淺談混合移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的切換

張傳福

中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司設(shè)計院



　　摘 要 隨著對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增長，今后的各種通信網(wǎng)絡(luò)都要能夠提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，各種網(wǎng)絡(luò)之間的切換就變得非常重要。本文主要介紹了各種移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的切換方法，方法的優(yōu)缺點(diǎn)，特別是GPRS、WLAN、CDPD以及IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)之間的切換。


　　關(guān)鍵詞 移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) GPRS WLAN CDPD IEEE 802.11 移動IP 漫游



1 引言


　　第二代移動通信系統(tǒng)主要為用戶提供話音業(yè)務(wù)。但現(xiàn)在用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求迅速增長，據(jù)UMTS論壇估計，在未來的5年內(nèi)，預(yù)計每年的增長率為70%。第三代移動通信系統(tǒng)就是為用戶提供各種先進(jìn)的業(yè)務(wù)，包括多媒體業(yè)務(wù)。其中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占絕大部分。


　　以前的切換算法絕大多數(shù)是為話音業(yè)務(wù)設(shè)計的，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不適用。話音業(yè)務(wù)一般使用電路交換，要滿足絕對時延限制的要求。而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般使用分組交換，時延限制要求通常是統(tǒng)計意義上的要求（平均時延）。使用非連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸方式也將遇到各種問題。因為不是連續(xù)的傳輸，不能夠隨意地進(jìn)行很好的鏈路質(zhì)量估計，只能在進(jìn)行實際傳輸時做鏈路質(zhì)量估計。特別是當(dāng)業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性非常強(qiáng)時，鏈路質(zhì)量參數(shù)的統(tǒng)計性估計可能會有相當(dāng)大程度的惡化，因為在傳輸之間移動設(shè)備可能移動了一段距離。這將影響切換的判決。在這些情況下，切換的概念失去了它在物理上的意義，并可能考慮用不同的“無連接”方式（或多端口）來代替，這樣在某些區(qū)域的任意RAP可能從移動設(shè)備接收消息而不需要明確地建立邏輯/物理連接。其他需要考慮的可能性（特別是在CDMA系統(tǒng)中）是“人工地”保持物理鏈路，甚至在沒有數(shù)據(jù)傳輸時也通過規(guī)定最小的“空閑”功率電平來保持。


　　用于話音業(yè)務(wù)的切換算法的目標(biāo)是有較低的呼叫阻塞概率和強(qiáng)迫中斷概率，而用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的切換算法的目標(biāo)是實現(xiàn)無損切換，主要解決切換時數(shù)據(jù)的緩存問題。保證時延要求是次要的目標(biāo)。


　　切換在任何移動網(wǎng)絡(luò)中都非常重要，它是一種機(jī)制，通過它將移動設(shè)備與相應(yīng)的終端或主機(jī)之間正在進(jìn)行的連接從固定網(wǎng)的一個接入點(diǎn)轉(zhuǎn)換到另一個接入點(diǎn)。在蜂窩電話和移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，這樣的連接點(diǎn)稱為基站（BS），在無線LAN（WLAN）中，將它們稱為接入點(diǎn)（AP）。在兩種情況下，這樣的連接點(diǎn)服務(wù)區(qū)域稱為蜂窩的覆蓋區(qū)域。在蜂窩電話情況下，切換涉及將話音呼叫從一個BS轉(zhuǎn)換到另一個BS。在WLAN情況下，它涉及將連接從一個AP轉(zhuǎn)換到另一個AP。在混合網(wǎng)絡(luò)中，它將涉及將連接從一個BS/ AP轉(zhuǎn)換到另一個BS/ AP，在BS和AP之間轉(zhuǎn)換或相反。


　　已經(jīng)對電路交換移動網(wǎng)絡(luò)中的切換機(jī)制做了大量研究，但對分組交換移動網(wǎng)絡(luò)的切換機(jī)制研究得很少。性能測量，如呼叫阻塞和呼叫中斷，只能用于實時業(yè)務(wù)，并且可能不適合客戶/服務(wù)器應(yīng)用中存在的突發(fā)業(yè)務(wù)。當(dāng)正在進(jìn)行話音呼叫時，允許的反應(yīng)時間非常有限，資源分配必須保證。在偶爾可能丟失一些分組和允許中等的差錯率時，重傳是不可能的，并且連接性必須連續(xù)地保持。另一方面，根據(jù)定義，突發(fā)數(shù)據(jù)只需要間歇的連續(xù)性，并且可以容忍更大的反應(yīng)時間和使用重傳丟失的分組。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，只有當(dāng)終端移出當(dāng)前連接點(diǎn)的覆蓋范圍或業(yè)務(wù)量負(fù)載非常高以至進(jìn)行切換可以導(dǎo)致更大的吞吐量和利用率時才進(jìn)行切換。


　　無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)變得越來越普遍，但不是無處不在。因此，自然的趨勢是朝向利用小覆蓋范圍、高帶寬數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)IEEE 802.11可利用時就要利用它，當(dāng)不能利用無線局域網(wǎng)（WLAN）的覆蓋時就轉(zhuǎn)換到重迭的業(yè)務(wù)，如有低帶寬的通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）。我們稱這樣的過程為技術(shù)間漫游或混合網(wǎng)絡(luò)中的切換。當(dāng)考慮混合分組交換網(wǎng)絡(luò)之間的切換時，如從WLAN AP到GPRS BS的切換，只能用非常低的優(yōu)先級進(jìn)行，而從GPRS BS到WLAN AP的切換應(yīng)根據(jù)兩個系統(tǒng)之間的可用帶寬相差的幅度，無論何時可能就進(jìn)行切換。


　　有各種與切換有關(guān)的問題。將這些問題分成兩類：結(jié)構(gòu)問題和切換判決時間算法。結(jié)構(gòu)問題是這些與方法論、控制、在改變連接中涉及的軟件/硬件單元有關(guān)的問題。與判決時間算法有關(guān)的問題是算法的類型、算法所使用的測量方法和性能估計的方法論。


2 混合移動數(shù)據(jù)網(wǎng)中的切換方式


2.1 切換的結(jié)構(gòu)問題


　　切換過程包括一系列協(xié)議來通知執(zhí)行切換的特定連接和必須重新定義連接中的所有相關(guān)實體。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，MH一般用特定的連接點(diǎn)來登記。在話音網(wǎng)絡(luò)中，空閑的移動設(shè)備將選擇在它所位于的蜂窩中服務(wù)的特定BS。目的是對進(jìn)入的數(shù)據(jù)分組或話音呼叫恰當(dāng)?shù)貙ぢ�。�?dāng)移動設(shè)備移動并執(zhí)行連接點(diǎn)間的切換時，必須通知舊的服務(wù)連接點(diǎn)這種改變。通常稱它為分離。移動設(shè)備也必須將自己重新連接到接入固定網(wǎng)的新連接點(diǎn)。為了無縫地繼續(xù)正在進(jìn)行的連接或呼叫，尋路數(shù)據(jù)分組到移動設(shè)備或交換話音呼叫所涉及的其他網(wǎng)絡(luò)實體必須知道切換。在GPRS中使用移動設(shè)備輔助的切換。


2.2 判決時間算法


　　在移動話音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中使用各種測量方法來決定切換。在大多數(shù)這些網(wǎng)絡(luò)中使用從服務(wù)連接點(diǎn)和鄰近連接點(diǎn)接收的信號強(qiáng)度（RSS）測量，但只使用RSS并不是最優(yōu)的。RSS與某些參數(shù)的組合，如滯后范圍、路徑損失、載波干擾比（CIR）、信號干擾比（SIR）、比特誤碼率（BER）、塊差錯率（BLER）、符號差錯率（SER）、功率預(yù)算、蜂窩排隊、業(yè)務(wù)流量、速度、距離、駐留定時器和求平均的窗口，已經(jīng)用于各種切換算法中�？梢允褂妙~外的參數(shù)進(jìn)行更智能的判決。


　　切換測量與可能最終用于進(jìn)行切換判決的算法類型有密切的關(guān)系。要研究廣泛的切換測量類型，包括RSS、信標(biāo)分組、SNR、BER和分組差錯率。建議使用廣泛類型測量的第二個原因是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯系統(tǒng)的算法可以基于更大數(shù)量的輸入進(jìn)行更靈敏的判決。判決是根據(jù)輸入和以前觀察的情況進(jìn)行模式匹配來進(jìn)行。因此，通過使用特殊的切換測量子集作為輸入可以進(jìn)行更好的模式匹配。因為切換用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也必須研究對測量和算法的性能靈敏度。


　　切換算法的性能由一定的性能測量的效果來確定。大多數(shù)考慮的性能測量，如呼叫阻塞概率、切換失敗概率、切換請求和執(zhí)行之間的時延和呼叫中斷概率，與話音連接有關(guān)。切換率（每單位時間的切換數(shù)量）與乒乓效應(yīng)有關(guān)，并且一般將算法設(shè)計成使不必要的切換數(shù)量最小。在移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，除了使切換率最小化很重要外，其他問題包括在切換期間和切換后吞吐量最大化和維持QoS保證。但是這些問題沒有引起足夠的注意。


　　最近出現(xiàn)了其他技術(shù)，如假設(shè)測試、動態(tài)編程和基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)或模糊邏輯系統(tǒng)的模式識別技術(shù)。復(fù)雜的切換問題需要這些復(fù)雜的算法，特別是在混合的數(shù)據(jù)和話音網(wǎng)絡(luò)中。移動設(shè)備必須監(jiān)視空中接口上的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)在連接時可以利用�？紤]可以連接到與LAN連接的802.11 WLAN AP或連接到骨干GPRS網(wǎng)絡(luò)的GPRS BSS的移動設(shè)備，在移動設(shè)備內(nèi)必須有機(jī)制或算法使它能夠選擇最好的可用業(yè)務(wù)，并在它一旦可用時就轉(zhuǎn)換到此業(yè)務(wù)。如移動設(shè)備必須能夠在它一旦檢測到AP的連接可用時就將GPRS業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換到WLAN AP。


3 在相同類型的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的切換結(jié)構(gòu)和算法


　　各種技術(shù)中的切換是不同的。切換的結(jié)構(gòu)是開放和標(biāo)準(zhǔn)化的，但經(jīng)常使用的切換判決時間算法是不同的。


3.1 通用分組無線業(yè)務(wù)中的切換


　　GPRS是將GSM擴(kuò)展成可以提供分組業(yè)務(wù)。它使用與GSM完全相同的物理無線信道，只定義了新的邏輯GPRS無線信道。這些信道的分配是靈活的�？梢詾槊總�時分多址（TDMA）幀分配1~8個無線接口時隙。時隙由活動用戶共享，并且上行鏈路和下行鏈路是分開分配的。物理信道取自蜂窩的公共可用信道池。電路交換業(yè)務(wù)和GPRS的分配是根據(jù)所需容量的原理動態(tài)進(jìn)行的。這意味著GPRS的容量分配是基于分組傳輸?shù)膶嶋H需要。GPRS并不需要永久地分配物理信道。稱為GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GSN）的邏輯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用于分組在骨干網(wǎng)中的尋路。網(wǎng)關(guān)GSN（GGSN）作為與公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口，如Internet，并包含用于將分組用通道通過服務(wù)GSN（SGSN）傳送到MH的尋路信息。SGSN負(fù)責(zé)位置管理和分組的傳送。


　　認(rèn)為GGSN和SGSN等效于移動IP中的原籍代理（HA）和外部代理（FA）。與任何分組交換網(wǎng)絡(luò)一樣，來自移動設(shè)備的分組利用SGSN進(jìn)行尋路到它的目的地。想要到移動設(shè)備的分組到達(dá)與它的原籍網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的GGSN。GGSN確定哪個SGSN在為移動設(shè)備服務(wù)，將分組打包，然后前轉(zhuǎn)它到SGSN。與移動設(shè)備有關(guān)的信息存儲在GPRS寄存器（GR）中，它是GSM的原籍位置寄存器（HLR）的一部分。


　　GPRS移動設(shè)備可以處于三種狀態(tài)之一：空閑（不可到達(dá))、準(zhǔn)備好（已經(jīng)用SGSN登記)、待命（長時間不激活)。為了進(jìn)行通信，移動設(shè)備進(jìn)行GPRS連接，并進(jìn)入準(zhǔn)備好狀態(tài)。移動設(shè)備負(fù)責(zé)獨(dú)立地蜂窩重新選擇，用與GSM相同的方法進(jìn)行。移動設(shè)備測量當(dāng)前廣播控制信道（BCCH）的RSS，將它與相鄰蜂窩中BCCH的RSS進(jìn)行比較，并決定連接到哪個蜂窩。但運(yùn)營商有可利用的選項，BSS請求移動設(shè)備傳送報告（與GSM相同），然后與GSM一樣進(jìn)行切換（MAHO）�？梢栽诜纸MBCCH（PBCCH）上發(fā)送簡單的GPRS特有的信息，但RSS總是在BCCH上測量。


　　用尋路更新過程進(jìn)行位置更新。尋找路由區(qū)域（RA）相應(yīng)于一組蜂窩。當(dāng)移動設(shè)備改變它的RS時，它發(fā)送包含蜂窩身份和以前RA身份的RA更新請求到新的SGSN。當(dāng)相同的SGSN服務(wù)新的RA時，也可能發(fā)生SGSN內(nèi)的尋找路由區(qū)域更新。新的SGSN請求舊的SGSN提供移動設(shè)備的尋找路由上下文（SGSN地址和通道信息）。然后新的SGSN用它的地址和新的通道信息更新原籍網(wǎng)絡(luò)的GGSN。新的SGSN也更新HLR。HLR取消在舊的SGSN中移動設(shè)備信息上下文，并裝載訂戶數(shù)據(jù)到新的SGSN。新的SGSN承認(rèn)MH。請求以前的SGSN傳輸未傳送的數(shù)據(jù)到新的SGSN。


3.2 蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）中的切換


　　CDPD網(wǎng)絡(luò)作為無連接網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，無連接網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)有有線無連接網(wǎng)絡(luò)的無線擴(kuò)展。它共享美國的AMPS模擬蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及頻譜，它對上行鏈路和下行鏈路傳輸使用不同的物理信道或頻帶。當(dāng)移動設(shè)備從一個蜂窩移動到另一個蜂窩，CDPD的信道質(zhì)量惡化，AMPS話音呼叫（強(qiáng)迫跳）請求當(dāng)前CDPD信道或當(dāng)前蜂窩的CDPD信道負(fù)載比重迭蜂窩的信道負(fù)載高得多時發(fā)生切換。


　　CDPD的移動主機(jī)一般是全雙工的，盡管低費(fèi)用的設(shè)備可能是半雙工的。CDPD的物理層提供調(diào)到特定RF信道的能力，測量接收信號的RSS指示（RSSI）的能力，設(shè)定移動設(shè)備傳輸信號到特定電平所需功率的能力和延緩與恢復(fù)移動設(shè)備監(jiān)視RF信道的能力。上行鏈路和下行鏈路都是分時隙的。在下行鏈路沒有競爭，BS將順序地傳輸鏈路層的幀。在上行鏈路，使用有沖突檢測的數(shù)字感應(yīng)多址協(xié)議（DSMA/CD）。沖突檢測在BS并在下行鏈路通知移動設(shè)備。在下行鏈路，廣播多個蜂窩配置信息，它包括給定蜂窩和它的相鄰蜂窩的蜂窩標(biāo)識符、蜂窩的參考信道，提供參考信道和實際CDPD數(shù)據(jù)信道之間功率差別的值，比較給定蜂窩和相鄰蜂窩的參考信道RSS的RSS偏置和給定蜂窩內(nèi)分配給CDPD的信道列表。因為CDPD信道列表可能是變化的，RSS測量總是在參考信道上進(jìn)行。


　　在打開電源后，移動設(shè)備掃描空中接口并鎖定在它可以發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)“可接受”CDPD信道流上，且用服務(wù)基站的移動數(shù)據(jù)中介系統(tǒng)（MD-IS）登記。它通過移動網(wǎng)絡(luò)登記協(xié)議（MNRP）來完成，依靠此協(xié)議移動設(shè)備宣告它的存在，也驗證它自己。登記保護(hù)它不受欺騙，并使CDPD網(wǎng)絡(luò)能夠知道移動設(shè)備的位置并更新它的移動性數(shù)據(jù)庫。移動設(shè)備繼續(xù)監(jiān)聽CDPD信道，除非它或CDPD網(wǎng)絡(luò)初始化切換。


　　CDPD的移動性管理基于類似移動IP的原理。MD-IS是過程中的中心單元。將MD-IS邏輯地分為原籍MD-IS和服務(wù)MD-IS。原籍MD-IS包括它的地理區(qū)域的訂閱數(shù)據(jù)庫。每個用戶在與它原籍區(qū)域有關(guān)的原籍MD-IS中登記。用戶的IP地址指向它原籍MD-IS。在原籍MD-IS，移動設(shè)備原籍功能（MHF）維持與此原籍MD-IS相關(guān)的、當(dāng)前移動設(shè)備的位置信息。MHF也對尋址到原籍與它相同的移動設(shè)備的任何分組打包，將它指向與服務(wù)MD-IS有關(guān)的移動設(shè)備服務(wù)功能（MSF）。服務(wù)MD-IS的服務(wù)區(qū)域是當(dāng)前MH拜訪的區(qū)域。服務(wù)MD-IS管理一個服務(wù)區(qū)域。在此區(qū)域提供覆蓋的移動數(shù)據(jù)BS連接到服務(wù)MD-IS，它的MSF包括有關(guān)所有用戶當(dāng)前拜訪區(qū)域和用它登記的信息。MSF使用移動網(wǎng)絡(luò)位置協(xié)議（MNLP）來通知MHF關(guān)于移動設(shè)備在它的服務(wù)區(qū)域的存在。也指示信道流，在此信道中用戶是活動的。MSF將前轉(zhuǎn)的分組解包，并將其尋路到蜂窩中的正確信道流。


　　CDPD中的切換是移動設(shè)備控制的。移動設(shè)備總是測量參考信道的信號強(qiáng)度。當(dāng)它的信號惡化時，移動設(shè)備掃描其他信道。因為一些蜂窩可能在它們的范圍內(nèi)有很大的陰影效應(yīng)，運(yùn)營商可以設(shè)置RSSI掃描值來決定何時移動設(shè)備應(yīng)開始掃描另一個信道。如果RSSI掃描值足夠大，移動設(shè)備將忽略信號電平的降低；如果它很小就開始掃描另一個信道。當(dāng)信號強(qiáng)度并不降低甚至當(dāng)移動設(shè)備已經(jīng)移動到相鄰蜂窩時，此值也很有用并應(yīng)設(shè)置成很小。當(dāng)達(dá)到了附加的門限時，如RSSI滯后、BLER和符號差錯率（SER），移動設(shè)備將檢查當(dāng)前BS正在廣播的鄰近蜂窩的信道列表，并調(diào)定到有最好信號強(qiáng)度的一個上。移動設(shè)備通知新的BS它已經(jīng)進(jìn)入它的蜂窩。新MD-IS用移動設(shè)備的MHF使用改變方向請求和改變方向證實過程。MHF也通知舊的服務(wù)MD-IS有關(guān)切換，并通過它的MSF指示它將可能已經(jīng)接收的MH到新服務(wù)MD-IS的分組改變方向或?qū)⑵鋪G棄。根據(jù)切換的特性，登記時延和業(yè)務(wù)流量的方向是變化的。


3.3 IEEE 802.11無線局域網(wǎng)中的切換


　　IEEE 802.11 WLAN標(biāo)準(zhǔn)定義單一的AP覆蓋區(qū)域為基本的服務(wù)組（BSS）。為了擴(kuò)展它，通過分布系統(tǒng)（通常是有線網(wǎng)絡(luò)）連接多個BSS來形成擴(kuò)展服務(wù)組（ESS）。802.11標(biāo)準(zhǔn)只定義通過空中互連（移動設(shè)備和AP之間的通信）。ESS應(yīng)如何形成的內(nèi)部細(xì)節(jié)留給AP管理實體，802.11標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義。最近，接入點(diǎn)間的協(xié)議（IAPP）草稿已經(jīng)制定，以標(biāo)準(zhǔn)化有線接口上AP之間的通信。


　　WLAN中的切換過程如下，AP周期性地（一般的周期大約為100ms）廣播信標(biāo)信號。打開電源的移動設(shè)備掃描信標(biāo)信號，并將它與有最強(qiáng)信標(biāo)的AP相關(guān)連。信標(biāo)包括相應(yīng)AP的信息，如時間標(biāo)簽、信標(biāo)時間間隔、能力、ESS ID和業(yè)務(wù)流量指示地圖（TIM）。MH使用信標(biāo)中的信息區(qū)分AP之間的區(qū)別。


　　移動設(shè)備保持與它相關(guān)連的AP信標(biāo)的RSS的蹤跡。當(dāng)RSS變得微弱時，它開始從相鄰AP掃描更強(qiáng)的信標(biāo)。掃描過程可以是主動或被動的。在被動掃描中，移動設(shè)備簡單地監(jiān)聽可用信標(biāo)。在主動掃描中，移動設(shè)備發(fā)送探測請求到能夠接收它的探測的AP的目標(biāo)組。接收探測的每個AP用探測響應(yīng)來回應(yīng)，探測響應(yīng)包括與一般信標(biāo)中相同的可用信息，除TIM以外。因此，探測響應(yīng)作為懇求信標(biāo)來服務(wù)。移動設(shè)備選擇有最強(qiáng)信標(biāo)或探測響應(yīng)的AP，并發(fā)送重新連接請求到新AP。重新連接請求包括有關(guān)移動設(shè)備及舊AP的信息。新AP發(fā)送重新連接響應(yīng)來響應(yīng)，它包括有關(guān)支持的比特速率、站的ID等恢復(fù)通信所需要的信息。移動設(shè)備不通知舊的AP有關(guān)位置的改變。迄今為止，每個WLAN供應(yīng)商有某些形式的形成IAPP標(biāo)準(zhǔn)的私有實現(xiàn)來完成切換過程（通知舊的AP有關(guān)移動設(shè)備的位置改變）的最后階段。IAPP使用兩個協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）來表示切換已經(jīng)發(fā)生。這些PDU使用UDP/IP從新的AP到舊的AP在有線網(wǎng)上傳輸。如果AP沒有IP地址，使用802.11子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議（SNAP）來傳輸這些PDU。
3.4 IEEE 802.11、GPRS和CDPD中切換過程的比較


　　盡管IEEE 802.11、GPRS和CDPD網(wǎng)絡(luò)的功能不同，但切換過程有許多類似之處。為了使RSS測量能夠用于切換判決，所有的網(wǎng)絡(luò)都使用以恒定發(fā)射功率發(fā)射的分離信號（信標(biāo)、BCCH或參考信道）。在802.11中，信標(biāo)與數(shù)據(jù)使用相同的信道，而在GPRS和CDPD（因為參考信道可能不是數(shù)據(jù)信道，并且上行數(shù)據(jù)信道物理上是分離的）中，它們使用不同的物理信道。主要區(qū)別是電路交換話音網(wǎng)絡(luò)中有NCHO，而在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中更喜歡MCHO。在兩種情況下，信道監(jiān)測總是在終端進(jìn)行。


　　切換判決時間算法一般是不同的，且與使用的方式有關(guān)，但它們獨(dú)立于切換結(jié)構(gòu)。在CDPD和GPRS中，算法類似于AMPS和GSM的算法，因為數(shù)據(jù)移動設(shè)備需要在話音終端進(jìn)行切換的相同位置周圍進(jìn)行切換。這使每個蜂窩的業(yè)務(wù)負(fù)載保持平衡。有多種新出現(xiàn)的算法使用復(fù)雜的技術(shù)使其在正確的時間進(jìn)行切換。模式識別切換算法使用可用的測量和應(yīng)進(jìn)行切換的位置訓(xùn)練系統(tǒng)，以使系統(tǒng)在這樣的位置獲得RSS模式的知識�？梢允褂蒙窠�(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（NN）進(jìn)行這樣的模式分類。NN的基本思想是這樣設(shè)計的：有較少的隨機(jī)狀態(tài)輸入，但有些模式與它們相關(guān)，并且為了通過學(xué)習(xí)過程得到某些所需的輸出，不管輸入特性地調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)。通過調(diào)整這些系統(tǒng)參數(shù)來完成學(xué)習(xí)過程，可以將系統(tǒng)看作能夠產(chǎn)生所需輸出的黑盒子。


4 混合網(wǎng)絡(luò)中的切換結(jié)構(gòu)（技術(shù)間或垂直漫游）


　　將移動性合并到寬帶系統(tǒng)需要在通信的每一層有許多考慮：物理層的功率控制，數(shù)據(jù)鏈路層的業(yè)務(wù)流量管理，網(wǎng)絡(luò)層的移動性管理和傳輸及應(yīng)用層的通信優(yōu)化。有多種可能的級別來實現(xiàn)技術(shù)間切換：TCP/IP以上級、傳輸級（TCP）、網(wǎng)絡(luò)級（IP）和下層協(xié)議級�？梢栽趹�(yīng)用和傳輸協(xié)議層之間插入特殊的技術(shù)間漫游協(xié)議層。此方式的代表是Move和Mobile TCP/IP中的項目。還有其他類型提供對現(xiàn)有TCP/IP棧以上協(xié)議進(jìn)行修改的方式。其中一種是對X接口的移動性進(jìn)行的研究。可以使用移動性網(wǎng)關(guān)來提供傳輸級別的移動性。此方式較好的例子是間接TCP和MSOCKS�？梢园l(fā)現(xiàn)技術(shù)間切換也在IP層以下。在網(wǎng)絡(luò)層，最普遍的方式是IETF的移動IP。在項目Monarch、MosquitoNet和Daedalus/
Barwan中已經(jīng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層。


　　出現(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò)的動機(jī)是沒有一個技術(shù)或業(yè)務(wù)可以提供無處不在的覆蓋，移動設(shè)備需要使用各種連接點(diǎn)在所有時間保持與網(wǎng)絡(luò)的連接性。BARWAN（Bay Area Research Wireless Access Network）實現(xiàn)了WaveLAN無線LAN和Metricom分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的漫游。用水平和垂直切換進(jìn)行區(qū)分。向上垂直切換發(fā)生在從有較小蜂窩的服務(wù)BS到有較寬覆蓋的服務(wù)BS。向下垂直切換發(fā)生在相反方向。當(dāng)MH移出服務(wù)區(qū)域時發(fā)生向上垂直切換，當(dāng)有較小覆蓋的服務(wù)區(qū)域變得可用而用戶仍然與較大服務(wù)區(qū)域有連接時必須進(jìn)行向下垂直切換。


4.1 GPRS和IEEE 802.11之間的切換


　　有許多不同的方式來實現(xiàn)技術(shù)間漫游。可以用五種不同的切換結(jié)構(gòu)實現(xiàn)GPRS和IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)之間的切換。目標(biāo)是盡可能地減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的改變，特別是在低層，如MAC和物理層。這將保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)提供與以前相同的功能而不需要當(dāng)前用戶改變到新的方式。實現(xiàn)涉及合并新的實體或運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)或高層的協(xié)議，使對移動用戶透明的技術(shù)間漫游在更大的范圍內(nèi)成為可能。前兩種方式考慮將WLAN作為GPRS網(wǎng)絡(luò)中的基站實現(xiàn)。它們通過GPRS實體，如SGSN和GGSN，將WLAN連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)。在這些情況下，WLAN將分別作為GPRS的蜂窩或RA。GPRS將是主網(wǎng)絡(luò)而WLAN將是從屬網(wǎng)絡(luò)。這意味著GPRS將處理移動性，認(rèn)為WLAN是它的一個蜂窩或RA。這可能需要雙模式PCMCIA卡來接入到兩個不同的物理層。另外，所有的業(yè)務(wù)流量在到達(dá)它的最后目的地之前將首先到達(dá)GPRS SGSN或GGSN，即使最終目的地在WLAN/LAN本身。它將潛在地造成GPRS網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。虛擬AP在前兩種結(jié)構(gòu)中顛倒GPRS和WLAN所起的作用。第三種方式考慮將GPRS網(wǎng)絡(luò)作為WLAN的接入點(diǎn)來實現(xiàn)，WLAN是主網(wǎng)絡(luò)而GPRS是從屬網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)技術(shù)間漫游。WLAN根據(jù)IEEE 802.11和IAPP規(guī)范管理移動性。第四種方式利用移動IP來實現(xiàn)技術(shù)間漫游，使用移動IP來處理移動性管理問題。第五種方式考慮使用移動性網(wǎng)關(guān)來互連兩個網(wǎng)絡(luò)，在GPRS和WLAN網(wǎng)絡(luò)之間引入了移動性網(wǎng)關(guān)（MG）。MG是在GPRS或WLAN側(cè)實現(xiàn)的代理，并將處理移動性和尋路問題。在這里，GPRS和WLAN是對等的網(wǎng)絡(luò)。在終端和網(wǎng)絡(luò)側(cè)都將需要進(jìn)行一些改動來支持技術(shù)間漫游。前三種方式的效率很低且致使兩個網(wǎng)絡(luò)中的一個為從屬網(wǎng)絡(luò)。在后兩種方式中，GPRS和WLAN在更大的網(wǎng)絡(luò)中作為對等的實體進(jìn)行互連。希望盡可能地減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)進(jìn)行大的改動，特別是在低層，如MAC和物理層。這將保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)像以前一樣運(yùn)行。對GPRS或WLAN特有的協(xié)議沒有做任何修改。


　　服務(wù)方式是當(dāng)寬帶局域業(yè)務(wù)可以利用時，終端將使用它。當(dāng)它不可利用時，終端漫游到低速下層無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在終端需要daemon程序監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)不可利用時，它應(yīng)調(diào)整尋路表并觸發(fā)移動IP登記過程。


4.2 基于移動性網(wǎng)關(guān)/代理的結(jié)構(gòu)


　　基于代理或移動性網(wǎng)關(guān)方式實現(xiàn)技術(shù)間漫游的一般結(jié)構(gòu)的主要設(shè)備是中間服務(wù)器。它放在網(wǎng)絡(luò)中，以便強(qiáng)迫來自或去向移動設(shè)備的任何業(yè)務(wù)流量都要經(jīng)過它。因此，對此實體來說，有可能執(zhí)行某些可能需要代表移動設(shè)備的功能，以對網(wǎng)絡(luò)的其他部分透明的方式進(jìn)行。只有移動設(shè)備和代理服務(wù)器（PS）之間的通信鏈路發(fā)生變化。允許代理與移動設(shè)備之間的連接變化而保持代理與主機(jī)之間的連接不變來支持移動性。所需的變化與移動設(shè)備和PS之間的通信協(xié)議有關(guān)。


　　對技術(shù)間漫游使用代理結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)。有可能進(jìn)一步減少與移動IP有關(guān)的打包和尋路的無效性。然而開銷的降低可能不是非常明顯，因為需要額外的控制協(xié)議。如果代理在擁有移動設(shè)備的相同機(jī)構(gòu)的控制下，它可能配置代理來支持移動設(shè)備的特殊需要。根據(jù)使用的鏈路，可以在移動設(shè)備和代理之間運(yùn)行優(yōu)化的協(xié)議。代理可以更有效地管理一些連接的有限資源。如當(dāng)移動設(shè)備連接到GPRS，代理可以有選擇地丟棄結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如E-mail的頭、MPEG流的幀等，或丟棄使用一些啟發(fā)式的非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。代理可以通過假脫機(jī)、重新分割分組壓縮數(shù)據(jù)或延時數(shù)據(jù)，并且代表移動設(shè)備響應(yīng)ICMP消息來改善無線鏈路的性能。代理已經(jīng)存在于許多機(jī)構(gòu)，如防火墻或Web服務(wù)器。這些代理可以重新用于移動性管理和技術(shù)間漫游�？梢允褂么�理記錄連接的特征，在各種應(yīng)用中使用這些詳細(xì)信息很有用處，包括記帳和欺騙管理。


　　代理結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)是非標(biāo)準(zhǔn)化的，對技術(shù)間漫游需要不同的協(xié)議；代理的性能很差，因為有顯著的反應(yīng)時間加入到客戶/服務(wù)器通信路徑。潛在地，傳輸協(xié)議的端到端的語義也可能被干擾。如果使用單一代理，且它出現(xiàn)故障，它可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并且需要有一些故障容差。除了用代理結(jié)構(gòu)開發(fā)移動性管理協(xié)議的重要問題外，還有一些更開放的問題。所使用代理的位置和數(shù)量可能依賴于各種條件。更希望將代理連接到移動設(shè)備可以使用的每個業(yè)務(wù)的最后鏈路，以便它可以收集有關(guān)每個最后鏈路的質(zhì)量信息。但是，這樣的代理物主身份將是連續(xù)的。為了最優(yōu)性能必須放置的代理數(shù)也要服從網(wǎng)絡(luò)條件，并且不可能容易地得到答案。


4.3 基于移動IP的結(jié)構(gòu)


　　當(dāng)移動主機(jī)（MH）從一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)漫游到另一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時，此方式使用移動IP來重新構(gòu)造連接。在它的原籍網(wǎng)絡(luò)之外，用與它的連接點(diǎn)有關(guān)的轉(zhuǎn)交地址及配置的管理解包和傳送分組的外部代理（FA）識別移動主機(jī)。移動主機(jī)用原籍代理（HA）登記它的轉(zhuǎn)交地址。HA駐留在MH的原籍網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)截取尋址到MH的原籍地址的數(shù)據(jù)報、打包，用通道將它們傳送到相關(guān)的轉(zhuǎn)交地址。到MH的數(shù)據(jù)報總是通過HA進(jìn)行尋路。來自MH的數(shù)據(jù)報通過Internet尋路系統(tǒng)沿著最優(yōu)路徑進(jìn)行中繼，盡管它可能使用通過HA的相反通道�；�于移動IP方式的一般結(jié)構(gòu)假定WLAN是原籍網(wǎng)絡(luò)（有原籍代理駐留在原籍LAN），GPRS網(wǎng)絡(luò)是外部或拜訪網(wǎng)絡(luò)。GPRS和WLAN是對等的網(wǎng)絡(luò)，HA和FA的功能存在于每個網(wǎng)絡(luò)的IP層。


　　在移動設(shè)備移出WLAN的覆蓋但在GPRS覆蓋內(nèi)期間要經(jīng)歷下列階段：（1）從WLAN的AP接收的信號很強(qiáng)；（2）隨著MH向外移動，從AP接收的信號變?nèi)�；�?）MH中的切換算法決定從WLAN切換到GPRS；（4）開始/更新移動IP：使用移動IP激活MH中的FA及MH使用新的IP地址；（5）通過移動IP通知WLAN中的HA有關(guān)新的IP地址。相反，當(dāng)MH連接到GPRS并且它知道WLAN可以利用時，將經(jīng)歷下列階段：（1）不存在從WLAN接收的信號：（2）MH檢測到來自WLAN AP的信號；（3）切換算法決定從GPRS到WLAN的切換；（4）更新移動IP：利用移動IP去激活MH中的FA并使用普通的IP地址；（5）MH通過移動IP通知WLAN中的HA。不再對自己的行為做代理地址解析。這里假定只在原籍WLAN和GPRS之間移動。


　　切換問題是雙重的：從WLAN到GPRS和從GPRS到WLAN。它們之間的區(qū)別是運(yùn)行在GPRS的用戶并不擔(dān)心連接的中斷。因此，連接到上層覆蓋網(wǎng)絡(luò)的用戶只是偶爾地檢查下層覆蓋網(wǎng)絡(luò)的可用性，如果MH在不同的國家，希望通過地理信息的幫助避免不必要的搜索。位置信息越精細(xì)可以避免對下層網(wǎng)絡(luò)的無用搜索越多。如果可以用地理坐標(biāo)給出位置信息，MH可以存儲下層網(wǎng)絡(luò)的坐標(biāo)，如當(dāng)它最后一次離開的時間并當(dāng)它接近此區(qū)域時就開始搜索。也可能實現(xiàn)用戶控制的切換管理，即當(dāng)他到達(dá)他的辦公室環(huán)境時就按動膝上電腦屏幕上的按鈕，否則就自動地運(yùn)行移動性管理。對可靠運(yùn)行的系統(tǒng)，WLAN到GPRS 的切換觸發(fā)算法更關(guān)鍵，因為MH從下層覆蓋網(wǎng)絡(luò)的覆蓋移出可能突然遭受嚴(yán)重的業(yè)務(wù)性能下降，將必須進(jìn)行非�？焖俚那袚Q來保持高層的連接。有許多方便的特性，如關(guān)掉不使用的接口卡來節(jié)省電源，按需裝入接口卡驅(qū)動器，提議的算法允許告警或多級告警，它將使系統(tǒng)能夠為即將到來的切換作準(zhǔn)備。由于這些原因，將觸發(fā)算法分解成兩部分：上層（WLAN）和下層（GPRS）。為了能夠重復(fù)使用碼字，兩部分使用相同的工具,只是它的調(diào)用頻率和輸出的動作不同。兩部分都使用相同的NN。只有它的調(diào)用頻率和對輸出的動作不同。對由多個BS和AP組成的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，結(jié)果很復(fù)雜。


　　有效的切換算法將努力盡可能長地使用AP的業(yè)務(wù)，且切換到BS是最后的方式，它不像微蜂窩方式，最好的可能切換時間是當(dāng)MH在兩個相同BS的中間時。在此情況下，AP有比BS高得多的優(yōu)先級。原因是當(dāng)大覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸速率比局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率小兩個數(shù)量級時，不傾向于進(jìn)行切換。因為用2Mbit/s速率傳輸1s的數(shù)據(jù)需要用19.2kbit/s速率傳輸100s。此種方式的一種可能實現(xiàn)是使用時間滯后。MH將從AP獲得RSS的樣本并將它與預(yù)先定義的門限進(jìn)行比較，如果預(yù)先定義的連續(xù)樣本數(shù)低于門限，MH初始切換。否則，它將繼續(xù)與AP連接，這也稱為駐留定時器（MH堅持與連接點(diǎn)連接的時間，即使信號強(qiáng)度已經(jīng)很低）。RSS第一次降低到門限以下與它最后高于門限之間的區(qū)域稱為過渡區(qū)域。因此，切換應(yīng)只進(jìn)行一次，即在過渡區(qū)域的邊界。可以用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)此結(jié)構(gòu)，因為它消除了乒乓效應(yīng)。需要設(shè)計出更復(fù)雜的方式和性能測量。


　　實現(xiàn)的焦點(diǎn)是將運(yùn)行于管理層、網(wǎng)絡(luò)或更高層的新的觸發(fā)、實體或協(xié)議合并進(jìn)來，實現(xiàn)技術(shù)間的漫游。漫游將在更廣泛的程度上對移動用戶透明。


5 結(jié)論


　　未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是移動通信網(wǎng)絡(luò)與Internet結(jié)合，創(chuàng)建一種新的網(wǎng)絡(luò)，即移動Internet。各種移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是用于不同的環(huán)境，為用戶提供各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，在各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的切換就變得非常重要。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換還面臨著許多技術(shù)性挑戰(zhàn)，隨著網(wǎng)絡(luò)和無線技術(shù)的發(fā)展，將會出現(xiàn)更先進(jìn)的切換算法以滿足用戶無縫漫游的需要。




----《中國數(shù)據(jù)通信》