自组网专题|蠡测瞽说,我眼中的自组网
2018-05-01
【编者按】
自组网技术能以其灵活机动的组网方式,较低成本地实现针对性的高密度覆盖,相信在不久的将来有望继PDT标准、B-TrunC标准之后,建立完整的自组网标准定义,进一步推进自组网技术在应急通信领域的全面应用。环球专网通信将邀请自组网行业内知名专家团队及厂商代表,陆续推出关于自组网技术的系列报道,敬请大家密切关注并参与讨论。今天刊发本系列 第二期 。
前文刊发之后,收到了自组网业界人士的强烈反响。今天,小编就市面上几个具有代表性的厂家及其产品进行对比分析(感谢文中提到的厂家给予的技术指导)。 本文谨代表个人观点,不专业之处还望大佬批评指正,不吝留言赐教!
前文指出:无线自组网,是由多个可移动的节点所组成的,具备多跳性,自组织、自愈合性的系统;它不依赖于预设的基础设施,具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点;在专网通信领域具有广阔的应用前景,是目前网络研究中的热点问题。
目前市面上出现了很多无线自组网产品,但由于每种产品的特点与应用皆不相同,所以行业用户和非行业人士很难区分与辨别。本文将延续前文,针对无线自组网关键技术进行分析,并列出一些产品特征,供各位读者参考。
对于自组网产品,其核心技术应该分为4个方面:分别是 物理层波形,同步方式,资源分配 与 路由 。
物理层是各种无线协议中最基础的一层,它对无线信号在空中的传播性能起着决定性的作用。目前比较关键的物理层技术包括: 载波调制技术,多天线技术,信道编码技术 等。这部分技术在无线宽带产品中更为重要,影响到的参数包括 接收灵敏度,吞吐量 等。
自组网网内的所有节点都处于 同频组网 模式,在大部分情况下不允许两个或以上的设备同时发射,因为会造成严重的 同频干扰 ,导致其余节点接收混乱。解决同频干扰的主要方式是 时间同步 ,让各个节点的发送时间完全错开,确保整个网络通信系统的正常运行。
同频技术的几个难点在于:
⇨ 无GPS和北斗信号下的同步;
⇨ 链式网络的同步;
⇨ 高速移动网络的同步。
频率资源被自组网网内所有节点共享;但通常情况下,网络的业务需求量最高的往往倾向于某几个节点(比如有摄像头的节点)和链路。如何保障业务优先级别高的节点及时获取资源,确保 频率利用率最大化 ,是考究自组网网络技术好坏的关键技术。
路由技术是无线自组网产品的核心技术之一,决定网络节点的自组网、自适应与自恢复等性能。目前,有很多种路由算法,如OLSR,AODV和B.A.T.M.A.N等等,每种路由算法在特点和性能上皆有不同。同时,路由算法也需要与物理层及接入方式进行适配,才能得到最优的方案。因此, 路由算法是否匹配系统架构 也决定了自组网网络性能的优劣。如何以最少的路由开销换取最稳当的路由,是所有自组网厂商需要研究的技术难题。
目前市面上的自组网产品很多,通常按照窄带与宽带进行分类。
窄带自组网产品产品以语音产品居多:如维德自组网系列、海能达e-pack100、微址通VD6610SE等。
可以进行两个方面的比对说明其功能与特点:与传统FDMA产品比对和窄带自组网产品之间的相互比对。
1.1与传统语音产品比对
窄带自组网技术与传统的语音通信方式相比(如PDT集群等),具有如下优劣势:
优势 |
覆盖范围大,可有效消除通信难点区域; 无中心架构,组网灵活方便,网络健壮性好; 频点资源节省,部署简单快捷。 |
劣势 |
对同步技术要求较高,实现复杂; 易受同频干扰,导致语音质量下降; 同类型产品成本较高。 |
1.2 窄带自组网之间的相互比对
整体而言,三者的参数指标都颇为类似:如12.5kHz或25kHz的载波调制,多跳的语音传输和都是无路由的转发技术等等;这与窄带自组网的技术特点有关。但更详细而言,可以从如下几个方面判定技术上的优劣性:
硬件一致性: 以语音为主的中转业务需要在硬件上有一致性要求。比如发射音频波形、延时(发射延时)与频率都基本一致,否则容易产生话音失真和啸叫声;这种情况在多跳链式网络场景中最易出现。所以在保证语音质量的前提下,跳数越多,延时越短,就说明性能越好。
同步功能: 在某些应急场景,设备需要考虑没有GPS和北斗授时的情况。因此,这里的同步主要指不用GPS和北斗情况下,网络是否能正常工作;同时,在此情况下支持的节点越多,链式链路越长,性能就越优越。
时隙分配: 时隙分配的优劣主要表现在多点网络的情况下,节点之间的通信是否能得到保证,这通常也体现在网络能支持的最大节点数量。这种情况在两两互联的网络中最为复杂,直接关系到“端到端”的延时。
宽带组网产品流派较多,主要从海莱特无线自组网产品,海能达的imesh产品,基石通信的Ubinode产品与wifi降频产品来分析。
2.1海莱特的无线自组网产品
该产品技术源自美国DTC公司(前英国Cobham)的Netnode系列。Netnode现在已经演进到了第五代(Phase 5),其是基于FPGA+CPU的处理架构,关键技术特点:
⇨ 底层采用自定义波形,空口吞吐量利用率能达到每天线1.2bit/Hz;
⇨ 基于Token的时间同步方式,最大组网节点数为16个;
⇨ 基于IP的组网路由方式,要求所有节点都在同一子网段范围内。
2.2海能达的imesh
imesh是海能达宽带部门最新推出的一款宽带自组网产品,产品采用4G/5G技术体制,产品平台支持Mesh也能支持LTE小基站功能。关键技术指特点:
⇨ 空口波形与LTE波形类似,延用了LTE空口关键技术,频谱效率达6bps/Hz;
⇨ 采用TDMA同步模式,支持GPS或非GPS同步,最大组网节点为32;
⇨ 二层或三层路由,具备QoS机制(同LTE),便于与LTE网络业务互通。
2.3 基石通信的Ubinode设备
湖南基石通信的Ubinode设备是基于FPGA+ARM的硬件架构,在军用软件无线电技术上设计而成的自定义无线宽带自组网产品,关键技术特点:
⇨ 基于可选波形的(COFDM,SCOFDM和SCFDE)的物理层技术,吞吐量为1.1~1.3bit/Hz;
⇨ 基于可选(Token、CSMA和TDMA)的同步方式,最大节点数为16~32;
⇨ 基于二层或三层路由协议(可定制)。
2.4 WiFi自组网产品
市面上基于WiFi模块的自组网产品非常多,但从架构上来说都比较类似,其技术特点为:
⇨ 基于802.11标准的物理层技术,采用商用芯片(如Atheros9582等)完成,吞吐量为每天线1.25bit/Hz;
⇨ 基于CSMA的同步技术,最大节点数理论上没有限制;
⇨ 基于二层或三层的路由协议技术。
综合分析几种产品的优势与劣势分别在于:
优势 |
劣势 |
|
海莱特 |
基于成熟方案技术,网络稳定 Token的接入方式能有效保证时延 |
组网点数为16节点,无法递增 使用IP组网模式,对IP配置有要求 |
海能达 |
基于3GPP技术体制,吞吐量高,时延低,覆盖性能强,具有QoS保障,产业资源丰富,网络开放,业务拓展性好 |
技术门槛高,设备研发投入大导致成本较高,新产品与市场磨合还需要时间,尚无手持型设备,限制了一些应用场景 |
基石通信 |
可定制,波形、协议、接入方式、产品形态多种多样,产品包括手持,背负和指挥箱等 均衡各性能参数:时延、网络容量、节点数 |
基于FPGA+ARM架构,由于定制开发带来的成本较高。同时目前只有单天线。 |
WiFi自组网 |
吞吐量高 成本低 |
非视距,高速移动效果差 不支持低带宽(如2MHz),极限距离有限 |
综合目前市面上的自组网产品,不管是从底层硬件还是到上层软件皆不相同,在功能和性能方面也是各有千秋。从技术层面而言,目前还较难建立统一标准来评判;每种产品,根据其自身的技术基础,都存在优势和不足。相信随着各家自组网技术的不断交流和融合,最终会形成统一的技术体系,这也是自组网技术从发展到成熟的必要阶段。