基本介紹
- 中文名：多跳通信
- 外文名：multi hop communication
- 類型：通信名詞
背景,基本原理,基本類型,基本套用,
背景
隨著移動通信系統和移動INTERNET的發展，未來的移動通信將是一個無所不在的無線通信系統，提供無縫、不同QoS、高速率的無線多媒體業務，但高速傳輸與覆蓋的矛盾是未來通信中企待解決的問題。雖然被未來通信青睞的OFDM、MIMO和智慧型天線等技術解決了高速傳輸和頻譜效率，但它們不能改善高速傳輸與覆蓋的矛盾。最近幾年出現的多跳中繼技術可能是一個比較理想的解決方案之一。
基本原理
這種技術的傳輸方式不是傳統意義下的基站和移動用戶間的直接通信，而是信源藉助一個或多個固定的或移動的中繼節點來傳輸它的信息到目的節點（信宿），它的主要特點是把傳統意義下的直接傳輸路徑分成多個短小的路徑來傳遞信源信息的。有關文獻研究表明，這種多跳傳輸與傳統單跳傳輸相比具有降低系統的傳送功率、延伸覆蓋和提高系統的容量及吞吐量等特點。由於在無線傳播中路徑損耗正比於傳播距離2~4次方，多跳鏈路比單跳鏈路減少了傳送功率，相應地降低了干擾，也潛在地增加了系統容量。它也可為處於死區或深衰落的用戶建立可靠的多跳通信鏈路，從而延伸覆蓋。多跳合作分集就是通過合作節點間的分集傳送，在接收端實現分集增益以克服多徑衰落。多個用戶間相互合作可構成一個虛擬的分散式天線陣列，具有分散式MIMO的特性。多跳合作編碼是多跳技術和編碼的結合，也可實現分集增益以提高通信的可靠性。
這種網路是多個網路的融合，如蜂窩網、無線區域網路（WLAN）及PAN（個人區域網），旨在提供無處不在的高速數據覆蓋。它起源於最早的分組無線網路，目前來說多指移動Ad Hoc 網路或端到端網路（peer-to-peer）等自組織網路。
基本類型
多跳技術在傳統意義上講僅僅是中繼轉發，即參與中繼的各終端沒有協定上的控制，如微波中繼和衛星中繼；而從發展意義上說它是一種合作中繼技術，及參與中繼活動的終端有一種協定上支配，如Ad Hoc網路中的中繼節點，它必須遵循一定的路由協定才能進行接收和轉發信息。
基本套用
多跳中繼技術不是一種新技術，而已廣泛套用於衛星中繼和微波中繼的通信系統中。在微波中繼通信中，由於電磁波的傳播為視距傳播，需要中繼站對前一站的信號進行放大或再生轉發到下一個中繼站。衛星中繼是利用地球衛星作為中繼站轉發微波信號，實現兩個或多個地面站的通信。而多跳中繼不同於傳統蜂窩網路中直放站的中繼傳輸。直放站只能擴大服務範圍，消除覆蓋盲區，但不能增加系統容量。
1.在無中心網路中的套用
多跳中繼在無線移動通信中的套用最初出現在無線分組網路（Packet radio networks）中，這種網路是由美國國防部遠景研究規劃局（DARPA）上世紀七十年代後期啟動的一個研究項目。它沒有固定基礎架構，移動節點通過中繼節點彼此通信，是一種自組織網路。這種網路的特點是可以快速組建、、便於遷移、抗毀性強、易於擴展。它主要套用于軍事領域，在戰場上提供通信。但是這種網路存在節點隱藏和路由循環等問題。
隨後的套用是Ad Hoc網路，而這種網路的基本思想也是起源於無線分組網路。Ad—hoe網路在性能上已得到很大的改善和提高，如節點隱藏和路由循環等問題在路由算法中幾乎可以避免。根據節點是否移動，ad-hoc網路可分為移動ad-hoc網路和感測器網路。在移動ad-hoc網路中，各個無線節點都可以自由移動。在感測器網路中，無線節點靜態地隨機分布於規定區域，感測器負責收集區域內的聲音、電磁信號或地震信號等多種信息，將它們傳送到網關節點。通常所指的無線ad-hoc網路大多是移動ad-hoc網路。Ad．hoc網路也是無基礎架構網路，其套用和研究領域已經面向商業套用，如緊急救護、救災、會議中心、旅遊地點等許多特殊環境。通信網路中的每個節點有對稱的功率和處理能力，網路建立是自組織的，移動節點無基站系統的干預，直接與其距離在通信範圍內的節點通信。若源節點與目的節點相距較遠。而不能直接通信時，需要經過中間節點的多跳中繼，此時的中間節點即為中繼節點。目前WLAN和HiperLAN中的無中心自組織模式就是ad-hoe網的典型套用。
與其它傳統通信網路相比，Ad hoc網路具有以下顯著特點。
無中心和自組織。
動態變化的網路拓撲。
多跳路由。
無線傳輸。
移動終端的便攜性。
安全性差。
2.在移動蜂窩
儘管多跳中繼技術在無中心控制的無線網路中得以廣泛研究和套用，最近幾年，在蜂窩網中研究多跳中繼技術也己成為一個熱點，目前出現的有機會驅動多址接入網路、多跳蜂窩網、混合無線網等多種研究和套用。
(1)機會驅動多址接入網路(Opportunity Driven
Multiple Access，ODMA)
它不是真正的多址接入技術，而是一種旨在減少傳送功率、克服死區及降低干擾分布的多跳中繼協定。它的基本思想是利用小區內的其他移動台把原來的單跳路徑分成多個短跳路徑來傳輸信號，利用基站和移動台的智慧型計算實現最佳路由，使傳送總功耗最小，而其目的是在小區中增加高數據速率覆蓋，增加TDD系統容量，為業務熱點提供分散式的網路結構
(2)多跳蜂窩網(Multi-hop Cellular Network,MCN)
多跳蜂窩網是由[18J首次提出的～種無線通信網路結構。他們結合了單跳蜂窩網有基站固定設旌的優點和ad-hoc網路的靈活性。這種網路減少了基站的數目及移動台和基站的傳送範圍，也意味著小區內多個分組可同時傳送；在沒有基站時仍能建立和保持連線；由於基站的幫助可使跳數減少，路由比ad—hoe網中的更具魯棒性。但是在MCN中由於數據分組會造成多重傳送，可能浪費更多的頻寬。
(3)混合無線岡(Hybrid Wireless Network,HWN)
HWN不同子上述的多跳蜂窩網，它是蜂窩網和ad．hoc網的一種融合，但保持了各自的獨立性，使移動用戶在不同的場合下工作在不同的網路模式，即蜂窩模式和ad-hoe模式。這種混合網一般也要求中繼終端具有雙模式功能或兩種空中接口，中繼終端可以是移動的也可以是固定的。
