5G時代下移動自組織網絡探討

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［摘要］移動自組織網絡在高帶寬低延時的5g下，賦予更多的技術優勢，使其綜合性、應用性以及系統性都得到有效的提高，本文從基于5G移動自組織網絡展開探討，論述移動自組織mesh的網絡架構技術及其應用前景和未來趨勢。

［關鍵詞］自組織網絡；路由協議；拓撲；虛擬現實

1引言

移動信息技術的發展推動信息時代的變革，2020年作為我國5G網絡發展的元年，也是國家新基建開局之年，是通信行業的機遇與挑戰并存之年，相對于運營商基站來說有一個很大的市場就是自組網通信，相比運營商網絡，自組網通信有它自己的優勢：比如快速、低成本、高抗毀自愈、大帶寬，高速移動通信、超遠距離通信等。

25G概況

第五代移動通信技術，簡稱5G，它是4G網絡的延伸。歷代移動通信網絡速率比較如圖1所示，從用戶體驗看，5G具有更高的速率、更寬的帶寬，5G網絡的理論運行速度為10Gb/s（相當于下載速度1.25GB/s），預計網速將比4G提高10倍左右[1]，只需要幾秒即可下載一部高清電影，能夠滿足消費者對虛擬現實、超高清視頻等更高的網絡體驗需求。隨著物聯網在汽車智能駕駛方面的迅速發展，在網速上具備更高要求，這勢必進一步推動5G網絡的發展。5G網絡在邏輯架構上主要利用網絡功能虛擬化（NFV）將硬件與軟件分離，部署靈活快速；利用軟件定義網絡（SDN）將控制與并發進一步分離，快速高效自組網絡、拓撲快速重構、網絡連接可編程化。作為新一代移動通信技術發展的方向，5G作為全新信息技術基礎設施的重要部分，勢必能滿足未來物聯網的相關需求[2]。在性能上更加可靠，延時時間也更加短，使得它在工業智能制造、智能駕駛等方面能夠進一步融合，將創造更多的發展空間來支撐社會經濟。

3移動自組織網絡介紹

通過無線移動通信技術與計算機網絡相關技術結合組建的網絡稱為移動自組網,AdHoc作為無線移動自組織網絡的先驅,在20世紀70年代就已出現,當時主要應用于軍事通信方面，這種網絡是一種非常特殊的無線通信網,它不僅可以快速自動組網，并且不需要依賴任何預先搭建好的網絡設施,而且具有超強的靈活性和抗毀壞性。在技術上廣泛應用于各種網絡體系結構、網絡跨層設計、互聯網及信息安全傳輸等方面[3]。針對其實際應用需求，AdHoc網絡技術進一步衍生發展，在此基礎上出現了無線傳感網絡WSN和無線網狀網WMN。早期該網絡主要研究如何保證在多跳無線網絡環境中高效和可靠地傳送數據，隨著不斷地研究以及信息技術領域的發展，AdHoc網絡的應用逐漸擴展到民用和商業領域。

45G下的移動自組織網絡

4.1無線網狀網。WMN無線網狀網WMN（WirelessMeshNetwork）作為移動自組織網絡的一個分支，它是采用了全新的“無線網格網”理念設計的移動寬帶多媒體通信系統。傳統的無線網絡兩個相鄰的結點也必須先要訪問一個集中的接入點之后才能進行無線連接，而無線Mesh中采用網絡的分組交換來進行信息交換，具有便攜式的可移動用戶終端，在移動自組網絡下的所有終端都具有路由器和主機的功能，這樣，各個用戶節點都可以與一個或多個對等節點進行直接通信[4]。作為主機時，在終端上要運行的各種用戶的程序，例如各種編輯器，不同的瀏覽器等等；當作路由器功能使用時，勢必會有相應的路由協議要運行，還要根據其提供的相關路由策略以及路由表來進行分組數據的轉發，也要負擔相關路由的維護工作，得到適合該節點的路由協議[5]。WMN自組網的路由協議有它自己的目標：快速、準確、高效，能在盡可能短時間內比較準確地找到自己可能用到的相關路由信息，并且還要能在網絡拓撲結構的變化上盡快適應，與此同時，在額外延時上要減少引入，也要減小相關的維護控制信息，比如路由維護方面，這樣在開銷上就可以適當降低，移動終端在存儲空間上、計算能力上以及電源方面都是有限制的，較小的開銷正好滿足這種需求。4.25G無線Mesh。無線Mesh的無線組網技術主要應用在連續廣域覆蓋的5G網絡中，或具有超密集組網的環境下。如圖2所示，在密集的基站中進行無線傳輸，而且構建速度快，效率高，在基站之間的協調能力強，這樣可以使得基站間的數據傳輸時間降低，信息交互達到最低延時，還能在回傳選擇上更加動態且靈活，實現多場景下的基站的靈活使用，也就是即插即用，這種網絡在部署、維護上都非常簡單，用戶體驗也十分輕快、一致，可以稱得上是一種輕型網絡[6]。5G無線Mesh技術對本網絡中無線回傳鏈路以及無線接入鏈路的處理方式主要包含兩個方面，一方面將它們聯合設計，另一方面就是進行聯合優化，比如：基于容量和能效的接入，與回傳資源協調優化等；網絡回傳中的網關規劃、管理；網絡回傳中的網絡拓撲管理、路徑優化；網絡回傳的網絡資源管理；網絡協議架構、接口研究等等。4.3MESH自組網的應用。無線MESH自組網，目前已經應用在武警、消防、人防應急、三防應急、水利防汛、電力巡檢、電力搶險、“雪亮工程”、鐵路搶險、海事執法、海監巡查、海關邊防、碼頭監控、森林防火、油田防盜、軍事偵察、電視轉播等領域。在城市、海上、山地等多種復雜環境中提供高質量圖像、語音、數據實時移動傳輸。近幾年“雪亮工程”項目建設大多集中在城市中，下沉到縣、鄉、鎮的工作尚顯薄弱。“雪亮工程”在縣鄉鎮地區推行緩慢的原因之一就是部分農村地區基礎設施相對薄弱，沒有滿足要求的光纖網絡資源，同時地形地貌等原因導致架線施工難度大、成本高。在鄉村、山區、草原等地廣人稀的區域，“雪亮工程”建設項目采用無線Mesh視頻監控技術，相比有線傳輸，無線傳輸可以節省光纖線纜成本，且部署快捷方便、便于維護，節省施工人力成本；不存在私拉亂接光纜現象；不影響現有線路，減少與其他線路部門的矛盾；相比無線網橋，MESH多跳特性可實現長距離非視距傳輸，可解決“雪亮工程”中由于電桿高度不夠導致無線設備間被樹木、建筑物、大山等遮擋而無法通視傳輸的問題；與Wi-Fi網橋通過加大發射功率、采用定向天線方式相比，Mesh可以實現更高的接收靈敏度，采用全向天線遠距離傳輸，可避免定向天線安裝復雜、需要技術人員指導、容易出現歪斜等問題。

5結語

隨著科學技術的不斷發展，越來越需要功能強大的通信設備，Mesh無線自組網相比傳統的通信傳輸技術，在很大程度上提高了通信的速度和降低了故障的概率，這是傳統的通信網絡設備所不擁有的功能。Mesh無線自組網特有的優勢讓它在市場上占有一席之地，未來Mesh無線自組網在設備小型化、便攜化方面有提升空間，在充分考慮應用場景和保障必要的功能性能的前提下，研究輕便靈巧化技術，滿足單人背負和無人機載要求，在應急通信領域的應用，Mesh與其他專網通信、衛星通信等系統融合也是未來發展的重點。

[參考文獻]

[1]廖德衡.面向5G高密場景下的網絡自組織關鍵技術[J].通信設計與應用，2017.（07）:13-14.

[2]易琨.面向車聯網的車用自組織網絡及其應用的分析[J].今日電子,2018（4）:32-36.

[3]單寶穎.移動自組織網絡中的安全與信任技術研究[J].計算機與數字工程,2020,48(08):1928-1934.

[4]劉麗哲.無線自組織網技術內容導讀[J].無線電通信技術,2020（3）:271-272.

[5]黃成兵.基于移動自組織網絡的路由技術研究[J].信息通信,2017（10）:61-63.

[6]朱文彬.自適應無線Mesh網絡組網技術的研究[D].哈爾濱工業大學,2017.

作者:陳劍英 單位:湖南工業職業技術學院