面向多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究

1、2011-8 面向多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 研究報(bào)告 i 目錄 1. 范圍.1 2. 術(shù)語、定義和縮略語.1 2.1.術(shù)語和定義.1 2.2.縮略語.1 3. 需求分析.2 3.1.應(yīng)用場景分析.2 3.2.技術(shù)需求分析.5 4. 當(dāng)前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況.8 5. 終端間協(xié)同技術(shù).10 5.1.終端設(shè)備間的互通互操作.10 5.2.終端環(huán)境上下文管理.13 6. 網(wǎng)絡(luò)控制關(guān)鍵技術(shù).14 6.1.聯(lián)合無線資源管理.14 6.2.網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸控制.18 6.3.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上下文管理.25 6.4.移動性管理.28 7. 網(wǎng)絡(luò)控制平臺.29 7.1.網(wǎng)絡(luò)控制平臺架構(gòu).30 7.2.網(wǎng)絡(luò)控制平臺與終端的關(guān)系

2、.31 7.3.網(wǎng)絡(luò)控制平臺與業(yè)務(wù)層的關(guān)系.31 8. 總結(jié).32 8.1.標(biāo)準(zhǔn)化潛力.32 8.2.多終端協(xié)同其他方面影響.33 8.3.遺留問題 .34 9. 編制歷史.35 附錄 a（參考文獻(xiàn)）.36 附錄 b（xxx 附錄）.36 ii 前前 言言 本研究報(bào)告主要介紹了面向多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，重點(diǎn)對多終端協(xié)同技術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)控制技術(shù)及平臺等內(nèi)容進(jìn)行了分析。研究報(bào)告分為八個(gè)章節(jié)，第一章確定本報(bào)告的研究 范圍，主要為泛在網(wǎng)絡(luò)中面向多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的研究；第二章為本研究報(bào)告涉 及到的術(shù)語、定義和縮略語；第三章對多終端協(xié)同的應(yīng)用場景需求進(jìn)行了分析，提出了本 研究所涉及的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵

3、技術(shù)；第四章對國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行了介紹，通過分析 可以看出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作仍處于起步階段，關(guān)于面向多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)仍然存在 未知性和不確定性；第五章對終端間協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，主要是對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通 架構(gòu)和終端協(xié)議框架進(jìn)行了分析與總結(jié)；第六章對聯(lián)合無線資源管理、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸控制、 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上下文管理等網(wǎng)絡(luò)控制的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究；第七章對網(wǎng)絡(luò)控制平臺的主要功 能組件及其與業(yè)務(wù)層、終端側(cè)等接口進(jìn)行了定義與分析；第八章針對本報(bào)告所研究內(nèi)容進(jìn) 行了總結(jié)；第九章為研究報(bào)告編制歷史。 1 1 1. . 范范圍圍 本研究報(bào)告旨在對面向多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)進(jìn)行研究，具體涉及多終端協(xié)同、 網(wǎng)

4、絡(luò)控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)控制平臺的架構(gòu)與接口。 網(wǎng)絡(luò)控制，利用上下文感知及抽象的終端和網(wǎng)絡(luò)能力，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)助實(shí)現(xiàn)不同終端、 不同子網(wǎng)間的協(xié)同服務(wù)以及資源的有效利用與調(diào)度。 本研究報(bào)告適用于整個(gè)泛在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 2 2. . 術(shù)術(shù)語語、定定義義和和縮縮略略語語 2 2. .1 1. .術(shù)術(shù)語語和和定定義義 多終端協(xié)同：利用多種終端共同為用戶提供泛在網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同而統(tǒng)一的體驗(yàn)，從 而擺脫單個(gè)終端在功能、性能、處理能力等方面的限制。 上下文信息的定義上下文信息的定義 上下文信息是用來描述某實(shí)體當(dāng)前所處狀況的任何信息。某實(shí)體可以是用戶、網(wǎng)絡(luò)或 者應(yīng)用本身。例如，用戶的上下文信息包括用戶所處的網(wǎng)

5、絡(luò)環(huán)境（用戶位置、可用設(shè)備、 網(wǎng)絡(luò)等）以及用戶的物理狀態(tài)（例如，身份、個(gè)人偏好以及使用記錄等）；網(wǎng)絡(luò)的上下文 信息包括網(wǎng)絡(luò)描述（例如，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識、位置、接入類型、覆蓋范圍、ip 地址）、網(wǎng)絡(luò)的一 般性資源（例如，帶寬、所支持的業(yè)務(wù)、可用的媒體端口、可用的服務(wù)質(zhì)量、安全等級） 以及流的上下文信息。 2 2. .2 2. .縮縮略略語語 縮略語英文全稱中文含義 aaaauthentication, authorization and accounting 認(rèn)證、授權(quán)及帳務(wù) abcalways best connected 始終最佳連接 abealways best experience 始終最佳業(yè)務(wù)

6、體驗(yàn) 2 m2mmachine to machine 機(jī)器與機(jī)器 ngn/ngi next generation network/next generation internet 控制器局域網(wǎng) qosquality of service 服務(wù)質(zhì)量 rfidradio frequency identification devices 無線射頻識別 rssreceived signal strength 接收信號強(qiáng)度 sgseserving gprs support node gprs 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) slaservice level agreement 服務(wù)等級協(xié)議 soapsimple obje

7、ct access protocol 簡單對象訪問協(xié)議 upnpuniversal plug and play 通用即插即用 3 3. . 需需求求分分析析 3 3. .1 1. .應(yīng)應(yīng)用用場場景景分分析析 本節(jié)對多終端協(xié)同的應(yīng)用場景進(jìn)行分析，以對終端的互通互操作和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 進(jìn)行研究，以論證本研究的必要性和可行性。 依據(jù)終端的歸屬和協(xié)同的復(fù)雜度，多終端協(xié)同的模式分為三種，即單用戶的多終 端協(xié)同、多用戶的單終端協(xié)同以及多用戶的多終端協(xié)同。 （1）單用戶多終端的協(xié)同 單用戶多終端協(xié)同類似于個(gè)人網(wǎng)的概念,指用戶隨身攜帶多個(gè)終端，如智能手機(jī)、pda 等，為了充分發(fā)揮每個(gè)終端及其網(wǎng)絡(luò)接口的優(yōu)勢，將歸

8、屬于同一個(gè)用戶的這些終端協(xié)同起 來，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分流傳輸，以獲得業(yè)務(wù)體驗(yàn)的提升。場景如圖1所示，用戶a 隨身攜帶 了pc、智能手機(jī)和平板電腦，利用平板電腦友好的人機(jī)界面及處理器較強(qiáng)的計(jì)算能力，與 智能手機(jī)高速下行速率的互補(bǔ)優(yōu)勢，讓智能手機(jī)協(xié)同平板電腦進(jìn)行流媒視頻觀看，相比傳 統(tǒng)的在平板電腦或者智能手機(jī)上觀看媒體視頻可以為用戶帶來更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。 3 用戶a 圖1 單用戶多終端的協(xié)同場景 場景分析：在該應(yīng)用場景中，用戶所持有的多個(gè)終端設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)協(xié)同為用 戶提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)控制在協(xié)同過程中負(fù)責(zé)各個(gè)終端的接入網(wǎng)選擇與管理工作，根 據(jù)用戶所持各終端的類型、功能和處理能力等參數(shù)，為各終

9、端分配合適的接入網(wǎng)。在協(xié)同 過程中網(wǎng)絡(luò)控制能夠完成用戶偏好信息和終端環(huán)境信息的采集，根據(jù)業(yè)務(wù)需求合理的調(diào)用 各終端，提高終端設(shè)備利用率，進(jìn)而為用戶提供最佳的qos體驗(yàn)。從終端業(yè)務(wù)側(cè)考慮，在該 應(yīng)用場景中，網(wǎng)絡(luò)控制能夠?qū)τ脩羲值母鹘K端設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)定位，對用戶的位置信息進(jìn) 行管理，通過聚合各終端的網(wǎng)絡(luò)帶寬，保證用戶下載視頻等多媒體業(yè)務(wù)過程中的連續(xù)性， 提高用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。同時(shí)，由于該場景中，網(wǎng)絡(luò)所調(diào)用的各終端均屬于同一用戶，用戶享 有所有被調(diào)用終端的控制權(quán)限，因此網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求獲取全部終端的調(diào)用權(quán) 限，而不需要對這些終端進(jìn)行額外的認(rèn)證鑒權(quán)等操作，這使得網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用戶需求向用 戶提供更

10、多個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)和業(yè)務(wù)組合。 （2）多用戶單終端協(xié)同 多用戶的單終端協(xié)同類似于個(gè)域網(wǎng)的概念，是指將位于同一個(gè)位置的多個(gè)用戶終端協(xié) 同起來為主用戶提供服務(wù)，其中主用戶是指業(yè)務(wù)的最初發(fā)起者，而為主用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的用 戶稱作從用戶。場景如圖2所以，用戶a 是主用戶，其在應(yīng)用商店上下載一個(gè)應(yīng)用軟件，用 戶a 發(fā)現(xiàn)單路徑下載速率過低或者其身邊用戶正處于業(yè)務(wù)閑置狀態(tài)（這里假設(shè)是用戶b）， 借助網(wǎng)絡(luò)控制平臺，主用戶可以向從用戶發(fā)起協(xié)同請求，請求從用戶為其協(xié)同下載并通過 個(gè)域網(wǎng)連接技術(shù)（wifi ad hoc模式、藍(lán)牙等）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。同時(shí)，從用戶參與協(xié)同的積極性 4 可通過一些協(xié)同激勵(lì)機(jī)制得以保證。從上述場

11、景的功能描述中可以看出，通過具有不同能 力（如接入技術(shù)、終端應(yīng)用功能）的多個(gè)用戶的終端協(xié)同，可以實(shí)現(xiàn)終端p2p互通和終端功 能互補(bǔ)以克服單終端能力的局限性。 用戶a 用戶b 圖2 多用戶單終端協(xié)同場景 場景分析：在該應(yīng)用場景中，用戶僅持有單個(gè)終端，在向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出業(yè)務(wù)請求的過程中， 往往會出現(xiàn)由于終端能力不足，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法向用戶提供業(yè)務(wù)服務(wù)的情況出現(xiàn)，因此多用 戶單終端協(xié)同下載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)具有很強(qiáng)的必要性。網(wǎng)絡(luò)控制在該應(yīng)用場景中，首先通過 資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制，采集主用戶周圍的終端環(huán)境信息，根據(jù)業(yè)務(wù)需求選擇調(diào)用合適的從用戶終 端，并完成各終端的能力聚合和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)實(shí)現(xiàn)各終端之間能夠互連互通，

12、保證各終端能夠協(xié)同的為用戶提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)。從終端業(yè)務(wù)側(cè)考慮，網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)當(dāng)能夠 對不同用戶所持終端進(jìn)行管理，當(dāng)終端出現(xiàn)損毀等意外退出的情形時(shí)，能夠及時(shí)的完成新 終端的加入，同時(shí)對業(yè)務(wù)進(jìn)行重新組合和適配，保證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，提升用戶的業(yè)務(wù) 體驗(yàn)。在該場景中，網(wǎng)絡(luò)控制能夠通過向從用戶支付合理的終端協(xié)同費(fèi)用等方式，以鼓勵(lì) 用戶向網(wǎng)絡(luò)開放其終端的調(diào)用權(quán)限，同時(shí)，從安全角度考慮，為了保證用戶隱私和設(shè)備的 安全，網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)當(dāng)能夠保證參與協(xié)同的終端只向主用戶開放一定的終端使用權(quán)限，而下 載得到的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也只能提供給主用戶。 （3）多用戶多終端協(xié)同 多用戶的多終端協(xié)同場景，是上述兩種協(xié)同應(yīng)用場景的復(fù)雜組

13、合，每個(gè)用戶擁有一個(gè) 虛擬終端群，終端協(xié)同是多個(gè)虛擬終端群之間的協(xié)同。場景如圖3所示，歸屬于用戶a 的終 端群由智能手機(jī)、pc、平板電腦組成，用戶b 5 具有一個(gè)類似配置的終端群，由于用戶多個(gè)終端的能力以統(tǒng)一的能力集的形式在網(wǎng)絡(luò)側(cè)呈 現(xiàn)，故稱作虛擬終端群。用戶a 希望下載一個(gè)應(yīng)用軟件到其智能手機(jī)上，在網(wǎng)絡(luò)控制平臺 的輔助下，用戶a 借助用戶b的終端群的能力完成數(shù)據(jù)下載并使得業(yè)務(wù)吞吐量得到提升。用 戶b 終端群中的終端對于用戶a 來說是透明的，這種模式使得主用戶無需關(guān)注協(xié)同終端的 具體細(xì)節(jié)，屏蔽了用戶的主觀因素，簡化了協(xié)同交互過程，具有可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 用戶a 用戶b 圖3 不同網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)終端

14、協(xié)同 場景分析：在該應(yīng)用場景中，用戶向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出業(yè)務(wù)請求后，網(wǎng)絡(luò)通過調(diào)用多個(gè)虛 擬終端群共同向用戶提供業(yè)務(wù)服務(wù)，不僅涉及到各終端群之間的協(xié)同，還需要涉及不 同網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同。該應(yīng)用場景中，網(wǎng)絡(luò)控制需要能夠采集用戶周圍的終端環(huán)境信息， 根據(jù)業(yè)務(wù)需求選擇調(diào)用合適的終端群，并完成各終端群的能力聚合和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作， 在網(wǎng)絡(luò)側(cè)實(shí)現(xiàn)各終端群之間能夠互連互通，保證各終端群能夠協(xié)同的為用戶提供網(wǎng)絡(luò) 業(yè)務(wù)服務(wù)，同時(shí)，能夠?qū)Ω鹘K端群的網(wǎng)絡(luò)接入進(jìn)行選擇和管理，保證各接入網(wǎng)之間的 相互協(xié)同，并且能夠完成各虛擬終端群在移動過程中的移動性管理工作，保證業(yè)務(wù)下 載的連續(xù)性，提升用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的終端協(xié)同，要獲得更佳的

15、資源利用性能，必須考慮網(wǎng)絡(luò)之間的互通， 如使用聯(lián)合無線資源管理的技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳播的流、網(wǎng)絡(luò)上下文、控制方 式的互通和協(xié)調(diào)。 3 3. .2 2. .技技術(shù)術(shù)需需求求分分析析 6 本研究涉及的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為泛在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同架構(gòu)，如圖4所示，包括感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)/業(yè) 務(wù)層、業(yè)務(wù)提供層、應(yīng)用層。 感知延伸層通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部互聯(lián)以及與外部終端、設(shè)備的互聯(lián)互通和協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對 物理世界信息的采集、標(biāo)示和交互，為泛在環(huán)境中多終端的協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)的控制決策提供環(huán) 境信息的支撐。感知延伸層具體包含的終端類型有傳感器、執(zhí)行器、rfid讀寫器、智能終 端及設(shè)備等，按照應(yīng)用場景分為辦公域、家庭域、車域等。 網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層

16、用于對感知延伸層信息的傳遞、路由和控制提供支撐，為泛在網(wǎng)環(huán)境中人 與人、人與物、物與物之間的通信提供保障。網(wǎng)絡(luò)層可以細(xì)分為：接入網(wǎng)子層和核心網(wǎng)子 層。接入網(wǎng)子層用于完成對感知延伸層節(jié)點(diǎn)和終端設(shè)備的接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換和控制，實(shí)現(xiàn)終 端系統(tǒng)的聚合和重構(gòu)以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合。具體的網(wǎng)絡(luò)接入類型包括： wifi、zigbee、wimax、uwb、hfc、移動接入等。核心網(wǎng)子層為采集到的信息提供傳遞控制、 存儲、關(guān)聯(lián)和分析，支持分布式、扁平化信息處理方式，在泛在網(wǎng)中，向上支撐應(yīng)用，向 下優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)層面具體包含的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)有：通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、ngn/ngi以 及行業(yè)網(wǎng)等。 業(yè)務(wù)提供層主要提供行

17、業(yè)資源共享和行業(yè)服務(wù)融合的平臺，協(xié)同業(yè)務(wù)的提供、適配和 管理。業(yè)務(wù)提供層具體包括的引擎有能力服務(wù)器、上下文服務(wù)器、終端管理服務(wù)器、業(yè)務(wù) 適配等，向上提供標(biāo)準(zhǔn)的api接口。 應(yīng)用層以最佳用戶體驗(yàn)為目標(biāo)，向用戶提供無縫的智能化信息和通信服務(wù)，為各種行 業(yè)具體應(yīng)用提供公共服務(wù)支撐環(huán)境，既滿足面向公眾的行業(yè)公眾服務(wù)，也可以滿足行業(yè)內(nèi) 部特定應(yīng)用需求的行業(yè)專用服務(wù)；既有泛在網(wǎng)基本的物聯(lián)感知應(yīng)用，也有更為智能的協(xié)同 應(yīng)用。 針對上述泛在協(xié)同架構(gòu)，多終端協(xié)同主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： （1）終端和設(shè)備對應(yīng)的連接資源的協(xié)同 網(wǎng)絡(luò)虛擬化、資源管理、面向業(yè)務(wù)的智能資源映射（含端到端重構(gòu)） 網(wǎng)絡(luò)連接控制（多宿主多連接

18、多終端多流傳輸） 網(wǎng)絡(luò)連接上下文管理及自適應(yīng) （2）終端和設(shè)備包含的計(jì)算/設(shè)備能力的協(xié)同 終端中間件與終端業(yè)務(wù)合成（soa） 協(xié)同執(zhí)行環(huán)境 終端環(huán)境上下文管理及自適應(yīng) 7 （3）終端和設(shè)備對應(yīng)的業(yè)務(wù)構(gòu)件的協(xié)同 圖4 泛在協(xié)同架構(gòu) 后臺業(yè)務(wù)構(gòu)件化與合成 業(yè)務(wù)生成環(huán)境（operator、sns、ugs） 基于終端協(xié)同環(huán)境上下文的業(yè)務(wù)提供與智能重構(gòu) 為實(shí)現(xiàn)上述多終端協(xié)同下的網(wǎng)絡(luò)控制，本課題將對以下幾方面關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究： （1）對多終端協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。通過上述應(yīng)用場景的分析可以看出，終端之 間的互通互操作是終端協(xié)同的基礎(chǔ)，需要針對復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和ip/非ip混合網(wǎng)絡(luò)提出互通方 案，解決終端協(xié)議

19、框架、尋址等關(guān)鍵問題。在終端的協(xié)議框架上，比較可行的方式是采用 中間件的架構(gòu)。需要實(shí)現(xiàn)終端能力的描述和獲取，以及終端環(huán)境上下文的感知和獲取。 8 （2）對網(wǎng)絡(luò)控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。針對協(xié)同后的終端展現(xiàn)出的多無線資源特性，需 要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用聯(lián)合無線資源管理裝置，對無線資源進(jìn)行管理，以使業(yè)務(wù)流在最合適的無 線鏈路中進(jìn)行傳輸。同時(shí)，協(xié)同終端的多接口性另業(yè)務(wù)流的分流和并行傳輸成為可能，因 此，需要對分流場景進(jìn)行分析，得到可行的分流架構(gòu)和分流方案。網(wǎng)絡(luò)側(cè)處理的智能性還 體現(xiàn)在對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上下文的考慮，需要基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上下文，對無線資源和業(yè)務(wù)流處理 進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最佳的用戶體驗(yàn)。 （3）網(wǎng)絡(luò)控制平臺是上

20、述網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)施者，除了需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接控制和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù) 控制外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)終端管理、移動性管理等功能，并與aaa服務(wù)器進(jìn)行交互。網(wǎng)絡(luò)控制平臺 向上應(yīng)提供與業(yè)務(wù)提供層和應(yīng)用層的接口，向下應(yīng)提供與感知/延伸層終端的接口。 4 4. . 當(dāng)當(dāng)前前國國內(nèi)內(nèi)外外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)情情況況 隨著泛在網(wǎng)絡(luò)研究工作的逐步深入，很多標(biāo)準(zhǔn)化組織對行業(yè)相關(guān)性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)控制技 術(shù)進(jìn)行了一定的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，其中 3gpp、ietf、etsi 及 itu 的研究工作尤為顯著。 iso/iec jtc1 wg7 針對傳感器網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)、協(xié)同信息處理架構(gòu)等方面啟動了研究和 標(biāo)準(zhǔn)化工作。 3gpp 針對 m2m 的研究主要從移動網(wǎng)絡(luò)出發(fā)

21、，研究 m2m 應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的影響，包括網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 化技術(shù)等。在核心網(wǎng)方面，3gpp ct 工作組主要負(fù)責(zé)研究過載控制，處理大量 mtc 設(shè)備同 時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)、傳輸數(shù)據(jù)帶來的擁塞問題。在系統(tǒng)業(yè)務(wù)方面，3gpp sa 工作組主要研究過載 控制，處理大量 mtc 設(shè)備，還有低優(yōu)先級，其他功能，低如低功率、低移動性。3gpp mtc 課題在 2009 年 11 月正式列為 r10 階段討論議題，原計(jì)劃于 2010 年 09 月完成，重點(diǎn)解決 網(wǎng)絡(luò)過載/擁塞場景，但由于會議進(jìn)度等原因，在 r10 階段 mtc 課題的進(jìn)展依然比較緩慢。 直至 2010 年 08 月，3gpp sa1 工作組才基本完成 nimt

22、c 的 r10 需求與場景制定，同年 9 月 開始針對 simtc 的 r11 需求及場景進(jìn)行制定，同時(shí)立項(xiàng) mtce_fs 研究可能的場景及需求， 在 2011 年 11 月，3gpp sa1 工作組凍結(jié)了 simtc r11 需求，開始著手 r12 需求的立項(xiàng)工作； 3gpp sa2 工作組在 2011 年 2 月開始針對 simtc r11 制定解決方案，并將于 2012 年 3 月凍 結(jié) r11 課題啟動 simtc r12 的 tr 研究；3gpp ct1 工作組在 2010 年 5 月將 nimtc 作為 r10 課題進(jìn)行立項(xiàng)后，于同年十月正式開展相關(guān)協(xié)議的實(shí)質(zhì)性修改，2011 年

23、 8 月開始對 simtc r11 項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)，將于 2012 年 3 月對 r11 項(xiàng)目進(jìn)行凍結(jié)。3gpp 對于 m2m 的研究范圍為： 9 只討論移動網(wǎng)的 m2m 通信；只定義 m2m 業(yè)務(wù)，不具體定義特殊的 m2m 應(yīng)用；無線側(cè)和網(wǎng)絡(luò) 側(cè)的改進(jìn)，不討論跟(x)sims 和/或(x)sim 管理的新模型相關(guān)的內(nèi)容。 ieee 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化委員會通過 ieee1888tm 標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)適用于泛在綠色網(wǎng)絡(luò)的 控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作、管理和維護(hù)，ieee1888 可以幫助消耗更少的能源及 對環(huán)境造成更小的影響，并為人們提供安全、舒適以及便利的環(huán)境。ieee1888 工作組由中 國

24、電信、天地互連公司、清華大學(xué)、北京交通大學(xué)發(fā)起，并得到世界各國其他組織的支持。 ccsa的技術(shù)工作委員會tc3、tc5、tc8，已經(jīng)開始對泛在網(wǎng)的需求和架構(gòu)、m2m業(yè)務(wù)研 究、wsn與電信網(wǎng)結(jié)合的總體技術(shù)要求、td網(wǎng)關(guān)設(shè)備要求、無線傳感網(wǎng)安全技術(shù)要求等 進(jìn)行研究和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的工作，同時(shí)還完成了m2m技術(shù)的移動通信網(wǎng)物流信息服務(wù)的 一系列標(biāo)準(zhǔn)。tc10 中目前的工作有泛在網(wǎng)的需求泛在網(wǎng)總體框架與技術(shù)要求、泛在網(wǎng) 絡(luò)標(biāo)識、解析與尋址體系、泛在網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作指南、泛在網(wǎng)ipv6相關(guān)技術(shù)、m2m 應(yīng)用通信協(xié)議技術(shù)要求、如車載網(wǎng)等典型泛在網(wǎng)應(yīng)用場景的規(guī)范和研究以及對傳感網(wǎng) 及其感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了研究，

25、其中項(xiàng)目組中項(xiàng)目編號為2010b76泛在網(wǎng)絡(luò)的魯棒性技術(shù)研 究的項(xiàng)目中，對網(wǎng)絡(luò)控制的過載和自愈等控制進(jìn)行研究。 itu 是最早進(jìn)行傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的組織之一，側(cè)重從 ngn 角度進(jìn)行泛在傳感網(wǎng)（usn）研 究。usn 要求（y.2221）和 usn 中間件要求（f.744）已經(jīng)完成，現(xiàn)正制定 usn 安全 （x.usnsec1-3）和應(yīng)對氣候變化（f.usn-cc）方面的標(biāo)準(zhǔn)。iso/iec jtc1 2007 年底成立 傳感網(wǎng)研究組(sgsn)，并于 2009 年發(fā)布了sgsn 技術(shù)報(bào)告。同年 10 月，正式成立傳感 網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作組（wg7），目前傳感網(wǎng)參考架構(gòu)和美國提出的傳感網(wǎng)智能電網(wǎng)應(yīng)用接口

26、標(biāo)準(zhǔn) 已經(jīng)立項(xiàng)。ieee 1451 系列傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了智能傳感器的通用接口命令和操作集合， 一定程度上解決了當(dāng)前工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，降低了傳感網(wǎng)應(yīng)用集成開發(fā)的難度。 etsi 于 2008 年底成立 m2m tc（在 3gpp 中，m2m 被稱為 mtc，即 machine-type communications），致力于 m2m 業(yè)務(wù)及運(yùn)營需求、端到端高層架構(gòu)、應(yīng)用、解決方案間的 互操作性研究，旨在制定一種水平化、不針對特定 m2m 應(yīng)用的端到端解決方案的標(biāo)準(zhǔn)。 etsi 針對 m2m 領(lǐng)域的主要工作內(nèi)容包括：收集和定義 m2m 場景需求；定義并且維護(hù) m2m overall h

27、igh level 架構(gòu)；識別現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)所沒有覆蓋的 m2m 的需求，并對這些需求進(jìn)行標(biāo) 準(zhǔn)化。所涉及的技術(shù)范圍包括：業(yè)務(wù)需求、總體高層架構(gòu)、設(shè)備標(biāo)識/命名/尋址、qos、安 全/隱私、計(jì)費(fèi)、管理/配置、硬件接口考慮、端到端互操作、與現(xiàn)有架構(gòu)的映射、測試規(guī) 10 范等。目前為止，etsi m2m tc 已經(jīng)完成了 wi#1(service requirements)、wi#3(smart metering use cases)制定工作，當(dāng)前的討論熱點(diǎn)集中在 wi#2(functional architecture) 和 wi#10(interfaces)方面。 ietf 是全球互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范

28、的主要研發(fā)和制定者，為了能夠在 ip 網(wǎng)絡(luò)上提供面 向?qū)ο蟮膽?yīng)用，ietf 致力于制定出一套面向資源的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議框架。2009 年底，ietf 召開了關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域協(xié)議、應(yīng)用和安全的討論會，并于 2010 年成立了負(fù)責(zé)傳感網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)準(zhǔn)化的 core 工作組。目前為止，ietf core(app)已經(jīng)提出了 coap protocol、security bootstrapping 等提案。 另外還有部分研究集中在對現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的增強(qiáng)，使其能更好的適應(yīng)泛在網(wǎng) 的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。主要的移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織均已開展相關(guān)工作，3gpp sa 和 ran 分別針對網(wǎng) 絡(luò)架構(gòu)、核心網(wǎng)以及無線接入網(wǎng)開展了

29、工作，目前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的增強(qiáng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性工作的 working item 階段，而無線接入網(wǎng)的增強(qiáng)仍處于研究（study item）階段。 5 5. . 終終端端間間協(xié)協(xié)同同技技術(shù)術(shù) 5 5. .1 1. .終終端端設(shè)設(shè)備備間間的的互互通通互互操操作作 5.1.1.5.1.1.終端終端互通架構(gòu)互通架構(gòu) 泛在網(wǎng)中存在泛在網(wǎng)終端、泛在網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、泛在網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等，而終端、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)間互聯(lián) 互通則是多終端協(xié)同的基礎(chǔ)。針對終端環(huán)境短距離通信的高度異構(gòu)性，需要研究不同協(xié) 議平臺的互連互通機(jī)制，例如支持 zigbee、6lowpan、bluetooth、wifi、rfid 等通信協(xié)議 的泛在終端之間的互通。可以采用

30、基于網(wǎng)關(guān)的互通機(jī)制，同時(shí)兼顧大量節(jié)點(diǎn)自組織的情況。 互連互通涉及終端尋址、接口標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)議轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)架構(gòu)改造及部署等問題， 是泛在網(wǎng)的基本工作和目標(biāo)之一。終端互通互發(fā)現(xiàn)方案目前有多種方式，如通過增加同一 通信模塊實(shí)現(xiàn)、通過網(wǎng)關(guān)中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)、通過統(tǒng)一 ip 網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)。目前公司正在研究統(tǒng)一 ip 網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)方案。典型的終端環(huán)境如圖 6 所示，網(wǎng)絡(luò)中存在著各種異構(gòu)終端，例如 plc 終端、wlan 終端、zigbee 終端等。 11 延伸網(wǎng) 網(wǎng)關(guān) 接入 網(wǎng)關(guān) 輕量ip 終端 ip 終端 業(yè)務(wù)提供平臺 延伸網(wǎng) 網(wǎng)關(guān) ip 終端 ip 終端 ip可達(dá)終端 泛在延伸環(huán)境 資源向上匯聚 泛在延伸環(huán)境

31、 資源向上匯聚 非ip可達(dá)終端 非ip 終端 非ip 終端 非ip 終端輕量ip 終端 輕量ip 終端 擴(kuò)展同一接口直接通信 圖 6 終端環(huán)境互通架構(gòu)示例 5.1.2.5.1.2.終端協(xié)議框架終端協(xié)議框架 泛在終端環(huán)境的多樣性和異構(gòu)性，體現(xiàn)在其具有多種硬件平臺、多種操作系統(tǒng)、多種 形式的資源和服務(wù)上。為了屏蔽不同的泛在設(shè)備，向上層泛在應(yīng)用提供統(tǒng)一的接口，以降 低應(yīng)用的開發(fā)難度，通常采用中間件技術(shù)設(shè)計(jì)終端架構(gòu)。圖 7 示出了一種泛在終端中間件 架構(gòu)，該架構(gòu)的特點(diǎn)在于，向上層應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)的 api 接口，從而降低應(yīng)用開發(fā)的難度。 同時(shí)，中間件架構(gòu)是可裁剪的，每個(gè)功能組件可以完全或部分裁剪。同樣地，

32、中間件具有 良好的可擴(kuò)展性，可以按需添加新的功能組件。 發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)描描述述控控制制事事件件 tcpudp ip/輕輕量量級級ip 鑒鑒權(quán)權(quán) 非非ip 尋尋址址 應(yīng)應(yīng)用用 需需求求處處理理上上下下文文聚聚合合重重構(gòu)構(gòu) 圖 7 泛在終端中間件架構(gòu) 12 （1）網(wǎng)絡(luò)層/傳輸層 針對網(wǎng)絡(luò)中的三類終端研究 ip 可達(dá)性和非 ip 可達(dá)性，包括：支持傳統(tǒng) ip 協(xié)議棧的終 端、支持輕量級 ip 協(xié)議棧的終端、以及非 ip 協(xié)議棧終端。 （2）互通互操作層 互通互操作層包括發(fā)現(xiàn)、描述、控制、事件、鑒權(quán)、尋址等功能組件。 發(fā)現(xiàn)：新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以通過自動多播消息宣告自身及服務(wù)，也可以通過自動 多播消息搜索感

33、興趣的設(shè)備及服務(wù)。發(fā)現(xiàn)機(jī)制可參考 upnp 的 ssdp 協(xié)議。 描述：設(shè)備發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備之后，通過進(jìn)一步的交互獲取其描述信息，包括設(shè)備描述、 服務(wù)描述等。該過程類似于有關(guān)單位提出的匯聚過程。涉及 xml 句法，描述機(jī)制可參考 upnp 設(shè)備模板。 控制：設(shè)備在收到其他設(shè)備及其服務(wù)描述后，可以向這些服務(wù)發(fā)起控制執(zhí)行請求，目 標(biāo)設(shè)備處理請求并返回響應(yīng)?？刂茀f(xié)議可參考 upnp 的 soap 協(xié)議。 事件：面向設(shè)備及其服務(wù)，當(dāng)設(shè)備獲取了其他設(shè)備及其服務(wù)的描述后，就具有了對該 設(shè)備及其服務(wù)的事件觸發(fā)能力。事件機(jī)制可參考 upnp 的 gena 協(xié)議。 鑒權(quán)：需要考慮終端與網(wǎng)關(guān)之間、終端與統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺之

34、間、終端與終端之間的鑒權(quán) 與認(rèn)證。 尋址：為實(shí)現(xiàn)非 ip 可達(dá)環(huán)境下即插即用，需對非 ip 終端實(shí)現(xiàn)虛擬 ip 尋址，或采用其 他方案。 （3）應(yīng)用層 互通互操作有可能發(fā)生在終端之間，因此除了統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺的演示方式外，還可在終 端上進(jìn)行演示。因此，終端應(yīng)支持在互通互操作層之上進(jìn)行功能演示等應(yīng)用的開發(fā)。 5.1.3.5.1.3.尋址方式尋址方式 如前所述，為實(shí)現(xiàn)泛在終端的訪問和控制，終端可以采用 ip 架構(gòu)和非 ip 架構(gòu)。其中， ip 架構(gòu)是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均支持 ip 協(xié)議，例如，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第四版本 （internet protocol version 4，簡稱為 ipv4）和/或

35、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第六版本（internet protocol version 6，簡稱為 ipv6）。目前的互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（internet engineering task force，簡稱為 ietf）正在積極制定適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輕量級 ipv6，其工作包 括 ipv6 報(bào)頭壓縮、ipv6 報(bào)文分片與重組、幀格式適配、地址分配和映射、鄰居發(fā)現(xiàn)等。 13 在非 ip 架構(gòu)下，泛在終端不支持 ip 協(xié)議，需要網(wǎng)關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)地址解析。在此情況 下，泛在終端在加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以向網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器申請 ipv4/ipv6 地址；網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器為 泛在終端分配一個(gè)未被占用的 ipv4/ipv6 地址；服務(wù)器或

36、其它終端在訪問該終端時(shí)，可以 先向網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)查詢地址信息，并根據(jù)地址信息向該終端發(fā)送 ip 數(shù)據(jù)包；最終由 網(wǎng)關(guān)設(shè)備完成 ipv6 協(xié)議與終端協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，例如圖 1 中的 plc 網(wǎng)關(guān)和 zigbee 網(wǎng) 關(guān)。 5.1.4.5.1.4.終端能力抽象與描述終端能力抽象與描述 互操作的對象為泛在終端的能力，該能力是指終端由其硬件、軟件特性所決定的，完 成一項(xiàng)任務(wù)的本領(lǐng)。能力的發(fā)現(xiàn)是終端協(xié)同過程中首先需要解決的問題，即協(xié)同控制的主 設(shè)備需要發(fā)起能力請求，并接收響應(yīng)信息以得到所需的待協(xié)同終端的能力信息。 現(xiàn)有的關(guān)于終端能力方面的研究，其局限性在于：（1）終端只限于手機(jī)類的移動終端， 通

37、信系統(tǒng)也只考慮了蜂窩網(wǎng)絡(luò)類的移動通信網(wǎng)絡(luò)；（2）基于上述原因，終端的能力信息大 多僅限于通信能力、處理能力、展現(xiàn)能力和業(yè)務(wù)能力等，卻未涉及感知、上下文獲取等能 力，不適用于泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；（3）終端的能力信息存儲在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的服務(wù)器中，適用于網(wǎng)絡(luò) 側(cè)向終端提供業(yè)務(wù)時(shí)的適配，不適合小范圍或小網(wǎng)內(nèi)的終端能力互發(fā)現(xiàn)。因此，需要針對 泛在網(wǎng)環(huán)境下的終端能力管理進(jìn)行研究。 現(xiàn)有的終端能力獲取機(jī)制，如 uaprof 機(jī)制、devinf 機(jī)制等，雖然只是面向移動終端， 卻可以為本研究提供一些研究思路和設(shè)計(jì)思想，例如： （1）可以采用 xml 的語法表示終端的能力信息； （2）終端出廠時(shí)需要構(gòu)建完整的基于標(biāo)準(zhǔn)格式的

38、能力信息； （3）終端能力信息的采集可以采用終端主動上報(bào)和服務(wù)器采集等方式； （4）終端能力發(fā)生變化時(shí)，能力信息管理系統(tǒng)內(nèi)需要對其進(jìn)行更新與同步； （5）能力信息的維護(hù)位置不僅需要考慮到在服務(wù)器側(cè)，還應(yīng)兼顧在終端環(huán)境中。 基于上述原因，本課題組對終端能力信息管理系統(tǒng)進(jìn)行了一定的研究，主要研究了終 端側(cè)的能力信息處理裝置和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的能力信息處理裝置，以支持來自終端側(cè)或網(wǎng)絡(luò)側(cè)能力 信息請求。 5 5. .2 2. .終終端端 環(huán)環(huán)境境上上下下文文管管理理 14 與用戶行為或終端相關(guān)的上下文感知，是泛在網(wǎng)上下文感知的重要組成部分。泛在終 端是用戶行為的直接感知者，且隨著終端設(shè)備技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是智

39、能終端的發(fā)展， 終端能夠更好地了解用戶行為和習(xí)慣，例如地理位置、物理環(huán)境、通信習(xí)慣、信息偏好、 消費(fèi)傾向等。這些與用戶息息相關(guān)的信息統(tǒng)稱為用戶上下文。除了用戶上下文，終端本身 還具有通信、計(jì)算、業(yè)務(wù)呈現(xiàn)等方面的上下文，也會影響業(yè)務(wù)的提供，這些上下文成為終 端上下文。從某種程度上講，終端上下文可以是終端的能力信息。用戶上下文和終端上下 文統(tǒng)稱為終端環(huán)境上下文。 終端環(huán)境上下文的獲取及管理通過終端上下文感知中間件來完成，具體包括上下文信 息獲取模塊、上下文信息處理模塊、上下文信息管理模塊、查詢接口等。該中間件架構(gòu)不 僅支持上下文感知應(yīng)用，使上下文感知應(yīng)用的開發(fā)獨(dú)立于上下文信息的獲取和表示，而且 支

40、持上下文信息的查詢、存儲、融合及推理。 （1）上下文信息獲取模塊。負(fù)責(zé)上下文信息的采集，具體的信息包括傳感信息、終端 能力信息、用戶記錄等。 （2）上下文信息處理模塊。對上下文信息使用解析和融合等技術(shù)進(jìn)行處理，將粗糙的 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成上下文管理模塊要求的抽象層次。利用已有的歷史信息及信息庫信息進(jìn)行交互 性推理，并可以利用內(nèi)建推理規(guī)則和自定義推理規(guī)則進(jìn)行推理，前者用于解決上下文信息 的不一致性和隱含的上下文信息，后者根據(jù)多個(gè)上下文信息，推導(dǎo)或演繹更加抽象、高層 的上下文信息，以便提供對上下文應(yīng)用更加有用的上下文信息。 （3）上下文信息管理模塊。負(fù)責(zé)管理上下文信息，實(shí)現(xiàn)信息的共享，同時(shí)對信息進(jìn)行 存儲

41、、查詢、更新、添加、刪除等操作。 （4）查詢接口。主要處理上下文應(yīng)用對上下文信息的查詢請求，包括編程工具/開發(fā) 環(huán)境及應(yīng)用支撐模塊的查詢。 6 6. . 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)控控制制關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù) 6 6. .1 1. .聯(lián)聯(lián)合合無無線線資資源源管管理理 協(xié)同后的終端向網(wǎng)絡(luò)側(cè)呈現(xiàn)出豐富的無線資源，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要聯(lián)合這些無線資源進(jìn)行業(yè) 務(wù)傳輸。聯(lián)合無線資源管理主要負(fù)責(zé)對無線網(wǎng)絡(luò)有限的接口資源的分配和管理，并在網(wǎng)絡(luò) 負(fù)載分布不均且無線信道狀態(tài)波動的狀況下，靈活分配和及時(shí)調(diào)整可用資源，其目的就是 15 合理、高效利用無線資源，在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（quality of service，qos）的前提下， 提高資源利

42、用率。 泛在網(wǎng)條件下，由于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的異構(gòu)性，不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在鏈路層和物理層顯 示出鮮明的異構(gòu)性和不兼容的特點(diǎn)，技術(shù)的發(fā)展也導(dǎo)致了原有協(xié)議的修改需求和新協(xié)議的 出現(xiàn)，進(jìn)一步加劇了網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的異構(gòu)性，因此，泛在網(wǎng)條件下，就需要設(shè)計(jì)新的無線 資源管理算法和機(jī)制對復(fù)雜的無線信道、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行動態(tài)配置，合理優(yōu)化分配以保障業(yè) 務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，泛在網(wǎng)條件下的無線資源管理不僅應(yīng)當(dāng)包含同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源管理的全部 體系，還需要新增面向集成和融合不同接入技術(shù)的綜合無線接入網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合資源管理，如 網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡分配、網(wǎng)間垂直切換和無縫漫游、服務(wù)質(zhì)量保障等特有的功能。 6.1.1.6.1.1.無線資源的抽象及描

43、述無線資源的抽象及描述 相比于傳統(tǒng)單一的以頻譜資源為主的無線資源，泛在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的聯(lián)合無線資源 在資源構(gòu)成、資源耦合關(guān)系等方面進(jìn)行了擴(kuò)展或延伸。首先，資源構(gòu)成有所擴(kuò)展，主要表 現(xiàn)在資源的取值范圍以及資源之間的耦合關(guān)系有所擴(kuò)展。其次，資源的變化情況有所擴(kuò)展。 由于終端接入環(huán)境所呈現(xiàn)的異構(gòu)性，一維隨機(jī)變量不再能夠反映異構(gòu)無線資源中多種元素 的共同變化。為了反映泛在網(wǎng)無線資源的異構(gòu)性，需要兩維或多維變量來表征無線資源的 構(gòu)成，即聯(lián)合無線資源控制。聯(lián)合無線資源控制實(shí)現(xiàn)無線資源的聯(lián)合優(yōu)化使用，主要完成 網(wǎng)絡(luò)間無線資源的協(xié)調(diào)管理，其目標(biāo)是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍，最優(yōu)化無線資源的利用 率。 異構(gòu)無線資源

44、除了傳統(tǒng)意義的時(shí)空頻等資源外，還包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)的其他諸多資 源，如用戶接入權(quán)限、業(yè)務(wù)偏好、終端協(xié)作模式、連接網(wǎng)絡(luò)等資源，不同資源歸屬類型、 表現(xiàn)特征等各不相同；異構(gòu)資源來源于不同網(wǎng)絡(luò)或者終端，而各網(wǎng)絡(luò)或終端具有不同的網(wǎng) 絡(luò)能力或業(yè)務(wù)能力，具有不同粒度的資源，因而，異構(gòu)無線資源呈現(xiàn)出多域性、多維性等 特征。傳統(tǒng)的一維隨機(jī)變量不再能夠反應(yīng)多域環(huán)境下異構(gòu)無線資源間的相互變化關(guān)系，為 了反映泛在無線網(wǎng)絡(luò)無線資源的異構(gòu)性，需要具有多維特征的隨機(jī)變量來表征具有多域環(huán) 境特征的聯(lián)合無線資源。 無線資源管理的主要功能有計(jì)算功能、控制功能和資源配置功能，組成結(jié)構(gòu)包括算法 模塊、決策模塊、資源分配模塊、無線資

45、源數(shù)據(jù)庫和對外接口模塊，其中以算法模塊為核 心。算法模塊一般包括功率控制、切換控制、準(zhǔn)入控制、分組調(diào)度、負(fù)載控制、擁塞控制 等。其中，功率控制使網(wǎng)絡(luò)接口的干擾電平維持最小，保證移動用戶的 qos 要求；切換控 16 制負(fù)責(zé)處理用戶的移動性，保證用戶越區(qū)切換或系統(tǒng)間切換時(shí)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，并且使業(yè)務(wù) 質(zhì)量達(dá)到預(yù)定的 qos 要求；準(zhǔn)入控制是對于預(yù)期的服務(wù)質(zhì)量要求，確保存在空閑的無線資 源承載新增業(yè)務(wù)和切換業(yè)務(wù)；分組調(diào)度是使各分組用戶合理的使用系統(tǒng)的可用資源，為各 個(gè)用戶分配數(shù)據(jù)速率和分組長度；負(fù)載控制的目的是在給定的限制條件范圍內(nèi)維持網(wǎng)絡(luò)無 線資源的使用；擁塞控制則是保證系統(tǒng)的負(fù)載處于穩(wěn)定的門限以下

46、，具體方法如暫時(shí)降低 某些低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的 qos 等。 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中終端協(xié)同的業(yè)務(wù) qos 保障主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)無線資源上的保障。由于涉及到 不同網(wǎng)絡(luò)、不同層面之間的協(xié)同與協(xié)調(diào)，因而，業(yè)務(wù)的 qos 保障自上而下涉及到業(yè)務(wù)、網(wǎng) 絡(luò)以及 mac 不同層面的協(xié)同。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包在業(yè)務(wù)層上如何編碼、分流，網(wǎng)絡(luò)層上如何分片、 路由，以及 mac 層上細(xì)粒度無線資源（時(shí)、碼、空）的協(xié)同，其中包括資源分配、接納控 制、移動性管理、功率控制等聯(lián)合無線資源管理不同方面研究內(nèi)容。多終端協(xié)同下的聯(lián)合 無線資源管理涉及到業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和 mac 層三個(gè)層面的不同角度的研究內(nèi)容。 其中，聯(lián)合無線資源管理涉及到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中無線資源，

47、由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的多維特征， 異構(gòu)無線資源的建模是首要的研究問題。針對聯(lián)合無線資源的異構(gòu)性及其耦合關(guān)系，基于 hilbert 多維向量空間模型能夠有效的描述及度量聯(lián)合無線資源的本質(zhì)特征。利用 hilbert 空間類具有的特性，建立業(yè)務(wù)向量與網(wǎng)絡(luò)向量，利用范數(shù)理論根據(jù)兩向量角度和距離的關(guān) 系分析用戶需求與網(wǎng)絡(luò)的相似程度，從而為用戶分配最適合需求的網(wǎng)絡(luò)。針對通信環(huán)境的 復(fù)雜性以及協(xié)同終端的多樣性，將聯(lián)合無線資源的屬性分解成合適粒度映射到不同特征平 面的多維矢量，建立面向多域信息屬性的資源描述模型，形成不同層次多域資源信息之間 的映射關(guān)系。 頻譜利用率是無線資源利用程度常用的表征方法，它的主要描述方

48、法包括： （1）移動每信道 在移動與信道的測量中，每一個(gè)話路信道的移動單元個(gè)數(shù)是用來反映頻率利用率的。 （2）用戶每小區(qū) 頻率利用率的測量同小區(qū)用戶數(shù)量一起引入來說明無線蜂窩系統(tǒng)的蜂窩小區(qū)的覆蓋面 積以及其他特點(diǎn)。 （3）信道每赫茲 信道數(shù)量作為頻譜利用率的測量方法。 （4）愛爾蘭每兆赫茲 17 在這種頻率利用率的測量中，愛爾蘭是用來測量通信強(qiáng)度的。愛爾蘭測量一個(gè)語言信 道或者單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)信道的通信質(zhì)量。一個(gè)愛爾蘭的通信可以占用一個(gè)信道的所有時(shí)間， 0.05e 可以占用 5%的時(shí)間。因此愛爾蘭的數(shù)量不能夠超過信道數(shù)量。 （5）erlangs/mhz/km2 測量方法的實(shí)際應(yīng)用 采用 erla

49、ngs/mhz/km2 的頻譜利用率測量方法對于陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)來講，是充 足、廣泛并且恰當(dāng)?shù)?。下面，這種測量方法的單元選擇將被合理化并且考慮它的實(shí)際應(yīng)用 問題。 （6）非正式的頻譜利用率測量方法 一種非正式和概念的簡單的陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)頻譜利用率測量方法表示為： voice channels/mhz/km2.這種測量方法中，蜂窩系統(tǒng)在單位區(qū)域可以提供的每 mhz 的語音信道數(shù)越多，頻譜利用率就越高?！罢Z音信道方法”是用來測量除保護(hù)帶、監(jiān)管信 道等等之外的信道的。因此，測量需要得到蜂窩系統(tǒng)所采用的多徑接入技術(shù)的效率。這種 方法尤其適用于使用信道間隔已經(jīng)知道的模擬調(diào)制技術(shù)的蜂窩系統(tǒng)。盡管

50、如此， channels/mhz/km2 的測量方法同樣適用于數(shù)字系統(tǒng)，如果服務(wù)的語音信道的頻率帶寬的 信道數(shù)量已經(jīng)知道的話。在傳輸間隔給定的情況下，每個(gè)傳輸?shù)男诺罃?shù)量一般是額定的。 另外一個(gè)非正式的蜂窩系統(tǒng)頻譜利用率測量方法是：users/mhz/km2. 它通過測量單位區(qū)域服務(wù)的每 mhz 帶寬的用戶數(shù)量來測量蜂窩系統(tǒng)的頻譜利用率。 （7）可能的數(shù)字系統(tǒng)頻率利用率測量方法 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的帶寬利用率可以用 bps/hz 來表示。這種規(guī)范可以延伸到新的在數(shù)字蜂 窩系統(tǒng)中的頻譜利用率測量中：kbps/mhz/km2。根據(jù)這種新的頻譜利用率測量方法，一個(gè) 數(shù)字系統(tǒng)在單元服務(wù)區(qū)域可以達(dá)到的 kbps

51、 越多，它的頻譜利用率就越高。 6.1.2.6.1.2.網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度機(jī)制網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度機(jī)制 泛在網(wǎng)條件下，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)是泛在網(wǎng)研究的重點(diǎn)之一，異構(gòu)系統(tǒng)融合多種無線 接入技術(shù)給無線資源管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的自治的無線資源管理方法不能解 決整個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)的資源配置和優(yōu)化，如傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入策略沒有考慮到異構(gòu)網(wǎng)中不同網(wǎng)絡(luò) 間的差異，無法適應(yīng)異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中多接入技術(shù)、多業(yè)務(wù)的特點(diǎn)。 無線資源管理的目標(biāo)是在有限帶寬的條件下，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供服務(wù)質(zhì)量（qos）保障， 靈活分配和動態(tài)調(diào)整無線網(wǎng)絡(luò)的可用資源，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞和降低信令負(fù)荷。網(wǎng)絡(luò)的接入選 18 擇應(yīng)當(dāng)綜合分析當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和新進(jìn)業(yè)務(wù)流的資源需

52、求，判定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的可用資源是否 滿足業(yè)務(wù)流的 qos 需求，從而保證泛在網(wǎng)業(yè)務(wù)端到端服務(wù)質(zhì)量。 在網(wǎng)絡(luò)的接入選擇策略上，需要考慮的主要指標(biāo)包括用戶偏好、服務(wù)類型和網(wǎng)絡(luò)特性 三個(gè)方面。用戶偏好體現(xiàn)在用戶為各種網(wǎng)絡(luò)預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級；服務(wù)類型指目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)可以 提供的服務(wù)種類。網(wǎng)絡(luò)特性包括接收信號強(qiáng)度 rssi、誤碼率 ber、時(shí)延、功耗等。網(wǎng)絡(luò)的 接入選擇應(yīng)當(dāng)保證用戶總數(shù)獲得最佳連接 abc（always best connected）。abc 服務(wù)質(zhì)量 準(zhǔn)則的目標(biāo)是使用戶不僅獲得連接，并且始終獲得質(zhì)量最好的鏈接。 在泛在網(wǎng)條件下，用戶的網(wǎng)絡(luò)接入將有更多的選擇，在處于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)可以接入的 場景中，對

53、于一個(gè)多模終端用戶來說，網(wǎng)絡(luò)信息如何測量、終端信息如何上報(bào)、何時(shí)觸發(fā) 切換、跨網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)的方法、流程及移動過程中的 qos 保障等相關(guān)內(nèi)容，均是當(dāng)前無線資 源管理的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。 與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)切換方法僅僅利用無線信號強(qiáng)度的閾值和滯后值做出切換和選擇判斷相 比，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換需要考慮包括信號強(qiáng)度、覆蓋范圍、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、業(yè)務(wù)帶寬等因素，并 且由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中無線資源具有差異性，不同無線接入網(wǎng)絡(luò)中影響資源分配的因素不易統(tǒng) 一量化表示，難以進(jìn)行比較，因此需要用到數(shù)學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換管理，目前主 要是將切換管理劃分成基于多因素的聯(lián)合判決，采用模糊邏輯智能信號處理的方法來實(shí)現(xiàn) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換管理。

54、 同時(shí)，泛在網(wǎng)條件下的網(wǎng)絡(luò)切換應(yīng)當(dāng)包括水平切換和垂直切換兩個(gè)方面。如果切換前 后的移動終端所在網(wǎng)絡(luò)為同一網(wǎng)絡(luò)，即同構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的切換，此類切換被稱為水平切換；相對 應(yīng)的，如果切換前后的移動終端所在網(wǎng)絡(luò)為不同網(wǎng)絡(luò)，即異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換，則被稱為垂 直切換。 此外，終端協(xié)同模式下還面臨業(yè)務(wù)流的流移動性管理：相比傳統(tǒng)的單終端借助網(wǎng)絡(luò)側(cè) 的分層位置管理和切換控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)單路徑業(yè)務(wù)下的移動性管理，多終端協(xié)同模式下 的移動性管理則變得更加復(fù)雜。終端可能具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入能力，并且也可通過終端 相對或者絕對位置等上下文信息實(shí)現(xiàn)更高效的自組織多終端協(xié)同的移動性管理。此外， 在基于多終端協(xié)同的多流協(xié)作傳輸場景場景中，需要

55、考慮終端群移動對移動性管理及 資源適配的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)相應(yīng)的終端群網(wǎng)絡(luò)選擇和群內(nèi)路由選擇等。 6 6. .2 2. .網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)傳傳輸輸控控制制 19 6.2.1.6.2.1.多業(yè)務(wù)流并行傳輸多業(yè)務(wù)流并行傳輸 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)的不斷豐富和發(fā)展，對移動終端的網(wǎng)絡(luò)連接帶寬，尤其是下行連接帶寬， 提出了越來越高的要求。因此，僅僅使用一種接口將無法滿足業(yè)務(wù)提供的需求。在此背景 下，如何利用移動終端的多接口特性，將業(yè)務(wù)分為多個(gè)子流同時(shí)傳輸，是目前研究的熱點(diǎn)。 例如，目前的移動終端一般都內(nèi)置了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信接口，以 3g 網(wǎng)絡(luò)通信接口為主，同時(shí)搭 載 wifi、藍(lán)牙等其它網(wǎng)絡(luò)通信接口。目前的業(yè)務(wù)獲取方式是

56、，選擇鏈路通信質(zhì)量最好的接 口進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，比如用戶只能通過 3g 或 wifi 中的一種接口獲取業(yè)務(wù)，而在高數(shù)據(jù)率的 業(yè)務(wù)場景下，使用兩種或多種接口同時(shí)進(jìn)行下載將會大大提升用戶 qos 體驗(yàn)。 上述為單接收終端的場景，即單個(gè)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通過多條路徑到達(dá)同一個(gè)終端后，一起 呈現(xiàn)給用戶。而在類似于智能家居的場景中，用戶周邊存在著多種終端，當(dāng)用戶請求視頻 業(yè)務(wù)時(shí)，視頻流和音頻流可以分別傳輸?shù)诫娨暀C(jī)和音響上，即業(yè)務(wù)傳輸?shù)蕉鄠€(gè)終端，由多 個(gè)終端共同呈現(xiàn)給用戶。單終端接收的場景下，業(yè)務(wù)最終發(fā)到一個(gè)終端上，呈現(xiàn)給用戶。 而多終端接收的場景下，業(yè)務(wù)最終發(fā)到多個(gè)終端上，多個(gè)終端共同呈現(xiàn)給用戶。這是兩個(gè) 場景的最

57、大的不同處。 業(yè)務(wù)分流總體流程一般分為三部分，如圖 8 所示，分別為上下文信息獲取、分流決策 制定和分流執(zhí)行。 圖 8 業(yè)務(wù)分流總體流程 上下文信息獲取。分流決策的制定主要依靠終端的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上下文信息，例如網(wǎng)絡(luò)負(fù) 載信息、鏈路質(zhì)量信息，此外還包括用戶偏好等。 分流決策制定。分流決策的制定者可能是接收業(yè)務(wù)的用戶終端，也可能是接入網(wǎng)側(cè)的 無線資源管理裝置，更可能是核心網(wǎng)側(cè)的業(yè)務(wù)服務(wù)器或?qū)ｉT的分流服務(wù)器。因此，進(jìn)行分 流決策的功能實(shí)體可能位于不同層次，功能實(shí)體不同，其決策方法以及設(shè)計(jì)的分流系統(tǒng)也 是不同的。因此，應(yīng)針對上述三種決策場景，研究其共性及個(gè)性的解決方案。 分流執(zhí)行。通過對應(yīng)用場景的分析可以

58、看出，分流的執(zhí)行可能發(fā)生在核心網(wǎng)處，也可 以發(fā)生在接入網(wǎng)處，甚至?xí)卸鄬臃至?，涉及的分流設(shè)備包括核心網(wǎng)服務(wù)器、接入網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 等。分流設(shè)備如何實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)包級的分析與轉(zhuǎn)發(fā)，是需要研究的問題，具體包括：分流設(shè) 20 備的架構(gòu)研究，分流決策的獲取、分析與存儲，分流任務(wù)的建立、執(zhí)行與結(jié)束，數(shù)據(jù)包的 分析、處理與分發(fā)。 同時(shí)，隨著終端網(wǎng)絡(luò)接口的多樣化以及多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也越來越 大，使得多業(yè)務(wù)流并行傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)資源利用效率、網(wǎng)絡(luò)帶寬聚合以及數(shù)據(jù)傳輸安全性 等方面顯示出諸多優(yōu)勢。為了實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流并行傳輸，可以分別選擇在應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以 及傳輸層實(shí)現(xiàn)。在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流并行傳輸，需要對業(yè)務(wù)數(shù)

59、據(jù)進(jìn)行拆分，并通過多個(gè) 平行的傳輸層連接實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸，這種方法可以提高數(shù)據(jù)的吞吐量，但是增加了應(yīng)用層的 復(fù)雜度，需要在應(yīng)用層對數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，要求數(shù)據(jù)具備一定的有序性，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)層也能夠 為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供可靠性保證，并具備流量控制等方面的功能，與這傳輸層相關(guān)功能冗余。 在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流并行傳輸可以通過在一條路徑上建立 tcp 連接，在多個(gè)路徑進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)，采用隧道技術(shù)，將用于路由的源地址和目的地址對封裝在用于標(biāo)識 tcp 連接的地址對的外層，在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流并行傳輸可以提高業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的吞吐量， 但是由于所有路徑使用同一套擁塞控制機(jī)制，會出現(xiàn)由于單個(gè)路徑上的傳輸時(shí)延大(導(dǎo)致超 時(shí)重傳

60、)或持續(xù)的分組亂序(導(dǎo)致快速重傳)觸發(fā)擁塞控制而導(dǎo)致所有路徑上的傳輸性能下降。 在傳輸層實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流并行傳輸可以通過對每個(gè)路徑分別建立連接，并將總體的流量控制 與單個(gè)路徑上的擁塞控制解耦，為每條網(wǎng)絡(luò)路徑單獨(dú)提供擁塞控制機(jī)制，這種方式既能夠 提高業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)吞吐量而且也不會因?yàn)閱蝹€(gè)路徑上觸發(fā)擁塞控制導(dǎo)致所有路徑上的傳輸性能 下降。 目前，3gpp mtc 課題組在與業(yè)務(wù)傳輸與處理的相關(guān)研究主要集中于擁塞與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷控制 技術(shù)以及小數(shù)據(jù)量傳輸技術(shù)這兩個(gè)方面。 其中關(guān)于擁塞與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷控制技術(shù)的研究如下 大量的 mtc 終端接入到網(wǎng)絡(luò)，會造成核心網(wǎng)絡(luò)中的移動性管理節(jié)點(diǎn)（如 sgsn/mme）過 載?？蓪?dǎo)致核