摘要：不同類型無線網(wǎng)絡(luò)的融合是寬帶無線通信發(fā)展的必然趨勢。在異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，無論何種無線網(wǎng)絡(luò)都能夠提供無所不在的最優(yōu)服務(wù)。具有挑戰(zhàn)性的問題就是異構(gòu)多模終端的管理系統(tǒng)和接入選擇功能架構(gòu)的設(shè)計。一種異構(gòu)多模終端管理架構(gòu)通過與各協(xié)議層的有效交互，可以適應(yīng)多種接入標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)的要求，實現(xiàn)多模異構(gòu)終端的無縫接入和移動。接入選擇是核心研究問題之一，接入選擇功能架構(gòu)主要包含3個模塊：接入適配、移動管理、用戶偏好。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)；異構(gòu)多模終端；終端管理系統(tǒng)；接入選擇；中間件

下一代移動通信系統(tǒng)由各種無線網(wǎng)絡(luò)組成，每種無線接入技術(shù)在容量、覆蓋、數(shù)據(jù)速率和移動性支持能力等方面各具特色，任何一種無線接入都不可能滿足所有用戶的要求。隨著已有的無線接入技術(shù)不斷演進，新型無線接入技術(shù)也不斷出現(xiàn)，它們相互補充、融合和集成。這些融合與互通涉及網(wǎng)絡(luò)的方方面面，實現(xiàn)方案多種多樣，其中終端的作用和功能始終最為關(guān)鍵。未來的移動終端將擁有多個無線接口，具有接入不同網(wǎng)絡(luò)的能力。設(shè)計異構(gòu)多模終端接入選擇的功能架構(gòu)，保持用戶接入最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)，有效利用全網(wǎng)的無線資源，整合不同無線接入技術(shù)到一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境[1]，成為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合領(lǐng)域研究的熱點之一。

1 異構(gòu)多模終端的研究現(xiàn)狀

業(yè)內(nèi)針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)終端的接入選擇機制展開了廣泛研究。在歐洲IST第六代Ambient Network項目的研究框架中，研究人員提出了“總是最佳連接”(ABC)的概念[2]，目的是使異構(gòu)多模移動終端始終無縫連接到最適合應(yīng)用需求的接入。ABC系列解決方案包括：接入發(fā)現(xiàn)、接入選擇、認證鑒權(quán)和計費(AAA)支持、移動性管理、檔案處理和內(nèi)容適配。作為核心問題之一，接入選擇針對應(yīng)用業(yè)務(wù)流，選擇最合適的接入網(wǎng)絡(luò)。IST 計劃下Moby Dick項目提出了基于終端的端到端重配置方案[3]，闡述了網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境中異構(gòu)多模終端的概念架構(gòu)，對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合中解決終端問題提供了新的思路，但整體架構(gòu)功能設(shè)計和實施方式還有待于研究，機制、算法和接口的定義還有待于完善。在3GPP R7規(guī)范中，關(guān)于系統(tǒng)架構(gòu)演進(SAE)的研究中，已經(jīng)明確提出未來的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景，必須具備在異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)之間支持無縫移動性，多接入選擇算法問題作為重要的開放課題被提出。在對B3G以及4G的愿景描述中，WWRF論壇[4]提出了未來無線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是寬帶化、泛在化、協(xié)同化，多種制式的網(wǎng)絡(luò)共存、相互補充、協(xié)同工作、支持終端移動性，并逐步演化成為一個異構(gòu)互聯(lián)的融合網(wǎng)絡(luò)。

在異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，無論何種無線網(wǎng)絡(luò)都能夠提供無所不在的最優(yōu)服務(wù)。移動用戶根據(jù)需要和要求，控制網(wǎng)絡(luò)的接入。具有挑戰(zhàn)性的問題就是異構(gòu)多模終端的管理系統(tǒng)和接入選擇功能架構(gòu)的設(shè)計。

2 異構(gòu)多模終端的管理功能架構(gòu)

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下，終端的工作環(huán)境將產(chǎn)生巨大的變化，但終端的基本組成不變，只是網(wǎng)絡(luò)的互通和融合對終端性能提出了更高的要求。在沒有用戶干預(yù)的情況下，移動終端能夠綜合考慮多種無線接入技術(shù)的能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況、網(wǎng)絡(luò)使用情況、業(yè)務(wù)需求、資費和用戶的偏好，自主地完成網(wǎng)絡(luò)感知，選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)接入。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，融合的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要全新的終端管理架構(gòu)作為支撐[5]；在實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的過程中，需要設(shè)計一種全新的異構(gòu)多模終端管理架構(gòu)。如圖1所示，異構(gòu)多模終端管理架構(gòu)通過與各協(xié)議層的有效交互，可以適應(yīng)多種接入標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)的要求，實現(xiàn)多模異構(gòu)終端的無縫接入和移動。

在異構(gòu)多模終端管理功能架構(gòu)的主要設(shè)計思想中，邏輯上將所有可用的無線資源看作一個整體，根據(jù)各業(yè)務(wù)流或會話的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求，動態(tài)地分配各業(yè)務(wù)流到不同的無線網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)可靠的QoS保證和優(yōu)化的無線資源利用。異構(gòu)多模終端管理系統(tǒng)的主要功能有接入發(fā)現(xiàn)、接入選擇、移動性管理和垂直切換、檔案管理等。

3 異構(gòu)多模終端接入選擇功能架構(gòu)設(shè)計

在異構(gòu)多模終端管理功能架構(gòu)設(shè)計中，接入選擇是核心研究問題之一?？紤]將接入選擇的功能分散到移動終端中，簡化網(wǎng)絡(luò)側(cè)處理。在用戶終端和網(wǎng)絡(luò)支持的情況下，使終端具有智能選擇接入網(wǎng)絡(luò)的能力[6]。

3.1 接入選擇功能架構(gòu)

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，為了支持終端接入選擇的功能，一種異構(gòu)多模終端接入選擇功能架構(gòu)被提出來。如圖2所示，接入選擇功能架構(gòu)主要包含3個模塊：接入適配、移動管理、用戶偏好，分別負責(zé)從不同接入網(wǎng)絡(luò)的附著點獲取鏈路層參數(shù)、處理用戶的需求和執(zhí)行接入選擇。

(1) 接入適配模塊

負責(zé)確認終端上不同的接入網(wǎng)絡(luò)接口，監(jiān)視它們的狀態(tài)，從各接口收集參數(shù)，并在接口上執(zhí)行選擇或撤銷選擇。接入適配模塊的主要作用有：

在切換過程或者移動終端的開機過程中，在合適的接入網(wǎng)絡(luò)接口進行連接或斷開連接的操作。

在接入網(wǎng)絡(luò)接口上獲得鏈路層參數(shù)，使用抽象的方法反映各接入網(wǎng)絡(luò)接口的信號質(zhì)量或者連接狀態(tài)。

接入適配模塊能夠向終端提供關(guān)于可用接入網(wǎng)絡(luò)附著點的信息列表，每個列表包括各附著點的信號強度、有效帶寬、技術(shù)類型以及網(wǎng)絡(luò)運營商等等。接入適配模塊也可以通過特定的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)協(xié)議判斷是否有新的接入網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，或者終端已選擇的網(wǎng)絡(luò)接入是否滿足要求，并將這些信息通知移動性管理中的接入選擇模塊，觸發(fā)新的接入選擇過程。

(2) 移動性管理模塊

負責(zé)處理所有與移動性管理和接入網(wǎng)絡(luò)選擇相關(guān)的事件。移動性管理模塊負責(zé)向接入選擇提供所需要的輸入?yún)?shù)(從用戶偏好模塊和接入適配模塊獲得)，觸發(fā)接入選擇判決過程，并且最終將決定發(fā)送給接入適配模塊，執(zhí)行接入選擇過程。移動性管理模塊與會話啟動協(xié)議(SIP)[7]和移動IP[8]的功能相結(jié)合，目的是提供合適的判決算法，用于選擇最優(yōu)的可用網(wǎng)絡(luò)接入。

(3) 用戶偏好模塊

負責(zé)存儲、接入和編輯用戶檔案資料。在接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法中，不同用戶對網(wǎng)絡(luò)選擇判決參數(shù)表現(xiàn)出不同的偏好。通過圖形用戶接口，針對判決參數(shù)設(shè)定不同優(yōu)先級，度量偏好程度，從而影響接入選擇過程。

在異構(gòu)多模終端功能架構(gòu)的設(shè)計中，接入選擇功能將實現(xiàn)動態(tài)選擇合適的接入網(wǎng)絡(luò)，使終端感知周圍環(huán)境中不同的接入技術(shù)、接入網(wǎng)絡(luò)的可用性，根據(jù)用戶的偏好和要求，動態(tài)地改變選擇目標(biāo)。

3.2 接入選擇過程

在移動性管理模塊中，接入選擇功能基于用戶業(yè)務(wù)、應(yīng)用需求、用戶偏好和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的可用性等等，負責(zé)接入選擇的判決。移動性管理模塊負責(zé)向接入選擇功能提供需要的輸入?yún)?shù)，觸發(fā)接入選擇的執(zhí)行過程，并將最終判決結(jié)果發(fā)送給接入適配模塊，執(zhí)行具體的接入選擇過程。接入選擇過程如圖3所示。

3.3 接入選擇功能的實現(xiàn)

中間件是位于平臺(硬件和操作系統(tǒng))和具體應(yīng)用之間的通用服務(wù)，用來屏蔽分布環(huán)境中異構(gòu)的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議[9]。在異構(gòu)多模終端的設(shè)計中，接入選擇功能可以利用中間件技術(shù)實現(xiàn)。如圖4所示，接入選擇采用分布式中間件架構(gòu)，從硬件層面自適應(yīng)用戶應(yīng)用業(yè)務(wù)流，自動協(xié)調(diào)管理。在接入選擇功能實現(xiàn)中，網(wǎng)絡(luò)接口卡感知不同可用接入網(wǎng)絡(luò)的條件參數(shù)，通過操作系統(tǒng)傳送到接入發(fā)現(xiàn)模塊中，作為接入選擇模塊的輸入。按照既定的接入選擇策略，接入選擇優(yōu)化機制折中判決參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)條件和用戶應(yīng)用需求，選擇最優(yōu)的接入目標(biāo)。接入選擇判決結(jié)果被送到的操作系統(tǒng)中，控制不同的接入網(wǎng)絡(luò)，分配業(yè)務(wù)流到不同的接口或具體執(zhí)行業(yè)務(wù)流在不同接口之間無縫切換過程。

4 結(jié)束語

在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為了實現(xiàn)多模移動終端總是無縫連接到最適合應(yīng)用需求的接入網(wǎng)絡(luò)，本文提出了一種異構(gòu)多模終端接入選擇功能架構(gòu)，賦予多模終端選擇接入不同網(wǎng)絡(luò)的功能，能夠使終端用戶在任何時間、地點接入最合適的網(wǎng)絡(luò)，為研究接入選擇算法提供了功能上的承載。下一步的研究工作是基于異構(gòu)多模終端接入選擇功能架構(gòu)，設(shè)計切實可行的接入選擇算法，使異構(gòu)多模終端能夠選擇最佳的接入網(wǎng)絡(luò)，達到無縫集成多種無線接入技術(shù)，為用戶提供最優(yōu)業(yè)務(wù)體驗的目標(biāo)。

5 參考文獻

[1] 李軍，宋梅，宋俊德.下一代移動通信網(wǎng)中一種新的移動性管理模型[J].山東大學(xué)學(xué)報，2005， 40(Sup):9-12.

[2] Fodor g， Eriksson a， Tuoriniemi a. Providing quality of services in always best connected networks[J].IEEE Communications Magazine，2003， 41(7):154-163.

[3] Olaziregi N， Niedermeier C， Schmid R， et al. Overall system architecture for reconfigurable terminals[C]//Proceedings of 1st Mobile Communication Summit， Jun 27-30， 2001， Lyon， France.

[4] World Water Rescue Foundation[EB/OL].http://www.wwrf.org.

[5] 張軼凡.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下終端發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代電信科技，2006(7):41-44.

[6] Murray k， Pesch d. Intelligent network access and inter-system handover control in heterogeneous wireless networks for smart space environments[C]//Proceedings of 6th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications(WPMC'03):Vol 1， Oct 19-22， 2003， Yokosuka， Japan. Piscataway， NJ， USA: IEEE， 2003:325-329.

[7] SCHULZRINNE H， WEDLUND E. Application layer mobility using SIP[J].Mobile Computing and Communications Review， 2000， 4(3): 47-57.

[8] 裘曉峰.移動IP[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2000.

[9] 陳勇，蔣澤軍，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成中間件的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2007， 17(18): 1755-1758.

收稿日期：2007-12-02

李軍，中國移動通信集團河南有限公司網(wǎng)管中心工程師。博士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)?，F(xiàn)主要從事移動通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化工作，研究方向為下一代移動通信關(guān)鍵技術(shù)。已在IEEE國際會議、《通信學(xué)報》、《電子與信息學(xué)報》等國家核心期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。