网络协同技术优化方案

智能制造装备是智能制造系统的重要组成部分，具备与整个制造系统实现网络集成和网络协同的能力。智能制造系统包括了大量功能各异的子系统，而智能制造装备是智能制造系统信息获取和任务执行的基本载体，它与其他子系统集成为一个整体，实现了整体的智能化。

如何实现无线网络之间的互联互通和融合，在此同时综合利用并充分发掘融合后的无线网络中的多种传输技术和传输能力，实现无线服务的广泛化、高速化和便捷化，是目前无线通信的研究重点。随着第二代和第三代蜂窝移动通信系统相继投入商用，并且在全球获得广泛的支持和应用，许多基于其他协议标准的无线通信系统也投入到实际应用中，如09DM符号IEEE802.11和802.16系列、蓝牙等，它们的产生给人们的通信带来极大便利，但同时这些基于不同无线接入标准的无线网络之间的互通也成为问题。

然而，如何在不同无线接入标准的网络互联互通的条件下，实现异构无线接入网的网络资源的有效整合和高效使用，目前尚未有完好的解决方案。虽然目前针对异构网络间的互联互通问题提出了众多方法，但是对如何实现异构网络资源的无缝整合，充分发挥出不同无线技术的特点，应用多种协同通信新技术以获得协同的“涌现”增益，实现覆盖更广、速率更高的业务还没有出现解决方案。

1）协同技术原理

随着信息通信技术的发展和普及，人们对信息量和信息业务类型的需求不断增加，任何一种单一网络或者单一技术都无法满足所有的需求，通过联合不同的终端、不同的机制、不同的技术、不同的系统，能产生它们各自独立运行/应用时所不具有的能力，即“涌现”效果，这就是协同机理。

协同和融合是一对统一体，通信网络的融合一般是指对不同通信网络间共性的整合，而通信网络的协同则是对不同通信网络间或者同一通信网络内不同终端或者不同技术间个性的整合。不同通信网络的融合是为了更好地服务异构通信网络的协同，即融合可以使原有各单通信网络更好地实现其原有功能，也为更进一步的功能实现和技术创新等协同操作提供了条件。

协同技术是为了生成单一网络或者单一技术所不具有的能力，通过协同处理后的网络和技术的功能大于每个组成部分的功能之和，即追求系统理论中的“涌现”效应。无线通信网络的协同技术研究，包含两方面内容：一是指单一无线通信网络内部不同终端或者不同技术的协同，以增强单一无线通信系统的性能；二是指不同异构无线网络的相互协同，以提供异构无线通信网络的“涌现”增益。需要注意的是，异构无线通信网络的协同不是多种无线网络或者多种无线通信技术的拼凑，它涉及从频谱协同到协议设计协同、空中接口协同、业务协同、通信技术协同、网络安全协同等。

为了保证无线接入网络能够拥有海量数据传输的能力，目前在无线接入网络内可以采用各种协同技术。协同技术可以分为多个层次：对于单条无线链路来说，可以采用各种协同信道技术，包括协同多用户分集、协同多输入多输出天线、协同编码等；对于终端用户而言，可以采用协同多用户技术，通过多用户之间的协同，实现单个目标用户的高速数据传输或者高服务质量，解决传输时延等无法保障的问题；对于接入网而言，可以在多个无线接入网间通过协同实现高速数据传输，解决网间传输瓶颈问题；对于核心网而言，可以实现协同的多核心网融合。为了构建一个先进的无线通信网络，需要使用各种协同技术，如在物理层的数据链路处理过程中使用协同信道技术。

2）协同关键支撑技术

为了实现异构无线接入网的协同处理功能，保证基于协同机理的协议能工作，需要许多关键技术支撑，主要包括与协同信道密切相关的物理层协同技术、与多用户协同和接入网间协同相关的系统层协同技术。(www.xing528.com)

（1）物理层协同技术主要如下：

①协同MIMO信道技术。多移动终端之间、移动终端与中继之间以及终端/中继与基站之间形成的虚拟MIMO信道将有别于传统的MIMO信道。在传统MIMO信道基础上，根据协同MIMO通信特点，确定协同网络中虚拟MIMO信道特性。

②协同空时编码发射方案设计。协同终端处于相互独立的无线环境中，同时各协同终端的业务不尽相同，为最大化频谱效率与吞吐量，并灵活支持多用户、多业务下存在显著差异的QoS，根据信道条件、QoS要求自适应地设计空时编码，调制发射方案。

③协同同步技术存在多跳中继的协同网络对同步提出更高的要求，各协同终端、中继以及基站之间的同步机制将直接制约系统的性能。在传统无线网络各种同步技术的基础上，根据协同网络的特点确定适合于协同网络的同步机制、同步方案。

④协同接收技术集中于协同发射方案的高效接收算法，包括协同时空编码接收的最优、次优算法，实际衰落信道下的协同接收算法等。

（2）系统层协同技术主要如下：

①协同节点选取。如何选择协同伙伴，是自组织协同中继子网的关键问题之一。主要内容包括在一个多协同中继节点的环境中，协同伙伴如何分配和管理，如谁将与谁协同，在什么条件下协同，可达速率区域的哪个点将发生协同等；由协同中继节点自己来决定协同伙伴，还是由专门的集中通信实体，如由基础架构型无线接入网的基站来统筹；在移动环境下需要隔多久时间重新规划一次协同节点的选取；尽管更多的协同节点选取将导致更好的性能，但随着协同节点数目的增加，带来的性能增益将减小，同时协同方案的设计、信号检测以及多址问题等的复杂度会增加，网络成本也会提高，所以选择合适数量的协同节点是非常重要的。

②协同路由对于异构无线接入网来说，协同路由的研究涉及两方面的内容：一是协同中继子网内部的协同中继节点间的路由；另一是基于协同中继节点和协同中继子网，不同异构无线接入网内部节点的路由。这两方面的路由算法对协同的涌现增益影响都较大。鉴于协同中继子网内部的协同中继节点数量一般不会很多，所以其路由算法相对简单，一般在协同节点选取时就能确定。协同路由研究的最大挑战在于异构无线接入网间的协同无线路由选取，即选择合适的协同中继节点和其对应的协同中继子网，设计高速和健壮的无线路由。路由选取的性能指标包括路由的健壮性、信令额外开销、对节点存储空间的要求等。

③协同无线资源管理。为减少使用资源的维度，最大限度地利用有限的频率资源、时间资源或空间资源，提高系统频谱效率，保证业务的服务质量，需要协同无线资源管理机制，内容包括协同功率分配、协同无线资源调度、协同干扰协调等。如对于协同功率分配研究来说，目前的算法大多都假定各用户发射功率相同，用户根据上行信道或者协作伙伴的信道状态自适应地调整发送功率。但在干扰受限系统中，为了克服远近效应和使干扰最小化，功率控制是很严格的。协同功率分配方案研究的目的在于提出一种先进的协同功率分配方案，从而能有效减少无线空中干扰，节省功耗，提高网络的整体性能。