摘要：隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，多接入技術(shù)、不同運(yùn)營商和多樣化終端共存的局面使得傳統(tǒng)的無線通信格局面臨困境，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。歐盟項(xiàng)目Ambient Networks對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合進(jìn)行了深入的研究。Ambient Networks提出了Ambient控制平面(ACS)來支持動(dòng)態(tài)的、分布式的、自管理和自維護(hù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理；通過多無線接入結(jié)構(gòu)(MRA)充分利用多種接入技術(shù)并存帶來的優(yōu)勢，為用戶提供總是處于最佳連接的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；AN項(xiàng)目；Ambient控制平面；多無線接入結(jié)構(gòu)

目前，無線通信網(wǎng)絡(luò)種類多且相對獨(dú)立，每種網(wǎng)絡(luò)都有其特殊的架構(gòu)、組網(wǎng)方式、空中接口和資源管理機(jī)制。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的無線用戶終端也多種多樣。用戶期望不管使用任何接入方式都能夠享受到個(gè)性化、多樣化的服務(wù)。毫無疑問，這種多接入技術(shù)、不同運(yùn)營商和多樣化終端共存的局面使得傳統(tǒng)的無線通信格局面臨困境，網(wǎng)絡(luò)融合勢在必行。

歐盟對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的研究在世界上居于領(lǐng)先地位，其中以歐盟信息社會(huì)技術(shù)(IST)系列研究項(xiàng)目最具有代表性。MAGNET項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)、研發(fā)和實(shí)現(xiàn)個(gè)人網(wǎng)絡(luò)(PN)來為移動(dòng)用戶在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提供資源利用率高、具有魯棒性、無處不在、安全的個(gè)人服務(wù)，其核心概念就是PN網(wǎng)及PN網(wǎng)融合。EuQoS項(xiàng)目側(cè)重于研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的端到端QoS技術(shù)。E2R項(xiàng)目利用感知無線電技術(shù)，著重研究網(wǎng)絡(luò)的可重配置功能。它的創(chuàng)新在于對于可重配置技術(shù)是在端到端的情況下研究的。WINNER項(xiàng)目希望以一個(gè)無處不在的無線通信系統(tǒng)代替目前多種系統(tǒng)(蜂窩、WLAN和近距離無線接入等)共存的格局。歐盟期望WINNER網(wǎng)絡(luò)具有更高的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠在各種無線環(huán)境下自適應(yīng)地提供各種業(yè)務(wù)和服務(wù)。這些項(xiàng)目研究范圍涵蓋接入、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)等方面，既相互競爭又相互合作，從多個(gè)層面和角度對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合問題進(jìn)行了有意義的研究。此外，Ambient Networks項(xiàng)目也對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合進(jìn)行了深入的研究。本文將著重介紹Ambient Networks項(xiàng)目。

1 Ambient Networks項(xiàng)目簡介

Ambient Networks項(xiàng)目始于2004年，簡稱AN項(xiàng)目，是歐盟第六框架計(jì)劃下的一個(gè)大型合作項(xiàng)目。它的目標(biāo)是通過Ambient Networking網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來促進(jìn)未來異構(gòu)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間的有效互聯(lián)和協(xié)作，從而使得用戶無論使用何種網(wǎng)絡(luò)，都能夠享有豐富易用的服務(wù)。AN項(xiàng)目的這一目標(biāo)是建立在不同技術(shù)的組合及網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)協(xié)作之上，有效地利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和接入手段，盡量避免增加新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系中。

AN項(xiàng)目歷時(shí)4年，分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段(2004年—2005年)主要是確定整體方案，研發(fā)具有創(chuàng)新性的技術(shù)。第二階段(2006年—2007年)通過實(shí)現(xiàn)、測試和性能評(píng)估來驗(yàn)證其可行性，并促成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化體系。

AN項(xiàng)目分為8個(gè)工作組(WP)。WP1進(jìn)行技術(shù)協(xié)調(diào)和評(píng)估商業(yè)可行性；WP2負(fù)責(zé)研究移動(dòng)性管理；WP3負(fù)責(zé)研究多無線接入方式；WP4研究網(wǎng)絡(luò)管理策略來支持動(dòng)態(tài)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合和協(xié)作；WP5研究動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接和路由結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)研究用戶平面的通信機(jī)制；WP6增強(qiáng)傳輸層功能，重點(diǎn)研究服務(wù)感知自適應(yīng)傳輸覆蓋(SATO)技術(shù)；WP7研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一動(dòng)態(tài)融合，主要是在控制平面上研究融合策略，對于不同的網(wǎng)絡(luò)類型和技術(shù)實(shí)現(xiàn)相同的融合過程；WP8負(fù)責(zé)綜合實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹AN項(xiàng)目的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，分別是WP4提出的ACS和WP3提出的MRA。

2 Ambient控制平面

為了實(shí)現(xiàn)AN項(xiàng)目的目標(biāo)，支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合和協(xié)作，AN的網(wǎng)絡(luò)管理必須是動(dòng)態(tài)的、分布式的、自管理和自維護(hù)的，并能自動(dòng)響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)及周邊環(huán)境。為此，WP4提出了ACS。

ACS是一個(gè)分布式的通用控制平面，它不僅能持續(xù)地感知底層網(wǎng)絡(luò)的特性、資源、故障和性能，還能支持AN的自我管理和重配置。ACS的創(chuàng)新點(diǎn)在于：它將3種不同研究領(lǐng)域(網(wǎng)絡(luò)環(huán)境管理、網(wǎng)絡(luò)管理和基于策略的系統(tǒng)管理)組合起來，研究出一個(gè)適合AN項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)管理要求的解決方案。ACS包含兩個(gè)要素：功能模塊和接口。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

ACS包含一些功能模塊，例如多種無線資源管理(MRRM)、流量工程、移動(dòng)性管理(MM)等。這些功能模塊嵌入到ACS結(jié)構(gòu)中，相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)整體控制功能。3種接口分別是Ambient服務(wù)接口(ASI)、Ambient資源接口(ARI)和Ambient網(wǎng)絡(luò)接口(ANI)。高層應(yīng)用和服務(wù)通過ASI向ACS發(fā)出關(guān)于端到端連接的建立、維持和終結(jié)的請求，ASI還能夠向上層告知其管理能力和底層網(wǎng)絡(luò)信息。ARI位于ACS和連接層之間，ACS可以通過ARI控制和管理連接資源，這些資源可以是路由器、交換機(jī)等。ANI可以幫助實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的ACS之間的通信，它可以創(chuàng)造一個(gè)共享的通用的控制平面來獲得AN所追求的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力，通過ANI，不同網(wǎng)絡(luò)之間可以進(jìn)行協(xié)定和商議，并可以相互交換控制信息[1]。

3 多無線接入結(jié)構(gòu)

雖然多種接入方式并存的局面對于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有效互聯(lián)帶來了挑戰(zhàn)，但是也提供了一個(gè)潛在的機(jī)會(huì)，就是同時(shí)利用多種接入技術(shù)，聯(lián)合相互競爭的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來為用戶提供一種總是處于最佳連接狀態(tài)的服務(wù)。AN多接入的理念是通過即時(shí)確立網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)融合方式使用戶接入到任意網(wǎng)絡(luò)，甚至可以接入非授權(quán)網(wǎng)絡(luò)。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)理念，AN提出了MRA結(jié)構(gòu)。MRA包含兩個(gè)組件：多無線資源管理(MRRM)和通用鏈路層(GLL)[2]，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

3.1 多無線資源管理

MRRM負(fù)責(zé)在不同接入技術(shù)間進(jìn)行聯(lián)合的無線資源管理。MRRM的目標(biāo)在于通過融合多種無線接入技術(shù)進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的容量和覆蓋范圍；同時(shí)，通過選擇最有效的某個(gè)或某些無線接入技術(shù)，做到資源使用率(頻譜、功率等)、系統(tǒng)開銷、終端用戶性能和服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求等因素之間的良好協(xié)調(diào)。

3.1.1 MRRM的邏輯結(jié)構(gòu)

MRRM在邏輯上可分為兩部分：協(xié)調(diào)功能塊和補(bǔ)充RRM功能塊。這兩個(gè)模塊都建立在網(wǎng)絡(luò)本身具有的RRM功能塊之上，見圖3。

協(xié)調(diào)功能塊的職責(zé)范圍橫跨多種可用的無線接入技術(shù)，其主要功能包括：動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)可用接入技術(shù)、不同網(wǎng)絡(luò)的MRRM之間的通信、接入方式選擇、不同接入技術(shù)間的切換、擁塞控制、負(fù)載均衡、自適應(yīng)協(xié)調(diào)多種無線接入網(wǎng)絡(luò)的資源分配等。

補(bǔ)充RRM功能塊是特別為某個(gè)無線接入技術(shù)設(shè)計(jì)的模塊，它并沒有取代各種無線接入技術(shù)現(xiàn)有的RRM功能塊，而是作為一種補(bǔ)充。補(bǔ)充RRM功能塊可以為現(xiàn)有的無線接入技術(shù)提供其缺少或改善其不適用的RRM功能，例如可以為基于IEEE 802.11的WLAN提供接納控制、擁塞控制、無線接入技術(shù)內(nèi)部切換等其所不具備的功能。

一些現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的RRM可能已經(jīng)具有協(xié)調(diào)功能，例如3GPP里的負(fù)載均衡和接入方式選擇，雖然不是特別地在AN環(huán)境下開發(fā)的，但這些功能也可以被協(xié)調(diào)功能塊使用。協(xié)調(diào)功能塊和補(bǔ)充RRM功能塊之間可通過建立標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一接口而分開。

3.1.2 MRRM的功能

MRRM是一個(gè)運(yùn)作在系統(tǒng)層、會(huì)話層和數(shù)據(jù)流層的控制平面功能實(shí)體。在系統(tǒng)層，MRRM橫跨兩個(gè)或多個(gè)無線接入技術(shù)，執(zhí)行頻譜、負(fù)載和擁塞控制。在會(huì)話層，MRRM用于在相關(guān)的數(shù)據(jù)流之間進(jìn)行匹配，它的功能可以被系統(tǒng)層操作觸發(fā)，也可直接被會(huì)話層/數(shù)據(jù)流層事件觸發(fā)，例如會(huì)話到來和用戶移動(dòng)等。在數(shù)據(jù)流層，MRRM建立和維持無線連接，這種無線連接可能是由并行多跳路由構(gòu)成的。

(1) 會(huì)話層/數(shù)據(jù)流層功能

會(huì)話層/數(shù)據(jù)流層功能主要包括3個(gè)方面：無線接入通告、無線接入發(fā)現(xiàn)和無線接入選擇。對于一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，適時(shí)地通告帶寬等網(wǎng)絡(luò)資源信息是非常重要的。無線接入通告應(yīng)該向MRRM提供適當(dāng)及充足的信息，它可作為網(wǎng)絡(luò)組合過程中協(xié)商開始的依據(jù)。無線接入通告的信息包括網(wǎng)絡(luò)的存在及網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的能力，可能還包括費(fèi)用信息等。無線接入發(fā)現(xiàn)利用通告信息來識(shí)別和監(jiān)控可選的無線接入方式。無線接入選擇在無線接入發(fā)現(xiàn)所確定的接入方式中為不同的數(shù)據(jù)流選出合適的接入方式[3]。

(2) 系統(tǒng)層功能

系統(tǒng)層功能主要是觀察、監(jiān)測、管理網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和資源利用率，它橫跨多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的MRRM，保持對整體資源的控制，執(zhí)行擁塞控制、負(fù)載均衡和頻譜控制。軟擁塞控制和負(fù)載均衡的目的在于探測即將來臨的擁塞，并采取措施來預(yù)防真正擁塞的發(fā)生。如果軟擁塞控制未能阻止硬擁塞的發(fā)生，硬擁塞控制開始強(qiáng)制丟棄某些數(shù)據(jù)流。在AN中，所有的節(jié)點(diǎn)和終端都可以互相協(xié)商來共享資源，在擁塞內(nèi)或附近的節(jié)點(diǎn)可以與其相鄰節(jié)點(diǎn)溝通來共同解決擁塞問題。此外，引入網(wǎng)絡(luò)間的一些互動(dòng)，包括網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡(定向切換)或頻譜控制(信道借用)等，將會(huì)提高系統(tǒng)預(yù)防和解決擁塞的潛在能力。這樣，網(wǎng)絡(luò)間可以通過協(xié)作來解決擁塞問題，并通過出售空閑頻譜提供一個(gè)更有效和靈活的資源使用方式，這是AN所具備而現(xiàn)有系統(tǒng)沒有的新性能，需要進(jìn)一步的研究。

3.2 通用鏈路層

面對包含各種各樣無線接入技術(shù)的未來通信系統(tǒng)，一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)就是提供一個(gè)多無線接入結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線接入網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)并有效支持豐富多彩的服務(wù)。為了保證這種互聯(lián)在用戶和服務(wù)平面是透明的，需要在原有的鏈路層上進(jìn)行擴(kuò)展，為此，AN項(xiàng)目提出了一個(gè)通用鏈路層GLL的概念。

GLL位于具體無線接入技術(shù)的二層之上或部分取代二層。GLL的設(shè)計(jì)可與MAC層進(jìn)行不同程度的耦合，一般來說，耦合程度越高，系統(tǒng)互聯(lián)的復(fù)雜度越高，但能帶來更多的多接入增益。GLL的統(tǒng)一鏈路層工具箱可以在用戶平面為上層(IP層及IP層以上)提供一個(gè)統(tǒng)一接口并自適應(yīng)于下層(仍保留的具體無線接入技術(shù))鏈路層。GLL所具備的功能一般都運(yùn)作于用戶平面的數(shù)據(jù)流，例如在無線接入選擇階段，GLL在精確時(shí)間范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)地將數(shù)據(jù)流以串行或并行的方式映射到MRRM選擇的任意無線接入方式上。

3.2.1 GLL的邏輯結(jié)構(gòu)

AN中的GLL被分為4個(gè)功能塊，如圖4，分別是：GLL-控制(Control)、GLL-數(shù)據(jù)(Data)、GLL-無線鏈路控制(RLC)、GLL-媒體接入控制(MAC)。GLL-Control負(fù)責(zé)鏈路層配置和與MRRM的交互，包括接入選擇控制、資源監(jiān)測和性能監(jiān)測等功能。GLL通過GLL-Data進(jìn)行移動(dòng)性管理、緩沖器管理和傳輸環(huán)境信息，通過GLL-Data、GLL-RLC進(jìn)行安全性管理，通過GLL-Data、GLL-MAC進(jìn)行接入調(diào)度。GLL通過GLL-RLC支持差錯(cuò)和流量控制以及數(shù)據(jù)分割和重組。

3.2.2 GLL支持的新技術(shù)

GLL支持兩種新技術(shù)，分別是異構(gòu)發(fā)送分集(MRTD)和異構(gòu)多跳(MRMH)[4]。

(1) 異構(gòu)發(fā)送分集

MRTD定義為串行或并行的選擇多種接入技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)流。MRTD假設(shè)接入網(wǎng)和移動(dòng)終端都能在多種無線接入技術(shù)上發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，即都是多模的。MRTD包括串行和并行兩種方式。其中串行MRTD是指在不同無線接入技術(shù)間的動(dòng)態(tài)切換，假設(shè)用戶最初使用一種接入方式，如果在數(shù)據(jù)流發(fā)送過程中，因?yàn)橛脩粑恢玫淖兓蚴褂玫慕尤敕绞讲荒軡M足用戶QoS要求，則用戶可以切換到另一種無線接入技術(shù)上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。并行MRTD是指兩個(gè)通信實(shí)體間的數(shù)據(jù)流分離在不同的接入技術(shù)上進(jìn)行傳送。由于數(shù)據(jù)流經(jīng)過每種接入技術(shù)所經(jīng)歷的衰落是不相關(guān)的，因此并行MRTD可得到分集增益，從而提高整個(gè)系統(tǒng)可靠性和魯棒性。此外，還可考慮在分組數(shù)據(jù)包發(fā)送前對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的編碼，接收端對所有的接收結(jié)果進(jìn)行合并解碼處理，從而獲得編碼增益。圖5為下行并行MRTD的原理圖。

(2) 異構(gòu)多跳

MRMH定義為兩個(gè)通信實(shí)體之間通過中繼節(jié)點(diǎn)，利用多種無線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多跳通信。MRMH主要通過中繼節(jié)點(diǎn)來完成兩個(gè)實(shí)體間的異構(gòu)多跳，因此MRMH賦予了中繼新的功能。傳統(tǒng)的中繼主要是為了提高小區(qū)的覆蓋范圍和提高小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量，即同構(gòu)多跳技術(shù)。而在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的環(huán)境中，中繼不但具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，還必須能夠完成不同無線接入技術(shù)的轉(zhuǎn)化，使得使用某一特定接入技術(shù)的用戶能夠通過異構(gòu)中繼接入到不同的或非授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)中，這種技術(shù)就是異構(gòu)多跳技術(shù)，也是MRMH的主要內(nèi)容。AN項(xiàng)目通過在中繼上增加GLL技術(shù)來使傳統(tǒng)的中繼轉(zhuǎn)變成為異構(gòu)中繼。MRMH的具體實(shí)現(xiàn)過程見圖6。

隨著研究的深入，將會(huì)有更多的研究熱點(diǎn)值得關(guān)注，例如：異構(gòu)中繼的部署，異構(gòu)多跳網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度，異構(gòu)中繼之間的協(xié)作等等，這些將推動(dòng)著異構(gòu)多跳技術(shù)的不斷發(fā)展。

4 結(jié)束語

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是下一代網(wǎng)絡(luò)在近期內(nèi)的表現(xiàn)形式，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)在市場和技術(shù)的雙重驅(qū)動(dòng)下的發(fā)展趨勢。歐盟第六框架計(jì)劃下的AN項(xiàng)目對于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)組合提出了一個(gè)全新的概念，它避免對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系較大的改變，通過即時(shí)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)定來為用戶提供訪問任意網(wǎng)絡(luò)的能力。雖然歐盟的研究在整個(gè)世界上居于領(lǐng)先地位，但是由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是一個(gè)長期演進(jìn)、復(fù)雜而龐大的問題，歐盟的研究也處于初始階段，一些其他關(guān)鍵問題還亟待解決，例如，融合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的資源效能問題、可擴(kuò)展性問題、系統(tǒng)的自組織與他組織的共性矛盾問題等還需要我們進(jìn)一步深入持續(xù)的研究。

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收稿日期：2008-03-07

程婕，北京郵電大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)在讀研究生。主要研究方向?yàn)镸IMO-

OFDM系統(tǒng)無線資源管理，中繼網(wǎng)絡(luò)無線資源管理，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源管理。

馮春燕，北京郵電大學(xué)教授、博士研究生導(dǎo)師、北京郵電大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院副院長、通信網(wǎng)絡(luò)綜合技術(shù)研究所副所長。主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信、寬帶網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。發(fā)表論文20余篇，出版著作4本。