2017畢業(yè)設(shè)計（論文）-無線異構(gòu)網(wǎng)垂直切換的切換準(zhǔn)則

1、. 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文前言隨著通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、集成電路的進(jìn)步，以及人類對信息通信需要求的擴(kuò)張，用戶對移動性的而垂直切換又作為無線異構(gòu)網(wǎng)的基要求越來越高，大量的PC機(jī)、筆記本、PAD、智能手機(jī)、傳感器等各類終端，提出了包括目前的移動電話到移動上網(wǎng)、移動商務(wù)、移動計算等一系列新需求。未來的信息通信社會中，移動性的目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)“5W”通信 ，即任何時候、任何地方、與任何人 以及相關(guān)的物進(jìn)行任何形式的通信。為了 適應(yīng)不同的需求，各具特色的無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層出不窮，包括無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，以及Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等無線基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。在這

2、些應(yīng)用背景、目標(biāo)、發(fā)展方向、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)覆蓋范圍、通信協(xié)議、鏈路特性、應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)提供能力等方面各不同的異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)，以及未來可能應(yīng)新的需求產(chǎn)生的各種新型接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，共同為用戶提供廣泛在的接入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。用戶可以通過多模終端、或通過基于軟件無線電技術(shù)的共享MAC層協(xié)議實(shí)現(xiàn)跨頻接入、或通過多個終端構(gòu)成個域網(wǎng)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種渠道的信息傳遞和通信。為了滿足用戶的移動性需求，向用戶提供跨泛在、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無縫業(yè)務(wù)，支持用戶跨泛在、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無縫漫游和切換，支持泛在、異構(gòu)的移動性管理技術(shù)成為未來基于全I(xiàn)P架構(gòu)的泛在網(wǎng)絡(luò)中必須解決的問題。 移動性管理技術(shù)最初源自蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)。在技術(shù)演進(jìn)過程中，未來的移動性

3、管理技術(shù)所涉及的研究背景擴(kuò)展至各種無線接入技術(shù)在內(nèi)的泛在、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。同時，業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、終端之間的關(guān)系也經(jīng)歷了從獨(dú)立到融合再到協(xié)同的發(fā)展過程。這些研究背景的變遷也給移動性管理技術(shù)帶來了全新的挑戰(zhàn)。 切換歷來是移動性管理中的關(guān)鍵技術(shù)之一，跨越異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的垂直切換更是未來泛在網(wǎng)絡(luò)移動性管理中的研究重點(diǎn)，用于保證用戶跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)移動時的會話連續(xù)性。在未來泛在、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，切換種類也由于網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性、應(yīng)用場景的多樣性而變得豐富多彩，并且具有了一些新的特征，例如，允許用戶根據(jù)個人偏好或QoS的考慮主動發(fā)起切換，切換中允許用戶參與控制等。本文用三章對無線異構(gòu)網(wǎng)中的垂直切換技術(shù)中的切換規(guī)則進(jìn)行了闡

4、述，第一章主要介紹無線異構(gòu)網(wǎng)，對無線異構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行了綜述，并提出現(xiàn)在遇到的一些問題，最后對未來無線異構(gòu)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了闡述；第二章介紹移動性管理技術(shù)，明確垂直切換技術(shù)在其中的地位和作用；第三章介紹無線異構(gòu)網(wǎng)中的垂直切換技術(shù)以及垂直切換的最優(yōu)算法。第一章 無線異構(gòu)網(wǎng)1.1無線異構(gòu)網(wǎng)的簡介 隨著人類社會和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，信息交換和傳輸已經(jīng)成為人們生活中與衣食住行一樣必不可少的部分。為了實(shí)現(xiàn)此目的，無線通信技術(shù)在近20年內(nèi)呈現(xiàn)出異常繁榮的景象，也帶來了多種類型無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和共存，這些無線通信網(wǎng)被統(tǒng)一稱為無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（wireless heterogeneous network）。 目前已經(jīng)有不少于2

5、5種的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)投入商用，為人民提供無線通信服務(wù)，其中包括GSM、RPRS、EDGE、WMTS、CDMA2000、HSDPA、IEEE802.11a/b/g/n、WIMAX、DECT藍(lán)牙、RFID、UWB、T-DMB、DVB-T、DVB-H以及其他技術(shù)等。此外，還有層出不窮的無線通信系統(tǒng)即將或在不遠(yuǎn)的未來進(jìn)入商用，如802.20/802.16M、wirelessHD、LTE、4G和無線傳感網(wǎng)絡(luò)等。各種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展如圖1所示，這些無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)面向不同的應(yīng)用場景和目標(biāo)用戶，在全球不同地區(qū)和國家有著廣泛的市場應(yīng)用，尤其是GSM/GPRS/EDGE/UMTS/CDMA2000/PHS/WLAN

6、和WIMAX等無線網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)給全球的電信用戶帶來了豐富多彩的通信體驗(yàn)。但是由于這些網(wǎng)絡(luò)各自的技術(shù)特點(diǎn)，他們從底層的接入方式到高層的資源管理與控制等技術(shù)都不盡相同，彼此互不兼容，給用戶和電信運(yùn)營商帶來了很多煩惱：用戶要寫到適用于不同網(wǎng)絡(luò)的終端，正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)不能在不同的網(wǎng)絡(luò)間保持連續(xù)；運(yùn)營商們則要為如何整合網(wǎng)絡(luò)資源、降低運(yùn)營成本和提高客戶滿意度大傷腦筋。1.2 無線異構(gòu)網(wǎng)面臨的問題與挑戰(zhàn) 針對不同的無線頻段特性、迥異的組網(wǎng)接入技術(shù)和多樣的業(yè)務(wù)需求，不同無線技術(shù)所使用的空中接口設(shè)計及相關(guān)協(xié)議在實(shí)現(xiàn)方式上具有差異性和不可兼容性。這也使得目前各種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)面臨一系列的問題與挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在

7、頻道資源、組網(wǎng)接入技術(shù)、業(yè)務(wù)需求、移動終端和運(yùn)營管理等方面。 以上幾個方面交叉聯(lián)系、相互影響，構(gòu)成了無線網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，也對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和高效性帶來了挑戰(zhàn)，這種異構(gòu)性帶來的移動性管理技術(shù)、端到端的QoS保證、和安全性能是為了無線通信系統(tǒng)亟需解決的問題。1.2.1 移動性管理技術(shù) 移動性管理技術(shù)，尤其是切換技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一。過去對切換管理技術(shù)的研究多集中在單一通信系統(tǒng)內(nèi)，從用戶的主角出發(fā)，主要保證語音業(yè)務(wù)和低速率業(yè)務(wù)的延續(xù)性和可靠性。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，還需要從網(wǎng)絡(luò)的角度重新設(shè)計切換管理方案，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間和網(wǎng)絡(luò)資源以滿足用戶對多業(yè)務(wù)的需求。因此，如何設(shè)計出高靈活性、低復(fù)

8、雜度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和綜合考慮多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的切換算是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。1.2.2 端到端的QoS保證 由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合是完全基于IP的，因此對于任意具有IP互聯(lián)能力的通話終端，端到端的呼叫不僅會跨越不同所有者的網(wǎng)絡(luò)，采用不同接入技術(shù)，而且不同網(wǎng)絡(luò)的QoS支持能力與QoS控制策略可能在呼叫發(fā)起之前獲知。因此，在異構(gòu)移動網(wǎng)絡(luò)中提供完善的端到端QoS保證首先需要提供基于IP的QoS協(xié)商與聯(lián)合資源分配機(jī)制，另外，不同網(wǎng)絡(luò)的QoS信息應(yīng)該能夠在同一體系中被表示與計算?？梢砸肟鐚拥姆答伣换C(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的端到端QoS保證。 異構(gòu)環(huán)境下具備QoS保證的關(guān)鍵技術(shù)研究，無論是優(yōu)化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源，還是

9、對接入網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議同工作方式的設(shè)計，都是非常重要的，已成為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的重要研究內(nèi)容。目前的研究主要集中在呼叫接入控制、垂直切換、異構(gòu)資源分配和網(wǎng)絡(luò)選擇等資源管理算法方面。 傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)的資源管理算法已經(jīng)被廣泛地研究并取得了豐碩的成功，但是在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)中的資源管理由于網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性、用戶的移動性、資源和用戶需求的多樣性和不確定性，給該課題的研究帶來了極大地挑戰(zhàn)。1.2.3 安全問題 同所有的網(wǎng)絡(luò)一樣，安全問題同樣式無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中所必須關(guān)注的一個重要問題。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合了各自網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，也必然將相應(yīng)缺點(diǎn)帶進(jìn)融合網(wǎng)絡(luò)中。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)除存在原有各自網(wǎng)絡(luò)所固有的安全需求外，還將面臨一系列新的

10、安全問題，如網(wǎng)間安全和安全協(xié)議的無縫銜接，以及提供多樣化的新業(yè)務(wù)所帶來的新的安全需求等。1.3 無線異構(gòu)網(wǎng)之間的協(xié)作 未來的移動通信將為用戶提供多層次的服務(wù)，具備如下特征：是一個開放的系統(tǒng)，不但網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和服務(wù)商可為用戶提供服務(wù)，終端用戶也可為其他用戶提供服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商們可以通過協(xié)商實(shí)現(xiàn)頻譜資源的動態(tài)分配，提高頻譜的利用率；用戶可以無縫的漫游與多運(yùn)營商和多種無線及接入的環(huán)境中，以最優(yōu)的價格，獲得滿意的服務(wù)；服務(wù)商將得益于用戶群的擴(kuò)大，在提供需求服務(wù)的同時，獲得大的收益。 目前無線通信的形式種類繁多，各具特點(diǎn)，但卻沒有一種單一的無線通信方式能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€高帶寬、廣地理覆蓋以及綜合了語音、數(shù)

11、據(jù)和 多媒體業(yè)務(wù)的綜合網(wǎng)絡(luò)。因此，未來的通信網(wǎng)絡(luò)必然是一個異構(gòu)型的體系結(jié)構(gòu)，各種無線接入網(wǎng)通過多種不同的接入技術(shù)接入到基于全I(xiàn)P化的公共核心網(wǎng)。 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合可極大地提升單個網(wǎng)絡(luò)的性能，在支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時也為引入新的服務(wù)創(chuàng)造了條件，這種技術(shù)已經(jīng)成為支持異構(gòu)互連和協(xié)調(diào)應(yīng)用的新一代無線移動網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)技術(shù)。1.3.1 3G與WLAN的融合 3G網(wǎng)絡(luò)采用宏區(qū)、微區(qū)和微微區(qū)的分層結(jié)構(gòu)，每個區(qū)又采用多載頻技術(shù)。微區(qū)和微微區(qū)的基站采用小區(qū)扇形極化和多輸入技術(shù)，可以在較小覆蓋區(qū)內(nèi)提供額外信道容量，解決用戶高速率視頻流業(yè)務(wù)的增長。3G通用移動通信系統(tǒng)的3GPP組織啟動3GPP/WLAN交互結(jié)構(gòu)作為3GPP的

12、附加標(biāo)準(zhǔn)，給3GPP用戶提供公眾無線局域網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。WLAN采用小區(qū)扇形極化和MIMO技術(shù)，可在室內(nèi)50米或室外100米半徑覆蓋區(qū)內(nèi)提供額外信道容量，WLAN的主要優(yōu)點(diǎn)是配置低，無線接入成本僅占3G基站的很小一部分，有力地促進(jìn)了無線接入市場的發(fā)展。 3G/WLAN雙模終端可提供無處不在、帶寬可變、可保證QoS的多種高速率業(yè)務(wù)。3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN的主要區(qū)別是終端在移動條件下，3G終端可廣泛地進(jìn)行配置，而WLAN終端的配置受位置和移動速度的影響。對于電信運(yùn)營商來說，WLAN的定位主要是作為高速有線接入技術(shù)的補(bǔ)充，逐漸也成為蜂窩移動通信的補(bǔ)充。同時，WLAN與蜂窩移動通信也存在少量的競爭。一方面，用

13、于WLAN的IP話音終端已經(jīng)進(jìn)入市場，這對蜂窩移動通信有一部分替代作用。另一方面，隨著蜂窩蜂窩移動通信部分取代。但總體來說，二者是共存的關(guān)系，就目前而言，3G網(wǎng)絡(luò)提供語音業(yè)務(wù)，而WLAN主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，二者具有一定的互補(bǔ)性。目前歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織和其它一些標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)對蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與WLAN的融合進(jìn)行了相應(yīng)的研究。例如WLAN的標(biāo)準(zhǔn)化組織聯(lián)立了聯(lián)合無線互通工作組來處理蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與WLAN的互通機(jī)制。大量的標(biāo)準(zhǔn)化活動由3GPP來實(shí)現(xiàn)，旨在促進(jìn)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)與WLAN技術(shù)互通的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展。1.3.2 TD-SCDMA 與WIMAX（全球微波互連技術(shù)）的融合 TD-SCDMA是具有中國自主知識產(chǎn)

14、權(quán)的3G技術(shù)，有巨大的國內(nèi)市場為支持，擁有較寬松的國內(nèi)和國際頻譜資源以及包括TDD自身優(yōu)勢在內(nèi)的先進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等以系列優(yōu)勢。而WIMAX最主要的優(yōu)勢在其成熟的產(chǎn)業(yè)鏈及芯片技術(shù)的支撐。因此從寬帶無線移動通信的中長期目標(biāo)來看，推進(jìn)TD-SCDMA和WIMAX的互補(bǔ)、融合及合作共贏工作，有重要的現(xiàn)實(shí)價值與戰(zhàn)略意義。TDSCDMA和WiMAX系統(tǒng)在底層技術(shù)巨大的差異。WiMAX技術(shù)采用的OFDMOFDMA/MIMO技術(shù)等，已經(jīng)是LTE及4G系統(tǒng)公認(rèn)的先技術(shù)。同時，WiMAX技術(shù)的商用實(shí)施在LTE之前，這就為同是TDD方式的TDSCDMA向LTE演進(jìn)提供了難得的經(jīng)驗(yàn)。TDSCDMA和WiMAX網(wǎng)間有很強(qiáng)

15、的互補(bǔ)性，若TDSCDMA能在保持自己勢技術(shù)的同時，吸收融合WiMAX的先進(jìn)技術(shù)，使得兩者技術(shù)互相融合和促進(jìn)，則有望加速推動TDSCDMA由3G系統(tǒng)向E3G以及未來的4G系統(tǒng)的演進(jìn)，為用戶提供更高品質(zhì)的服務(wù)。當(dāng)然，這種技術(shù)融合的過程是長期的。就TD-SCDMA與WiMAX的較低層次的協(xié)同融合而言，首先可按ETSI提議的松、緊耦合模式進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合。對松耦合模式，WiMAX系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)可通Gi接口與TDSCDMA系統(tǒng)相連接；對緊耦合模式，WiMAX通過Gb接口與TDSCDMA系統(tǒng)相連時整個系統(tǒng)屏蔽了WiMAX特性，把WiMAX視為個單獨(dú)的基站子系統(tǒng)。WiMAX系統(tǒng)可直接使用些標(biāo)TDSCDMA的鑒權(quán)、

16、計費(fèi)和認(rèn)證子系統(tǒng)協(xié)同工作。TDSCDMA與WiMAX都是基于TDD方式為空中接口的融合提供了一定的可行性保障。如果了聯(lián)TDSCDMA能夠成功吸收WiMAX的先進(jìn)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)對其他先進(jìn)技術(shù)博采眾長，形成以主要TDDOFDM等技術(shù)為主要特征的、并與其它各種先蜂進(jìn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的底層關(guān)鍵技術(shù)，可大幅度提升系統(tǒng)的性能，支持更高速率的數(shù)據(jù)服務(wù)、更高質(zhì)量的實(shí)時語音服務(wù)以及更高的用戶移動性，順利完成中國自己的E3G、LTE和4G的演進(jìn)。目前，3GP技工作組、TDSCDMA論壇和WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組都在研究TDSCDMA以及3G與WiMAX合的方案，以提高TDSCDMA與WiMAX之的性能。1.4

17、未來無線異構(gòu)網(wǎng)的發(fā)展趨勢隨著無線技術(shù)的迅速發(fā)展，未來通信網(wǎng)絡(luò)越來越發(fā)異構(gòu)化，各網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)歷從隔離到互通、從互通到協(xié)同的演進(jìn)，通過網(wǎng)絡(luò)間的融合與協(xié)助，對分離的、局部的優(yōu)勢能力與資源進(jìn)行有序的整合，最終使系統(tǒng)擁有自愈、自管理、自發(fā)現(xiàn)、自規(guī)劃、自調(diào)整和自優(yōu)化等一系列智能化功能。當(dāng)然，無線異構(gòu)同時也遇到了一系列的問題與挑戰(zhàn)。 最大限度利用運(yùn)營商所持有頻譜的能力，提高頻譜使用效率和用戶吞吐量 使更多的企業(yè)進(jìn)入移動通信領(lǐng)域，加劇移動通信市場競爭，對電信監(jiān)管 帶來新的挑戰(zhàn) 。網(wǎng)絡(luò)開放成為未來無線通信必然的發(fā)展趨勢，隨著無線電頻率的日趨緊張，很多想進(jìn)入該領(lǐng)域的企業(yè)苦于無可用的頻率資源。 對現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)

18、和管理帶來新的挑戰(zhàn)認(rèn)知無線電技術(shù)引入現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)，在提升網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋能力的同時，也使得網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的負(fù)擔(dān)加大。由于應(yīng)用認(rèn)知無線電技術(shù)后，認(rèn)知移動用戶可能會頻繁地切換使用頻率，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的處理工作量加大，因此對網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理將帶來新的挑戰(zhàn)。本章小結(jié)在過去的十幾年里，全球移動通信發(fā)展迅速，除了單一的語音外，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也獲得了極大的增長。然而任何單一技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)都不能滿足未來人們對移動通信以及普適計算的需求，以3G移動通信網(wǎng)絡(luò)為代表的無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛，逐步形成了3G-WLAN融合網(wǎng)絡(luò)為代表的無線網(wǎng)絡(luò)，本章就無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及未來將會面臨的問題與挑戰(zhàn)進(jìn)行了概述。第二章移動性管理概述垂直

19、切換是支持泛在、異構(gòu)的移動性管理中用于支持會話移動性的關(guān)鍵控制功能。本章簡要介紹移動性管理技術(shù)，明確切換技術(shù)在其中的地位和作用。2.1 移動性管理技術(shù)的起源和發(fā)展移動性管理技術(shù)源自蜂窩移動通信系統(tǒng)。其中引入蜂窩小區(qū)的概念解決了公用移動通信系統(tǒng)要求容量大于頻率資源有限的矛盾。也正是因?yàn)橛辛朔涓C小區(qū)，終端或用戶的移動性帶來了位置管理、切換控制、漫游與注冊認(rèn)證等一系移動通信列新問題，這正是蜂窩移動通信系統(tǒng)中移動性管理這一關(guān)鍵技術(shù)的基本研究內(nèi)容。并且，隨著蜂窩移動通信技術(shù)的更新?lián)Q代，移動性管理技術(shù)也始終是其技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中必不可少的組成部分。 除了電信網(wǎng)中與移動性管理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)外，日益增長的移動

20、性需求和手機(jī)、掌上電腦、筆記本電腦等移動終端的大量出現(xiàn)，使得因特網(wǎng)中原有的固定接入方式不再滿足人們希望在任何地點(diǎn)、任何時候都能獲得因特網(wǎng)服務(wù)的需求，因此提供移動的因特網(wǎng)技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題之一。 在未來無線移動通信中，將會是多種無線接入技術(shù)與制式共存，互不構(gòu)成有機(jī)的整體，共同為用戶提供無處不在、無時不在的泛在信息通信服務(wù)。相應(yīng)地，移動性管理技術(shù)也應(yīng)具有新的特性，支持用戶跨越異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)、跨越不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、不同服務(wù)提供商的移動，保證用戶的無縫業(yè)務(wù)訪問和最佳服務(wù)體驗(yàn)。綜上所述，移動性管理技術(shù)伴隨著移動通信技術(shù)而產(chǎn)生、發(fā)展，隨著技術(shù)與應(yīng)用的反戰(zhàn)，移動性已經(jīng)成為人們迫切需求，移動性管理技術(shù)也已經(jīng)不僅僅

21、局限于移動通信技術(shù)，而是應(yīng)該將其放置于包含各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)、包括固定和移動接入的、未來泛在、異構(gòu)、融合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行研究。移動性管理技術(shù)也不再是特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個側(cè)面，而是涵蓋業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和終端等各個層面的一門綜合技術(shù)。2.2移動性管理關(guān)鍵控制功能傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)中的移動性管理技術(shù)主要包括位置管理和切換控制兩項關(guān)鍵技。對于未來的移動性管理技術(shù)而言，為了支持泛在的異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、支持用戶跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的漫游和移動，其中關(guān)鍵控制功能包括：安全機(jī)制、位置管理、切換控制和互操作控制。2.2.1 安全機(jī)制移動性管理技術(shù)中的安全機(jī)制包括四個部分的功能：關(guān)鍵數(shù)據(jù)保密性、注冊認(rèn)證管理、信令消息完

22、整性、移動服務(wù)不可否人性。還負(fù)責(zé)管理用戶注冊的身份信息和業(yè)務(wù)屬性信息，包括兩個重要功能：認(rèn)證授權(quán)管理、業(yè)務(wù)屬性管理。認(rèn)證授權(quán)功能又分為：網(wǎng)絡(luò)時的用戶/終端認(rèn)證授權(quán)、使用業(yè)務(wù)時的業(yè)務(wù)認(rèn)證授權(quán)，涉及移動安全關(guān)聯(lián)問題。認(rèn)證負(fù)責(zé)驗(yàn)證確認(rèn)移動目標(biāo)的身份，授權(quán)功能負(fù)責(zé)檢查確認(rèn)移動目標(biāo)是否有權(quán)限使用其所請求的接入或業(yè)務(wù)等，另外還有記賬功能，用于記錄用戶使用的資源、進(jìn)行的操作，以便進(jìn)行分析、審計和計費(fèi)。三者合起來即通常的AAA功能。業(yè)務(wù)管理實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)屬性的注冊、更新、查找。注銷等功能。目前，只有2G、3G等蜂窩移動通信網(wǎng)中的移動性管理安全機(jī)制相對比較完備，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)保密性、注冊認(rèn)證管理、信令消息完整性、移動服

23、務(wù)不可否認(rèn)性都有相應(yīng)的機(jī)制保證。而其他移動性管理技術(shù)中，大多只限于對注冊認(rèn)證管理的支持。2.2.2 位置管理 位置管理實(shí)現(xiàn)跟蹤、存儲、查找和更新移動目標(biāo)的位置信息，包括兩個重要功能：位置更新（或稱位置注冊）和位置查找（或稱尋呼）。其中，位置更新由移動目標(biāo)向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)報告其位置的變更，位置查找則是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)查找系統(tǒng)移動目標(biāo)的位置。 位置管理需要位置數(shù)據(jù)庫支撐，例如第二代移動通信網(wǎng)絡(luò)中的方位位置寄存器（VLR）和歸屬位置寄存器（HLR），移動IP的家鄉(xiāng)代理（HA）和外地代理（FA）以及SIP中的位置服務(wù)器等。位置數(shù)據(jù)庫可采用層次型數(shù)據(jù)庫、樹形數(shù)據(jù)庫和中心數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。為了便于位置管理，通常將整個網(wǎng)絡(luò)的覆

24、蓋區(qū)劃分為若干個位置區(qū)（LA）與尋呼區(qū)（PA）。位置區(qū)是指移動終端在其中移動而不需要更新數(shù)據(jù)庫信息的區(qū)域，一旦移動終端跨越一個LA的邊界時，就需要想系統(tǒng)更新位置信息。尋呼區(qū)是通信工程中，系統(tǒng)對移動終端進(jìn)行廣播查找的區(qū)域。位置管理的性能評價參數(shù)主要有更新消息開銷、更新時延、尋呼信令開銷、尋呼時延等。另外，位置更新與位置查找在占用系統(tǒng)資源方面是矛盾的，同時優(yōu)化兩者是一個NP問題，在協(xié)議設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時需要對兩者進(jìn)行平衡折中?，F(xiàn)實(shí)中，各種位置管理方案就是在兩者的開銷之間尋找平衡，以降低總的位置管理開銷。2.2.3 切換控制 切換控制實(shí)現(xiàn)終端或用戶移動過程中、網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)變化時的通信會話連續(xù)性，即實(shí)現(xiàn)當(dāng)

25、前的接入點(diǎn)提供的通信接入由另一個新的接入點(diǎn)提供。切換控制包括三個功能：切換的準(zhǔn)則、切換控制方式和切換時相關(guān)資源分配。切換準(zhǔn)則是指何時何種條件下切換。切換控制方式是指在切換過程中，負(fù)責(zé)切換決策相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的收集方及收集方式、切換的發(fā)起方等控制相關(guān)因素。切換時相關(guān)資源分配的典型例子包括蜂窩網(wǎng)中的射頻和信道分配，移動IP的轉(zhuǎn)交地址分配及IP地址綁定等。 切換性能評價參數(shù)包括切換成功率、掉話率、新呼叫阻塞率、平均切換次數(shù)、切換時延、強(qiáng)制中斷率等。傳統(tǒng)蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)中的切換控制主要支持用戶在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動的會話移動性。而在未來泛在、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，除了各個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的切換控制以外，還應(yīng)包括跨越網(wǎng)絡(luò)邊界、

26、跨越運(yùn)營商以及跨越終端漫游時的切換控制。相應(yīng)地，切換具有了一些新的特征，也出現(xiàn)了多種不同的分類方法。根據(jù)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)范圍，可以分為網(wǎng)內(nèi)切換和網(wǎng)間切換。根據(jù)涉及的接入技術(shù)是否同類，可以分為水平切換和垂直切換。2.2.4 互操作性控制 互操作控制是未來的移動性管理技術(shù)中所特有的功能，這是由于未來的移動性跨越各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、包含多種移動性目標(biāo)和類型的。移動性管理技術(shù)中的互操作控制包括兩個方面： 一是處理跨異構(gòu)接入系統(tǒng)的移動性中由接入技術(shù)異構(gòu)性帶來 的差異。這一類互操作控制包括最佳網(wǎng)絡(luò)選擇、QoS適配。AAA機(jī)制等相關(guān)功能。（1）最佳網(wǎng)絡(luò)選擇：用戶處于重疊層次網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過不同的網(wǎng)接口，可能同時多種接入

27、技術(shù)。此時，終端和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠基于當(dāng)前業(yè)務(wù)，從中選擇最佳網(wǎng)絡(luò)提供接入。并且，這里的選擇應(yīng)該基于鏈路質(zhì)量、用戶屬性、業(yè)務(wù)類型、終端特性等多種因素的組合，進(jìn)行綜合評判的結(jié)果。（2）AAA機(jī)制：應(yīng)該設(shè)計新的AAA機(jī)制，能夠靈活適應(yīng)多運(yùn)營商環(huán)境保證安全行，并為跨越運(yùn)營商漫游的用戶提供計費(fèi)機(jī)制（3）服務(wù)質(zhì)量（QoS）適配：用戶或終端在異構(gòu)接入技術(shù)間漫游，不同接入技術(shù)間的鏈路質(zhì)量差異大而且難以預(yù)測，必然因此造成QoS的較大波動。因此，需要QoS機(jī)制中增加相應(yīng)的QOS映射和適配功能，以適應(yīng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中漫游和切換的需求。 二是移動管理中的跨越設(shè)計。任何單層的移動性管理均不能很好地滿足廣泛移動性的功能及性能滿

28、足，需要通過跨越層技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各層方案的優(yōu)勢互補(bǔ)。傳統(tǒng)協(xié)議層次設(shè)計方法，基本上是遵從嚴(yán)格的層次化結(jié)構(gòu)，然而在無線和移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)靜中，由于無線鏈路本身狀態(tài)的不穩(wěn)定性、移動終端無線資源的有限性以及網(wǎng)絡(luò)間移動性所帶來的無線鏈路特征的變化，仍然嚴(yán)格遵循分層結(jié)構(gòu)，會帶來性能方面的問題。因此，需要采用跨層設(shè)計方法，實(shí)現(xiàn)各層移動性管理技術(shù)的協(xié)調(diào)與配合以對移動管理進(jìn)行功能和性能優(yōu)化，以及通過跨層信息交互實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。2.3 本章小結(jié)移動性管理是未來泛在、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)之一，本章介紹了移動性管理技術(shù)的起源與發(fā)展，然后概述了移動性管理技術(shù)的四個關(guān)鍵技術(shù)，明確了切換技術(shù)在其中的關(guān)鍵的、重要的地位。第三章 無線異構(gòu)網(wǎng)

29、中的垂直切換技術(shù)切換控制是移動管理中的關(guān)鍵控制功能之一，也歷來都是移動管理中的重要研究內(nèi)容。在泛在、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，切換控制技術(shù)的研究也從同種接入技術(shù)間的水平切換轉(zhuǎn)移到了異類接入技術(shù)間的垂直切換3.1 垂直切換與水平切換垂直切換與水平切換相對應(yīng)，是切換技術(shù)中依據(jù)接入點(diǎn)改變前后所采用接入技術(shù)的異同進(jìn)行的分類。在未來由各種無線接入技術(shù)構(gòu)成的無線重疊網(wǎng)絡(luò)中，同類接入技術(shù)之間的切換成為水平切換，例如WLAN中不同AP之間的切換，GSM中不同基站、交換系統(tǒng)及運(yùn)營商間的切換；不同類接入及時之間的切換成為垂直切換，如UMTS和WLAN之間切換。垂直切換中，切換前后的無線鏈路和接入網(wǎng)絡(luò)存在明顯的特征差異，因

30、而垂直切換具有不對稱性，根據(jù)垂直切換方向的不同，又可分為向上切換和向下切換，從下層、覆蓋范圍小的昂立到上層的、覆蓋范圍大的網(wǎng)絡(luò)切換，成為向上切換；反之為向下切換。除了切換過程中所涉及的接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是否同類，垂直切換與水平切換在很多方面還是存在著差異，包括：1）觸發(fā)切換不原因不同。水平切換往往和終端移動引起的物理位置變化有關(guān)，是動態(tài)的。垂直切換強(qiáng)調(diào)接入點(diǎn)的變化，而接入點(diǎn)變化不一定由物理位置變化引起，還有可能又接入技術(shù)的變化引起的，因而可能是靜態(tài)的。2）切換決策判決因素不同。水平切換的決策通常根據(jù)終端所接受到的物理信號強(qiáng)度及其變化指標(biāo)（例如，帶門限的RSS、帶滯后余量RSS）和信道可用性進(jìn)行。而在

31、垂直切換中，由于切換前后的網(wǎng)絡(luò)特征差異較大，網(wǎng)絡(luò)間的RSS指標(biāo)不具有可比較性，雖然可以分為不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置不同的切換門限值，但是只基于此進(jìn)行垂直切換決策是不夠的，還需要考慮與網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、用戶和終端相關(guān)的QoS、用戶偏好、服務(wù)資費(fèi)等多種因素，是典型的多標(biāo)準(zhǔn)決策問題。 3）切換控制方式不同。水平切換大多是由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起，終端是被動的。垂直切換中，用戶可以根據(jù)偏好設(shè)置或者QoS的考慮，主動發(fā)起切換。4）切換中的鏈路實(shí)現(xiàn)不同。水平切換出現(xiàn)在同種接入技術(shù)之間，切換前后的無線鏈路采用相同的鏈路層技術(shù)，因此水平切換中的鏈路切換常在鏈路層實(shí)現(xiàn)。而垂直切換涉及各種異構(gòu)的鏈路層接入技術(shù)，并且要保證獨(dú)立與底層接入，因此，

32、垂直切換中的鏈路轉(zhuǎn)換在網(wǎng)絡(luò)層及以上層實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層都有支持垂直切換的典型技術(shù)。比較項水平切換垂直切換涉及的接入技術(shù)同類接入技術(shù)異構(gòu)接入技術(shù)切換觸發(fā)原因終端動態(tài)移動引起的物理位置變化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的變化強(qiáng)調(diào)接入點(diǎn)的變化，可能由物理位置變化或接入技術(shù)變化引起切換決策因素主要基于對鏈路、尤其是接收信號強(qiáng)度的測量。綜合考慮與用戶、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)、終端有關(guān)的各種因素切換控制方式常由網(wǎng)絡(luò)控制，終端被動或完成輔助的測量工作常有用戶或終端根據(jù)偏好或者QoS主動發(fā)起鏈路轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)在鏈路層實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層或應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)不對稱性無有，分為向上切換和向下切換3.2 垂直切換的三個階段 當(dāng)用戶的多模終端具備訪

33、問多個網(wǎng)絡(luò)的能力時，就帶來了在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行切換的問題。這種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)切換既包括在同種網(wǎng)絡(luò)的不同小區(qū)之間的切換，也包括在不同網(wǎng)絡(luò)的不同小區(qū)之間的切換。切換過程中，需要利用切換判決算法決定是否進(jìn)行切換以及切換至何種網(wǎng)絡(luò)或小區(qū)。在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的切換判決中，不僅要考慮切換前后的網(wǎng)絡(luò)或小區(qū)的信號強(qiáng)度是否符合切換要求，還需要綜合考慮其他多種目標(biāo)，如移動臺的移動速度、切換前后各網(wǎng)絡(luò)或小區(qū)的流量情況和切換前后網(wǎng)絡(luò)或小區(qū)的收費(fèi)差異等，可以說，僅靠單一目標(biāo)(如接收信號強(qiáng)度)做出的切換判定未必是最優(yōu)的選擇。通常，一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的切換操作包括三個階段:系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、切換判決、切換執(zhí)行 垂直切換包括三個階段，系統(tǒng)

34、發(fā)現(xiàn)階段用于發(fā)現(xiàn)當(dāng)前可用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，切換決策階段用于確定恰當(dāng)?shù)那袚Q目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和切換觸發(fā)時間，切換執(zhí)行階段用于進(jìn)行切換實(shí)施過程。3.2.1 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn) 在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)階段，移動節(jié)點(diǎn)搜索和發(fā)現(xiàn)當(dāng)前可用的無線網(wǎng)絡(luò)，其中，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)時間和終端的能耗是兩個重要但相互矛盾的參數(shù)。一種系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)方法基于不同網(wǎng)絡(luò)接口上接到的廣播信息。各種無線網(wǎng)絡(luò)會定時不斷發(fā)送廣播消息，例如，GSM網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)廣播消息，WLAN中的信標(biāo)幀。多網(wǎng)絡(luò)接口終端根據(jù)不同接口上所接受到的廣播消息，得知當(dāng)前的可用網(wǎng)絡(luò)。一種簡單方法是，移動節(jié)點(diǎn)的所有網(wǎng)絡(luò)接口始終保持激活狀態(tài)。這樣雖然可以保證快速的系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，卻造成了移動終端較大的能耗。對于能量有限的終端

35、而言，顯然需要對此進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)的方法是移動終端定時開啟網(wǎng)絡(luò)接口搜索可用網(wǎng)絡(luò)。這種方法兼顧發(fā)現(xiàn)效率與終端能耗，但是需要確定恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口開啟時間間隔，在二者之間達(dá)到良好的平衡。另一種系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)方法則是基于LSS（Locatiao service server）實(shí)現(xiàn),LSS中存儲了位于不同區(qū)域的各種無線網(wǎng)絡(luò)的信息，基于移動終端的地理位置，向移動終端提供其周圍可用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其帶寬、時延等參數(shù)。這種方法有效地節(jié)約了能耗，但是需要在LSS中保存每個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的精確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)操作開銷較大實(shí)現(xiàn)也比較困難。3.2.2 切換決策 切換決策用于決定移動節(jié)點(diǎn)在最恰當(dāng)?shù)臅r間切換至最恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。在切換技術(shù)

36、中，常見的切換控制方式有移動終端控制的切換（MCHO）、網(wǎng)絡(luò)控制的切換（NCHO）和移動終端輔助的切換（MAHO），例如，歐洲的DECT和北美的PACS等數(shù)字無繩通信系統(tǒng)、WLAN系統(tǒng)采用MCHO方式，TACS及AMPS等模擬蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)均采用NCHO，而GSMPRS、CDMA等數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)通常采用MAHO方式。 垂直切換可以由網(wǎng)絡(luò)、由終端、或者由二者共同發(fā)起。但是，因?yàn)榇怪鼻袚Q的判決因素包括不同網(wǎng)絡(luò)狀況和性能參數(shù)，只有移動終端可以方便地獲取不同網(wǎng)絡(luò)接口上的相關(guān)信息，顯然NCHO方式不適合。另外MAHO方式通常由網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端報告的各種信息進(jìn)行總體的優(yōu)化和控制，而垂直切換跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

37、，無法實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的總體控制。再考慮到網(wǎng)絡(luò)邊緣化和終端智能化的發(fā)展趨勢，可以認(rèn)為MCHO是垂直切換中最恰當(dāng)?shù)目刂品绞?。很多研究中將切換決策功能放在移動終端中實(shí)現(xiàn)，使得終端可以基于某些因素主動發(fā)起切換。例如，可以基于服務(wù)資費(fèi)，總是選擇最低的網(wǎng)絡(luò)；為了提高QoS,可以主動從低性能網(wǎng)絡(luò)切換至高性能網(wǎng)絡(luò)；為了提高網(wǎng)絡(luò)資源的總體利用率，可以使用高帶寬網(wǎng)絡(luò)完成FTP、視頻通信等應(yīng)用，而使用低性能網(wǎng)絡(luò)完成網(wǎng)頁瀏覽。電子郵件等應(yīng)用。 在垂直切換決策中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前可用網(wǎng)絡(luò)的不同狀況和特性、當(dāng)前所運(yùn)行的應(yīng)用的不同特點(diǎn)和需求，以及用戶和終端的特性與偏好，進(jìn)行綜合判斷，是一個多標(biāo)準(zhǔn)決策問題。表中對垂直切換中需要考慮的各

38、種因素進(jìn)行了總結(jié)：類別決策因素靜態(tài)因素動態(tài)因素網(wǎng)絡(luò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)類型、覆蓋面積、地理信息、典型帶寬和時延當(dāng)前可用狀態(tài)、信號強(qiáng)度、錯誤率或丟包率、流量負(fù)載、當(dāng)前帶寬和時延應(yīng)用相關(guān)應(yīng)用特性、服務(wù)費(fèi)用、安全因素資源分配、優(yōu)先級用戶相關(guān)用戶屬性、用戶偏好、終端特性用戶移動速度、位置、用戶行為的歷史信息由于垂直切換決策是多標(biāo)準(zhǔn)決策問題，決策中涉及的因素多樣化、度量值又各有不同，如何根據(jù)這些因素進(jìn)行統(tǒng)一、綜合決策和判斷，研究者們提出了各種不同的方法。其中文獻(xiàn)【12-14】側(cè)重研究如何降低終端的能耗，以及確定恰當(dāng)?shù)那袚Q觸發(fā)事件。文獻(xiàn)【5-6】側(cè)重于研究切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的選擇策略，所采用的典型多標(biāo)

39、準(zhǔn)方法包括：基于簡單加權(quán)和的方法、基于模糊推理的方法、基于策略的方法、基于層次分析法的方法等。3.2.3 切換執(zhí)行 切換執(zhí)行階段通過某些垂直切換支持協(xié)議完成切換實(shí)施過程，將正在進(jìn)行的通話從切換錢網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)轉(zhuǎn)移至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的新接入點(diǎn)。由于垂直切換要保證與底層接入技術(shù)的無關(guān)性，因此通常在網(wǎng)絡(luò)層以及以上層實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層地垂直切換技術(shù)以移動IP為代表。MIP從路由角度解決移動性的問題，是目前在網(wǎng)絡(luò)層支持終端移動性的典型協(xié)議，也因此可以作為網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)垂直切換的典型技術(shù)。文獻(xiàn)【7-8】中分別研究了基于MIPv4和MIPv6的垂直切換。傳輸層地垂直切換技術(shù)分為兩類。一是基于TCP協(xié)議的改進(jìn)。例如，文獻(xiàn)【9

40、】中擴(kuò)展了TCPheader的中一個可選字段，用不同的值表示不同的切換狀態(tài)（包括：無切換、水平切換和垂直切換）。接收方發(fā)送ACK消息時，根據(jù)決策的結(jié)果設(shè)置字段值。發(fā)送方數(shù)據(jù)之進(jìn)行處理，在切換過程中短暫數(shù)據(jù)傳輸。在切換完成之后，若為水平切換，采用擁塞避免方式重啟數(shù)據(jù)傳輸，擁塞窗口大小值與切換前相同：若為垂直切換，采用慢啟動方式啟動數(shù)據(jù)傳輸，cwnd值設(shè)置為1,。二是提出新的、支持切換的傳輸層協(xié)議。移動SCTP（mSCTP）是這類技術(shù)的的代表，通過多家性和動態(tài)地址配置特性，在傳輸層實(shí)現(xiàn)端到端的移動性支持。文獻(xiàn)【1】【2】研究了基于mSCTP實(shí)現(xiàn)垂直切換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信令流程及性能仿真和分析。應(yīng)用層地

41、垂直切換技術(shù)以會話初始協(xié)議（SIP）為代表，利用SIP對呼叫過程中終端移動性的支持實(shí)現(xiàn)垂直切換。3.3 垂直切換的新特征和性能要求 無縫的垂直切換期望的特性如圖所示，其中，無縫的垂直切換應(yīng)盡量使切換可靠性和切換性能最大化，使干擾和切換次數(shù)數(shù)最小化，而應(yīng)盡量保持切換的無縫性和小區(qū)間的負(fù)載均衡。1 ）切換的可靠性：是指切換后應(yīng)有較好的服務(wù)質(zhì)量。很多因素可用于預(yù)測切換的服務(wù)質(zhì)量，例如信擾比(SIR)信噪比（SNR）、接收信號強(qiáng)度（RSS）和誤碼率（BER）等。 2）切換的無縫性：是指切換應(yīng)盡量使用戶感受不到服務(wù)質(zhì)量下降和服務(wù)中斷。服務(wù)質(zhì)量下降可能由持續(xù)的信號強(qiáng)度下降或同信道干擾引起，服務(wù)中斷可能由硬

42、切換或“先斷后通”的切換方式引起。 3）避免干擾：此處的干擾主要指CCI和信道間（ICI）干擾，它們能夠嚴(yán)重影響無錫網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速率。不同類型的無線接入網(wǎng)絡(luò)中存在的干擾程度并不相同，例如，WLAN比WWAN中干擾嚴(yán)重，這是由于WLAN使用無許可牌照的2.4GHz和5.2GHz頻段（即非管制頻段），因此很容易受到使用同一頻段的其他802.11網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙設(shè)備、無繩電話等的干擾。而WWAN使用的是管制頻段，并且多年的運(yùn)營和管理已經(jīng)很好地解決其中存在的干擾問題。因此，在WWAN至WLAN的切換之前，應(yīng)先確定WLAN中的CCI和ICI是否嚴(yán)重，是否會 影響服務(wù)質(zhì)量。4）負(fù)載平衡：好的切換算法應(yīng)保持小區(qū)(

43、同種接入技術(shù)或異種接入技術(shù))之間的負(fù)載平衡，這樣有助于避免從相鄰小區(qū)：“借道”空閑信道，從而簡化了小區(qū)規(guī)劃和運(yùn)營，并降低新呼叫被阻塞的概率。5）優(yōu)化性能：切換次數(shù)應(yīng)盡量少。頻繁地切換會帶來大量的切換處理開銷，并因此降低通信質(zhì)量。在切換場景中，切換請求的次數(shù)越多，呼叫被拒絕的可能性就越大，并因此導(dǎo)致較高的切換失敗概率。3.4 垂直切換中的關(guān)鍵技術(shù)3.4.1 切換性能優(yōu)化 在現(xiàn)有研究中，無縫切換的切換性能目標(biāo)包括快速切換和平滑切換兩個方面，平滑切換是以最小化丟包率為目的的切換，不包含分組轉(zhuǎn)發(fā)時延的概念；快速切換是以最小化切換時延為目的切換，不包含丟包率的概念；無縫切換綜合了平滑切換和快速切換，指沒

44、有業(yè)務(wù)能力、安全或服務(wù)質(zhì)量改變的切換。在實(shí)際環(huán)境中，無縫切換可以定義為協(xié)議、應(yīng)用或終端用戶感知不到業(yè)務(wù)能力、安全和服務(wù)質(zhì)量的變化。因此無縫的含義是與用戶的要求相關(guān)的相對概念。相應(yīng)地，切換性能的優(yōu)化可以從降低切換時延和降低切換過程中的丟包兩個方面入手。垂直切換技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)與底層接入技術(shù)的無關(guān)性，常常采用高層（網(wǎng)絡(luò)層及以上）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。但這種高層的通用性卻會導(dǎo)致切換性能的損失，突出表現(xiàn)為切換時延比較大。另外，無線鏈路本身狀態(tài)不穩(wěn)定、移動終端無線資源的有限性，以及網(wǎng)絡(luò)間移動性所帶來的無線鏈路特征的變化，也會帶來性能方面的問題?，F(xiàn)有的很多切換優(yōu)化機(jī)制基于局部移動性的思路，例如HMipv6等。但是，這類

45、方法由于需要增加新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、增加信令開銷，以及設(shè)計跨越的問題，缺乏可擴(kuò)展性。垂直切換性能的優(yōu)化可以從以下幾方面入手：（1）應(yīng)用跨越層設(shè)計思想優(yōu)化切換性能?？缭皆O(shè)計是一種協(xié)議設(shè)計方法學(xué)，它違背分層的通信參考模型，主動利用協(xié)議層次之間的相關(guān)性進(jìn)行協(xié)議設(shè)計，以達(dá)到提高性能的目的。因此應(yīng)用跨越設(shè)計技術(shù)，使上層與具體接入技術(shù)無關(guān)的移動性協(xié)議能夠感知來自底層的、與接入技術(shù)密切相關(guān)的實(shí)時信息，從而達(dá)到通用性與優(yōu)化性能的矛盾統(tǒng)一。 （2）從端到端的角度，將切換過程分為不同的階段，分析切換時延的構(gòu)成部分。例如，基于標(biāo)準(zhǔn)MIPv6的切換過程就可以分為鏈路層切換、路由發(fā)現(xiàn)、地址配置、移動檢測、MIPv6注冊等幾個

46、階段。一方面可以從各個階段入手，進(jìn)行相應(yīng)機(jī)制的優(yōu)化以縮短由該階段帶來的切換時延（例如，fastRA可以降低路由發(fā)現(xiàn)階段的時常）。另一方面可以改變這些階段間的串行關(guān)系，使其中的一些階段并行完成，或?qū)⒑竺娴碾A段提前完成，從而縮短切換時延，例如預(yù)先簽權(quán)。 （3）為了降低切換過程的丟包，可以從以下角度入手上述的切換過程的不同階段中，分析可能帶來切換丟包的過程，減少這些過程的時間長度，解可以在一定程度上降低切換過程的丟包。分組緩存和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。將切換過程中收到的分組緩存，在切換完成之后再轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)。多播或雙播。在切換過程中，通過多播或雙播機(jī)制，數(shù)據(jù)同時發(fā)送給終端上新、舊網(wǎng)絡(luò)接口。軟切換。目前mSCTP

47、協(xié)議支持軟切換，MIP和SIP也分別具有針對軟切換的研究和擴(kuò)展。 （4）除此之外，連接管理是垂直切換進(jìn)行性能優(yōu)化的另一種思路，其主要目的在于有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高端到端的吞吐量。連接管理的基本思路將移動性管理與寬帶聚合技術(shù)相結(jié)合，會話移動性的研究內(nèi)容由垂直切換中從多個接口中選擇一個最佳網(wǎng)絡(luò)接口變成從可用路徑集中選擇最佳子集，切換的粒度由網(wǎng)絡(luò)接口變成了數(shù)據(jù)流級。連接管理比網(wǎng)絡(luò)接口級的垂直切換更加靈活，也更加適應(yīng)未來的普適計算環(huán)境。3.4.2 切換決策 垂直切換是典型的多標(biāo)準(zhǔn)決策問題。在垂直切換決策機(jī)制的研究中，需要解決如下問題： 1）決策屬性集地定義和測量。對于易于采用數(shù)值表示的屬性，如可用帶寬

48、。移動速度等，需要確定測量內(nèi)容、測量方法和測量結(jié)果上報方式。對于不易采用數(shù)值描述，如安全性，用戶偏好等，需要給出客觀、形式化的定義方法。另外，還要對于這些度量值不同的屬性進(jìn)行合理的規(guī)范化 2）決策目標(biāo)的確定和決策方法的設(shè)計。設(shè)計高效、可行的垂直切換決策方法，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)間的合作，并能有效地減少不必要的切換、避免乒乓效應(yīng)，同時，達(dá)到總體性能最優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用。 3.4.3切換中的互操作控制垂直切換中的互操作控制主要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間大的端到端QoS映射問題。垂直切換跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而這些異構(gòu)系統(tǒng)分別使用不同的QoS體系結(jié)構(gòu)與控制方式。在跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換中，如何進(jìn)行異構(gòu)系統(tǒng)間的QoS、

49、主要是端到端QoS的映射與反映射是最具有挑戰(zhàn)性的問題之一，尤其在用戶進(jìn)行多次、雙向切換和QoS的多次映射之后，仍然能夠正確反應(yīng)用戶業(yè)務(wù)需求的QoS描述和QoS參數(shù)，從而獲得業(yè)務(wù)所需資源，為用戶提供有效地端到端QoS保證。同時，要盡量降低映射過程造成的業(yè)務(wù)中斷時間和對業(yè)務(wù)QoS的影響。 3.5異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的切換策略及算法從未來異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的角度來看，各種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水平切換仍采用各自網(wǎng)絡(luò)的切換控制方式，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的垂直切換應(yīng)結(jié)合當(dāng)前移動節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)的狀況和移動節(jié)點(diǎn)自身狀況（包括業(yè)務(wù)狀況）等進(jìn)行綜合決策。垂直切換并無所謂最佳評價標(biāo)準(zhǔn)，而是要根據(jù)用戶不同的切換要求分別制定，例如：（1）最優(yōu)服務(wù)質(zhì)量：即

50、用戶不理會價格等因素，只選擇QOS最佳的網(wǎng)絡(luò)；（2）最低服務(wù)資費(fèi)：即用戶不理會服務(wù)質(zhì)量等因素，總是選擇計費(fèi)最低的網(wǎng)絡(luò)；（3）最大性價比：即用戶以服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)資費(fèi)之比作為選擇衡量標(biāo)準(zhǔn)；等等。對于垂直切換策略，本來從用主動式的切換控制方式，即由移動節(jié)點(diǎn)控制、網(wǎng)絡(luò)輔助進(jìn)行切換（MCHO）。之所以不選擇水平切換中采用的由網(wǎng)絡(luò)控制。移動節(jié)點(diǎn)輔助進(jìn)行切換（NCHO）的方式，是因?yàn)榭紤]到各異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的狀況復(fù)雜，需要綜合考慮和衡量的因素較多，切換依據(jù)的參數(shù)、指標(biāo)和切換執(zhí)行所涉及的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體較多，不同類型業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)QoS的要求差異較大。而且，垂直切換還與移動節(jié)點(diǎn)的配置和移動狀態(tài)以及用戶個人喜好等有關(guān)。另外，移動

51、節(jié)點(diǎn)當(dāng)前所在地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信狀況只能由其精確測得，別的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體無法作出精確估計。因此不能只由某單一網(wǎng)絡(luò)來控制和決定垂直切換，而應(yīng)該由移動節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求、終端狀態(tài)和所在網(wǎng)絡(luò)的狀況等制定合理的垂直切換策略，并通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體協(xié)助執(zhí)行垂直切換。從另一方面看，主動式的切換控制方式也減輕了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作負(fù)荷，減少了切換時延。3.5.1 不同場景下的切換策略(l) 基于業(yè)務(wù)QOS保證:為用戶提供持續(xù)的、有QoS保證的接入服務(wù)，避免通信業(yè)務(wù)性能下降或中斷。當(dāng)干擾的增加使得當(dāng)前的接入系統(tǒng)不能滿足用戶業(yè)務(wù)要求時，或用戶移動到無當(dāng)前接入系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域時，必須立刻切換到另一個接入系統(tǒng)。例如，用戶持多模移動終

52、端在熱點(diǎn)地區(qū)利用WLAN進(jìn)行“移動即時通信”業(yè)務(wù)，當(dāng)他離開WLAN覆蓋區(qū)域時，應(yīng)將當(dāng)前的業(yè)務(wù)切換到其他可用網(wǎng)絡(luò)，如GPRS等。(2)基于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理:提供負(fù)載均衡、故障旁路(容錯)等。例如，當(dāng)用戶所在位置的GsM/GPRS業(yè)務(wù)己經(jīng)飽和(大容量負(fù)載)時，可將部分己接入用戶或新接入用戶暫時轉(zhuǎn)到本地3G等網(wǎng)絡(luò)中?；蛘弋?dāng)某小區(qū) GSM/GPRS網(wǎng)出現(xiàn)故障，可將用戶接入到3G等網(wǎng)絡(luò)中。(3)基于業(yè)務(wù)性能優(yōu)化:為不同業(yè)務(wù)分別選擇最優(yōu)或最合適的網(wǎng)絡(luò)接入。垂直切換的粒度由網(wǎng)絡(luò)接口級變成數(shù)據(jù)流級。例如，需要多模移動終端同時提供實(shí)時的連續(xù)的語音業(yè)務(wù)和不同QoS的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，可將多模移動終端接入到GSM/GPRS網(wǎng)

53、以提供語音業(yè)務(wù)支持，并同時將其接入到Ethemet或WIMAX以提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持。(4)基于用戶個性化需求:如計費(fèi)、安全等，而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無法提供。例如，用戶在公司上網(wǎng)免費(fèi)或在家上網(wǎng)采用包月制，則可將多模移動終端的通信接入轉(zhuǎn)到辦公室或家中的網(wǎng)絡(luò)，利用VoIP等技術(shù)進(jìn)行語音通信，而在室外時，再重新接入到移動通信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)。又如，用戶在進(jìn)行移動電子商務(wù)時，可將個人賬戶等敏感信息通過3G等較安全的網(wǎng)絡(luò)傳遞，而將普通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過WLAN等網(wǎng)絡(luò)傳遞。另外，考慮到多模移動終端能耗等問題，當(dāng)其處于空閑狀態(tài)時，可保持與低功耗網(wǎng)絡(luò)的單一通信接入，將其他接入暫時設(shè)置為睡眠。而當(dāng)其需要進(jìn)行某業(yè)務(wù)通信時，則根據(jù)相應(yīng)

54、策略和算法即時激活所需的其它網(wǎng)絡(luò)接入。3.5.2 基于接收信號強(qiáng)度的切換算法在無線網(wǎng)絡(luò)中，信號質(zhì)量在切換觸發(fā)中有著重要的意義。在大多數(shù)移動話音和據(jù)網(wǎng)絡(luò)中都使用從服務(wù)連接點(diǎn)和鄰近連接點(diǎn)接收的信號強(qiáng)度RSs(Received SignalStrength)作為切換算法的判定指標(biāo)。為了避免切換當(dāng)中的乒乓效應(yīng)，許多切換算法也引入了一些額外的參數(shù)，如遲滯電平 (hysteresis)、駐留定時器(dwellingtimer)和求平均窗口等。在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，雖然網(wǎng)絡(luò)的無線接入技術(shù)不同，但絕大多數(shù)現(xiàn)有的垂直切換算法仍將RSS作為基本的判斷指標(biāo)。假設(shè)rxPowl。、和rxP口叭。、分別表示目標(biāo)基站和服務(wù)基站

55、在下行鏈路或上行鏈路上的接收功率(加窗平均值)。升從百舒刃 LD表示接收信號的門限，HYs表示滯后余量，T砰表示定時器值。假定移動節(jié)點(diǎn)從基站1向基站2運(yùn)動，判定何時需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下:(l)相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則在任何時間都選擇具有最強(qiáng)接收信號的基站。這種準(zhǔn)則的缺點(diǎn)是:在原基站的信號強(qiáng)度仍滿足要求的情況下，會引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。(2)具有門限規(guī)定的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則這種方法是在前一種方法的基礎(chǔ)上增加了一個功率門限，只有在當(dāng)前的信號功率低于一個給定門限值(或目標(biāo)基站的功率大于一個給定的門限值)，且移動節(jié)點(diǎn)收到的發(fā)自鄰近基站的信號功率大于目前基站的信號功率時，才觸發(fā)切換。在該方法中，門限選擇具用

56、重要作用，該方法的性能很大程度上取決于門限值。(3)具有滯后余量的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則僅允許移動用戶在新基站的信號強(qiáng)度比原基站信號強(qiáng)度大很多(即大于滯后余量 :HysteresisMargin)的情況下進(jìn)行越區(qū)切換。該技術(shù)可以防止由于信號波動引起的移動節(jié)點(diǎn)在兩個基站之間的來回重復(fù)切換即“乒乓效應(yīng)”。與前一種情況異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的移動性管理關(guān)鍵技術(shù)研究相類似，滯后余量的調(diào)整決定了切換的性能(4)具有滯后余量和門限的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則這種方法是前面兩種方法的結(jié)合。只有當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)收到的當(dāng)前基站的信號功率低于事先確定的門限，并且移動節(jié)點(diǎn)收到的目標(biāo)基站的信號功率超出當(dāng)前基站信號功率一個余量時刁會觸發(fā)切換。這一方法

57、已用于GSM標(biāo)準(zhǔn)中。(5)具有滯后余量和定時器的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則只有當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)收到的目標(biāo)基站的信號功率超出當(dāng)前基站信號功率一個余量，同時在定時器到時后才會觸發(fā)切換。各網(wǎng)絡(luò)信號門限值一般不是固定值，而是隨其性能不同而變化(例如，wLAN提供IMbPs數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈T限值小于其提供10MbPs數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈T限值)。而且，不同大小、不同工作頻率的蜂窩，其信號波動狀況也不一樣。另外最重要的一點(diǎn)是，對于垂直切換，由于切換前后的接入網(wǎng)絡(luò)特征差異較大，不同網(wǎng)絡(luò)具有不同的調(diào)制機(jī)制、不同的傳輸功率、不同的多址接入技術(shù)，因此，對各網(wǎng)絡(luò)的接收信號強(qiáng)度指標(biāo)往往不具有可比性，單純以接收信號強(qiáng)度為指標(biāo)的切換算法己經(jīng)不能滿足系統(tǒng)要求。另一方面，對于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)而言，接收信號強(qiáng)度的下降并不是發(fā)生網(wǎng)絡(luò)切換的唯一原因，所以，要更準(zhǔn)確的判斷網(wǎng)絡(luò)切換的發(fā)生以及選擇合適的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，必須采用多屬性決策算法。3.5.3經(jīng)典的多屬性決策算法在現(xiàn)實(shí)生活、工作中，我們經(jīng)常會遇到?jīng)Q策問題。但由于影響各事物的因素往往是眾多而復(fù)雜的，如果僅從單一的因素去考慮事物，顯然不盡合理。因此，我