WiMAX切換保證業(yè)務(wù)連續(xù)性

WiMAX能夠很好支持移動性，其中包括對處于空閑/休眠模式和連接模式下終端跨小區(qū)移動時的業(yè)務(wù)處理，空閑/休眠模式下的移動性處理包括如尋呼、位置更新、省電模式等功能。

WiMAX作為一個新興的無線寬帶技術(shù)，受到了很多運營商的青睞，其中一個很重要的原因就是其對移動性的良好支持。移動性功能包括了對處于空閑/休眠模式和連接模式下終端跨小區(qū)移動時的業(yè)務(wù)處理，空閑/休眠模式下的移動性處理包括如尋呼、位置更新、省電模式等功能，切換功能專指連接模式下的終端在不同層次的移動后，系統(tǒng)通過一定的處理來保證業(yè)務(wù)連接的連續(xù)性。下面會從WiMAX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)入手，來分析不同類型的切換處理流程和實現(xiàn)，進一步結(jié)合業(yè)務(wù)需求提出評估切換性能的一些通用指標(KPI)。

在WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組NWG定義的WiMAX端到端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(版本1.0)對WiMAX的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)元之間的接口作出了定義。

切換的實現(xiàn)和分析

作為一個支持移動的廣域網(wǎng)無線系統(tǒng)，WiMAX系統(tǒng)切換的底層過程與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)有一定的相似性，盡管在一些細節(jié)上有所不同，但也包括了切換前的測量和觸發(fā)、切換發(fā)生和處理、切換后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等過程。

1.二層切換過程和實現(xiàn)

二層切換的過程可以細化為下面幾步：網(wǎng)絡(luò)拓撲的獲取和測量,切換判決和發(fā)生,網(wǎng)絡(luò)重入和承載前轉(zhuǎn)。

網(wǎng)絡(luò)拓撲的獲取和測量�；�站BS會根據(jù)系統(tǒng)的鄰區(qū)配置信息通過MOB_NBR_ADV消息來廣播網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息，為終端MS提供鄰近BS和小區(qū)的情況。MS得到這些消息后，會通過MOB_SCN-REQ消息請求系統(tǒng)分配一組掃描時隙，BS會回復(fù)以MOB_SCN_RSP消息明確地給MS分配掃描間隙和其它與掃描相關(guān)的信息，然后MS會根據(jù)此消息中的內(nèi)容對鄰區(qū)的無線情況進行測量并作上報，如接收信號強度RSSI、載干比CINR等。

切換的判決和發(fā)生：MS和BS會根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的切換門限等判決數(shù)據(jù)進行切換判決，當(dāng)決定MS要從服務(wù)小區(qū)切換到目標小區(qū)時，切換開始發(fā)生。MS或服務(wù)BS都可以做HO判決。HO判決完成的標志是MOB_MSHO-REQ或MOB_BSHO-REQ消息，同時也是HO的通知，這就預(yù)示了MS將開始切換。此時，服務(wù)BS會給目標BS發(fā)送HO_Pre_Notification消息，目標BS會準備一些資源(如分配本地HO_ID)并與ASN_GW交互來獲取一些必要的信息(如Security上下文)，最后與源服務(wù)BS確認準備完成。然后，服務(wù)小區(qū)會發(fā)送MOB_BSHO_RSP消息給MS，指示MS切換的發(fā)生，MS會發(fā)送MOB_BSHO_IND消息給服務(wù)小區(qū)給以切換的確認。

網(wǎng)絡(luò)重入和承載前轉(zhuǎn)。在目標BS開始數(shù)據(jù)傳輸前，MS應(yīng)與目標BS下行同步，并獲取其上下行的傳輸參數(shù)。如果目標BS能夠從傳輸網(wǎng)獲得MS的信息，則網(wǎng)絡(luò)重進入過程將會縮短。重入完成后，系統(tǒng)開始恢復(fù)數(shù)據(jù)連接。在切換的過程中，源服務(wù)小區(qū)可能會緩存一些發(fā)往MS的數(shù)據(jù)，此時，源服務(wù)BS可能會將這部分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目標BS，這樣可以極大地減少數(shù)據(jù)損失，改善上層的業(yè)務(wù)連接性能。

2.三層切換過程和實現(xiàn)

如果切換過程涉及ASN_GW/FA的變更，則系統(tǒng)在完成MAC層、物理層的連接處理后(如二層切換的處理過程)，會觸發(fā)移動IP的處理過程來保證IP層連接的連續(xù)性。

當(dāng)MS移動到的新小區(qū)使用不同的外部網(wǎng)關(guān)時，系統(tǒng)必須做一定的處理才能避免將上層發(fā)送給該MS(或該IP地址)的數(shù)據(jù)包仍發(fā)往舊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，從而屏蔽上層業(yè)務(wù)連接對底層路由的依賴。在WiMAX系統(tǒng)中，采用IETF規(guī)定的Mobile　IP(MIP)技術(shù)來實現(xiàn)三層切換的平滑處理。當(dāng)服務(wù)MS的網(wǎng)關(guān)發(fā)生變更后，MIP客戶端會發(fā)起MIP注冊過程，通知歸屬代理HA(Home　Agent)變更客戶端和轉(zhuǎn)交地址CoA的綁定關(guān)系，并建立HA到FA的隧道，以后上層再發(fā)往切換終端的數(shù)據(jù)便會有效地轉(zhuǎn)發(fā)到終端側(cè)。

根據(jù)完成MIP客戶端功能的網(wǎng)元的不同，WiMAX論壇定義了兩種MIP的實現(xiàn)方式：CMIP(Cli-ent　MIP)和PMIP(Proxy　MIP)。CMIP指MIP的客戶端功能由WiMAX終端來實現(xiàn)，這樣終端側(cè)復(fù)雜性會有一定的增加；PMIP指MIP客戶端的功能由系統(tǒng)內(nèi)某一個網(wǎng)元來代替終端來完成，這樣簡化了對WiMAX終端的要求，但要求ASN內(nèi)部做一些特定的處理。不同廠家實現(xiàn)MIP客戶端的位置會有所不同，但MobileIP流程是相同的。

對業(yè)務(wù)的影響評估

WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組NWG將WiMAX終端的使用場景或移動級別分為了四類：固定模式(Fixed)、游牧模式(Nomadic)、簡單移動(Simple　Mobility)、全移動(Full　Mobility)。固定模式是指終端設(shè)備固定某個地方，在業(yè)務(wù)連接過程中不會發(fā)生移動，主要應(yīng)用于WiMAX提供固定接入的應(yīng)用場景，終端類型主要為CPE設(shè)備；游牧模式是指終端位置可以發(fā)生變化，但每次業(yè)務(wù)連接不是固定在某個地方，終端類型如PCMCIA卡等。簡單移動和全移動模式與傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景一樣，終端可以隨處移動，包括空閑模式和連接模式，主要終端類型指手機等設(shè)備。后兩種模式在業(yè)務(wù)性能的要求上有所不同。

基于WiMAX論壇的業(yè)務(wù)需求和建議中(SPWG　Requirements　Release1.5)的性能需求，參照傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對移動性能的評估，可以對評估WiMAX網(wǎng)絡(luò)切換對業(yè)務(wù)影響的關(guān)鍵指標做如下一些定義。

1.切換成功率。指切換成功次數(shù)與切換請求次數(shù)的比值，用來整體評估切換成功執(zhí)行的情況。

2.切換過程中業(yè)務(wù)中斷時間。指業(yè)務(wù)在切換過程中中斷的時長(Connection　Gap)，用來評估切換執(zhí)行對業(yè)務(wù)的影響情況。

3.切換過程中丟包率。指數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換過程中數(shù)據(jù)丟包的比率(Packet　Loss)，用來評估切換過程對數(shù)據(jù)傳輸可靠性的影響。

4.切換過程中數(shù)據(jù)包單向延遲。指上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換過程中在各個傳輸方向的延遲(One　Way　Packet　Deley)。

5.切換過程中數(shù)據(jù)包時延抖動性。指上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換過程中在各個傳輸方向的延遲的變化程度(One　Way　Packet　Delay　Variation)。

系統(tǒng)切換性能現(xiàn)狀

Motorola作為WiMAX業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)將完全符合標準的端到端的WiMAX商用產(chǎn)品投放市場，同時也儲備了大量的工程技術(shù)人員，根據(jù)運營商的實際情況(如頻率資源、站點分布等)來規(guī)劃和部署高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)。在目前的商用版本中，Motorola產(chǎn)品支持包括全移動(Full　Mobility)在內(nèi)的全部使用場景，系統(tǒng)從初始就支持了小區(qū)間、基站間的切換功能和移動IP功能，并在多個商用、試驗網(wǎng)絡(luò)中驗證了其提供網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性能。

在美國某運營商搭建的多基站外場試驗網(wǎng)中，收集了大量的路測數(shù)據(jù)，對Motorola系統(tǒng)的切換質(zhì)量進行了全面的評估，涵蓋了不同業(yè)務(wù)場景、不同移動速度、不同業(yè)務(wù)類型多方面的內(nèi)容�？v觀多次測試結(jié)果，切換成功率可與現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換性能相比，可以做到切換前后服務(wù)質(zhì)量QoS的保證，切換時延完全滿足不同業(yè)務(wù)的要求，驗證了切換對上層業(yè)務(wù)的影響，系統(tǒng)做到了切換過程中Ping包沒有丟失，流媒體業(yè)務(wù)流暢，VoIP話音清晰，得到了客戶高度的評價，為即將開始的大規(guī)模的商用部署建立了極大的信心。