異構環(huán)境下的開放移動性管理技術研究課題申請

1、課題名稱：異構環(huán)境下的開放移動性管理技術研究申 請 人：依托單位：3.1 、課題簡介（簡要說明課題的目的意義、主要研究內容、預期目標等，字數(shù)要求1000 字以內）未來網(wǎng)絡呈現(xiàn)出異構、多樣、智能特性；未來信息社會強調對用戶友好、高效、透明的業(yè)務提供。網(wǎng)絡體系結構的適變性、可擴展性，組織管理的自主性、可協(xié)同性以及用戶需求的便捷性，均對移動性管理技術提出諸多新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的移動性管理，由于只是在特定系統(tǒng)內設計，僅支持有限的功能集合或針對一個特定的環(huán)境進行優(yōu)化，因此，開發(fā)結構化的，整合各種移動性技術并彼此協(xié)同，實現(xiàn)移動性管理的自適應性、準確性、通用性將是未來信息技術研究最為重要的領域之一。本課題組開發(fā)

2、新的開放的支持泛在、異構的移動性管理技術，這將對我國研制和開發(fā)下一代移動通信技術具有積極的推動作用，增強我國的技術預研能力和在未來移動通信科技中的競爭力，并將使我國有機會成為制定未來無線網(wǎng)絡標準的主導者而不是被動的接受者。課題的主要研究內容如下：1）開放的移動性管理架構在異構環(huán)境中，針對網(wǎng)絡效率和支持控制管理網(wǎng)絡的自主性，研究設計一個開放通用的移動性管理平臺，實現(xiàn)移動性管理的自適應性、準確性、通用性，并進行開放性、層次化的功能模塊設計。2）優(yōu)化的移動性解決方案設計一種優(yōu)化的移動性管理協(xié)議，同時兼顧不同類型信令協(xié)議之間的集成優(yōu)化以降低網(wǎng)絡的信令傳輸代價，提高下一代異構網(wǎng)絡的綜合性能。3） 智能的

3、關鍵機制研究研究自適應低能耗的測量機制，并針對多媒體業(yè)務的特性設計跨層觸發(fā)機制。研究異構環(huán)境下的用戶和系統(tǒng)性能評價體系，在兼顧用戶側最優(yōu)與網(wǎng)絡收益最大化的原則的基礎上，研究智能的快速無縫切換判決算法。本課題的預期目標是研究異構環(huán)境下的開放移動性管理技術及性能評價體系，并將模糊理論、博弈論、最優(yōu)化理論和動態(tài)多目標決策理論等引入移動性管理關鍵機制研究之中，構成了新的交叉學科前沿研究課題。課題預計在異構網(wǎng)絡基礎理論的研究方面有所創(chuàng)新，并培養(yǎng)一批高水平復合型人才。具體目標為：1） 提供高質量的技術報告，在國內學術雜志上發(fā)表論文1015篇左右， 相關領域重要國際會議上發(fā)表論文58 篇左右， 并希望結題以

4、后形成專著出版；2） 申請專利58項，向國際國內標準化組織提交提案58 篇。 3）培養(yǎng)博士35 名，碩士510 名。3.2 、課題主要研究技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，課題主要研究技術國內外專利申請和授權情況通信產業(yè)是全球發(fā)展最快的產業(yè)之一，新的技術與概念層出不窮。從上世紀3.3 年代中期第一代模擬移動通信系統(tǒng)商用，到今天第三代移動通信系統(tǒng)開始商用， 短短二十幾年間，通信技術的飛速發(fā)展給人們的工作和生活帶來了深刻的變革。未來，信息社會將強調對用戶友好的、高效的業(yè)務（多媒體業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務為主）提供以及對人性化交互方式的支持，未來網(wǎng)絡（歐洲：無線世界；日本：Flying Carpet;美國：cybe

5、rspace中國：移動泛在業(yè)務環(huán)境）將能無縫地、和諧地、不可見的識別并響應具體的個人。未來網(wǎng)絡中業(yè)務形式、接入方式、網(wǎng)絡類型將呈現(xiàn)出多樣性，不同網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術、傳輸機理、組織方式、控制機制將存在巨大差異；網(wǎng)絡的泛在化和異構性造成用戶頻繁地變換網(wǎng)絡歸屬和管理域。同時，無縫地為用戶提供各種高數(shù)據(jù)速率業(yè)務成為未來移動通信系統(tǒng)的基本特征，這意味著無論用戶處于何種條件下，系統(tǒng)均能根據(jù)目前的網(wǎng)絡狀態(tài)，自適應地采取最佳的接入方式為用戶提供服務，并根據(jù)用戶的位置和業(yè)務在不同的接入方式間進行平滑的切換，提供可靠的 QoS (Quality of Service)支持。歐盟第六框架組項目AN( Ambient N

6、etwork) 1-3的研究目標是提出并發(fā)展一種革新的、工業(yè)可利用的未來網(wǎng)絡的概念。在AN 中，移動性可以定義為一系列功能， 能夠允許通信系統(tǒng)無縫地、優(yōu)化地自我調整以改變物理或邏輯上的連接。2002 年， IEEE 開始成立802.21 工作組，制定媒體獨立切換(MIH, MediaIndependent Handover)標準6-7,目標是優(yōu)化異構媒體間的切換。在媒體獨立參考框架中，定義了R1R5 不同的參考點，用于移動節(jié)點的MIH 與網(wǎng)絡實體中MIH 功能實例的連接。MIH 功能借助事件服務、命令服務、信息服務來輔助網(wǎng)絡選擇實體。2004 年 1 月，歐盟開始啟動WINNER 項目 4。

7、WINNER 系統(tǒng)融入了異構的思想。為了保證 WINNER的無線接入網(wǎng)(RAN)能與其它RAN無縫、高效 地交互工作，WINNER提出了基于通用無線資源管理(RRM)的協(xié)作體系結構， 涵蓋移動性管理等多個方面，并相應確定了一系列RRM 功能的要求，作為指引用戶連接網(wǎng)絡的標準。3GPP(3rd Generation Partnership Project) 2004 年 12 月正式成立了 LTE 研究 項目，并隨后啟動了 SAE (System Architecture Evolution)研究項目5。目前的 研究中，SAE 的基本框架結構已經確定，該結構的突出特點是引入了錨點(Anchor)

8、功能實體，通過 3GPP Anchor與SAE Anchor的共同作用，為數(shù)據(jù)包的傳輸選擇最優(yōu)路由，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，同時支持各種3GPP與非3GPP網(wǎng)絡的融合。在 中 國 ， 對 于 未 來 網(wǎng) 絡 異 構 化 的 研 究 也 開 始 起 步 。 CCSA（ChinaCommunications Standards Associatio，n 中國通信標準化協(xié)會） WG6 工作組以及未來移動通信論壇（ FuTURE FORUM） 都在 B3G 的報告中提出移動泛在業(yè)務環(huán)境8 ， 即 MUSE（ Mobile Ubiquitous Service Environment） ， 作為未來無線世界

9、的愿景。異構環(huán)境下，定義新的移動管理框架不僅要滿足網(wǎng)絡融合的需求，同時也需具有開放性、可測量性和易管理性，設計時需考慮模塊化，并且在這個架構中，現(xiàn)有多種移動性解決方案能夠實現(xiàn)優(yōu)化和協(xié)同，保證能隨時添加可獲得的新解決方案。移動性管理中亟待解決的另一個問題是協(xié)議優(yōu)化。目前， 對于移動性的支持可以從OSI （Open System Interconnection體系結構不同層次來解決，包括網(wǎng)絡層的移動IP（MIP）、應用層的會話初始協(xié)議（SIP）、傳輸層的流控制傳輸協(xié)議（ SCTP） 。移動IP發(fā)展至今具有兩個版本： MIPv49和MIPv610。MIPv4代理發(fā)現(xiàn)、地址注冊等過程時延可達秒級，并且

10、存在三角路由問題，使得傳輸時延增大，難以滿足實時通信和無縫移動性管理的需求。MIPv6 消除了三角路由問題，一定程度降低了通信時延，但是地址分配時的重復地址檢測（DAD ）過程產生秒級的時延，同樣無法實現(xiàn)無縫切換。MIPv6 快速切換方案FMIPv6 11 需要設計精確的觸發(fā)信息；層次移動IPv6 方案 HMIPv612 需要合理的層次劃分，達到時延與復雜度的整體最佳化。此外，Cellular IP13， HAWAII14 等均屬于微移動性方案。本課題組已經提出了基于MIP 跨層優(yōu)化的快速移動檢測算法15， 具備 QoS保證的 MIP 垂直切換信令流程16， 并在 FMIPv6 協(xié)議下針對視頻

11、流業(yè)務提出了快速切換方案17。隨著業(yè)務類型的日趨多樣化，區(qū)分不同業(yè)務流的協(xié)議優(yōu)化工作將需要更深層次的研究。應用層移動協(xié)議SIP18,用于提供分組交換網(wǎng)絡中語音和多媒體會話的基本會話控制和應用層信令。SIP 引起廣泛關注的另一個重要原因是其被采納進IMS（IP Multimedia Subsystem, IP多媒體子系統(tǒng)）19,作為信令和會話控制平面的 協(xié)議。然而，基于SIP的移動性管理只適用于 UDP（User Datagram Protocol,用 戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）的實時通信，不適于 TCP （Transmission Control Protocol,傳輸控 制協(xié)議）的非實時通信20。并且S

12、IP設計之初是為了解決漫游，并不能解決終 端的移動性。另外，由IETF提出的SCTP協(xié)議21是從傳輸層的角度來提供移動性支持。該方案遵循端到端準則，無第三方參與垂直切換過程。部分可靠性機制和多宿主（multi-homing）是SCTP的重要特征22。然而，由于SCTP是較新的協(xié)議，學術上關于SCTP 性能研究的分析模型較少23。目前，移動IP得到學術界、標準化組織的廣泛關注24-28。3GPP在Release 7版本中考慮將MIP作為分組域的移動性管理協(xié)議，3GPP2已經將MIP引入到 核心網(wǎng)中，由 WWRF （無線世界研究論壇）WG3 （第三工作組）定義的 B3G移動性管理白皮書同樣圍繞著

13、MIP。但是不管是MIP還是其擴展版本在滿足低 時延，低丟包的QoS 要求上仍亟待進一步優(yōu)化。網(wǎng)絡的泛在化和異構性造成用戶頻繁地變換網(wǎng)絡歸屬和管理域,為保持業(yè)務的連續(xù)性，提供可靠的QoS 支持，將不可避免的發(fā)生切換，包括水平切換和垂4直切換。 在異構環(huán)境中，垂直切換得到了更加廣泛的關注，它能保證用戶采取最佳的接入方式，滿足不同業(yè)務的不同需求。切換過程中的測量和請求（也即觸發(fā)機制） 可以認為是切換過程的輸入部分，切換判決和執(zhí)行是切換過程的輸出部分。測量機制、參數(shù)的選擇；觸發(fā)順序、時間的設定；判決算法的設計都是影響切換性能的關鍵因素。傳統(tǒng)的切換測量一般只選擇網(wǎng)絡底層參數(shù)，并且觸發(fā)條件僅僅是某個特定

14、門限的限制，而對于不同特性的異構網(wǎng)絡而言，這種方案已無法滿足用戶需求。為滿足通用性、自適應性、無縫的要求，有必要設計更加智能的垂直切換測量、觸發(fā)機制。在切換觸發(fā)判決算法研究方面，跨層觸發(fā)方案29-30被廣泛采用，基于策略（Policy-base。的思想正在受到越來越多的關注31。值得注意的是，基于策略的算法雖然考慮了諸多因素，能夠滿足用戶的要求，但是由于目前的研究還無法準確得到這些因素的相互關聯(lián)關系，并且某些因素可能需要用戶參與設定，因此基于策略的方案還需要一個長期開發(fā)研究的過程才能實現(xiàn)。模糊邏輯（Fuzzylogic）應用于切換算法可以很好地選擇切換的時間以及實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的優(yōu)化32-33。本

15、課題組已經在將模糊邏輯學應用于切換算法設計方面獲得了一定的成果34,算法考慮到了基于接收信號強度（RSS）門限和由模糊邏輯產生的自適應RSS滯后量，業(yè)務負載、移動臺運動方向和移動速度，以提高切換次數(shù)和掉話率方面的系統(tǒng)性能。然而， 網(wǎng)絡中的高速數(shù)據(jù)傳輸速率可能引起的高丟包率不能單靠模糊邏輯算法來解決，可以考慮神經網(wǎng)絡和模糊理論的結合。綜上所述，開發(fā)結構化的，支持泛在、異構的移動性管理技術，實現(xiàn)移動性管理的自適應性、準確性、通用性將是未來信息技術研究最為重要的領域之一。國內外的標準化組織、學術組織也已經開展了這方面的研究，提出了各自的愿景。應當說， 歐盟對于異構網(wǎng)絡的研究在整個世界上居于領先地位，

16、但由于問題本身的復雜性、歐盟研究的技術定位以及研究本身也處于剛剛開始階段，目前在一些關鍵科學問題，如異構融合系統(tǒng)體系結構、可擴展性問題、開放移動性管理技術等方面并未見到深入的分析。如何實現(xiàn)一個開放通用的異構網(wǎng)絡體系結構和通用的移動性管理技術仍然是一個開放的課題，具有廣闊的創(chuàng)新空間。本課題組旨在抓住這個契機，通過本項目的研究，力求一方面抓住若干符合未來發(fā)展趨勢的異構網(wǎng)絡關鍵技術研究；另一方面在應用基礎理論研究和學術發(fā)展思路上有所創(chuàng)新， 力爭取得一些創(chuàng)新性成果，使我國在下一代異構網(wǎng)絡的發(fā)展與應用中在國際上占有一席之地，并培養(yǎng)若干勇于創(chuàng)新的研究人才。參考文獻1 D4-3 “ Mobility Fra

17、mework Mechanisms”2 Shintaro Uno, Jochen Eisl, and Ramon Aguero. “ Studyof Mobility Control Functions in Ambient Networks ” ICACT2006.3 O. Gonsa, T. Toniatti, V. Typpo, and F. Meago“ Triggering and Handover Management Concepts for Mobility Management in B3G Networks ” 2004.12 4th B3G-SA Cluster meet

18、ing at 3rd Concentration meeting4 “ Impact of cooperation schemes between RANs ”- finaldeliverable,IST-2003-507581 WINNER D4.4 v 1.0；5 3GPP Technical Specification Group Services and System Aspects,3GPP System Architecture Evolution:Report on Technical Options and Conclusions(TR 23.882),v1.3.0,Aug 2

19、006.6 / IEEE 802.21 Working Group Draft IEEE Standard for Local and6Metropolitan Area Networks: Media Independent Handover Service”s IEEEP802.21/D00.05 January 20067 21-05-0241-00-0000-Harmonized_MIH_Proposal_Draft_Text8 Future Forum “ B3G 愿景報告”2006. 第一期（創(chuàng)刊號）9 C. Perkins， “ IP mobility support for I

20、Pv4”， RFC 3344， Aug， 2002。10 D. Johnson， C. Perkins， J. Arkko，“ Mobility support in IPv6 ”， RFC 3775， Jun，2004。11 R. Koodli, Ed， “ Fast handovers for mobile IPv6”， RFC 4068， Jul， 2005。12 H. Soliman， C. Castelluccia， K. El Malki ， et al, “ Hierarchical Mobile IPv6 mobility management” ， RFC 4140， Aug

21、， 2005。13 A. Campell et al.,“ Design, implementation and evaluation of Cellular IP”, IEEE Personal Communications, Aug. 2000, pp. 34-41.14 IanF.Akyildiz, Jiang Xie and Shantidev Mohanty “ A survey of MobilityManagement in next-generation all-IP-based wireless system” IEEE WirelessCommunication Augus

22、t 200415 周 云，王一鴻，王瑩，異構重疊網(wǎng)絡下MIP 移動檢測算法性能比較，電子與信息學報，已錄用。16 Wang YiHong, Zhang Qi, Wang Ying, Zhang Ping, Victor O.K. Li, QoS Guaranteed Vertical Handoff Signaling Scheme for Heterogeneous Networks, IEEE MAPE, August 2005.17王一鴻，周云，王瑩，一種面向視頻流業(yè)務的異構IP網(wǎng)絡垂直切換機制，北郵學報，已錄用。18 J.Rosenberg et al “ Session Initia

23、tion Protocol” RFC 3261 June 200219 Fabricio Carvalho de Gouveia and Thomas Magedanz“ A framework to improveQos and mobility management for multimedia applications in the IMS ”Proceedings of the seventh IEEE international sysposium on Multimedia（ISM05)20 E.Wedlund and H.Schulzrinne “ Mobility suppor

24、t using SIP ” Second ACM/IEEE International Conference on Wireless and Mobile Multimedia (WoWMoM 99), Seattle, Washington, August 1999.21 R.Stewart,Q.Xie,” Stream Control Transport Protoco” l ,IETF RFC2960,Oct.2001.22 Yung-Mu Chen; Min-Yen Lai; Shao-Chieh Lin, “ SCTP-Based Handoff Based onMIH Trigge

25、rs Information in Campus Networks” , Advanced Communication Technology, 2006. ICACT 2006. The 8th International Conference Volume 2, 20-22 Feb. 2006 Page(s):1297-1301.23 Jinyang Shi,Yuehui Jin,Wei Guo, “ Performance Evaluation of SCTP as aTransport Layer Solution for Wireless Multi-access Networks ”

26、 , Wireless Communications and Networking Conference, 2004. WCNC. 2004 IEEE Volume 1, 21-25 March 2004 Page(s):453 - 458 Vol.1.24 R. Hsieh, Z. Zhou, A. Seneviratne, “ S-MIP: A Seamless Handoff Architecturefor Mobile IP” , IEEE INFOCOM 2003, March 2003.25 S. Sharma, N. Zhu, T. Chiueh, “ Low-Latency M

27、obile IP Handover Handoff forInfrastructure-Mode Wireless LANs” , IEEE Journal on Selected Areas in Communications, VoL.22, No.4, May 2004.26 Shaojian Fu, Mohammed Atiquzzaman “ Handover latency comparison of SIGMA,FMIPv6,HMIPv6,and FHMIPv6 ” IEEE GLOBECOM 2005 proceedings .27 Stefano M.Faccin “ IPM

28、ultimedia Services: Analysis of Mobil e IP and SIP Interactions in 3G Networks ” IEEE Communications Magazine January 2004.2829 Singh, G, Singh, R.B, Singh, A.P,Sohi, B.S”, IAPP Modifications for a Locationbased Fast hand off Technique in wireles networks” , Communication SystemSoftware and Middlewa

29、re, 2006. Comsware 2006. First International Conference on 08-12 Jan. 2006 Page(s):1 - 7.30 Halgamuge, M.N.; Hai Le Vu; Rarnamohanarao, K.; Zukerman, M.; ” Signal-based evaluation of handoff algorithms” , Communications Letters, IEEE Volume 9, Issue 9, Sep 2005 Page(s):790-792.31 Bejaoui, T.; Veque,

30、 V.; Tabbane, S.;” Multi-class adaptive radio resource management policy for multimedia cellular networks” , Performance, Computing, and Communications Conference, 2005. IPCCC 2005. 24th IEEE International 7-9 April 2005 Page(s):555-560.32 Hongwei Liao; Ling Tie; Zhao Du; ” A Vertical Handover Decis

31、ion AlgorithmBased on Fuzzy Control Theory” , Computer and Computational Sciences, 2006. IMSCCS '06. First International Multi-Symposiums on Volume 2, 20-24 April 2006 Page(s):309-313.33 Cheng-Jian Lin; I-Ta Tsai; Chi-Yung Lee; ” An adaptive fuzzy predictor based handoff algorithm for heterogene

32、ous network” , Fuzzy Information, 2004. Processing NAFIPS '04. IEEE Annual Meeting of the Volume 2, 27-30 June 2004 Page(s):944 - 947 Vol.2.34 Zhang Qi, Wang YiHong, Victor O.K. Li, Wang Ying, Zhang Ping, Intelligent Vertical Handoffs between Heterogeneous Communication Networks, The journal of

33、China University of Posts and Telecommunications, 2005, Vol.12, No. 2, pp20-25.3.3、課題主要研究內容、擬解決的技術難點和主要創(chuàng)新點，現(xiàn)有研究基礎課題主要研究內容:移動性管理架構|移動性管理協(xié)議夥動性管理關艇機制因絡茬制 黃讖專制 區(qū)絡瑜咫 ”踹埔曲槍覆合 緊鬲合 / W拇合M1P/4SIPSC TP”事也犁，buSl'4-iL用故性UE化模塊化時延.汗第件能才價體系U次分析眈動態(tài)?H料祖策理論開放，通用、口適應性、n圖i研究內容土構或境下的移動性管理技犬如圖i所示，本課題組將從以下幾個方面進行研究:1)開

34、放的移動性管理架構:異構性問題導致無縫通信、特別是廣域無縫通信的目標變得困難。為了讓用戶在不同網(wǎng)絡間遷移的時候可以享受到一致的業(yè)務展現(xiàn)，從體系結構的角度,需要在不同種類的平臺之間促成融合。目前網(wǎng)絡的互通融合模式分為：松耦合、 緊耦合和更緊耦合。相比之下，松耦合方式在實現(xiàn)互連互通上無需對異構網(wǎng)絡 進行大量改造，網(wǎng)絡的對等性可以克服將蜂窩網(wǎng)絡作為核心網(wǎng)所產生的低速率 瓶頸，技術較為成熟。異構網(wǎng)絡性能各異，有必要在“開放互連和開放網(wǎng)絡功能上，基于自組合(self-composition)和自管理(self-management”開發(fā)原則下設計一種開放通用的移動性管理平臺使得不同網(wǎng)絡能夠互相協(xié)作。管理

35、架構中為了整合多種技 術，并提高網(wǎng)絡效率和支持控制管理網(wǎng)絡的自主性，將進行開放、層次化的功10能模塊設計。在設計中將考慮：? 網(wǎng)絡側功能實體的增強：一般來說，異構網(wǎng)絡的切換類型為終端控制切換（MCHO） ，但是如果切換判決時能利用網(wǎng)絡提供的信息將更有助于切換的及時性和準確性，因此需要聯(lián)合網(wǎng)絡側共同作出判決?？紤]到當前蜂窩小區(qū)中切換失敗的一大因素就是目標小區(qū)缺乏資源，因此有必要合理地在網(wǎng)絡端不同域中設置新的功能實體，為移動性管理提供資源信息（如在網(wǎng)絡提供的信息中包含鄰近小區(qū)的資源利用情況以確定目標網(wǎng)絡；切換執(zhí)行前在目標小區(qū)中為切換用戶預留資源等）。不同域中新的功能實體可以采用邏輯集中，物理分布式

36、的設置方式，協(xié)助用戶順利完成切換。未來的移動性管理架構需充分體現(xiàn)網(wǎng)絡與終端協(xié)作，資源管理與移動性管理協(xié)商的理念。? 核心功能模塊的劃分：切換是移動性管理中的關鍵機制。切換部分大體可劃分為切換觸發(fā)和切換管理兩大功能實體，對其中的功能模塊劃分是一個關鍵的研究點。將重點解決切換判決功能是應該與切換測量、切換請求等操作一起放入切換觸發(fā)模塊中，還是與工具選擇、切換管理、后切換優(yōu)化等操作一起放入切換管理模塊中的爭議，最終達到資源的最優(yōu)配置，最合理完成無縫切換操作。同時， 在研究中關注切換如何與移動性管理模塊中的其它功能實體相交互。此外， 各功能實體間的接口，不同層間的服務接入點的合理設計也是層次化，通用的

37、開放移動性管理架構需研究的問題。2） 優(yōu)化的移動性管理協(xié)議設計：移動性管理協(xié)議需保證業(yè)務的連續(xù)性，最大程度滿足用戶的最佳體驗，支持11快速， 無縫切換。因此， 信令協(xié)議的設計和優(yōu)化將是移動性管理技術中的一個重要研究點。異構無線環(huán)境中的信令機制設計也需要考慮對現(xiàn)存信令協(xié)議的兼容與演進。 此外， 信令協(xié)議的設計應盡量考慮不同類型信令協(xié)議之間的集成優(yōu)化以降低網(wǎng)絡的信令傳輸代價。在移動性管理協(xié)議研究方面，移動IP目前已被廣泛接受。FMIPv6通過在鏈路層切換前為網(wǎng)絡層做好地址分配準備，大幅度降低了切換時延。而IEEE802.21 系列則定義了不同種類鏈路層觸發(fā)信令，但是沒有定義具體的實現(xiàn)方式和場景。

38、我們已經初步提出了FMIPv6 協(xié)議下， 鏈路層觸發(fā)信令的具體實現(xiàn)，將 IEEE802.21鏈路層觸發(fā)信令應用于FMIPv6,通過建立L1和L2的連接，根據(jù)得到的底層信息，輔助L3 以上的切換，達到優(yōu)化異構媒體間移動的目標。這項工作雖然具有很好的可行性，但并沒有在實際環(huán)境下考慮其優(yōu)化與信令代價的問題，仍需進一步優(yōu)化。在當前與未來網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡與協(xié)議的設計將圍繞著QoS 進行。在異構環(huán)境下， 協(xié)調不同網(wǎng)絡間的切換請求、切換應答、狀態(tài)報告、資源分配與回收等功能，需要設計具備QoS 保證的信令系統(tǒng)。通過信令間的交互、協(xié)商來完成不同域內、域間的資源管理與移動性管理。本課題組已經設計了切換準備環(huán)路、GPR

39、S-WLAN間的網(wǎng)絡層（L3）雙向連接等方案以提供 QoS保證的垂直切換信令流程， 在信令研究方面具備較強實力。應當看到，信令系統(tǒng)的效率將直接影響網(wǎng)絡性能，因此在這種自組織的泛在、異構環(huán)境下更需要精心設計出高效的信令系統(tǒng)，尤其是在基于競爭的接入網(wǎng)中。SIP作為一種IP呼叫控制協(xié)議，也已經彳#到了 3GPP和3GPP2等國際標準化 組織的認可。MIP和SIP相結合將有可能完成異構網(wǎng)絡中的主要承載與控制功能。12 本課題組也將在此領域作出有意義的探索。到目前為止，本課題組已經在NS2 中搭建了異構網(wǎng)絡融合平臺，MIPv6 和FMIPv6 平臺并進行了MIP 跨層優(yōu)化性能方面的仿真，擁有豐富的網(wǎng)絡協(xié)

40、議設計和性能分析經驗，在本課題中，我們將繼續(xù)使用網(wǎng)絡仿真器（ NS2）對提出的協(xié) 議進行仿真，并與其他現(xiàn)有的協(xié)議進行性能比較。由于協(xié)議的優(yōu)化設計是在以QoS 支持作為主要考慮因素的基礎上，因此主要的性能指標是以適度的信令負荷確保盡可能少的信息包丟失以及符合要求的切換時延。3） 智能無縫切換的關鍵機制研究：異構、泛在環(huán)境中移動性管理關鍵機制包括：高效能的測量機制，以提供切換算法最佳輸入?yún)?shù)；具有不同優(yōu)先級，不同有效時間的觸發(fā)機制，以實現(xiàn)無縫切換控制；智能切換算法，以滿足不同業(yè)務的QoS 需求， 獲取最佳網(wǎng)絡服務等。? 測量、觸發(fā)機制一般的垂直切換步驟為：系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)（測量/觸發(fā)） 、切換判決、切換執(zhí)

41、行，通常前2 個步驟以一定的時間間隔周期性的執(zhí)行。本課題中將考慮采取如下的策略： 移動節(jié)點首先檢查當前網(wǎng)絡狀況是否滿足業(yè)務需求，如滿足， 不再執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，直到業(yè)務改變或者不能滿足需求。僅當需要時，移動節(jié)點才向網(wǎng)絡側請求提供整個網(wǎng)絡信息（如鄰小區(qū)列表，移動設備位置，可利用的高層服務等），用于輔助最佳網(wǎng)絡選擇。通過這種方式，盡可能地降低終端的能量消耗。傳統(tǒng)的切換測量一般只選擇網(wǎng)絡底層參數(shù)，如接收信號強度、信噪比等信息，本課題中，將根據(jù)應用層、網(wǎng)絡層、鏈路層得到的不同信息作為切換測量參數(shù)，以及設計相應的觸發(fā)機制。利用應用層的信息，將建立面向業(yè)務類型的觸發(fā)機制，根據(jù)不同的業(yè)務類型，如VoIP 業(yè)務、

42、視頻流業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務、WWW 瀏覽等等，13執(zhí)行不同的移動性管理方案，將從兩方面著手研究：一方面， 研究不同業(yè)務模型，根據(jù)不同業(yè)務特點將其分成不同網(wǎng)絡選擇優(yōu)先級和切換時延優(yōu)先級。例如， 語音業(yè)務和視頻流業(yè)務是實時業(yè)務（視頻流業(yè)務可以視為準實時業(yè)務），對于時延要求嚴格，對切換敏感度高，相對于其他數(shù)據(jù)業(yè)務，應該盡可能的減少切換次數(shù)、降低切換時延。同時，視頻流業(yè)務比語音業(yè)務要求的帶寬高很多，因此，對于語音（VoIP）業(yè)務盡量選取覆蓋范圍大的網(wǎng)絡，對于非實時業(yè)務，可以選擇高速網(wǎng)絡，對于視頻流業(yè)務，盡量選取高速網(wǎng)絡。但是問題在于，高速網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，對于移動用戶，切換發(fā)生的概率很大。這就要求對于高速率

43、的實時業(yè)務，應該采取快速移動性管理。另一方面，利用業(yè)務空閑狀態(tài)觸發(fā)切換。VoIP 業(yè)務及非實時數(shù)據(jù)業(yè)務（如web 瀏覽） 等符合 ON/OFF 業(yè)務模型，視頻流業(yè)務由于存在防抖動緩存（ De-jitterBuffer）使其能容忍一段時間內的非實時性，可以考慮利用這個空閑，進行快速切換， 而不會影響通信質量。但是， 何時進行網(wǎng)絡層信令交互不會導致網(wǎng)絡信令負擔過大，又保證切換質量，是需要深入研究的。在網(wǎng)絡層和鏈路層方面，可以設計跨層的觸發(fā)方案。可以選擇鏈路層提供的接收信號強度（RSS） 、移動臺速度、移動方向、網(wǎng)絡可用帶寬等參數(shù)作為測量參數(shù)， 并且設計具有通用性的觸發(fā)機制。觸發(fā)機制的性能會影響切換

44、性能，觸發(fā)過早， 導致切換判決、甚至切換執(zhí)行過早發(fā)生，使得移動臺不能充分的利用高速網(wǎng)絡；觸發(fā)不及時，特別對于高速運動情況下，導致網(wǎng)絡層信令交互不完全，切換失敗。 觸發(fā)門限根據(jù)移動臺速度或者信號強度變化程度自適應調整，以適應網(wǎng)絡環(huán)境的變化?？梢钥紤]應用衛(wèi)星定位等未來先進的通信技術估算移動臺速度并且預測運動方向。14到目前為止，課題組已經對未來網(wǎng)絡中極為重要的視頻流業(yè)務進行了深入的建模和快速切換觸發(fā)分析，提出了一種用于異構IP 網(wǎng)絡的快速切換觸發(fā)方案。未來業(yè)務的發(fā)展將日趨多樣化，對各種業(yè)務特性的研究仍需要我們更深入層次的分析，甚至有可能設計出一種較為通用的觸發(fā)機制。? 切換判決算法與傳統(tǒng)的切換方案

45、不同，在垂直/混合切換中有多個指標衡量鏈路狀況并用來決定切換，如接收信號強度（RSS）、載干比（SIR）、信干比（CIR）、誤比特 率（BER）和誤分組（PER）率等。這些指標都將影響到用戶的 QoS。目前，大 多數(shù)切換判決算法的依據(jù)是用戶的 QoS, QoS是業(yè)務性能的綜合效果，它決定用 戶對業(yè)務的滿意程度。它通過用于所有業(yè)務的性能因素的組合來表示，如業(yè)務的適用性、可獲得性、可保持性、完整性及每個業(yè)務特定的其它因素。如何選擇對應的性能參數(shù)及其組合方式來具體地表征用戶的QoS 是一個值得探討的問題。另一方面，在下一代的異構環(huán)境中，切換判決過程中的網(wǎng)絡選擇也涉及到不同接入網(wǎng)絡，不同運營商之間的收

46、益問題。因此， 需要研究異構環(huán)境下的用戶和系統(tǒng)性能評價體系，分析網(wǎng)絡資源狀態(tài)（如帶寬、緩沖區(qū)）、移動終端狀態(tài)（如電能狀態(tài)、移動模式）、業(yè)務需求（如業(yè)務實時性需求、價格需求）和鏈路狀況參數(shù)（接收信號強度、載干比、信干比、誤比特率和誤分組率）等諸多因素與用戶 QoS 以及網(wǎng)絡收益之間的關系，為未來異構網(wǎng)絡的應用和運營給出理論的參考依據(jù)。在設計切換算法時需要考慮切換輸入?yún)?shù)的特點，包括： 1） 參數(shù)種類繁多，信號強度、網(wǎng)絡負載、業(yè)務帶寬、覆蓋范圍等；2）由于異構環(huán)境具有差異性，引發(fā)切換的因素不易統(tǒng)一量化表示。這些都給算法的分析和設計帶來了一定的難15度， 需要一些數(shù)學方法在定量分析多種類型因素的同時

47、，還能對其影響進行比較。可以將上述基于多種因素進行判決的過程看作是針對難于定量分析、較為模糊的問題作出決策的處理過程。課題組擬采用運籌學中的層次分析法(AnalyticHierarchy Process， AHP )和灰度關聯(lián)分析法(Grey Relational Analysis， GRA)對其進行數(shù)學建模、分析和設計。根據(jù)AHP 原理，我們將建立遞階層次結構，包括目標層、準則層和方案層，這些都需要深入的分析、研究。由于切換判決算法的設計將會直接影響到用戶所獲得的QoS 水平、以及網(wǎng)絡的整體性能，因此算法的設計還應在計算性能與計算代價之間進行平衡考慮。已有的研究表明動態(tài)多目標決策理論與最優(yōu)化

48、理論在算法設計與實現(xiàn)當中表現(xiàn)出優(yōu)良性能。在下一代的異構環(huán)境中，多種接入網(wǎng)絡，多個運營商并存，同時存在著網(wǎng)絡對用戶的選擇以及對整體收益的考慮。傳統(tǒng)的基于用戶的判決算法忽略了系統(tǒng)的整體性能與收益，這就要求我們從博弈論的觀點，同時從用戶側和網(wǎng)絡側來進行切換判決?；谝陨戏治?，課題組擬研究一種自底向上-自頂向下( bottom-up top-down)的決策機制，將判決過程分為兩步。首先，在用戶側，考慮實時的網(wǎng)絡資源狀態(tài)(如帶寬、緩沖區(qū))、移動終端狀態(tài)(如電能狀態(tài)、移動模式)和業(yè)務需求(如業(yè)務實時性需求、價格需求)等諸多因素，利用動態(tài)多目標理論選出用戶傾向的網(wǎng)絡候選集(CNS, candidate n

49、etwork set,并向網(wǎng)絡側發(fā)送消息。網(wǎng)絡側則根據(jù)這些 CNS 信息，做出最終的決策并反饋給用戶。這個決策過程可被建模為集合覆蓋問題 ( set-covering problem) 。 這種決策機制雖然兼顧了用戶喜好和網(wǎng)絡收益，但是其實現(xiàn)復雜度及其信令開銷與時延問題都需要進一步深入研究。在下一代網(wǎng)絡中，不能假設只有單一類型的業(yè)務，必將存在多種業(yè)務和應用16共存的局面，每種業(yè)務都有相應的QoS需求。對語音、數(shù)據(jù)、FTP、WWW瀏覽、Email、和視頻等多種類型業(yè)務進行建模對我們來說也是一個巨大的挑戰(zhàn)。另外， 基于流水平的切換也開始得到關注。我們將考慮業(yè)務的上下行不對稱特性， 分別為上下行不同

50、流選擇不同網(wǎng)絡傳輸，在連接過程中通過不同路徑同時保持通信，獲取分集和重傳效應，實現(xiàn)“軟切換”。擬解決的技術難點：開放移動性管理架構現(xiàn)有的移動性管理，由于只是在特定系統(tǒng)內設計，僅支持有限的功能集合或針對一個特定的環(huán)境進行優(yōu)化。在異構環(huán)境中，如何提高網(wǎng)絡效率和支持控制管理網(wǎng)絡的自主性，設計出一個開放通用的移動性管理平臺，實現(xiàn)移動性管理的自適應性、準確性、通用性，這是一個很有挑戰(zhàn)性的問題。協(xié)議設計與優(yōu)化異構無線環(huán)境下，考慮對現(xiàn)存信令協(xié)議（MIP、 SIP 等）的兼容與演進，設計一種優(yōu)化的移動性管理協(xié)議，同時兼顧不同類型信令協(xié)議之間的集成優(yōu)化以降低網(wǎng)絡的信令傳輸代價，將對下一代異構網(wǎng)絡的性能綜合優(yōu)化起

51、重要的推進作用。測量、觸發(fā)機制傳統(tǒng)的切換測量一般只選擇網(wǎng)絡底層參數(shù)，如接收信號強度、信噪比等信息，并且觸發(fā)條件僅僅是某個特定門限的限制，而對于不同特性的異構網(wǎng)絡而言，這種傳統(tǒng)的方案無法滿足通用性、自適應性、無縫的要求。在異構環(huán)境下，一方面測量機制需滿足能量消耗最小化要求，另一方面大量測量參數(shù)的選擇、觸發(fā)算法17的設計也成為影響切換性能的技術難點之一。切換判決算法針對多變的異構環(huán)境，如何探索出一套合理的用戶和系統(tǒng)性能評價體系，確定優(yōu)化的目標函數(shù)，并綜合各類參數(shù)以及算法復雜度，為不同的網(wǎng)絡和不同的業(yè)務選擇不同的指標來做出切換判決，這是本課題的核心問題之一，也是難點問題之一。主要創(chuàng)新點：本課題擬設計

52、一種具有普適性的開放移動性管理架構，能夠整合現(xiàn)有及未來的多種技術，提高網(wǎng)絡效率，支持控制管理網(wǎng)絡的自主性，使得在此架構下不同網(wǎng)絡能夠互相協(xié)作。該架構在泛在異構網(wǎng)絡基礎理論的研究方面具有創(chuàng)新性。優(yōu)化移動性管理協(xié)議，根據(jù)得到的底層信息，輔助上層的切換，達到優(yōu)化異構媒體間移動的目標。該協(xié)議可望大大降低信令時延及信令開銷，能夠保證業(yè)務的連續(xù)性，支持快速、無縫切換，并最大程度滿足用戶的最佳體驗，具有重要的學術研究價值和應用前景。從應用層、網(wǎng)絡層、鏈路層獲取不同信息作為切換測量參數(shù)，自適應地選擇測量機制。該方案有望降低終端的能量消耗，有助于推進未來異構環(huán)境的應用發(fā)展。利用多媒體業(yè)務的不同特性，研究具有自適

53、應特性的跨層觸發(fā)機制，能夠根據(jù)當前業(yè)務類型、當前服務網(wǎng)絡、可切換網(wǎng)絡的性質和狀態(tài)選擇不 同的觸發(fā)方式，使得觸發(fā)機制具有自適應性、準確性和動態(tài)分配特性。18這也是本課題的一個研究特色。研究一套異構環(huán)境下的用戶和系統(tǒng)性能評價體系，分析網(wǎng)絡資源狀態(tài)（如帶寬、 緩沖區(qū)） 、 移動終端狀態(tài)（如電能狀態(tài)、移動模式）、 業(yè)務需求 （如業(yè)務實時性需求、價格需求）和鏈路狀況參數(shù)（接收信號強度、載干比、信干比、誤比特率和誤分組率）等諸多因素與用戶QoS 以及網(wǎng)絡收益之間的關系，為未來異構網(wǎng)絡的應用和運營給出理論的參考依據(jù)。利用動態(tài)多目標決策理論、最優(yōu)化理論以及博弈論，設計一種自底向上-自頂向下的智能的切換判決算法

54、，不僅能夠根據(jù)業(yè)務類型、網(wǎng)絡狀態(tài)、終端狀態(tài)甚至用戶喜好等選擇相應的用戶側最優(yōu)接入網(wǎng)絡，而且兼顧網(wǎng)絡收益最大化的原則，作出最終的切換判決。同時，為克服切換判決門限式跳變，使得切換更符合人類邏輯思維，采用模糊邏輯等機制進行參數(shù)設計，以達到低時延、自適應無縫切換目標。由于該判決算法涉及通信技術、博弈論、決策理論等多個方面，構成了新的交叉學科前沿研究課題?，F(xiàn)有研究基礎：王瑩副教授領導的無線資源管理研究室一直致力于未來移動通信的網(wǎng)絡構架和資源分配、性能優(yōu)化的研究，通過長期的積累，擁有充足的實驗設備和豐富的研究經驗，以及研究技術人員。在開展本課題研究之前，本課題組已經在異構網(wǎng)絡融合、移動性管理方面方面進行

55、了三年的研究工作。該研究工作于2003 年 10 月受到國家自然科學基金委員會與香港研究資助局聯(lián)合資助，與香港大學李安國教授的課題組共同研究 “下一代網(wǎng)絡中具有QoS 保證的移動性管理”。在網(wǎng)絡體系結構、漫游協(xié)議、垂直切19換算法、 系統(tǒng)性能仿真分析方面取得了顯著的成果，已經發(fā)表和投稿多篇學術論文， 申請 2 項專利。 本課題組曾提出了一種基于模糊邏輯的垂直切換算法，并搭建了 MATLAB系統(tǒng)級仿真平臺；以及WLAN與GPRS網(wǎng)絡間低時延切換信令協(xié)議，并且搭建了基于移動IP的WLAN - GPRS網(wǎng)絡融合移動性管理NS-2仿真平臺， 提出了快速觸發(fā)判決方案等。在移動性管理研究方面，還提出了一種適用于異構全IP 網(wǎng)絡中視頻流業(yè)務的快速切換觸發(fā)方案，根據(jù)視頻流業(yè)務特點，利用緩存滿狀態(tài)進行鏈路層切換，保證業(yè)務實時性。同時對移動通信系統(tǒng)中的切換方法，尤其涉及OFDMA （正交頻分多址接入）移動通信系統(tǒng)和SC- FDMA （單載波頻分多址接入）移動通信系統(tǒng)的切換方法進行了深入研究。這些成果均已申請國家專利。此外， 本課題組在切換、功控等無線資源管理策略方面也進行了長期深入的研究，具有非常堅實的工作基礎。1999 年開始跟蹤國際上無線資源管理技術的相關研究成果，近幾年已經做了大量的研究工作，具有豐富的系統(tǒng)級仿真經驗，成功搭建了多