Introducción al trasfondo de las redes heterogéneas
El sistema celular analógico de primera generación (1G) comenzó a utilizarse a gran escala en la década de 1980 y se utilizaba principalmente para proporcionar servicios de voz analógicos. Adopta tecnología de modulación de voz analógica y tecnología de acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), y la velocidad de transmisión de datos es de aproximadamente 2,4 kbps. Los sistemas representativos incluyen el Servicio avanzado de telefonía móvil (AMPS) en América del Norte y el Sistema de comunicación de acceso total (TACS) en el Reino Unido. y Teléfono Móvil Nórdico (NMT), etc. Debido a la limitación del ancho de banda de transmisión, el roaming de larga distancia no es posible y es sólo un sistema de comunicación móvil regional. Además, las deficiencias del sistema de comunicación de primera generación incluyen demasiados formatos incompatibles, capacidad limitada, poca confidencialidad y baja calidad de la comunicación. Por ello, impulsa el desarrollo del sistema de comunicaciones móviles digitales de segunda generación (2G).
El sistema de comunicación móvil digital de segunda generación ha completado la transición de analógico a digital, proporcionando así a los usuarios servicios de voz digital. La tecnología de comunicaciones móviles de segunda generación se puede dividir en dos tipos. El primero es el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) basado en acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el sistema IS-95 (como el CDMA) basado en acceso múltiple por división de código (CDMA).
El sistema de comunicación móvil de tercera generación (3G) se desarrolla a partir del cada vez más maduro sistema de comunicación móvil de segunda generación. Su objetivo es proporcionar tecnología de comunicación móvil celular con datos de alta velocidad. Hay cuatro estándares técnicos principales de 3G: Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones, WCDMA propuesto por ETSI), CDMA2000 evolucionó a partir de CDMA 1 propuesto por el norte de China, Acceso múltiple por división de código síncrono por división de tiempo (TD-SCDMA) con derechos de propiedad intelectual, 2007 Telecomunicaciones internacionales en todo el mundo Interoperabilidad para Acceso por Microondas (WiMAX) adoptada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). La velocidad de transmisión de datos más alta de la comunicación móvil de tercera generación puede alcanzar los 2 Mbps, por lo que puede proporcionar servicios de transmisión de datos a bastante alta velocidad, como multimedia, vídeo y datos.
Long Term Evolution (LTE) es la evolución de 3G. Las principales tecnologías utilizadas son la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) y MIMO (múltiples entradas y salidas múltiples), que pueden proporcionar un enlace ascendente de 50 Mbps dentro de un ancho de banda de 20 MHz. velocidades máximas de enlace y enlace descendente de 65.438.000 Mbps. LTE también se conoce como tecnología de comunicación móvil 3.9G. LTE-Advanced es una versión mejorada de LTE y se denomina estándar 4G. Tiene dos estándares, uno es TDD, TD-SCDMA puede evolucionar a TDD, HSPA (Acceso a paquetes de alta velocidad) ingresa directamente a LTE y el otro es FDD, WCDMA puede evolucionar a FDD.
El sistema de comunicación móvil de cuarta generación (4G) no sólo proporciona un mayor ancho de banda, sino que también garantiza que cualquiera pueda comunicarse con cualquier persona en cualquier momento, en cualquier lugar y de cualquier manera, y los usuarios no necesitan considerar el red Detalles de implementación de la transferencia. Desde GSM hasta la cuarta generación, todas las tecnologías no se pueden lograr de la noche a la mañana. Estas tecnologías existirán al mismo tiempo para brindar servicios a los usuarios. Para lograr los objetivos de la cuarta generación de comunicaciones móviles, es necesario integrar estos diferentes sistemas de comunicación inalámbrica para formar un sistema de comunicación de red inalámbrica heterogénea (HWN) para proporcionar a los usuarios una transferencia perfecta y garantías de calidad de servicio (QoS). Por lo tanto, la red de comunicaciones móviles de próxima generación será una red heterogénea, y la integración de redes heterogéneas es el foco de la investigación de redes de próxima generación y el contenido principal de este artículo.
El Acceso Inalámbrico de Banda Ancha (BWA) es la tercera revolución inalámbrica tras la aparición de los teléfonos inalámbricos portátiles y el Wi-Fi (Wireless Fidelity) en 1990 en 2000. BWA es una tecnología que proporciona acceso inalámbrico a Internet de alta velocidad o acceso a redes informáticas en un área amplia. La tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha tiene velocidades de datos aproximadamente equivalentes a las de algunas redes cableadas, como la línea de abonado digital asimétrica (ADSL) o los módems de cable y, por lo tanto, suele ser un complemento importante de las redes de acceso cableadas.
Varias tecnologías importantes de acceso inalámbrico de banda ancha incluyen WLAN (red de área local inalámbrica), tecnología WiMAX y WiBro (banda ancha inalámbrica). WLAN conecta dos o más dispositivos terminales a través de tecnología de espectro ensanchado u OFDM y se conecta a Internet de banda ancha a través de un punto de acceso. La mayoría de las tecnologías de LAN inalámbrica se basan en el estándar IEEE802.11. Las ventajas de la LAN inalámbrica incluyen su bajo costo y su alta velocidad de transmisión. Debido a que WLAN opera en una banda de frecuencia sin licencia, la potencia de transmisión de WLAN es muy pequeña y su rango de cobertura es de sólo unos 100 metros, lo que puede proporcionar a los usuarios acceso a la red cuando se mueven dentro de un rango pequeño. WiMAX puede proporcionar servicios de datos de alta velocidad en una amplia gama, con una velocidad de transmisión de 30 a 40 megabits por segundo, que se incrementará a 65.438 0 gigabits por segundo en 2065, 438 065, 438 0, y el radio de cobertura máximo puede llegar a 50km. Además, WiMAX puede admitir algunos usuarios móviles de baja velocidad y puede proporcionar una variedad de servicios con tarifas más altas que WLAN. BWA tiene las ventajas de una construcción de red rápida, bajos costos operativos y fácil mantenimiento. Por lo tanto, se ha desarrollado muy rápidamente y ha sentado una base importante para promover el acceso ubicuo a Internet y fortalecer los servicios públicos. La Tabla 1.1 proporciona los principales parámetros de tres tecnologías de acceso inalámbrico de banda ancha: WLAN, WiMAX y Wibro; la Tabla 1.2 proporciona los principales parámetros de tres tecnologías 3G, a saber, UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) y EV-DO (Evolution Data Only). y HSDPA (Acceso a paquetes de enlace de datos de alta velocidad). Comparando estas dos tablas, podemos ver que las tecnologías BWA y 3G son muy diferentes. Por ejemplo, BWA admite velocidades de transferencia de datos de decenas de megabytes por segundo, mientras que 3G sólo admite unos pocos megabytes por segundo. Se puede ver en la cobertura que la red 3G tiene una cobertura mayor que la red BWA y también se puede ver en la movilidad que la red 3G admite usuarios móviles de alta velocidad; Como puedes ver, cada red tiene sus pros y sus contras.
Tabla 1.1 Principales parámetros de la tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha WLAN WiMAX WiBro velocidad máxima 802.11a, G = 54 Mbps dl: 70 Mbps dl: 18.4 Mbps dl: 602.11b = 11 Mbps ul: 70 Mbps ul: 6.65438 802.16e Mercado objetivo Familia/Familia empresarial/Familia empresarial/Parámetros principales del negocio Tabla 1.2 Tecnología 3G UMTS EV-DO HSDPA Velocidad máxima DL: 2 Mbps DL: 3,1 Mbps DL: 14 Mbps UL: 2 Mbps UL: 1,2 Mbps UL: 2 Mbps Ancho de banda 5MHz 65. 438 0.25GHz 5MHz CDMA multiacceso CDMA dúplex FDD FDD FDD alta movilidad área de alta cobertura grande protocolo estándar 3GPP mercado objetivo público * * * público * * público * * * La razón por la cual la red inalámbrica de próxima generación es diferente La razón importante para la convergencia de la red inalámbrica es que, sobre la base de la convergencia de red heterogénea, los usuarios pueden elegir la red adecuada en función de sus propias características (como los usuarios de vehículos), las características comerciales (como los altos requisitos en tiempo real) y las características de la red. y proporcionar una mejor QoS. En términos generales, la WAN cubre un área grande pero tiene una velocidad de transmisión de datos baja, mientras que la LAN es todo lo contrario. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, los terminales multimodo pueden elegir el acceso a la red apropiado en función de sus propias características de servicio y movilidad. A diferencia de las redes homogéneas anteriores, en un entorno de red heterogéneo, los usuarios pueden elegir una red con bajos costos de servicio y al mismo tiempo satisfacer sus propias necesidades de acceso. Esto se debe a que estas redes heterogéneas tienen características complementarias, lo que hace que la integración de redes heterogéneas sea muy importante. Por lo tanto, algunas organizaciones han propuesto diferentes estándares de convergencia de redes, como 3GPP (3rd Generation Partnership Project), MIH (IEEE 802.21 Media Independent Handover Working Group) y ETSI (European Telecommunications Standards Institute).
La gestión de recursos radioeléctricos (RRM) es un tema de investigación importante en redes heterogéneas. El objetivo de RRM es utilizar eficazmente el espectro inalámbrico limitado, la potencia de transmisión y la infraestructura de red inalámbrica.
Las tecnologías RRM incluyen control de admisión de llamadas (CAC), conmutación horizontal o vertical, equilibrio de carga, asignación de canales y control de potencia. 3GPP propuso Common Radio Resource Management (CRRM), que utiliza servidores CRRM para monitorear información en diferentes redes de acceso y programar racionalmente recursos inalámbricos en redes heterogéneas. Además de los algoritmos cooperativos de gestión de recursos de radio, también existe la Gestión Conjunta de Recursos de Radio (JRRM). En realidad, estas tecnologías proporcionan una plataforma de gestión unificada para redes heterogéneas para lograr el propósito de utilización racional de los recursos inalámbricos.
El algoritmo de selección de red es un punto de investigación en la gestión de recursos inalámbricos. Los algoritmos de selección de red generalmente se pueden dividir en algoritmos de selección de red de acceso a llamadas y algoritmos de selección de traspaso de red vertical. El acceso y el traspaso de redes homogéneas consideran principalmente la intensidad de la señal recibida, mientras que las redes heterogéneas deben considerar las diferencias entre diferentes redes de acceso, por lo que hay muchos factores que deben considerarse: la intensidad de la señal recibida es solo uno. de ellos, y hay otros factores: velocidad de transferencia de datos, precio, cobertura, rendimiento en tiempo real, movilidad del usuario, etc. Todos estos se consideran desde la perspectiva del usuario. Si lo consideramos desde la perspectiva de la red, implicará mejorar el rendimiento del sistema, reducir la tasa de bloqueo y equilibrar la carga. Por lo tanto, la selección de redes juega un papel crucial en la integración de redes heterogéneas. La siguiente parte de este artículo analizará principalmente el modelo de sistema de red heterogéneo, la gestión de recursos inalámbricos, la optimización del rendimiento de la red y el algoritmo de selección de red.