金珊　趙濱

摘 要：泛在網(wǎng)絡將傳統(tǒng)網(wǎng)絡的概念擴展到更為寬廣的領域，能夠?qū)崿F(xiàn)任何時間（Anytime）、任何地點（Any-where）、任何人（Anyone）、任何物（Anything）的通信網(wǎng)絡。因此泛在網(wǎng)絡中的移動性管理非常重要，是確保各類終端設備在不同網(wǎng)絡中實現(xiàn)業(yè)務連續(xù)性的重要技術。

關鍵詞：泛在網(wǎng)；移動性管理；業(yè)務連續(xù)性

1 引言

隨著無線技術的進步，移動網(wǎng)絡、智能終端以及應用環(huán)境都呈現(xiàn)出了多樣性。人們一直期待的廣泛存在、無所不在的泛在網(wǎng)絡也日益成為現(xiàn)實。ITU將泛在網(wǎng)絡描述為物聯(lián)網(wǎng)基礎的遠景，泛在網(wǎng)涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、傳感網(wǎng)等網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)人與人之間、人與物之間、物與物之間的網(wǎng)絡互聯(lián)。

由于泛在網(wǎng)絡技術包括各類無線技術（3G、LTE、GSM、WLAN等等）以及各類有線網(wǎng)絡技術的互聯(lián)互通，因此研究各類通信協(xié)議和技術中移動性管理以及業(yè)務連續(xù)性管理是提高用戶體驗，確保業(yè)務質(zhì)量，簡化終端實現(xiàn)的重要內(nèi)容。

本文針對泛在網(wǎng)絡中技術的多樣性，分析無線網(wǎng)絡中、移動應用場景下，不同無線網(wǎng)絡間的互操作技術，多媒體業(yè)務的連續(xù)性管理，介紹泛在網(wǎng)絡中的移動性管理技術。

2 泛在網(wǎng)絡中移動性管理的挑戰(zhàn)

隨著通訊的發(fā)展，用戶要求多個終端設備協(xié)同為其提供信息服務，然而這些終端設備可能跨越異構的通信業(yè)務網(wǎng)絡，包括蜂窩移動網(wǎng)、Internet網(wǎng)、家庭網(wǎng)、固定電信網(wǎng)、廣播電信網(wǎng)，甚至是物聯(lián)網(wǎng)，我們將這些網(wǎng)絡統(tǒng)稱為泛在網(wǎng)絡。為了實現(xiàn)這些異構終端設備的協(xié)同工作，需要考慮終端或用戶在網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)、移動場景下的業(yè)務連續(xù)性問題，網(wǎng)絡需要具備持續(xù)提供通信服務的能力，通信業(yè)務才能夠得到一定的質(zhì)量保障，而不受網(wǎng)絡接入技術變化的影響。

由于通信網(wǎng)絡發(fā)展的持續(xù)性，目前的網(wǎng)絡類型多樣化，業(yè)務特別是多媒體業(yè)務對質(zhì)量體驗的要求也日益增高，所以泛在網(wǎng)中的移動性管理面臨著來自技術、網(wǎng)絡升級復雜性、終端實現(xiàn)、以及應用業(yè)務實現(xiàn)等多方面的挑戰(zhàn)。

2.1 移動性管理所面臨的挑戰(zhàn)

在不同的接入網(wǎng)絡技術中，有多種不同的途徑來完成對一個用戶或終端設備的接入。用戶可以分別登陸到每一個接入網(wǎng)，也可以接入不同網(wǎng)絡的認證和授權機制，以允許用戶或終端設備無需多次登錄而能在不同的接入網(wǎng)絡之間移動。

比較好的移動性管理技術將不同接入網(wǎng)的登錄、注冊程序緊密地聯(lián)系在一起，用戶在不同的接入網(wǎng)之間移動時不必關閉或重新啟動應用，既可以享受連續(xù)、流暢的業(yè)務服務。

過去幾年，我們見證了移動數(shù)據(jù)流量指數(shù)級的增長。為了充分利用有限而昂貴的頻譜資源，無線移動網(wǎng)絡也經(jīng)歷了從GSM， 到WCDMA/TD-SDMA/CDMA2000，以及LTE的快速發(fā)展。與無線接入技術發(fā)展相應部署的移動核心網(wǎng)絡具有集中和層次化的特點，在支持不同的無線接入網(wǎng)的移動性方面，面臨著網(wǎng)絡的擴展、可靠性等多方面的挑戰(zhàn)。隨著WiFi的廣泛部署，選擇性的實現(xiàn)無線蜂窩網(wǎng)的流量卸載，也是移動性管理需要支持的重要技術。

2.2 業(yè)務連續(xù)性技術所面臨的挑戰(zhàn)

泛在網(wǎng)絡能夠為移動的終端提供可靠的服務，從而提供業(yè)務連續(xù)性極為重要。然而在移動場景下，業(yè)務在不同的網(wǎng)絡間切換時，會遇到信令復雜、切換時延長、切換的目標小區(qū)業(yè)務過荷等種種問題。而隨著數(shù)字多媒體業(yè)務的發(fā)展，業(yè)務連續(xù)性從方方面面影響著客戶體驗。所以，針對泛在網(wǎng)的這些特性，我們必須提供一個開放的，有高度適應性的移動業(yè)務連續(xù)性技術，以保證客戶的傳輸業(yè)務的持續(xù)性和可靠性。

3 各類無線網(wǎng)絡間的移動性管理和互操作技術

由于移動網(wǎng)絡的復雜性，以及近年來網(wǎng)絡的快速演進，在支持泛在網(wǎng)絡的移動性管理時，需要首先考慮各類無線網(wǎng)絡間如何實現(xiàn)系統(tǒng)間的互操作、控制業(yè)務的切換，提高用戶體驗，并在一定的時延要求下完成業(yè)務和網(wǎng)絡的切換，降低網(wǎng)絡和終端實現(xiàn)的復雜性。

3.1 無線網(wǎng)絡間的移動性管理技術

3.1.1 WCDMA/TD-SCDMA和GSM互操作技術

WCDMA/TD-SCDMA和GSM 互操作的基本工作模式有兩種：移動終端控制模式和網(wǎng)絡控制模式。在移動終端控制模式下，由移動終端來選擇它將與哪個小區(qū)進行聯(lián)系，當然網(wǎng)絡可以通過廣播各種參數(shù)來影響該過程。在網(wǎng)絡控制模式下，由網(wǎng)絡來通知移動終端與相應小區(qū)進行聯(lián)系。

WCDMA/TD-SCDMA和GSM間切換性能的優(yōu)化策略：判斷WCDM/TD- SCDMA和GSM系統(tǒng)間互操作質(zhì)量的好壞主要標準是：終端在網(wǎng)絡間移動時，能否平滑地從一個網(wǎng)絡切換到另一個網(wǎng)絡，避免斷網(wǎng)或斷話現(xiàn)象，實現(xiàn)業(yè)務的平滑切換。為此，可以進行如下可能的優(yōu)化：

⑴在進行小區(qū)選擇時，除了無線鏈路質(zhì)量外，網(wǎng)絡還應該考慮其他方面的情況，如當前已建立業(yè)務的負荷等。避免將業(yè)務切換到一個負荷過載的小區(qū)。

⑵對于快速移動的移動終端，當存在一個可用的具有較大覆蓋范圍的小區(qū)時，要通過對小區(qū)參數(shù)的合適配置，禁止它選擇覆蓋范圍較小的小區(qū)。

⑶對無線網(wǎng)絡進行優(yōu)化，特別是3G/4G網(wǎng)絡，避免網(wǎng)絡覆蓋的邊界區(qū)域信號突然衰落，盡量實現(xiàn)覆蓋區(qū)內(nèi)部信號的連續(xù)覆蓋，減少信號盲區(qū)和弱區(qū)，尤其要避免人流較多處的信號盲區(qū)和弱區(qū)。通過提高覆蓋率，減少系統(tǒng)間的切換次數(shù)，提高系統(tǒng)切換成功概率。

⑷正確的設置好WCDMA/TD-SCDMA與GSM小區(qū)的邊界，對于移動性管理能力的提高，降低系統(tǒng)間切換失敗的可能性也非常有效。

3.1.2 LTE與2G/3G網(wǎng)絡的互操作技術

隨著LTE網(wǎng)絡的逐步部署，LTE將與2G/3G網(wǎng)絡長期共存，需要實現(xiàn)業(yè)務的融合，以及不同網(wǎng)絡間的互操作和移動性管理。

為了實現(xiàn)網(wǎng)絡間的移動性管理，網(wǎng)絡間的切換必不可少?？紤]到智能手機的廣泛應用。HTML5等新技術的進步，以及移動用戶對業(yè)務體驗的要求，提出了如下實現(xiàn)切換的目標：

⑴在切換前后、以及切換過程中，實現(xiàn)QoS的保證

⑵網(wǎng)絡切換不可過度消耗終端電池

⑶業(yè)務連續(xù)性的保證（切換需符合時延要求）

⑷4G/3G/2G/CDMA各類網(wǎng)絡間的無縫切換

LTE有以下三種類型的切換：

⑴LTE內(nèi)部切換：發(fā)生在當前LTE節(jié)點內(nèi)部的切換，即在MME或SGW內(nèi)的切換。

⑵LTE外部切換：發(fā)生在當前LTE節(jié)點外部的切換，即在不同MME或SGW間的切換。

⑶不同無線接入網(wǎng)間的切換：與不同無線接入技術間的切換，如與GSM/UMTS等網(wǎng)絡間的切換

下圖是最為復雜的不同接入網(wǎng)間切換的信令流程（以EUTRA為例）

3.2 WLAN與無線網(wǎng)絡融合中的移動性管理技術

WLAN技術在成本、帶寬和應用普及等方面具有諸多優(yōu)勢，目前已經(jīng)被運營商作為移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的重要補充。而在WLAN建設運營中，如何利用已有移動蜂窩網(wǎng)絡成熟的架構協(xié)議機制，將WLAN與移動蜂窩網(wǎng)絡進行融合，在降低網(wǎng)絡建設和運營成本的同時，提升用戶體驗，也是泛在網(wǎng)絡移動性管理中必須要面對的問題。

業(yè)務連續(xù)性需解決的關鍵問題為實現(xiàn)用戶在不同網(wǎng)絡間的無感知切換，網(wǎng)絡側(cè)主要需要解決兩個關鍵問題：

⑴同時附著的異網(wǎng)切換過程中，終端設備同時保持和兩個網(wǎng)絡連接，即終端設備同時在WLAN和移動蜂窩網(wǎng)絡上附著。

⑵業(yè)務錨點選擇和保持：網(wǎng)絡初始接入時，需要選擇業(yè)務錨點。業(yè)務錨點負責管理WLAN和移動蜂窩間的數(shù)據(jù)路由，管理WLAN和移動蜂窩接入間的移動。該錨點支持多個網(wǎng)絡的接入，異網(wǎng)切換時，需要保持已選擇的業(yè)務錨點不變。

為了實現(xiàn)業(yè)務連續(xù)性解決方案，可以通過升級移動核心網(wǎng)的HLR（歸屬位置寄存器），新增HA（HomeAgent，家鄉(xiāng)代理）作為業(yè)務錨點；或者實現(xiàn)基于移動IP的業(yè)務連續(xù)性解決方案，通過移動IP協(xié)議中每個移動節(jié)點的“歸屬代理”，每當移動節(jié)點得到新的轉(zhuǎn)交地址時，生成移動節(jié)點的歸屬地址與當前轉(zhuǎn)交地址的“移動綁定”，實現(xiàn)業(yè)務的連續(xù)性。

這兩種解決方案還不能完全解決異網(wǎng)同時附著的問題，因此在切換過程中用戶可能有業(yè)務中斷的感知，隨著終端設備的進步，相關方案還可以進一步改進。

3.3 泛在網(wǎng)絡中的群移動性管理技術

泛在網(wǎng)是一個包含多終端，且是移動的，異構的網(wǎng)絡。隨著交通工具的發(fā)展，在這個網(wǎng)絡中會有大量終端設備隨火車、汽車一起移動的情況，即泛在網(wǎng)絡中的群移動性管理。

為了更好地實現(xiàn)批量終端設備的切換，同時在目標小區(qū)進行有效的資源預留，泛在網(wǎng)絡中群移動性管理是非常重要的研究內(nèi)容。其關鍵技術包括：

群組終端的發(fā)現(xiàn)和識別：移動性管理需要規(guī)定用戶和終端如何能夠在網(wǎng)絡和系統(tǒng)中被識別出來，如何區(qū)分同一個群組內(nèi)部的不同個體。這種身份功能是移動性管理過程中的第一步，將被用于用戶和終端的認證、鑒權和計費，未被認證的用戶或終端無法接受特定移動群組提供的服務和信息。

群組的生成與維護技術：這是群移動性管理的基礎，群的移動相對于個體的移動更加復雜，群與群之間所需要的服務和信息以及所要求的鏈路環(huán)境都是各不相同的，因此，如何確定創(chuàng)建群的條件、如何由終端或用戶根據(jù)上下文環(huán)境或需求來創(chuàng)建生成一個終端群、如何來管理加入群中的終端、如何來維護一個移動群等將直接關系到后續(xù)技術實現(xiàn)的有效性與復雜度。

群移動支持的路由管理技術：網(wǎng)絡既要生成一條合理的路徑使得網(wǎng)絡的代價最小，使得群之間的通信最合理，也要保留一些備用路徑，使得群之間通信時大量的數(shù)據(jù)不至于阻塞，同時還要考慮網(wǎng)絡的異構性，使得數(shù)據(jù)流能夠在不同特性的子網(wǎng)中進行傳輸。

4 總結

根據(jù)本文的研究工作可見，通過異種網(wǎng)絡的互操作技術，在不同的網(wǎng)絡間可根據(jù)合理的條件進行切換，實現(xiàn)終端設備在移動場景中的業(yè)務連續(xù)性，確保和提高業(yè)務的服務質(zhì)量。

通過研究，筆者認為在泛在網(wǎng)絡的移動性場景下切換是不可避免的，目前研究的主流方向是對于切換的各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，或者是利用各類新技術來提高切換效率。今后可以通過進一步研究基于終端側(cè)的業(yè)務連續(xù)性方案，利用終端設備的位置信息、使用業(yè)務等條件來進行業(yè)務連續(xù)性管理，減少對網(wǎng)絡的改動，使泛在網(wǎng)中的移動性管理更有效，業(yè)務質(zhì)量得到更好的保證，提升用戶在泛在網(wǎng)絡中移動場景下的用戶體驗。

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