站接收；下行就是基站到手机。 例如935-960 和890-915 相差45MHZ, 第二个通道上, 上行落后下行三个时隙.

GSM信道　

GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙（TS），而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些逻辑信道映射到物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。

　　逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。

 

　　900/1800MHz GSM第二代数字蜂窝移动通信业务包括以下主要业务类型：

　　-端到端的双向话音业务。

　　-移动消息业务，利用GSM网络和消息平台提供的移动台发起、移动台接收的消息业务。

　　-移动承载业务及其上移动数据业务。

　　-移动补充业务，如主叫号码显示、呼叫前转业务等。

　　-经过GSM网络与智能网共同提供的移动智能网业务，如预付费业务等。

　　-国内漫游和国际漫游业务。

　　900/1800MHz GSM 第二代数字蜂窝移动通信业务的经营者必须自己组建GSM移动通信网络，所提供的移动通信业务类型可以是一部分或全部。提供一次移动通信业务经过的网络可以是同一个运营者的网络，也可以由不同运营者的网络共同完成。提供移动网国际通信业务，必须经过国家批准设立的国际通信出入口。

800MHz CDMA移动通信

　　800MHz CDMA 第二代数字蜂窝移动通信(简称CDMA移动通信)业务是指利用工作在800MHz 频段上的CDMA移动通信网络提供的话音和数据业务。CDMA移动通信的无线接口采用窄带码分多址CDMA技术，核心网移动性管理协议采用IS-41协议。 CDMA 允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。 CDMA的优点包括： CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。CDMA 允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。 CDMA的优点包括： CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。

　　800MHz CDMA第二代数字蜂窝移动通信业务包括以下主要业务类型：

　　-端到端的双向话音业务。

　　-移动消息业务，利用CDMA网络和消息平台提供的移动台发起、移动台接收的消息业务。

　　-移动承载业务及其上移动数据业务。

　　-移动补充业务，如主叫号码显示、呼叫前转业务等。

　　-经过CDMA网络与智能网共同提供的移动智能网业务，如预付费业务等。

　　-国内漫游和国际漫游业务。

　　800MHz CDMA 第二代数字蜂窝移动通信业务的经营者必须自己组建CDMA移动通信网络，所提供的移动通信业务类型可以是一部分或全部。提供一次移动通信业务经过的网络，可以是同一个运营者的网络，也可以由不同运营者的网络共同完成。提供移动网国际通信业务，必须经过国家批准设立的国际通信出入口。

码分多址：

     CDMA 允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。 CDMA的优点包括： CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。具体原理参见：http://wenku.baidu.com/view/948035235901020207409c41.html

3G

      第三代数字蜂窝移动通信(简称3G移动通信)业务是指利用第三代移动通信网络提供的话音、数据、视频图像等业务。

　　第三代数字蜂窝移动通信业务主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，其中高速移动环境下支持144kb/s速率，步行和慢速移动环境下支持384kb/s速率，室内环境支持2Mb/s速率数据传输，并保证高可靠服务质量(QoS) 。第三代数字蜂窝移动通信业务包括第二代蜂窝移动通信可提供的所有的业务类型和移动多媒体业务。

3G标准：它们分别是WCDMA（欧洲版）、CDMA2000（美国版）和TD-SCDMA（中国版）。

 

 

3、utms -- 3G新标准

GPRS是General Packet Radio Service（通用分组无线业务）的简称。 
EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。

UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)通用移动通信系统是3G技术的统称.除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术(High Speed Downlink Packet Access ，高速下行链路数据分组接入)。前者是中国的技术提案首次成为国际主流通信标准。它可利用单边的频谱提供高速移动通信组网能力。后者是引入了利于超高速数据传送的速率控制技术，使下行链路无线带宽达到10Mbps 。在核心网技术方面，则引入了分组软交换技术，进而顺应IP多媒体应用的发展趋势引入了IP多媒体域，也就是IMS(IP Multimedia Service，IP多媒体服务)以实现全IP多业务移动网络的最终发展目标。