基于認(rèn)知的重配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化的趨勢(shì)，在豐富了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的多樣性的同時(shí)，也給網(wǎng)絡(luò)管理和技術(shù)演進(jìn)帶來(lái)了不少問(wèn)題。為了滿足用戶全球漫游的要求并充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，異構(gòu)技術(shù)間的互通和融合需求日漸強(qiáng)烈，從而促進(jìn)了端到端重配置技術(shù)研究的發(fā)展。

隨著重配置理論研究的發(fā)展，以及重配置理論和認(rèn)知理論越來(lái)越緊密的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境到未來(lái)的有認(rèn)知能力的重配置異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的漸進(jìn)演化，將是異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。

1 重配置技術(shù)概述

端到端重配置技術(shù)起源于軟件無(wú)線電(SDR)技術(shù)，利用終端和基站等可重配置實(shí)體為基礎(chǔ)定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu), 結(jié)合先進(jìn)的資源管理機(jī)制和靈活的空中接口實(shí)現(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異構(gòu)環(huán)境的靈活適應(yīng)和對(duì)異構(gòu)無(wú)線資源的有效利用[1]。

重配置技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合的新興的技術(shù)，主要的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)端到端的重配置。端到端重配置是指通信實(shí)體間完成所有通信的節(jié)點(diǎn)的適用性，包括設(shè)備(終端、基站、接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān))的配置及重配置和對(duì)開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)各層所產(chǎn)生的潛在影響。端到端重配置工程提出了一系列概念及相應(yīng)的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)B3G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的端到端的組織、連接與控制，研究的主要目標(biāo)如下：

端到端用戶及運(yùn)營(yíng)商的無(wú)縫體驗(yàn)

增強(qiáng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的適應(yīng)性

減少大型系統(tǒng)演化及調(diào)度維護(hù)的開(kāi)銷成本

實(shí)現(xiàn)新型業(yè)務(wù)的快速引入

1.1 重配置技術(shù)的研究

對(duì)于重配置技術(shù)的研究，國(guó)際上已經(jīng)取得了初步成果，歐盟發(fā)起的信息社會(huì)技術(shù)(IST)計(jì)劃中，與認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究相關(guān)的項(xiàng)目就包括CAST、TRUST、SCOUT、AN、E2R等20多個(gè)，其中E2R項(xiàng)目[2-3]研究最為成熟。E2R項(xiàng)目提出了一套較為完整的重配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架，定義了所涉及的一些必要功能模塊和流程，還研究了重配置功能對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理、靈活的頻譜管理以及聯(lián)合無(wú)線資源管理等各方面所帶來(lái)的影響，對(duì)整個(gè)世界在此方向上的研究起到了積極的推動(dòng)作用。E2R的主要成就包括以下幾個(gè)方面：

提出了端到端重配置體系架構(gòu)，包括與現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)的映射;

提出了經(jīng)過(guò)改進(jìn)的自認(rèn)知重配置管理平面;

建立了能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化頻譜和無(wú)線資源的功能體系架構(gòu);

提出了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及管理(DNPM);

提出了高級(jí)頻譜管理(ASM);

提出了獨(dú)立可操作的聯(lián)合無(wú)線資源管理(JRRM)技術(shù);

提出了感知導(dǎo)頻信道(CPC)。

此外，一些國(guó)際研究機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化組織也在積極參與和推廣端到端重配置方面的研究。2006年9月，IEEE成立了P1900.B工作組，專門研究可重配置異構(gòu)空中接口之間的共存支持問(wèn)題。P1900.B工作組的主要工作是通過(guò)定義系統(tǒng)的總體功能架構(gòu)，并在網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線接口、用戶終端分別引入相應(yīng)的重配置管理模塊，來(lái)保證現(xiàn)存以及未來(lái)可能出現(xiàn)的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存、加速異構(gòu)無(wú)線系統(tǒng)的部署、提高資源利用效率�；�于認(rèn)知的端到端重配置的標(biāo)準(zhǔn)化工作也相繼在ETSI和3GPP中展開(kāi)。

1.2 重配置網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

重配置網(wǎng)絡(luò)要求所有實(shí)體均具備自適應(yīng)、自配置能力，因此也對(duì)整個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)提出了巨大的挑戰(zhàn)。E2R的一個(gè)最主要的成就就是提出了未來(lái)重配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。

E2R將自主通信作為下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的范例，目前正致力于將自適應(yīng)重配置管理平面[4]規(guī)劃成一個(gè)統(tǒng)一的控制和管理系統(tǒng)框架來(lái)調(diào)整引入到實(shí)體間的端到端的交互，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模式下支持重配置功能的機(jī)制的策略與執(zhí)行。

自適應(yīng)重配置管理平面包含軟件定義的業(yè)務(wù)運(yùn)作組成的不可知網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立協(xié)議模型，它既可以作為現(xiàn)有的控制管理平面的擴(kuò)充，又可以作為已有的控制管理平面的新的中間平面，為重配置環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)提供額外的控制、管理功能。

在E2R第二階段，為了給網(wǎng)絡(luò)單元(終端設(shè)備、基站、路由)提供必需的控制管理功能以實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)自主重配置的功能，自適應(yīng)重配置管理平面進(jìn)行了一些改進(jìn)[5]。改進(jìn)的模型稱為“自認(rèn)知重配置管理平面”，它把整個(gè)網(wǎng)元看作一個(gè)自主化實(shí)體，提供越層控制和重配置功能。

如圖1所示，自認(rèn)知重配置管理平面包括上下文信息管理模塊、決策重配置管理模塊、自配置管理模塊和認(rèn)知服務(wù)模塊。

上下文信息管理模塊：用來(lái)處理加工體系輪廓信息和具有可重配置功能的類標(biāo)記、檢測(cè)當(dāng)?shù)乜捎觅Y源、執(zhí)行資源分配命令并形成行為報(bào)告，以實(shí)現(xiàn)全球資源的最優(yōu)化。

決策重配置管理模塊：提出并評(píng)估動(dòng)態(tài)策略規(guī)則。在定義系統(tǒng)行為時(shí)，這些規(guī)則在用戶和應(yīng)用需求資源可用性和商業(yè)化方面在高層做了限制。此外，此模塊還可以形成自我認(rèn)知學(xué)習(xí)的上下文信息，使重配置設(shè)備的自主行為規(guī)范化以形成公正的重配置決策。

自配置管理模塊：進(jìn)行協(xié)議層和越層重配置方式的轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)當(dāng)?shù)刭Y源的自我最優(yōu)化調(diào)整并具有自我修復(fù)功能;另外，它還可以提供接入及安全控制機(jī)制，負(fù)責(zé)記錄重配置結(jié)果信息。

認(rèn)知服務(wù)模塊：負(fù)責(zé)相關(guān)的容量控制和服務(wù)自適應(yīng)程序。

感知導(dǎo)頻信道[6]：通過(guò)“帶外”物理信道和“帶內(nèi)”邏輯信道實(shí)現(xiàn)多運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景下的無(wú)線接入，提供上下文感知信息。

最后，經(jīng)過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)整個(gè)重配置過(guò)程：CPC感知周圍環(huán)境，獲取上下文信息和內(nèi)部數(shù)據(jù);協(xié)商確定合適的重配置行為;系統(tǒng)根據(jù)認(rèn)知服務(wù)模塊提供的容量控制及服務(wù)應(yīng)用程序來(lái)滿足用戶的服務(wù)和容量需求;依據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)元的可能的調(diào)節(jié)來(lái)執(zhí)行設(shè)備的重配置。

在上述重配置網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，為了提供泛在無(wú)縫的接入能力，E2R技術(shù)必須能夠在單一的可適應(yīng)性系統(tǒng)上提供高效的多空中接口支持能力，以適應(yīng)各種場(chǎng)景。其中一些具體流程及相應(yīng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題將成為未來(lái)端到端重配置技術(shù)研究的重點(diǎn)。