田 潔 ，趙季紅 ，2，曲 樺

（1.西安交通大學(xué) 西安 710049；2.西安郵電大學(xué) 西安 710061）

1 引言

以向個(gè)人提供最佳業(yè)務(wù)體驗(yàn)為動(dòng)力的移動(dòng)通信與泛在網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同與融合，構(gòu)成移動(dòng)泛在業(yè)務(wù)環(huán)境，代表了下一代移動(dòng)無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向[1]。在未來，泛在化的智能設(shè)備將遍布在用戶的周圍，并且這些具有無線接入能力的智能設(shè)備將能夠隨時(shí)隨地感知用戶的需求，用戶周圍所有可用的智能終端可構(gòu)成一個(gè)終端群，并通過多樣化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同地為用戶提供無處不在的服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，移動(dòng)泛在業(yè)務(wù)環(huán)境下更加強(qiáng)調(diào)的是即使用戶處在移動(dòng)的狀態(tài)下，也能夠通過異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)及多個(gè)智能終端的協(xié)同使用戶無縫地獲得無所不能、無所不包的服務(wù)，而這也正是移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)的核心理念。在這種應(yīng)用環(huán)境下，如何通過多終端多網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同為移動(dòng)用戶提供基于ABE（always bestexperience，始終最佳的體驗(yàn)）的服務(wù)，已成為一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，與此同時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通以及多種網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境下的無縫切換等一系列問題也已成為基礎(chǔ)性的難題。

為了更好地解決這些問題，越來越多的研究者開始關(guān)注并研究移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)。其作為一種基于位置服務(wù)的主動(dòng)積極方案，通過提前預(yù)測(cè)移動(dòng)終端的位置，為移動(dòng)終端預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源以及實(shí)現(xiàn)預(yù)切換，從而保證服務(wù)質(zhì)量。由此可見，在移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)環(huán)境下，移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)無縫移動(dòng)并提高用戶體驗(yàn)方面顯得更加重要。

2 移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法的研究現(xiàn)狀

關(guān)于移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法研究的應(yīng)用場(chǎng)景目前主要有兩大類：一類是應(yīng)用于有基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)等，這類場(chǎng)景下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法主要用來輔助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換控制及無線資源管理；還有一類主要應(yīng)用于以Ad Hoc技術(shù)為基礎(chǔ)和典型代表的無基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法來優(yōu)化Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由管理機(jī)制。

2.1 有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法及存在問題

有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法從移動(dòng)性管理的角度出發(fā)，主要關(guān)注如何應(yīng)用移動(dòng)性預(yù)測(cè)，通過對(duì)移動(dòng)終端位置的預(yù)測(cè)，基于預(yù)測(cè)信息對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行尋呼，同時(shí)也可以在移動(dòng)終端預(yù)測(cè)位置的所在小區(qū)完成預(yù)切換工作，從而減少切換時(shí)延。另一方面，基于預(yù)測(cè)信息，也可以提前與預(yù)測(cè)位置所在小區(qū)進(jìn)行移動(dòng)終端所需的資源預(yù)留協(xié)商，包括地址分配、帶寬資源預(yù)留等。

最早提出的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法是采用基于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)函數(shù)的預(yù)測(cè)方法，這種預(yù)測(cè)方法主要從物理概念的角度來描述移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況，如結(jié)合移動(dòng)對(duì)象當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)方向、速度等因素，通過與構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行擬合，從而預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象在下一時(shí)間段內(nèi)的位置變化情況。參考文獻(xiàn)[2]最早假設(shè)移動(dòng)對(duì)象在某時(shí)刻的速度方向不會(huì)改變，通過構(gòu)造線性運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)線性運(yùn)動(dòng)函數(shù)對(duì)移動(dòng)對(duì)象的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)?？紤]到實(shí)際中移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)大多都是非線性的，參考文獻(xiàn)[3]克服了線性預(yù)測(cè)的缺陷，提出更加符合實(shí)際情況的非線性的基于未知模型的預(yù)測(cè)方法，能夠?qū)σ匀魏诬壽E運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行位置預(yù)測(cè)。這種基于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)函數(shù)的方法雖然提出較早，但由于當(dāng)今移動(dòng)通信環(huán)境對(duì)于實(shí)時(shí)性的需求高，這類方法因其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)函數(shù)的復(fù)雜性已不能很好地滿足網(wǎng)絡(luò)的需求。

目前，能夠適用于無線網(wǎng)絡(luò)預(yù)切換及資源預(yù)留方面的移動(dòng)預(yù)測(cè)方法以統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)思想與分析預(yù)測(cè)思想為主。統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的方法是從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的宏觀角度出發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)整體的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將提煉出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為判決條件，用于分析新進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)對(duì)象的軌跡，從而達(dá)到移動(dòng)預(yù)測(cè)的目的。如參考文獻(xiàn)[4]中通過統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)中移動(dòng)終端經(jīng)過的小區(qū)序列的情況，以此作為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)用戶的移動(dòng)模型，從而與網(wǎng)絡(luò)部移動(dòng)用戶的移動(dòng)模式進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配結(jié)果對(duì)用戶的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)。還有一些研究者以道路為單位，根據(jù)道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)不同路段上發(fā)生切換的概率，從而對(duì)移動(dòng)用戶將要切換的目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，也是基于統(tǒng)計(jì)的預(yù)測(cè)思想，如參考文獻(xiàn)[5]。這種宏觀上的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的方法對(duì)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，有利于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體優(yōu)化，然而這種方法忽略移動(dòng)對(duì)象個(gè)體的隨機(jī)性，因此從用戶的角度看，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確度較低，很難保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一個(gè)用戶都能通過移動(dòng)預(yù)測(cè)進(jìn)行預(yù)切換及資源預(yù)留。

分析預(yù)測(cè)思想與統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)思想不同的是，它從移動(dòng)用戶本身的歷史信息出發(fā)，利用人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，從移動(dòng)用戶過去的運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)用戶的移動(dòng)規(guī)律，形成用戶自身的移動(dòng)模型，從而對(duì)用戶將來的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。在這方面比較常用到的是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法，分析學(xué)習(xí)用戶的行為并記錄下來，作為用戶的移動(dòng)模型。如參考文獻(xiàn)[6]中，以無線mesh網(wǎng)絡(luò)為例，利用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來學(xué)習(xí)分析歷史時(shí)間序列，得到用戶的移動(dòng)模型，從而對(duì)用戶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了在無線mesh網(wǎng)絡(luò)下的移動(dòng)連續(xù)性及無縫連接。而對(duì)于短時(shí)間內(nèi)，沒有大量歷史數(shù)據(jù)的情況，參考文獻(xiàn)[7]中提出了基于免疫系統(tǒng)的人工智能預(yù)測(cè)算法，對(duì)于那些移動(dòng)時(shí)間較短且移動(dòng)模式難以捉摸的移動(dòng)用戶的位置起到了很好的預(yù)測(cè)效果。

由此可見，統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的方法統(tǒng)計(jì)了大量的歷史統(tǒng)計(jì)信息，而分析預(yù)測(cè)的方法則加強(qiáng)了對(duì)于移動(dòng)用戶本身歷史信息的分析，因此，為了綜合考慮網(wǎng)絡(luò)側(cè)QoS需求以及用戶終端側(cè)的用戶體驗(yàn)需求，有必要將這兩種預(yù)測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合以進(jìn)一步提高移動(dòng)性預(yù)測(cè)的性能，而這也是下一步研究開展的方向。

2.2 無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法及存在問題

在以Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為典型的無基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，沒有蜂窩式移動(dòng)通信中的基站作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)，當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臅r(shí)候，是通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的多跳路由完成。然而節(jié)點(diǎn)移動(dòng)自由度較大以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多變的特點(diǎn)增加了路由發(fā)現(xiàn)的消耗，因此通過引入移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息，并對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，這在一定程度上可以幫助掌握快速變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而能夠在進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，有目的、有范圍地選取路徑。

面向無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)主要側(cè)重于通過預(yù)測(cè)來判斷鏈路是否穩(wěn)定及可靠。當(dāng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過多跳路由來完成遠(yuǎn)距離的信息傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)間相互獨(dú)立的移動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致正在使用的多跳路由發(fā)生斷裂，因此為了能夠令所找到的路由穩(wěn)定，就需要通過節(jié)點(diǎn)自身的設(shè)備臨時(shí)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息，并對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置及運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此獲得生存時(shí)間盡可能長(zhǎng)的路由，使路由盡量穩(wěn)定。

目前，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)下典型的移動(dòng)預(yù)測(cè)都是通過GPS使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)獲得自己的位置信息，并根據(jù)現(xiàn)有時(shí)刻移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息來對(duì)節(jié)點(diǎn)未來時(shí)刻進(jìn)行模糊預(yù)測(cè)，如參考文獻(xiàn)[8，9]。鏈路可用性預(yù)測(cè)模型的提出是基于對(duì)鏈路可用性的預(yù)測(cè)，該模型依照現(xiàn)在時(shí)刻移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信息和位置信息預(yù)測(cè)估計(jì)出一段時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)位置，從而判斷兩點(diǎn)間的鏈路是否可用，如參考文獻(xiàn)[10～12]。然而，為了能夠獲得生存時(shí)間盡可能長(zhǎng)的鏈路，參考文獻(xiàn)[13]提出鏈路維持時(shí)間的預(yù)測(cè)模型，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)中無規(guī)則的、隨意運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)的軌跡或者節(jié)點(diǎn)間的相互軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，判斷鏈路連接能夠保持的時(shí)間。還有一種節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型鏈路維持時(shí)間預(yù)測(cè)模型非常類似，都是基于同一種假設(shè)，也就是最近一次獲取節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變。而不同點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的位置預(yù)測(cè)模型只是針對(duì)鏈路中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種預(yù)測(cè)模型適用于節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度慢且運(yùn)動(dòng)比較穩(wěn)定的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。

3 移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法面臨的挑戰(zhàn)

3.1 未來泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基本特征

（1）異構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

在移動(dòng)通信從2G向3G發(fā)展的過程中，產(chǎn)生了許多不同的無線傳輸技術(shù)，如GSM、CDMA、WCDMA、cdma2000、WiMAX、ZigBee、Bluetooth等?？梢钥闯?，未來的移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)不是一個(gè)單純的網(wǎng)絡(luò)，而是集已有的甚至是后續(xù)演進(jìn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的大集合，是一個(gè)由支持信息社會(huì)升級(jí)到泛在社會(huì)的智能信息架構(gòu)。從這個(gè)角度來說，泛在網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)涵蓋所有網(wǎng)絡(luò)類型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且也是一個(gè)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間融合與協(xié)同的過程。

由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)性，用戶將會(huì)同時(shí)處于若干個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的覆蓋下，并且會(huì)頻繁地在不同的網(wǎng)絡(luò)中遷移。因此在未來移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)下，需要屏蔽這種網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性，根據(jù)用戶周圍環(huán)境的變化為用戶提供無縫的、最佳的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

（2）泛在協(xié)同的智能終端

隨著終端技術(shù)呈現(xiàn)出明顯的多樣化、智能化以及多模化的發(fā)展趨勢(shì)，在未來移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶可以利用周圍可用的終端接入不同的網(wǎng)絡(luò)同時(shí)為用戶提供服務(wù)。

多個(gè)終端根據(jù)用戶的需求、業(yè)務(wù)特征以及周圍環(huán)境的變化能夠自適應(yīng)地進(jìn)行協(xié)同，從而能夠在感知、通信、計(jì)算以及業(yè)務(wù)呈現(xiàn)等方面實(shí)現(xiàn)終端能力的提升，為用戶提供最佳的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

（3）以用戶為中心的智能業(yè)務(wù)模式

在未來移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將會(huì)更加關(guān)注用戶的需求，并且隨時(shí)感知用戶的行為特征，以用戶為中心，深入了解用戶周圍的環(huán)境信息、用戶的個(gè)人偏好，為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)。

另一方面，隨著普適計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，未來移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的業(yè)務(wù)將呈現(xiàn)出智能化的模式，通過感知周圍的上下文信息，終端與網(wǎng)絡(luò)能夠主動(dòng)進(jìn)行適配協(xié)同，而不需要用戶主動(dòng)參與，向用戶提供始終最佳的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，即實(shí)現(xiàn)ABE的目標(biāo)。

3.2 移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)下移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法的需求及挑戰(zhàn)

在移動(dòng)環(huán)境下，隨著用戶的移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋以及用戶周圍可用的終端都會(huì)動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化，而在這種情況下，為了保證用戶在移動(dòng)過程中的業(yè)務(wù)連續(xù)性，終端的協(xié)同模式以及接入的無線網(wǎng)絡(luò)都需要根據(jù)周圍環(huán)境的改變做出相應(yīng)的變化。由此可以看出，在未來移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，不僅要考慮到泛在網(wǎng)絡(luò)下的異構(gòu)性、協(xié)同性和智能性，同時(shí)更加需要考慮的是在移動(dòng)的環(huán)境下，用戶的移動(dòng)性為網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)、終端的協(xié)同帶來的新變化。

因此，為了實(shí)現(xiàn)在“移動(dòng)+泛在”環(huán)境下，保證用戶的無縫移動(dòng)，并帶給用戶最佳體驗(yàn)，需要通過移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)這種積極的方案，提前預(yù)測(cè)用戶周圍可能的環(huán)境，包括網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、終端狀態(tài)等，從而保證終端接入的網(wǎng)絡(luò)以及終端的協(xié)同模式能夠根據(jù)環(huán)境的變化即時(shí)做出相應(yīng)的變化，從而保證用戶能夠在移動(dòng)的狀態(tài)下，無縫地獲得無所不能、無所不包的服務(wù)。

移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)與泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性、終端協(xié)同性、智能性3個(gè)特點(diǎn)相結(jié)合，主要面臨的挑戰(zhàn)如下。

·對(duì)于單個(gè)終端來說，如何在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中預(yù)測(cè)即將進(jìn)入?yún)^(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，以輔助網(wǎng)絡(luò)切換或小區(qū)切換。

·對(duì)于多個(gè)終端來說，如何通過移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)使多個(gè)終端保證在任何環(huán)境下都有最佳的協(xié)同模式，以使網(wǎng)絡(luò)資源及終端資源的利用率達(dá)到最大。

·如何能夠?yàn)橛脩籼峁┲悄芑囊苿?dòng)性預(yù)測(cè)服務(wù)。

4 移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)方法的關(guān)鍵思想

根據(jù)對(duì)移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)的需求及挑戰(zhàn)的理解，關(guān)于未來研究移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵思想路線可以概況為：在屏蔽網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的基礎(chǔ)上，通過對(duì)環(huán)境的預(yù)測(cè)保證多終端始終能夠以最佳的模式協(xié)同，同時(shí)基于用戶的需求，提供智能化的移動(dòng)性預(yù)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)用戶的無縫移動(dòng)及最佳的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

4.1 屏蔽網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的預(yù)測(cè)機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性是泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)面臨的主要問題之一。如前所述，目前對(duì)于移動(dòng)性預(yù)測(cè)方面的研究雖然已經(jīng)有很多方法及成果，但是大多數(shù)的預(yù)測(cè)方法只是針對(duì)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)預(yù)測(cè)，如在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)中通過對(duì)蜂窩小區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。然而在具有多種無線接入技術(shù)覆蓋的情況下，如果僅采用類似同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下單純地以小區(qū)為預(yù)測(cè)目標(biāo)的預(yù)測(cè)方法，已不能對(duì)切換管理起到很好的優(yōu)化效果。這是因?yàn)樵谶@種多終端、多網(wǎng)絡(luò)的泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，切換不僅涉及某個(gè)移動(dòng)終端在同一網(wǎng)絡(luò)下小區(qū)間的切換，還包括在不同接入網(wǎng)之間的切換。因此在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境下，面對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不再單一的情況，移動(dòng)性預(yù)測(cè)更重要的是需要預(yù)測(cè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)即將進(jìn)入的區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。

在設(shè)計(jì)移動(dòng)性預(yù)測(cè)方案時(shí)，首先需要明確在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何描述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性。通常對(duì)于位置移動(dòng)的描述有單元描述法和地圖匹配法兩種，如圖1、圖2所示。

圖1 單元描述法

圖2 地圖匹配法

在單元描述法中，地理區(qū)域可以被分成形狀規(guī)則的單元，通過經(jīng)過的單元序列來描述位置的移動(dòng)性，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的基站小區(qū)就可看作一個(gè)單元。而地圖匹配法則是借助GPS定位功能，將定位出來的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)行駛路線與電子地圖進(jìn)行匹配，從而描述移動(dòng)軌跡。

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，為了能夠屏蔽無線接入網(wǎng)的異構(gòu)性，并且簡(jiǎn)便有效地描述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)軌跡，可以用統(tǒng)一的道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來替代復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采取單元描述與地圖匹配相結(jié)合的方法，結(jié)合電子地圖將道路以交叉路口為節(jié)點(diǎn)分段，并以一條路段為一個(gè)單元，用經(jīng)過的路段序列來描述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)軌跡。

其次，如何獲取單位路段上的網(wǎng)絡(luò)覆蓋信息也是解決異構(gòu)性預(yù)測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過單位小區(qū)內(nèi)的基站可以獲取該小區(qū)內(nèi)部的基本網(wǎng)絡(luò)信息，基于這種思想，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可以采用中間件機(jī)制，讓該中間件與各個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，并獲取各無線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息。目前正在研究開發(fā)的IEEE 802.21 MIH（media independent handover，介質(zhì)獨(dú)立切換）就是這種策略。而MIH中的介質(zhì)獨(dú)立的信息服務(wù)（MIIS）一般可以提供包括通用接入網(wǎng)絡(luò)信息、附著點(diǎn)（point of attachment，PoA）的信息、高層信息（HLI）這三大類網(wǎng)絡(luò)信息。因此，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的信息可以借助IEEE 802.21的功能獲得。

4.2 保證終端最佳協(xié)同模式的預(yù)測(cè)機(jī)制

如前所述，異構(gòu)性預(yù)測(cè)解決了泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下單終端多網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性預(yù)測(cè)問題，然而在基于異構(gòu)性預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，還需要解決多終端多網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性預(yù)測(cè)問題，也就是基于終端協(xié)同情況下的預(yù)測(cè)問題。根據(jù)協(xié)同工作的終端之間的分散程度，可將終端協(xié)同分為聚合式終端協(xié)同和分布式終端協(xié)同。

聚合式終端協(xié)同通常是指同一個(gè)用戶攜帶的多個(gè)終端，協(xié)同為該用戶服務(wù)的場(chǎng)景，如圖3所示。

圖3 聚合式終端協(xié)同場(chǎng)景

由于在這種場(chǎng)景下，一方面隨著用戶的移動(dòng)，無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況可能會(huì)發(fā)生變化，并且由于終端對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)的接入能力各不相同，因此可參與協(xié)同的終端也同時(shí)會(huì)發(fā)生變化。而另一方面又考慮到同一個(gè)用戶所攜帶的終端的聚合程度較高，因而能夠參與協(xié)同工作的各個(gè)終端所處的環(huán)境是基本相同的，包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、地理環(huán)境等。因此對(duì)于聚合式終端協(xié)同來說，為了使終端群組能夠有效地協(xié)同起來為用戶提供服務(wù)，使資源利用率達(dá)到最大化，其重點(diǎn)在于怎么有效地捕捉到無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，并且為了保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，更重要的是在移動(dòng)過程中對(duì)于未來時(shí)刻無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況的預(yù)測(cè)，從而能夠即時(shí)有效地對(duì)參與協(xié)同的終端做出判斷。

分布式終端協(xié)同方式下，終端與終端之間往往具有一定的距離，并且終端所處的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況也可能會(huì)不同，如圖4所示。當(dāng)某一用戶A使用攜帶的終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，當(dāng)其發(fā)現(xiàn)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不能滿足于他需要進(jìn)行的業(yè)務(wù)或者當(dāng)前沒有可用的無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用戶A會(huì)向其附近的用戶B的終端發(fā)出請(qǐng)求，由用戶B的終端接入其他網(wǎng)絡(luò)來協(xié)助用戶A的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，而這便是分布式的終端協(xié)同方式。

圖4 分布式終端協(xié)同

這種分布式的終端協(xié)同可以看作類似于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間通過多跳的方式協(xié)同進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，同時(shí)，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)除了進(jìn)行節(jié)點(diǎn)群內(nèi)部的通信，還要借助其他有基礎(chǔ)設(shè)施的無線接入網(wǎng)絡(luò)向外部傳輸數(shù)據(jù)。所以針對(duì)這種分布式的終端協(xié)同方式，為了能夠讓終端有效地協(xié)同達(dá)到最佳用戶體驗(yàn)，在協(xié)同性預(yù)測(cè)方面，不僅需要對(duì)每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)未來進(jìn)入的網(wǎng)絡(luò)或小區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)應(yīng)該結(jié)合類似Ad Hoc這類無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)，即結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置信息，選擇最佳的相鄰的協(xié)同終端，達(dá)到協(xié)同性預(yù)測(cè)的目的。

可以看出，在未來無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)與有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同與融合將是移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，所以考慮到有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)與無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)側(cè)重點(diǎn)的不同，為了在移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠使終端群實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)同機(jī)制，需要將有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)與無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，一方面對(duì)移動(dòng)終端群組所處位置的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，另一方面對(duì)于移動(dòng)終端群組內(nèi)部來說，其內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)類似Ad Hoc的多跳傳輸網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)移動(dòng)終端間的相對(duì)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便選擇最佳的路由實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端間的協(xié)同，從而最終達(dá)到協(xié)同性預(yù)測(cè)的目的。

4.3 結(jié)合用戶需求的智能化預(yù)測(cè)

移動(dòng)泛在網(wǎng)是以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠隨時(shí)、隨地、方便地體驗(yàn)到以用戶為中心的個(gè)性化服務(wù)，因此，除了上述異構(gòu)性預(yù)測(cè)和協(xié)同性預(yù)測(cè)，移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)同時(shí)還需要為用戶帶來個(gè)性化的智能性預(yù)測(cè)。這里主要體現(xiàn)在對(duì)用戶移動(dòng)路徑的推薦指導(dǎo)性預(yù)測(cè)，即為了使用戶在移動(dòng)過程中保證業(yè)務(wù)連續(xù)性以及終端網(wǎng)絡(luò)資源利用率的最大化，可根據(jù)用戶的需求及實(shí)際業(yè)務(wù)的QoS需求，結(jié)合上下文信息為用戶推薦一條最佳路徑。對(duì)于最佳路徑的衡量不僅僅是以以往的最短路徑法則為標(biāo)準(zhǔn)，而是充分結(jié)合了終端信息及網(wǎng)絡(luò)信息，以終端網(wǎng)絡(luò)最佳匹配為原則的智能性預(yù)測(cè)。

上下文感知計(jì)算理論作為“普適計(jì)算”的核心子領(lǐng)域之一，使系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和利用位置、周圍環(huán)境等上下文信息。由于上下文感知技術(shù)兼具“普適計(jì)算”和“個(gè)性化”兩種優(yōu)勢(shì)，因此為了進(jìn)一步提高路徑推薦的精確度以及用戶的滿意度，將上下文信息引入移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)預(yù)測(cè)，一方面可以使系統(tǒng)根據(jù)上下文信息進(jìn)行業(yè)務(wù)適配，另一方面可以綜合考慮網(wǎng)絡(luò)上下文信息及環(huán)境上下文信息，智能地為用戶推薦一條網(wǎng)絡(luò)終端匹配最佳路徑，從而能夠保證用戶的最佳業(yè)務(wù)體驗(yàn)?？傊?，隨著移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)應(yīng)用、電子旅游、智能醫(yī)療等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用的發(fā)展，未來在智能性的預(yù)測(cè)方面，基于上下文感知技術(shù)，提取用戶偏好，進(jìn)行個(gè)性化的推薦將會(huì)成為潛在的發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

未來移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)研究是一種趨勢(shì)，但是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、終端協(xié)同以及智能化需求等問題是移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)能否在泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用的決定性因素。原有的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境相對(duì)單一，無法適用于多終端多網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜環(huán)境，本文針對(duì)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)及業(yè)務(wù)需求，結(jié)合異構(gòu)、協(xié)同及智能3個(gè)關(guān)鍵因素提出移動(dòng)泛在業(yè)務(wù)應(yīng)用下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)，通過將有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)與無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)性預(yù)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)相結(jié)合，從而能夠保證在移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于預(yù)測(cè)信息實(shí)現(xiàn)無縫移動(dòng)，提高用戶體驗(yàn)。

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