Introducción básica a las redes heterogéneas

La Figura 1.1 muestra el proceso de desarrollo de la tecnología de comunicación móvil. Se puede ver que con la mejora de la tecnología, la velocidad de transmisión de datos ha aumentado significativamente, brindando a los usuarios una base sólida para brindar servicios de comunicación multimedia de gran tamaño. cantidades de datos. Hasta ahora, el sistema de comunicación móvil se ha desarrollado hasta la cuarta generación. A continuación se presentará brevemente el proceso de desarrollo de estas cuatro generaciones de comunicación móvil.

El sistema celular analógico de primera generación (1G) comenzó a utilizarse para uso civil a gran escala en la década de 1980. Se utilizaba principalmente para proporcionar servicios de voz analógicos, utilizando tecnología de modulación de voz analógica y acceso múltiple por división de frecuencia. .Tecnología (Acceso múltiple por división de frecuencia, FDMA), la velocidad de transferencia de datos es de aproximadamente 2,4 kbps. Los sistemas representativos incluyen el Servicio Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS) de Norteamérica, el Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) del Reino Unido y el 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 estándares incompatibles, capacidad limitada, poca confidencialidad y baja calidad de la comunicación. Esto ha impulsado 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 segunda generación de tecnología de comunicaciones móviles se puede dividir en dos tipos: el primero es el Sistema Global para Móviles (GSM) basado en Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) y el Sistema Global para Móviles (GSM) basado en Acceso Múltiple por División de Código. Sistema IS-95 (como el CDMA) que ingresa (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, y su propósito es proporcionar tecnología de comunicación móvil celular de datos de alta velocidad. Hay cuatro estándares técnicos 3G principales: WCDMA (Wideband CDMA) propuesto por el Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI), CDMA2000 evolucionó a partir del CDMA propuesto por América del Norte y el código de sincronización por división de tiempo con derechos de propiedad intelectual chinos. División de Acceso Múltiple (TD-SCDMA) e Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas (WiMAX) adoptadas en la reunión de la Unión Internacional de Telecomunicaciones de 2007 (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 de muy alta velocidad, como multimedia, vídeo y datos.

El proyecto Long Term Evolution (LTE) es la evolución del 3G. Las principales tecnologías utilizadas son Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) y MIMO (Multiple-Input Multiple-Out), capaces de proporcionar. velocidades máximas de enlace ascendente de 50 Mbps y de enlace descendente de 100 Mbps en un ancho de banda de 20 MHz. LTE también se denomina tecnología de comunicación móvil 3,9G.

LTE-Advanced es una versión mejorada de LTE. Se llama estándar 4G. Tiene dos estándares, uno es TDD, TD-SCDMA puede evolucionar hacia el estándar TDD y HSPA (acceso a paquetes de alta velocidad) ingresa directamente a LTE. y el otro es el sistema FDD, y WCDMA puede evolucionar hacia el sistema FDD.

Además de proporcionar un mayor ancho de banda, el sistema de comunicaciones móviles de cuarta generación (4G) también garantiza que cualquiera pueda comunicarse con cualquier persona en cualquier momento, en cualquier lugar y de cualquier forma, y ​​los usuarios no necesitan considerar la transmisión de red. Detalles de implementación. Desde GSM hasta la cuarta generación, todas las tecnologías no pueden implementarse 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 conmutación perfecta y una calidad de servicio (Calidad de servicio, QoS) garantía. Por lo tanto, la red de comunicaciones móviles de próxima generación será una red heterogénea, y la integración de redes heterogéneas es un tema candente en la investigación de redes de próxima generación y también es 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 en 1990 y el Wi-Fi (Wireless Fidelity) en 2000. Tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha Es una tecnología que proporciona alta acelerar el acceso inalámbrico a Internet o el acceso a redes informáticas en un área amplia. La velocidad de datos de la tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha es aproximadamente equivalente a la de algunas redes cableadas, como la línea de abonado digital asimétrica (ADSL) o el módem por cable, por lo que 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 utiliza tecnologías de espectro extendido u OFDM para conectar dos o más dispositivos terminales y conectarse a Internet de banda ancha a través de puntos de acceso. La mayoría de las tecnologías WLAN se basan en el estándar IEEE802.11. Las ventajas de la WLAN incluyen su bajo coste 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 cien metros, lo que permite a los usuarios conectarse a la red cuando se mueven dentro de un área pequeña. 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 incrementó a 1 Gbit/s en 2011, y el radio de cobertura máximo puede alcanzar los 50 km. Además, WiMAX puede admitir algunos usuarios móviles de baja velocidad y puede proporcionar una variedad de servicios, y su tarifa también es más alta que la de WLAN. Debido a que BWA tiene las ventajas de una rápida construcción de redes, bajos costos operativos y fácil mantenimiento, se ha desarrollado muy rápidamente, sentando una base importante para promover el acceso ubicuo a Internet y fortalecer los servicios públicos. La Tabla 1.1 proporciona los parámetros principales de tres tecnologías de acceso inalámbrico de banda ancha, a saber, WLAN, WiMAX y WiBro. La Tabla 1.2 proporciona los parámetros principales de tres tecnologías 3G, a saber, UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles), EV-DO (Evolución (solo datos) y HSDPA; (Acceso a paquetes Dlink de alta velocidad). Al comparar estas dos tablas, podemos ver que las tecnologías BWA y 3G son muy diferentes. Por ejemplo, la velocidad de transmisión de datos admitida por BWA es de decenas de megabits por segundo, mientras que 3G es de solo unos pocos megabits por segundo. cobertura que la cobertura de la red 3G El alcance es mayor que el de la red BWA. También se puede ver en la movilidad que la red 3G admite usuarios móviles de alta velocidad;

Entonces se puede ver que cada red tiene sus ventajas y desventajas.

Tabla 1.1 Principales parámetros de la tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha WLAN WiMAX WiBro Tasa máxima 802.11a, g=54 Mbps DL: 70 Mbps DL: 18.4 Mbps 802.11b=11Mbps UL: 70 Mbps UL: 6.1 Mbps ancho de banda 20MHz 5-6GHz 9MHz Modo de acceso múltiple CSMA/CA OFDM/OFDMA OFDMA Modo dúplex TDD TDD TDD Movilidad Baja Baja Baja Área de cobertura Pequeño Mediano Grande Protocolo Estándar IEEE802.11x 802.16 TTAamp; Tabla 1.2 Principales parámetros de la 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 1,25GHz 5MHz Modo de acceso múltiple CDMA CDMA CDMA dúplex modo FDD FDD FDD Alta movilidad Área de alta cobertura Estándar de protocolo grande 3GPP 3GPP 3GPP Mercado objetivo Público *** Público *** Público *** La red inalámbrica de próxima generación es una razón importante para la convergencia de redes inalámbricas heterogéneas: basada en la integración En el caso de redes heterogéneas, se puede seleccionar la red adecuada para los usuarios y proporcionar una mejor QoS en función de las características del usuario (como los usuarios de vehículos), las características comerciales (como los altos requisitos en tiempo real) y las características de la red. En términos generales, la WAN tiene un área de cobertura grande pero 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 que tenga un bajo costo de servicio y pueda 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, incluido 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project), MIH (The IEEE 802.21 Media Independent Handover work group) y ETSI (The European Telecommunications Standards Institute).

La gestión de recursos de radio (RRM) es un tema de investigación importante en redes heterogéneas. El objetivo de RRM es utilizar de manera eficiente 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, etc. 3GPP propone una tecnología colaborativa de gestión de recursos de radio (Common Radio Resource Management, CRRM), que utiliza un servidor CRRM para monitorear información de diferentes redes de acceso y programar razonablemente recursos de radio en redes heterogéneas. Además del algoritmo cooperativo de gestión de recursos de radio, también existe el algoritmo de gestión conjunta de recursos de radio (Joint Radio Resource Management, 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. El algoritmo de selección de red generalmente se puede dividir en algoritmo de selección de red de acceso a llamadas y algoritmo de selección de transferencia de red vertical. El acceso y traspaso de redes homogéneas consideran principalmente la intensidad de la señal recibida, mientras que en redes heterogéneas se deben considerar las diferencias entre diferentes redes de acceso. Por lo tanto, hay muchos factores que deben considerarse, así como la intensidad de la señal recibida. es sólo uno de los factores que influyen. Otros factores incluyen la velocidad de transferencia de datos, el precio, la cobertura, la naturaleza del tiempo real y la movilidad del usuario. Todos estos se consideran desde la perspectiva del usuario. Si se consideran desde el lado 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 impacto 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.