2022-05-30
存在路由的概念是宽带自组网技术的特点,即节点可以按目的(单播或组播)的方式,将信息在网络内传输。虽然宽带自组网从稳定性,覆盖范围方面无法与窄带相比,但是其对大数据流量(如实时视频业务)的支撑是其存在的关键,宽带自组网技术通常具备2MHz及以上的高带宽。而且,随着数字化,IP化和视觉化需求的不断增加,宽带自组网技术也是应急通信中不可或缺的一环。
从目前来看,市面上可见的宽带自组网技术主要有三种,分别是基于WiFi、LTE和自研技术三类。
1、基于WiFi的宽带自组网技术
WiFi就是遵循IEEE802.11协议(最开始是802.11b)的一种通信技术(也是商标),通常工作在AP模式下(也就是热点)。但在2006年提出的802.11s草案标准,明确了网状网(mesh)技术,这个标准是对802.11 MAC层的补充,可以让所有基于IEEE802.11a/b/g/n协议的设备都具备网状网功能,也就是自组网功能。通过对802.11s的支持,通常作为AP(Access Point)模式的WiFi设备,就可以变成无中心的自组网设备。
标准的802.11s协议中规定了MPP,MP和MAP等三种类型,可以组成链状、网状、星状和网格状等各种网络。目前,基于WiFi的自组网技术原理上较为简单,主要由两个模块组成,分别是射频降频模块和WiFi芯片模组来实现。
射频降频模块的作用是将WiFi频段(如2.4GHz)转变成专网用户需要的频段(如580MHz);WiFi芯片模组则是来实现具体的通信链路传输与组网传输。由于WiFi芯片成本低廉,上下游成熟且开发群体众多,国外已有很多成熟的WiFi自组网方案,国内的WiFi自组网供应商也越来越多。
该方案的主要优势在于:WiFi模块方案众多且价格低廉;WiFi芯片化成熟,体积小,功耗低;开发量小,IEEE802.11系列协议都已经固化在芯片中,无需用户开发。
但基于WiFi的自组网技术,也有其不可避免的短板:IEEE802.11协议是根据短距离、非移动场景制定(居家消费型),所以此技术在远距离、非视距和高速移动等场景下传输时,效果会变差;IEEE802.11物理层较为简单,没有高效的编码算法,导致整机接收灵敏度低,同等条件下传输距离有限;WiFi芯片都是商用型的套片,里面大部分内容固化,无法做定制和修改。也就是说,即便了解有些不足的地方,也无法进行优化。
2、基于LTE的宽带自组网技术
在红的发烫的LTE 5G技术中,也提到了对自组网方案的支持和演进,这就是D2D (Device-to-Device)技术。这项技术主要是用来定义两个或多个终端之间,不通过基站进行的直接连接。在基站外侧的终端可以通过基站内的某个终端与基站通信,此功能能够有效扩展基站覆盖范围;虽然两个设备都在基站内,但设备和设备之间能够不依赖基站直接通信;此种情况能够节省基站资源,提高传输效率。
由于LTE在国内覆盖度已非常成熟,因此有很多厂商看好该市场,非常热衷对D2D技术的研究与推广。特别是在应急通信场景,在公网基站发生瘫痪的时候,如果终端之间能够相互组网通信,并利用现有智能终端丰富的功能(语音,视频,定位等),就可以快速打通原本瘫痪的通信链路;同时,考虑到终端普及率,这种方案将具有极大的实用性。
但是,就目前来看,市面上支持此方案的产品较少,因为此项技术面临的主要问题尚未得到解决与认可,其中包括:D2D技术尚处于研究、制定与计划状态,暂未有成熟和配套的商用版本;D2D技术对于当前基站的资源管理,功率控制以及干扰协调等功能有更高的要求,涉及到的修改与优化的部分比较多;D2D技术也会影响终端的功耗与成本,这与终端作为消费级产品(成本低、功耗低)的观念格格不入;因此,暂时没有支持D2D的终端芯片出现。
3、基于私有协议的自组网技术
在WiFi,LTE技术以外,还有一些基于私有协议的自组网技术。这些技术往往是厂商经过自身研发、积累而完全独立设计的技术体系,与市面上其他标准互不兼容且差异较大。如DTC公司(原Cobham)的自组网设备Netnode,Harris公司的PRC152电台等,就是基于其单独的技术标准设计而成。这种私有协议的自组网技术通常的优势在于:基于FPGA或SoC的系统架构,灵活度较高,可扩展和可优化潜力大,具备很强的二次开发和持续的可在线升级能力;物理层技术完全自定义(如定制的OFDM技术或扩频技术),安全性高;具有完全可定制能力,包括物理层、MAC层以及路由协议,可为用户量身定制。
对安全性和可靠性的要求,军方的战术通信系统都采用的是基于私有技术的自组网产品。但在民用领域,自定义自组网技术的由于开发难度大,项目周期长,目前能够做到完全自主研发的企业非常少。湖南基石通信技术有限公司基于现有军用无线通信前沿技术,在2017年推出了Ubinode Ⅱ型产品包括单兵背负台、手持台以及指挥箱等,基于软件无线电技术的无线宽带自组网设备。设备基于FPGA和ARM的架构,底层波形、接入方式与路由协议都可以定制和切换,拥有完全自主的知识产权,所有核心技术自主可控。
对于自定义的自组网技术,通常可以从下面几个关键技术来综合阐述产品性能:物理层:规定了设备的无线传输波形,影响设备的接收灵敏度,吞吐量,干扰抑制能力等;接入层:规定设备接入方式与资源调度方式,影响节点总数,最大传输距离,延时与误码等;路由协议层:路由选择算法,影响网络资源利用率,节点切换时间,入网时间等。