淺談混合移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的切換

2019-11-03 09:15:03

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供稿：網(wǎng)友

張傳福
中華通信系統(tǒng)有限責任公司設計院

　　摘要隨著對數(shù)據(jù)業(yè)務需求的不斷增長，今后的各種通信網(wǎng)絡都要能夠提供數(shù)據(jù)業(yè)務。因此，各種網(wǎng)絡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)絡之間的切換方法，方法的優(yōu)缺點，特別是GPRS、WLAN、CDPD以及IEEE 802.11網(wǎng)絡之間的切換。

　　關鍵詞移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡 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。但現(xiàn)在用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務的需求迅速增長，據(jù)UMTS論壇估計，在未來的5年內，預計每年的增長率為70%。第三代移動通信系統(tǒng)就是為用戶提供各種先進的業(yè)務，包括多媒體業(yè)務。其中數(shù)據(jù)業(yè)務占絕大部分。

　　以前的切換算法絕大多數(shù)是為話音業(yè)務設計的，對數(shù)據(jù)業(yè)務不適用。話音業(yè)務一般使用電路交換，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，不能夠隨意地進行很好的鏈路質量估計，只能在進行實際傳輸時做鏈路質量估計。特別是當業(yè)務流量的突發(fā)性非常強時，鏈路質量參數(shù)的統(tǒng)計性估計可能會有相當大程度的惡化，因為在傳輸之間移動設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)務的切換算法的目標是有較低的呼叫阻塞概率和強迫中斷概率，而用于數(shù)據(jù)業(yè)務的切換算法的目標是實現(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。

　　切換在任何移動網(wǎng)絡中都非常重要，它是一種機制，通過它將移動設備與相應的終端或主機之間正在進行的連接從固定網(wǎng)的一個接入點轉換到另一個接入點。在蜂窩電話和移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中，這樣的連接點稱為基站（BS），在無線LAN（WLAN）中，將它們稱為接入點（AP）。在兩種情況下，這樣的連接點服務區(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轉換到另一個BS。在WLAN情況下，它涉及將連接從一個AP轉換到另一個AP。在混合網(wǎng)絡中，它將涉及將連接從一個BS/ AP轉換到另一個BS/ AP，在BS和AP之間轉換或相反。

　　已經(jīng)對電路交換移動網(wǎng)絡中的切換機制做了大量研究，但對分組交換移動網(wǎng)絡的切換機制研究得很少。性能測量，如呼叫阻塞和呼叫中斷，只能用于實時業(yè)務，并且可能不適合客戶/服務器應用中存在的突發(fā)業(yè)務。當正在進行話音呼叫時，允許的反應時間非常有限，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時間和使用重傳丟失的分組。在這樣的網(wǎng)絡中，只有當終端移出當前連接點的覆蓋范圍或業(yè)務量負載非常高以至進行切換可以導致更大的吞吐量和利用率時才進行切換。

　　無線數(shù)據(jù)業(yè)務變得越來越普遍，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。當IEEE 802.11可利用時就要利用它，當不能利用無線局域網(wǎng)（WLAN）的覆蓋時就轉換到重迭的業(yè)務，如有低帶寬的通用分組無線業(yè)務（GPRS）。我們稱這樣的過程為技術間漫游或混合網(wǎng)絡中的切換。當考慮混合分組交換網(wǎng)絡之間的切換時，如從WLAN AP到GPRS BS的切換，只能用非常低的優(yōu)先級進行，而從GPRS BS到WLAN AP的切換應根據(jù)兩個系統(tǒng)之間的可用帶寬相差的幅度，無論何時可能就進行切換。

　　有各種與切換有關的問題。將這些問題分成兩類：結構問題和切換判決時間算法。結構問題是這些與方法論、控制、在改變連接中涉及的軟件/硬件單元有關的問題。與判決時間算法有關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 切換的結構問題

　　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實體。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中，MH一般用特定的連接點來登記。在話音網(wǎng)絡中，空閑的移動設備將選擇在它所位于的蜂窩中服務的特定BS。目的是對進入的數(shù)據(jù)分組或話音呼叫恰當?shù)貙ぢ贰．斠苿釉O備移動并執(zhí)行連接點間的切換時，必須通知舊的服務連接點這種改變。通常稱它為分離。移動設備也必須將自己重新連接到接入固定網(wǎng)的新連接點。為了無縫地繼續(xù)正在進行的連接或呼叫，尋路數(shù)據(jù)分組到移動設備或交換話音呼叫所涉及的其他網(wǎng)絡實體必須知道切換。在GPRS中使用移動設備輔助的切換。

2.2 判決時間算法

　　在移動話音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中使用各種測量方法來決定切換。在大多數(shù)這些網(wǎng)絡中使用從服務連接點和鄰近連接點接收的信號強度（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）、功率預算、蜂窩排隊、業(yè)務流量、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。可以使用額外的參數(shù)進行更智能的判決。

　　切換測量與可能最終用于進行切換判決的算法類型有密切的關系。要研究廣泛的切換測量類型，包括RSS、信標分組、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)絡和模糊邏輯系統(tǒng)的算法可以基于更大數(shù)量的輸入進行更靈敏的判決。判決是根據(jù)輸入和以前觀察的情況進行模式匹配來進行。因此，通過使用特殊的切換測量子集作為輸入可以進行更好的模式匹配。因為切換用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，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。切換率（每單位時間的切換數(shù)量）與乒乓效應有關，并且一般將算法設計成使不必要的切換數(shù)量最小。在移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中，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，如假設測試、動態(tài)編程和基于神經(jīng)元網(wǎng)絡或模糊邏輯系統(tǒng)的模式識別技術。復雜的切換問題需要這些復雜的算法，特別是在混合的數(shù)據(jù)和話音網(wǎng)絡中。移動設備必須監(jiān)視空中接口上的無線數(shù)據(jù)業(yè)務，這些業(yè)務在連接時可以利用。考慮可以連接到與LAN連接的802.11 WLAN AP或連接到骨干GPRS網(wǎng)絡的GPRS BSS的移動設備，在移動設備內必須有機制或算法使它能夠選擇最好的可用業(yè)務，并在它一旦可用時就轉換到此業(yè)務。如移動設備必須能夠在它一旦檢測到AP的連接可用時就將GPRS業(yè)務轉換到WLAN AP。

3 在相同類型的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的切換結構和算法

　　各種技術中的切換是不同的。切換的結構是開放和標準化的，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)務中的切換

　　GPRS是將GSM擴展成可以提供分組業(yè)務。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。可以為每個時分多址（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)務和GPRS的分配是根據(jù)所需容量的原理動態(tài)進行的。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（GSN）的邏輯網(wǎng)絡節(jié)點用于分組在骨干網(wǎng)中的尋路。網(wǎng)關GSN（GGSN）作為與公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的接口，如Internet，并包含用于將分組用通道通過服務GSN（SGSN）傳送到MH的尋路信息。SGSN負責位置管理和分組的傳送。

　　認為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)絡一樣，來自移動設備的分組利用SGSN進行尋路到它的目的地。想要到移動設備的分組到達與它的原籍網(wǎng)絡有關的GGSN。GGSN確定哪個SGSN在為移動設備服務，將分組打包，然后前轉它到SGSN。與移動設備有關的信息存儲在GPRS寄存器（GR）中，它是GSM的原籍位置寄存器（HLR）的一部分。

　　GPRS移動設備可以處于三種狀態(tài)之一：空閑（不可到達)、準備好（已經(jīng)用SGSN登記)、待命（長時間不激活)。為了進行通信，移動設備進行GPRS連接，并進入準備好狀態(tài)。移動設備負責獨立地蜂窩重新選擇，用與GSM相同的方法進行。移動設備測量當前廣播控制信道（BCCH）的RSS，將它與相鄰蜂窩中BCCH的RSS進行比較，并決定連接到哪個蜂窩。但運營商有可利用的選項，BSS請求移動設備傳送報告（與GSM相同），然后與GSM一樣進行切換（MAHO）。可以在分組BCCH（PBCCH）上發(fā)送簡單的GPRS特有的信息，但RSS總是在BCCH上測量。

　　用尋路更新過程進行位置更新。尋找路由區(qū)域（RA）相應于一組蜂窩。當移動設備改變它的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。當相同的SGSN服務新的RA時，也可能發(fā)生SGSN內的尋找路由區(qū)域更新。新的SGSN請求舊的SGSN提供移動設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)絡的GGSN。新的SGSN也更新HLR。HLR取消在舊的SGSN中移動設備信息上下文，并裝載訂戶數(shù)據(jù)到新的SGSN。新的SGSN承認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)絡作為無連接網(wǎng)絡運行，無連接網(wǎng)絡是現(xiàn)有有線無連接網(wǎng)絡的無線擴展。它共享美國的AMPS模擬蜂窩電話網(wǎng)絡的現(xiàn)有基礎結構及頻譜，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。當移動設備從一個蜂窩移動到另一個蜂窩，CDPD的信道質量惡化，AMPS話音呼叫（強迫跳）請求當前CDPD信道或當前蜂窩的CDPD信道負載比重迭蜂窩的信道負載高得多時發(fā)生切換。

　　CDPD的移動主機一般是全雙工的，盡管低費用的設備可能是半雙工的。CDPD的物理層提供調到特定RF信道的能力，測量接收信號的RSS指示（RSSI）的能力，設定移動設備傳輸信號到特定電平所需功率的能力和延緩與恢復移動設備監(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)字感應多址協(xié)議（DSMA/CD）。沖突檢測在BS并在下行鏈路通知移動設備。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行。

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

　　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，移動設備原籍功能（MHF）維持與此原籍MD-IS相關的、當前移動設備的位置信息。MHF也對尋址到原籍與它相同的移動設備的任何分組打包，將它指向與服務MD-IS有關的移動設備服務功能（MSF）。服務MD-IS的服務區(qū)域是當前MH拜訪的區(qū)域。服務MD-IS管理一個服務區(qū)域。在此區(qū)域提供覆蓋的移動數(shù)據(jù)BS連接到服務MD-IS，它的MSF包括有關所有用戶當前拜訪區(qū)域和用它登記的信息。MSF使用移動網(wǎng)絡位置協(xié)議（MNLP）來通知MHF關于移動設備在它的服務區(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中的切換是移動設備控制的。移動設備總是測量參考信道的信號強度。當它的信號惡化時，移動設備掃描其他信道。因為一些蜂窩可能在它們的范圍內有很大的陰影效應，運營商可以設置RSSI掃描值來決定何時移動設備應開始掃描另一個信道。如果RSSI掃描值足夠大，移動設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。當信號強度并不降低甚至當移動設備已經(jīng)移動到相鄰蜂窩時，此值也很有用并應設置成很小。當達到了附加的門限時，如RSSI滯后、BLER和符號差錯率（SER），移動設備將檢查當前BS正在廣播的鄰近蜂窩的信道列表，并調定到有最好信號強度的一個上。移動設備通知新的BS它已經(jīng)進入它的蜂窩。新MD-IS用移動設備的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MD-IS有關切換，并通過它的MSF指示它將可能已經(jīng)接收的MH到新服務MD-IS的分組改變方向或將其丟棄。根據(jù)切換的特性，登記時延和業(yè)務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標準定義單一的AP覆蓋區(qū)域為基本的服務組（BSS）。為了擴展它，通過分布系統(tǒng)（通常是有線網(wǎng)絡）連接多個BSS來形成擴展服務組（ESS）。802.11標準只定義通過空中互連（移動設備和AP之間的通信）。ESS應如何形成的內部細節(jié)留給AP管理實體，802.11標準中沒有定義。最近，接入點間的協(xié)議（IAPP）草稿已經(jīng)制定，以標準化有線接口上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）廣播信標信號。打開電源的移動設備掃描信標信號，并將它與有最強信標的AP相關連。信標包括相應AP的信息，如時間標簽、信標時間間隔、能力、ESS ID和業(yè)務流量指示地圖（TIM）。MH使用信標中的信息區(qū)分AP之間的區(qū)別。

　　移動設備保持與它相關連的AP信標的RSS的蹤跡。當RSS變得微弱時，它開始從相鄰AP掃描更強的信標。掃描過程可以是主動或被動的。在被動掃描中，移動設備簡單地監(jiān)聽可用信標。在主動掃描中，移動設備發(fā)送探測請求到能夠接收它的探測的AP的目標組。接收探測的每個AP用探測響應來回應，探測響應包括與一般信標中相同的可用信息，除TIM以外。因此，探測響應作為懇求信標來服務。移動設備選擇有最強信標或探測響應的AP，并發(fā)送重新連接請求到新AP。重新連接請求包括有關移動設備及舊AP的信息。新AP發(fā)送重新連接響應來響應，它包括有關支持的比特速率、站的ID等恢復通信所需要的信息。移動設備不通知舊的AP有關位置的改變。迄今為止，每個WLAN供應商有某些形式的形成IAPP標準的私有實現(xiàn)來完成切換過程（通知舊的AP有關移動設備的位置改變）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)絡都使用以恒定發(fā)射功率發(fā)射的分離信號（信標、BCCH或參考信道）。在802.11中，信標與數(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)絡中有NCHO，而在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中更喜歡MCHO。在兩種情況下，信道監(jiān)測總是在終端進行。

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

4 混合網(wǎng)絡中的切換結構（技術間或垂直漫游）

　　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)務流量管理，網(wǎng)絡層的移動性管理和傳輸及應用層的通信優(yōu)化。有多種可能的級別來實現(xiàn)技術間切換：TCP/IP以上級、傳輸級（TCP）、網(wǎng)絡級（IP）和下層協(xié)議級。可以在應用和傳輸協(xié)議層之間插入特殊的技術間漫游協(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)議進行修改的方式。其中一種是對X接口的移動性進行的研究。可以使用移動性網(wǎng)關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。可以發(fā)現(xiàn)技術間切換也在IP層以下。在網(wǎng)絡層，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)絡層。

　　出現(xiàn)混合網(wǎng)絡的動機是沒有一個技術或業(yè)務可以提供無處不在的覆蓋，移動設備需要使用各種連接點在所有時間保持與網(wǎng)絡的連接性。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)務之間的漫游。用水平和垂直切換進行區(qū)分。向上垂直切換發(fā)生在從有較小蜂窩的服務BS到有較寬覆蓋的服務BS。向下垂直切換發(fā)生在相反方向。當MH移出服務區(qū)域時發(fā)生向上垂直切換，當有較小覆蓋的服務區(qū)域變得可用而用戶仍然與較大服務區(qū)域有連接時必須進行向下垂直切換。

4.1 GPRS和IEEE 802.11之間的切換

　　有許多不同的方式來實現(xiàn)技術間漫游。可以用五種不同的切換結構實現(xiàn)GPRS和IEEE 802.11網(wǎng)絡之間的切換。目標是盡可能地減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡和技術的改變，特別是在低層，如MAC和物理層。這將保證現(xiàn)有網(wǎng)絡繼續(xù)提供與以前相同的功能而不需要當前用戶改變到新的方式。實現(xiàn)涉及合并新的實體或運行于網(wǎng)絡或高層的協(xié)議，使對移動用戶透明的技術間漫游在更大的范圍內成為可能。前兩種方式考慮將WLAN作為GPRS網(wǎng)絡中的基站實現(xiàn)。它們通過GPRS實體，如SGSN和GGSN，將WLAN連接到GPRS網(wǎng)絡。在這些情況下，WLAN將分別作為GPRS的蜂窩或RA。GPRS將是主網(wǎng)絡而WLAN將是從屬網(wǎng)絡。這意味著GPRS將處理移動性，認為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)務流量在到達它的最后目的地之前將首先到達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)絡的瓶頸。虛擬AP在前兩種結構中顛倒GPRS和WLAN所起的作用。第三種方式考慮將GPRS網(wǎng)絡作為WLAN的接入點來實現(xiàn)，WLAN是主網(wǎng)絡而GPRS是從屬網(wǎng)絡來實現(xiàn)技術間漫游。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)關來互連兩個網(wǎng)絡，在GPRS和WLAN網(wǎng)絡之間引入了移動性網(wǎng)關（MG）。MG是在GPRS或WLAN側實現(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。在終端和網(wǎng)絡側都將需要進行一些改動來支持技術間漫游。前三種方式的效率很低且致使兩個網(wǎng)絡中的一個為從屬網(wǎng)絡。在后兩種方式中，GPRS和WLAN在更大的網(wǎng)絡中作為對等的實體進行互連。希望盡可能地減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡和技術進行大的改動，特別是在低層，如MAC和物理層。這將保證現(xiàn)有網(wǎng)絡像以前一樣運行。對GPRS或WLAN特有的協(xié)議沒有做任何修改。

　　服務方式是當寬帶局域業(yè)務可以利用時，終端將使用它。當它不可利用時，終端漫游到低速下層無線數(shù)據(jù)業(yè)務。在終端需要daemon程序監(jiān)視網(wǎng)絡資源。當一個網(wǎng)絡不可利用時，它應調整尋路表并觸發(fā)移動IP登記過程。

4.2 基于移動性網(wǎng)關/代理的結構

　　基于代理或移動性網(wǎng)關方式實現(xiàn)技術間漫游的一般結構的主要設備是中間服務器。它放在網(wǎng)絡中，以便強迫來自或去向移動設備的任何業(yè)務流量都要經(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備的功能，以對網(wǎng)絡的其他部分透明的方式進行。只有移動設備和代理服務器（PS）之間的通信鏈路發(fā)生變化。允許代理與移動設備之間的連接變化而保持代理與主機之間的連接不變來支持移動性。所需的變化與移動設備和PS之間的通信協(xié)議有關。

　　對技術間漫游使用代理結構有許多優(yōu)點。有可能進一步減少與移動IP有關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備的相同機構的控制下，它可能配置代理來支持移動設備的特殊需要。根據(jù)使用的鏈路，可以在移動設備和代理之間運行優(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。如當移動設備連接到GPRS，代理可以有選擇地丟棄結構化的數(shù)據(jù)，如E-mail的頭、MPEG流的幀等，或丟棄使用一些啟發(fā)式的非結構數(shù)據(jù)。代理可以通過假脫機、重新分割分組壓縮數(shù)據(jù)或延時數(shù)據(jù)，并且代表移動設備響應ICMP消息來改善無線鏈路的性能。代理已經(jīng)存在于許多機構，如防火墻或Web服務器。這些代理可以重新用于移動性管理和技術間漫游。可以使用代理記錄連接的特征，在各種應用中使用這些詳細信息很有用處，包括記帳和欺騙管理。

　　代理結構的主要缺點是：結構是非標準化的，對技術間漫游需要不同的協(xié)議；代理的性能很差，因為有顯著的反應時間加入到客戶/服務器通信路徑。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。除了用代理結構開發(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備可以使用的每個業(yè)務的最后鏈路，以便它可以收集有關每個最后鏈路的質量信息。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)絡條件，并且不可能容易地得到答案。

4.3 基于移動IP的結構

　　當移動主機（MH）從一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡漫游到另一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡時，此方式使用移動IP來重新構造連接。在它的原籍網(wǎng)絡之外，用與它的連接點有關的轉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。移動主機用原籍代理（HA）登記它的轉交地址。HA駐留在MH的原籍網(wǎng)絡，負責截取尋址到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的轉交地址。到MH的數(shù)據(jù)報總是通過HA進行尋路。來自MH的數(shù)據(jù)報通過Internet尋路系統(tǒng)沿著最優(yōu)路徑進行中繼，盡管它可能使用通過HA的相反通道。基于移動IP方式的一般結構假定WLAN是原籍網(wǎng)絡（有原籍代理駐留在原籍LAN），GPRS網(wǎng)絡是外部或拜訪網(wǎng)絡。GPRS和WLAN是對等的網(wǎng)絡，HA和FA的功能存在于每個網(wǎng)絡的IP層。

　　在移動設備移出WLAN的覆蓋但在GPRS覆蓋內期間要經(jīng)歷下列階段：（1）從WLAN的AP接收的信號很強；（2）隨著MH向外移動，從AP接收的信號變弱；（3）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有關新的IP地址。相反，當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)別是運行在GPRS的用戶并不擔心連接的中斷。因此，連接到上層覆蓋網(wǎng)絡的用戶只是偶爾地檢查下層覆蓋網(wǎng)絡的可用性，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。位置信息越精細可以避免對下層網(wǎng)絡的無用搜索越多。如果可以用地理坐標給出位置信息，MH可以存儲下層網(wǎng)絡的坐標，如當它最后一次離開的時間并當它接近此區(qū)域時就開始搜索。也可能實現(xiàn)用戶控制的切換管理，即當他到達他的辦公室環(huán)境時就按動膝上電腦屏幕上的按鈕，否則就自動地運行移動性管理。對可靠運行的系統(tǒng)，WLAN到GPRS 的切換觸發(fā)算法更關鍵，因為MH從下層覆蓋網(wǎng)絡的覆蓋移出可能突然遭受嚴重的業(yè)務性能下降，將必須進行非常快速的切換來保持高層的連接。有許多方便的特性，如關掉不使用的接口卡來節(jié)省電源，按需裝入接口卡驅動器，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）。為了能夠重復使用碼字，兩部分使用相同的工具,只是它的調用頻率和輸出的動作不同。兩部分都使用相同的NN。只有它的調用頻率和對輸出的動作不同。對由多個BS和AP組成的復雜系統(tǒng)進行的仿真，結果很復雜。

　　有效的切換算法將努力盡可能長地使用AP的業(yè)務，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的樣本并將它與預先定義的門限進行比較，如果預先定義的連續(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堅持與連接點連接的時間，即使信號強度已經(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，切換應只進行一次，即在過渡區(qū)域的邊界。可以用神經(jīng)元網(wǎng)絡實現(xiàn)此結構，因為它消除了乒乓效應。需要設計出更復雜的方式和性能測量。

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

5 結論

　　未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢是移動通信網(wǎng)絡與Internet結合，創(chuàng)建一種新的網(wǎng)絡，即移動Internet。各種移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是用于不同的環(huán)境，為用戶提供各種數(shù)據(jù)業(yè)務。因此，在各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間的切換就變得非常重要。實現(xiàn)網(wǎng)絡之間的無縫切換還面臨著許多技術性挑戰(zhàn)，隨著網(wǎng)絡和無線技術的發(fā)展，將會出現(xiàn)更先進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》