混合網絡

"hybrid"是指“混合”，因此一個混合網絡就是網絡的混合。根據TheFreeDictionary，一個混合網絡就是一個包含多個供應商網絡硬件和設備，或網絡基礎設施（可追溯到第一屆）的網絡。一些基礎設施網絡因為組件的互操作性，只包含一個供應商的網絡設備，因此避免了設備之間的錯誤通信；在理論上也可以創造一個更快的網絡。儘管被昂貴的供應商束縛，但是會導致企業選擇混合網絡路由，是因為它的花費要少得多，能更恰當地適應業務的需要。

目前，國外許多研究機構都對自組織網和蜂窩網相融合的成網技術展開了研究，力圖在概念和技術上為未來移動通信系統尋求創新和突破。這些組網技術充分利用了自組織網和蜂窩網的優勢，獲得了較好的網絡性能。按照中繼轉發節點的設置、節點支持的通信模式以及節點的移動性，可將現有的網絡模型劃分為所示的結構。 ^[1]  　機會驅動的多種接入模型(ODMA)是由3GPP TR25.924提出的在UTRA時分雙工(TDD)模式中支持移動終端中繼的一種嘗試，這種網絡模型可以被看作是當前的UMTS TDD模式的擴展。ODMA系統有兩種通信模式：多跳轉發模式和直通模式。兩種通信模式使用相同的無線資源。各個小區的覆蓋區域都劃分為高速率覆蓋區、低速率覆蓋區和無覆蓋區。

系統中的用户同時具備與基站進行基本通信的能力和為其他用户進行數據轉發的能力。通過其他用户的多跳轉發，低速率區域的用户可以獲得蜂窩網絡提供的高比特率業務，由此可實現高速率業務的覆蓋擴展。

多跳蜂窩網絡(MCN)是由台灣交通大學信息計算科學系的Ying-Dar Lin和Yu-Ching提出的一種在蜂窩網絡內通過多跳方式建立連接的網絡模型。MCN的帶寬資源被分成覆蓋範圍不同的控制信道和數據信道兩類，其中控制信道的覆蓋半徑是小區半徑R，而數據信道的覆蓋僅是R /K(K為複用因子)。網絡中的每個節點都週期地向基站(BS)發送從鄰接節點接收到的信標功率信息，由BS根據這些信息估計節點間的距離，計算網絡的連通狀態。各個MCN的節點都是通過接入BS來進行通信的。接入的方式分為直接接入方式和多跳轉發接入方式。在多跳轉發接入方式中，節點首先向BS發送路由請求。BS則依據當前的網絡連通狀態計算該節點到基站的路由信息，在回覆信息中發送給節點，其中包括路徑中每一跳節點的地址和節點使用的數據信道類型。該節點就按照BS指配的路徑接入BS進行通信。

融合蜂窩網和自組網的無線網絡框架(UCAN)是貝爾實驗室和加利福尼亞大學的Haiyun Luo、Ramachandran Ramjeey、Prasun Sinhaz、Li(Erran) Liy、Songwu Lu等人提出的一種具有多種通信模式的混合網絡模型。該模型下的每個節點都同時具備兩種空中接口，使其既支持3G蜂窩鏈路(HDR)也支持基於802.11b的點到點廣播鏈路。用户終端與基站間交互的數據分組，既可以通過用户終端與基站間的無線鏈路直接進行通信；也可以先利用點到點的802.11b廣播信道多跳轉發給代理用户，再由代理用户與基站利用3G無線鏈路進行通信。仿真結果表明：在用户密集的區域，與蜂窩網絡相比，UCAN可以有效地提高單個用户的吞吐，並且可以提高整個蜂窩小區的吞吐。在採用按需的代理搜索算法的情況下，與普通的3G系統相比，UCAN系統的單用户吞吐可以提高310%，而小區的整體吞吐量可以提高60%。

自組織網和蜂窩網絡的融合，在帶來性能上改善的同時，還會引出許多新的技術問題。目前，針對這些問題的研究正廣泛展開，以探討各種新型混合網絡模型的可行性，並尋求性能和可行性之間良好的結合點。這些問題主要包括框架結構、通信模式選擇、信道分配、路由、計費、負載均衡等等。

1.框架結構

框架結構是研究一種新型網絡首先要解決的關鍵技術問題。如前所述，國外的一些研究人員已經提出了一些新型的網絡模型。但這些模型都是針對網絡的某一具體問題而提出的，它們所帶來的性能優勢也是局部的。例如：iCAR模型僅僅是為蜂窩網流量均衡問題而設計，A-GSM模型是專為解決蜂窩網覆蓋死區問題而設計等。同時，在現有網絡框架中還有很多問題未能統一。例如：網絡中是否設置專用的中繼節點，多種通信方式是否使用同樣的無線資源等。因此，必須綜合考慮各項網絡性能，才能構造出具有較高網絡優勢的框架結構。

2 .通信模式選擇

在混合網絡中，有3種通信方式：自組織方式(相當於構建一個自組織局域子網，簡稱局域子網)、傳統蜂窩方式和混合方式(經過多跳中繼最終接入基站)。因此，當這幾種通信方式都能實現用户的通信需求時，就不可迴避地要解決通信方式的選擇問題，包括業務初始時的方式選擇和業務過程中的方式轉換兩部分。通信方式的不同將直接影響網絡系統的整體性能，因此在選擇通信模式時必須綜合地考慮當前網絡資源的利用率、網絡的負載均衡程度、業務的QoS要求、以及用户的移動特性等各種因素，以達到最佳的網絡性能。同時，如何衡量一種通信方式選擇機制的優劣，確定出有效的優化函數關係也是一個難點問題。

3 .信道分配

信道分配機制是無線網絡中的主要技術問題之一。在多種通信方式共存的情況下，實際的網絡環境中往往會同時存在各種通信場景。如何協調使用有限的信道資源，做到既不影響各小區的通信性能又能最大程度地改善網絡容量是現有機制不曾涉及的問題。目前，國內外對同一網絡中不同通信模式間的信道分配機制的研究尚處於起步階段，均未涉及詳細、可行的分配策略及具體問題的定量分析。

4 .路由

混合網絡的路由需求不同於傳統的蜂窩網和自組織網，其通信方式的多元化以及節點類型的多樣性使得蜂窩網和自組織網現有的路由協議都不能滿足混合網絡的需要。一方面，混合網絡的通信方式可分為傳統蜂窩方式、自組織方式和混合方式。其中，混合方式是一種混合網絡所特有的通信方式，給路由機制帶來了新的要求。而且通信方式間的動態切換也是設計混合網絡路由機制必須考慮的因素之一；另一方面，混合網絡中不僅有預設的基礎網絡設施，而且還可能有一些專門設置的計算能力和存儲能力都更為強大的中繼節點，如iCAR中的ARS。這些具備完全或部分“中心”功能的節點可以獲得一定覆蓋區域內的節點位置信息和網絡拓撲信息，從而為路由的計算和路徑的選擇起到一定的輔助作用。所以，設計混合網絡路由機制時必須合理的利用這些節點，將分佈式路由和“中心節點”的輔助相結合來提高全網的性能。

5 .計費

混合網絡自身的特性對計費機制產生了新的要求。首先，許多通信業務只是由節點間的中繼轉發來完成，而不需要經過基站。因此，基站對於覆蓋範圍內的業務並不擁有完備的信息。其次，電信運營商已不再是服務的唯一提供者，負責中繼轉發的中間節點也為通信用户提供了相應的服務。這些中間節點在進行數據存儲和轉發的過程中耗費了自己的能量，甚至會影響自身的通信業務，所以必須給予一定的補償來激勵其為其他的用户進行數據的轉發。第三，用户的移動性會造成通信鏈路的重新配置，從而增大了統計計費信息的難度。這些特性就要求必須針對混合網絡設計新的計費機制，以保證準確記錄為用户提供服務的其他用户的身份、服務時間和傳輸流量等信息。

6. 負載均衡

有研究發現，混合網絡中的節點所承擔中繼轉發業務的多少和該節點在網絡中的位置以及周圍區域節點密度有關。靠近網絡中心的節點，要比網絡邊沿的節點承擔更多的中繼轉發業務。這就使得處於網絡中心區域的節點最早消耗完自身的能量，從而造成網絡中心區域節點的密度降低，並增大了這一區域其他節點的負擔，形成惡性的循環。這種區域性的節點密度降低一方面會導致網絡出現分割，另一方面也會對正在進行的業務產生影響，造成網絡吞吐降低。所以，負載均衡算法是混合網絡中需重點研究的問題之一。目前實現負載均衡的方法主要是對最短路徑的路由發現機制進行改進，搜索多條備份路徑。業務發起時，由節點自主地選取一條鏈路節點負載最小的路徑進行數據傳輸；或者由基站根據全網當前的負載分配和吞吐從搜索出的路徑中選取一條路徑指配給用户。