未來移動多媒體網(wǎng)絡(luò)間無縫切換的挑戰(zhàn)

2019-11-03 09:26:26

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供稿：網(wǎng)友

張傳福

（中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司設(shè)計院北京100027）　　摘要第三代移動通信系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提供多媒體業(yè)務(wù)，在移動多媒體通信系統(tǒng)中的切換問題非常重要，本文介紹了多媒體業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，移動多媒體業(yè)務(wù)切換的特殊要求，不同網(wǎng)絡(luò)間的切換協(xié)議。重點(diǎn)介紹了基于ip網(wǎng)絡(luò)的移動多媒體網(wǎng)絡(luò)之間無縫切換的各種水平切換和垂直切換方式以及無線TCP的優(yōu)化。

　　關(guān)鍵詞多媒體業(yè)務(wù) 媒體同步水平切換垂直切換無線TCP 移動IP

1 引言

　　第三代移動通信系統(tǒng)的主要目標(biāo)是提供多媒體業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)為用戶提供話音和簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，相關(guān)的控制結(jié)構(gòu)、控制協(xié)議和管理方式都基于話音和數(shù)據(jù)媒體。隨著移動通信系統(tǒng)中的各種業(yè)務(wù)需求的增加，也迫切地需要無所不在的多媒體業(yè)務(wù)。

　　多媒體應(yīng)用總是由不同媒體類型組成，如文本、圖形、圖像，這些稱為靜止媒體，音頻和視頻稱為連續(xù)媒體。連續(xù)媒體有些實(shí)時要求，如視頻數(shù)據(jù)流應(yīng)在每秒內(nèi)顯示30個視頻媒體單元來保持連續(xù)性的特性，但可以容忍一些差錯。靜態(tài)媒體需要無差錯傳送，但沒有實(shí)時要求。時間上的協(xié)調(diào)和合作過程稱為媒體同步。多媒體同步在表達(dá)時序安排上起作用，事實(shí)上是多媒體表達(dá)系統(tǒng)的核心部分。

　　在分布式多媒體系統(tǒng)中，為了平滑隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的邊界效應(yīng)，總是給客戶顯示端分配大量的緩存器來保持同步需要；為了減少所需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬，媒體對象是以壓縮形式傳輸。在靜止圖像、音頻和視頻媒體流中可以分別采用多種壓縮技術(shù)，如基于單元內(nèi)的JPEG，基于單元間的MPEG。

　　根據(jù)相關(guān)的多媒體特性，多媒體移動通信系統(tǒng)中的切換管理不同于傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)。必須采用適當(dāng)?shù)那袚Q過程來達(dá)到平滑多媒體在一定的可接受級別。因此，除了一般的過程，如測量信號的質(zhì)量，然后決定何時何地進(jìn)行切換外，切換過程必須能夠處理多媒體同步的要求來保持多媒體在移動通信系統(tǒng)中的連續(xù)特性。為了滿足RF信道的低可用帶寬的特性，無線傳輸?shù)拿襟w應(yīng)使用壓縮格式，它的壓縮比應(yīng)比有線情況下的高。為了通過RF信道發(fā)送到移動設(shè)備上，媒體單元必須壓縮并分解成多個稱為移動塊的移動數(shù)據(jù)單元。移動設(shè)備將多個移動塊合并成一個壓縮的媒體單元，然后將其解壓縮進(jìn)行顯示。

2 研究移動多媒體業(yè)務(wù)切換的原因

　　傳統(tǒng)的切換協(xié)議基于測量信號的質(zhì)量來決定開始切換過程的時間和地點(diǎn)。大多數(shù)以前提出的切換方式不適合多媒體移動通信系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈儧]有考慮在執(zhí)行切換過程期間數(shù)據(jù)間的依賴問題，既多媒體流間的壓縮關(guān)系和同步關(guān)系。在移動設(shè)備將多個移動塊合并成多媒體的媒體單元期間，由切換造成的信息丟失現(xiàn)象使合并和解壓縮不完整。

　　多媒體移動通信系統(tǒng)的另一個問題是緩存器問題，客戶顯示端總是需要分配許多緩存器來平滑隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延，但為了降低費(fèi)用，移動設(shè)備總是有受限的緩存器空間。因此，為了保持多媒體通信系統(tǒng)的同步要求，應(yīng)提出適合多媒體移動通信的結(jié)構(gòu)來管理媒體緩存問題。

　　動態(tài)切換方式利用它們各自的分析模型來計算切換請求所需的資源，以便保持所要求的切換阻塞概率。在這兩種方式中，分析模型都假設(shè)所有的連接請求是同一的。但如果無線網(wǎng)絡(luò)支持多媒體業(yè)務(wù)，這種假設(shè)是無效的。因?yàn)槎嗝襟w連接在滿足它們QoS要求所需的資源數(shù)量上可能不同。問題是基站應(yīng)如何動態(tài)地適應(yīng)為切換請求所預(yù)留的資源數(shù)量。增強(qiáng)的切換排隊方式利用基于測量信號強(qiáng)度代替FIFO方式，調(diào)整隊列中的切換請求位置來降低切換失敗概率。然而調(diào)整隊列中切換請求的位置產(chǎn)生很嚴(yán)重的信令負(fù)載，因?yàn)橐苿咏K端（MS）必須通知基站它所接收的信號強(qiáng)度。也有一些其他的解決方式來降低切換失敗概率。B.Epstein等人和J.Chen等人分別研究了在由單蜂窩和成束蜂窩組成的環(huán)境中的兩種信道預(yù)留方法（可變的防護(hù)信道方式）。但它們假定只有窄帶呼叫需要切換。這在移動多媒體網(wǎng)絡(luò)中不適用。D.A.Levine等人引入了陰影束的概念，此概念通過估計未來切換所需的資源來作出呼叫接入判決。此方法可能對系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的計算負(fù)載，因?yàn)閷γ總€新呼叫請求和切換都需要執(zhí)行陰影束操作，特別是在切換率非常高的微蜂窩/微微蜂窩系統(tǒng)。

3 多媒體移動通信系統(tǒng)中的切換協(xié)議

　　為了解決緩存問題和數(shù)據(jù)依賴性問題，C.M.Huang等人提出了多媒體移動切換結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的切換協(xié)議。在此結(jié)構(gòu)中，在移動交換中心進(jìn)行媒體緩存。這樣，仍然可以保持媒體同步而不增加移動設(shè)備的緩存器大小。為了解決數(shù)據(jù)依賴性問題，提出了粘合點(diǎn)（glue-point）的概念。一個壓縮的媒體單元由Ｋ個移動塊組成，第Ｋ個移動塊的終點(diǎn)稱為粘合點(diǎn)。在粘合點(diǎn)進(jìn)行切換，以使在切換期間仍然保持壓縮媒體單元的完整性。

　　有兩種類型的媒體同步：媒體內(nèi)同步和媒體間同步。媒體內(nèi)同步處理媒體流內(nèi)部的行為，既當(dāng)某些媒體單元延遲到達(dá)或在網(wǎng)絡(luò)中被阻塞時采用適當(dāng)?shù)膭幼?。媒體內(nèi)同步的目的是平滑由隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延產(chǎn)生的抖動。媒體間同步的目的是將扭曲減小到可接受的程度，扭曲表示媒體流之間的同步異常。

　　為了保持連續(xù)性，視頻適合采用非阻塞策略（如果在預(yù)期的時間沒有得到預(yù)期的視頻媒體單元，就再一次顯示最近顯示的視頻媒體單元，重復(fù)執(zhí)行此過程直到預(yù)期的媒體單元到達(dá)。因?yàn)橹貜?fù)顯示音頻媒體單元毫無意義）。音頻適合采用阻塞策略（如果在預(yù)期的時間沒有得到預(yù)期的音頻媒體單元，就保持安靜直到預(yù)期的音頻媒體單元到達(dá)）。各種網(wǎng)絡(luò)資源（不同的媒體速率，它們受帶寬和時延抖動的影響）和各種計算資源（既緩存器）可以合并，以便有可接受的媒體間的同步異常。

　　現(xiàn)有的切換協(xié)議只關(guān)心信號質(zhì)量而不注意數(shù)據(jù)依賴性的問題。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的依賴性和媒體的連續(xù)性，在設(shè)計多媒體切換時必須考慮另一個新參數(shù)——粘合點(diǎn)。引入粘合點(diǎn)，多媒體移動通信系統(tǒng)的切換過程分為三個部分：正常的階段、切換準(zhǔn)備階段和切換階段。

　　在正常的階段，每個MS從BS接收媒體單元，BS或MS負(fù)責(zé)檢測正在進(jìn)行業(yè)務(wù)的信號質(zhì)量。當(dāng)滿足切換條件時，由于多媒體移動通信系統(tǒng)只能在粘合點(diǎn)進(jìn)行切換，就進(jìn)入切換準(zhǔn)備階段。在此階段，原來的BS繼續(xù)傳輸移動塊直到出現(xiàn)粘合點(diǎn)，再進(jìn)入切換階段。在此階段建立新的無線通信路徑，中斷原有的通信路徑。在切換期間，MSC不再發(fā)送任何媒體單元到MS，因此沒有信息丟失。處理切換的中斷期間看作MS的抖動。

　　有兩類粘合點(diǎn)切換協(xié)議，第一類用于MSC內(nèi)的切換，第二類用于MSC間的切換。MSC內(nèi)的切換協(xié)議可以分為三種類型，既MS控制的、MSC控制的和MS輔助MSC控制的。所有這三類切換協(xié)議都有類似的規(guī)律階段。在MS控制的切換中，MS負(fù)責(zé)檢測信號質(zhì)量和觸發(fā)切換準(zhǔn)備階段，并初始化切換階段。在MSC控制的切換中，MSC負(fù)責(zé)檢測信號質(zhì)量，它由BS報告，然后觸發(fā)切換準(zhǔn)備階段。MSC為MS選擇新的BS來保持相應(yīng)MS正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)。在MS輔助MSC控制的切換中，MSC請求MS幫助通過原來BS報告信號質(zhì)量，然后當(dāng)切換準(zhǔn)則滿足時觸發(fā)切換準(zhǔn)備階段。

　　 MSC間的切換協(xié)議也有三個階段，既正常的階段、切換準(zhǔn)備階段和切換階段。MSC間切換協(xié)議的切換階段不同于MSC內(nèi)切換協(xié)議的切換階段， MSC間切換協(xié)議的切換階段的主要任務(wù)是追蹤漫游的MS、原有的MSC對剩余的多媒體傳輸與MS有關(guān)的狀態(tài)到新MSC，建立新MS通過BS到MSC的無線通信路徑并拆除原有的連接，建立新MSC和多媒體服務(wù)器（MServer）之間的有線通信路徑。有兩種方式建立有線通信路徑，第一種方式是如果新MSC不在原有MSC和MServer之間的有線通信路徑中，就建立新MSC與原有MSC間的路徑，它連接已有有線通信路徑來獲得新MSC和MServer之間的新通信路徑。第二種方式是如果新MSC是原有MSC和MServer之間的有線通信路徑中的一部分，就中斷新MSC與原有MSC間的路徑，生成直接的新MSC和MServer之間的新通信路徑。

4 在未來移動多媒體網(wǎng)絡(luò)之間無縫切換所提出的挑戰(zhàn)

　　不同網(wǎng)絡(luò)間的快速無損切換是建設(shè)無縫移動多媒體網(wǎng)絡(luò)的一個最大挑戰(zhàn)?？梢匀菀椎貜牡谌苿油ㄐ畔到y(tǒng)的分層模型看出此問題的解決方式將是多媒體成功綜合的關(guān)鍵。

4.1 GPRS和UMTS之間的多媒體切換

　　對于GPRS和UMTS接入網(wǎng)之間無縫多媒體切換，N.An 等人研究了系統(tǒng)間切換協(xié)議。為了導(dǎo)出與切換算法有關(guān)的信令協(xié)議，必須開發(fā)功能模型，從功能模型中可以識別功能實(shí)體。功能模型映射到功能結(jié)構(gòu)，它確定參考網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能組。功能結(jié)構(gòu)中的每個功能組包括一個或多個功能實(shí)體來執(zhí)行功能任務(wù)。為了完成信令協(xié)議的定義，必須定義功能實(shí)體/組之間的交互作用使能夠?qū)С鲂帕钕⒑透袷健?br>
　　設(shè)計信令協(xié)議的起始點(diǎn)是辯識功能結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。功能結(jié)構(gòu)定義網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)體和它們之間的功能接口。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)識別網(wǎng)絡(luò)單元之間的物理接口。功能接口可以跨越一定數(shù)量的物理接口及在相同的物理接口上可以實(shí)現(xiàn)多個功能接口。功能接口提供功能實(shí)體間的通信路徑，功能實(shí)體又定義網(wǎng)絡(luò)的信令協(xié)議。

　　它考慮兩個接入網(wǎng)，UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)（UTRAN）和GPRS基站子系統(tǒng)（BSS）。對核心網(wǎng)，ITU已確定了三個可以支持各種業(yè)務(wù)（話音、分組數(shù)據(jù)和多媒體）的解決方式：進(jìn)化的GSM（MAP）、進(jìn)化的ANSI-41和新的基于IP的方式。

　　在未來的不同種類的移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中有兩種可能發(fā)生切換：系統(tǒng)內(nèi)切換，移動終端將在相同接入網(wǎng)的不同節(jié)點(diǎn)B或BTS之間進(jìn)行切換；系統(tǒng)間切換，切換發(fā)生在不同接入網(wǎng)之間，如UTRAN和GPRS。

　　為了保證切換期間QoS的提供，將切換的連接管理功能分成兩個主要的類別：切換管理和QoS管理。切換管理包括切換過程的所有三個階段，而QoS管理功能包含在切換的判決階段，并負(fù)責(zé)QoS的重新協(xié)商。QMF（QoS測量功能）功能實(shí)體將根據(jù)不同類型的業(yè)務(wù)提供QoS參數(shù)的測量。此信息將傳送到QCF（質(zhì)量控制功能）用于監(jiān)視，而HOCA（切換控制代理）將執(zhí)行QoS協(xié)商。

4.2 移動性支持

　　IP是多媒體應(yīng)用最通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且可能繼續(xù)是未來最重要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。L.Taylor等人提出了基于IP的不同網(wǎng)絡(luò)之間的切換問題。

　　在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，切換是當(dāng)移動終端將端到端通信從一個基站轉(zhuǎn)換到另一個基站時發(fā)生的過程?；緸橐苿咏K端提供網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，執(zhí)行路由更新使其從故障、擁塞和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母膭又谢謴?fù)。在NPOA（網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)），需要切換功能追蹤移動終端的移動，然后執(zhí)行路徑更新來重新為業(yè)務(wù)流量選擇更合適的路徑。

　　在分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，水平切換和垂直切換統(tǒng)一了切換的兩個概念和路徑的改變。反應(yīng)時間和數(shù)據(jù)丟失是無縫切換的關(guān)鍵因素。水平切換通常是當(dāng)移動設(shè)備在兩個或多個蜂窩或覆蓋區(qū)域之間移動時發(fā)生。相同網(wǎng)絡(luò)的鄰近蜂窩間移動設(shè)備的NPOA轉(zhuǎn)換應(yīng)得到較低的反應(yīng)時間。水平切換應(yīng)是無損的，除非有特殊的環(huán)境，如微微蜂窩之間高的移動速率或移動終端的密度非常高。

　　通常，較快的網(wǎng)絡(luò)與較慢的網(wǎng)絡(luò)相比，有較小的覆蓋區(qū)域。因此，垂直切換到較快的網(wǎng)絡(luò)層，如微蜂窩到微微蜂窩，一般在當(dāng)兩個網(wǎng)絡(luò)對移動終端都可用時發(fā)生，并且可以是無損的。如果快速網(wǎng)絡(luò)擁塞，將不發(fā)生切換，因此不發(fā)生數(shù)據(jù)損失。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)不可用時，如用戶移出微微蜂窩環(huán)境時，必須進(jìn)行垂直切換而不同時接入到兩個網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下很難阻止數(shù)據(jù)損失，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)連接要中斷一段時間，新的網(wǎng)絡(luò)層可能比當(dāng)前層有更低的比特速率。

　　不同網(wǎng)絡(luò)層之間的切換可能導(dǎo)致移動設(shè)備有非常不同的可用業(yè)務(wù)質(zhì)量，如從無線LAN（2Mbit/s）到GSM（9.6kbit/s）的切換?？梢允褂脙煞N不同的方式來支持帶寬的改變。第一種方式可以將移動終端使用的應(yīng)用設(shè)成支持可變業(yè)務(wù)質(zhì)量。它的缺點(diǎn)是不能在移動終端上使用“標(biāo)準(zhǔn)”的應(yīng)用。第二種方式是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用網(wǎng)絡(luò)代理或分組濾波器來支持標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。

4.3 垂直切換

　　在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中使用的支持移動性的方式通常提供交換機(jī)或路由器來保持移動設(shè)備的永久地址與它的NPOA之間的關(guān)系。IP和ATM都采用這種方式。

　　移動IP——在IP網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)研究項(xiàng)目都采用移動IP所使用的方式。在非移動IP網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上的連接點(diǎn)是固定的。唯一的IP地址識別節(jié)點(diǎn)及其所連接的子網(wǎng)、基于目的節(jié)點(diǎn)的IP子網(wǎng)地址，數(shù)據(jù)分組尋路到合適的IP子網(wǎng)。如果節(jié)點(diǎn)是移動主機(jī)，且移動到新的子網(wǎng)，必須保持相同IP地址組合的活動連接將不把它們的分組尋路到新的NPOA，因?yàn)樗鼈兊腎P子網(wǎng)地址將指向原來的子網(wǎng)，且將中斷現(xiàn)有的活動連接。

　　基本的移動IP方式是IP的擴(kuò)展，它允許IP分組透明地尋路到Internet上的移動終端。當(dāng)MS連接到它的原籍網(wǎng)絡(luò)時，使用標(biāo)準(zhǔn)的IP尋路。當(dāng)MS連接到外部網(wǎng)絡(luò)時，它獲取care-of地址（COA），此地址識別它到Internet的當(dāng)前連接點(diǎn)。依賴于外部網(wǎng)絡(luò)，MS獲得的（如使用動態(tài)主機(jī)構(gòu)造協(xié)議（DHCP））COA可能是局部外部代理（FA）的地址或局部地址。COA在MS的原籍網(wǎng)絡(luò)上用原籍代理（HA）進(jìn)行登記。

　　在移動IP中使用不對稱尋路機(jī)制，也稱為“三角尋路”。從MS到相應(yīng)主機(jī)（CH）的尋路是直接的，但在從CH到MS路徑上分組被MS原籍網(wǎng)絡(luò)（由MS的IP地址識別的子網(wǎng)）上的HA截取。然后HA使用COA轉(zhuǎn)發(fā)目的地是MS的分組。因此分組可能要沿著比最優(yōu)路徑長得多的路徑進(jìn)行傳輸。移動IP的切換將遭受反應(yīng)時間，它對TCP/IP的連接有不利的影響。

　　當(dāng)前的IP版本是IPv4，它受到一些限制，特別是有限的地址范圍。提出的IPv6克服了這些限制。兩個IP版本的基本移動性支持是相同的，但I(xiàn)Pv6支持尋路優(yōu)化。

　　所有節(jié)點(diǎn)（移動或固定）都能夠?qū)W習(xí)和緩存捆綁表中的移動節(jié)點(diǎn)的捆綁。捆綁表示原籍地址和COA的關(guān)系。當(dāng)傳輸分組到任何IPv6目的地時，節(jié)點(diǎn)檢查它緩存的分組目的地址的捆綁。如果發(fā)現(xiàn)入口，節(jié)點(diǎn)將分組直接發(fā)送到捆綁指示的care-of地址。當(dāng)MS移動到不同的外部網(wǎng)絡(luò)時，它必須發(fā)送新的COA到所有正與它進(jìn)行通信的相應(yīng)主機(jī)。使用緩存捆綁尋路更有效，因?yàn)榉纸M直接進(jìn)行尋路而不經(jīng)過原籍代理。

　　ATM網(wǎng)絡(luò)中的移動性——經(jīng)常引用ATM作為未來固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的參考結(jié)構(gòu)，也用于公用固定網(wǎng)絡(luò)中。已經(jīng)提議將有端到端ATM信令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐惥W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為最終的多媒體網(wǎng)絡(luò)。但是，ATM獨(dú)特的可擴(kuò)展性已經(jīng)被非常迅速發(fā)展的、極端快速的IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所壓倒。對采用ATM將IP業(yè)務(wù)流量有效地進(jìn)行打包做了大量的研究。但目前還不清楚是否將實(shí)現(xiàn)全端到端ATM網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前第三代移動通信系統(tǒng)的建議并不包括基于ATM的空中接口。另一方面，可以很容易地得出結(jié)論，在未來（包括移動）多媒體網(wǎng)絡(luò)中IP將是占主導(dǎo)地位的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

　　ATM主要是面向連接的交換結(jié)構(gòu)，為了提供支持各種類型業(yè)務(wù)，在連接建立期間有復(fù)雜的算法用于資源分配。在公用網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)視每個連接的業(yè)務(wù)流量來執(zhí)行建立期間同意的業(yè)務(wù)和約。因?yàn)閼?yīng)用的業(yè)務(wù)流量變化很大，一些類型的業(yè)務(wù)是恒定業(yè)務(wù)流量速率、有已知最大速率的可變業(yè)務(wù)流量速率、未知速率等。每一類有相關(guān)的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）參數(shù)，它可能包括最大傳輸時延、時延抖動、比特差錯率等。業(yè)務(wù)流量和約在連接建立時協(xié)商，指定QoS參數(shù)的值或范圍，ATM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的移動性有額外的挑戰(zhàn)性，因?yàn)榛镜脑O(shè)計沒有預(yù)計到連接端點(diǎn)的改變。提供QoS保證的網(wǎng)絡(luò)資源分配只能對靜態(tài)端點(diǎn)確定地執(zhí)行。因?yàn)閷o損切換，較低的反應(yīng)時間是關(guān)鍵，在切換期間重新估計連接建立算法是不必要的。

　　美國和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化組織對ATM的移動性規(guī)范的制定作出很大的努力。ATM論壇和歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會/寬帶無線接入網(wǎng)（ETSI BRAN）聯(lián)合定義了無線ATM的參考模型，BRAN定義了無線方面，而ATM論壇負(fù)責(zé)ATM協(xié)議的增強(qiáng)。BRAN也與日本的多媒體移動接入通信系統(tǒng)促進(jìn)委員會（MMAC）項(xiàng)目進(jìn)行合作。

　　W-ATM中的信令增強(qiáng)必須支持位置管理和認(rèn)證，當(dāng)移動設(shè)備改變時的登記與關(guān)聯(lián)，以及業(yè)務(wù)的切換。已經(jīng)提出了許多建議，在標(biāo)準(zhǔn)化組織中確實(shí)仍然在爭論如何最好地在單一移動件(mobile-ware)ATM交換機(jī)支持的局域覆蓋區(qū)域內(nèi)和交換機(jī)之間管理切換機(jī)制。正在考慮透明地切換到ATM系統(tǒng)(無線切換)和網(wǎng)絡(luò)初始的切換。

4.4 水平切換

　　對IP網(wǎng)絡(luò)中的水平切換，已經(jīng)使用了許多不同的技術(shù)。

　　IP多播——有三種類型的IPv4地址：單播、廣播和多播。單播地址用于傳輸分組到單一目的地。廣播地址用于發(fā)送分組到整個網(wǎng)絡(luò)。多播地址用于發(fā)送分組到一組主機(jī)，它們被構(gòu)造成經(jīng)過各種網(wǎng)絡(luò)的多播組成員?！　《嗖ブ饕糜贗nternet應(yīng)用，如需要把相同信息發(fā)送到不同主機(jī)的視頻會議。使用單播地址，服務(wù)器將復(fù)制相同的分組并直接發(fā)送到每個主機(jī)。使用多播地址，服務(wù)器只將一個分組發(fā)送出去，且多播路由器為分組建立分配樹并將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一個多播路由器，或如果分配樹分裂就復(fù)制它。多播也用于Daedalus項(xiàng)目中來提供無線蜂窩之間的切換。在此實(shí)驗(yàn)中使用移動IP提供移動終端的單點(diǎn)聯(lián)系，但是COA多播地址永遠(yuǎn)不改變。

　　移動終端的當(dāng)前基站和多個周圍的基站預(yù)定到描述移動終端的多播組中。因此它們都接收移動終端的分組并都進(jìn)行緩存，但只有當(dāng)前的基站前轉(zhuǎn)分組到移動終端。移動終端通過測量它從周圍基站接收的信號強(qiáng)度參與切換。當(dāng)移動終端初始切換時，它發(fā)送信息到舊基站和新基站，并且新基站開始前轉(zhuǎn)分組到移動終端。

　　使用多播的好處是尋路到移動終端并不需要在原籍代理改變，因?yàn)槎嗖サ刂繁旧硖峁┛焖賹ぢ犯聶C(jī)制。它的一個缺點(diǎn)是多播地址的目的是發(fā)送分組到不同網(wǎng)絡(luò)的多個主機(jī)，并且在這種情況下，一個多播地址只能用于一個終端。

　　ARP切換——ARP（地址解析協(xié)議）是用于子網(wǎng)內(nèi)的協(xié)議，它將IP地址映射為節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)硬件地址（MAC地址），然后使用硬件地址發(fā)送分組。在IP網(wǎng)中，當(dāng)分組到達(dá)網(wǎng)絡(luò)段時，路由器發(fā)出ARP請求來找到分組要到達(dá)的設(shè)備的物理地址。并不需要來自目的地本身的ARP答復(fù)，但可以是來自知道如何發(fā)送分組到達(dá)目的地的代理的ARP答復(fù)。

　　當(dāng)MS從另一個BS接收到比它當(dāng)前BS的信標(biāo)更強(qiáng)的信標(biāo)時，它初始切換：（1）MS用新BS的地址和原BS的地址發(fā)送問候消息到新BS；（2）新BS為MS生成尋路入口并用問候ACK消息來響應(yīng)；（3）新BS用它的地址在有線鏈路上發(fā)送通知消息到舊BS；（4）原BS刪除MS的入口并用通知ACK消息發(fā)送緩存的、目的地為MS的分組到新BS；（5）新BS為路由器廣播改變方向消息，感興趣的主機(jī)更新它們的高速緩存器。此切換技術(shù)只能用于相同子網(wǎng)內(nèi)基站間的切換，因?yàn)锳RP限于子網(wǎng)內(nèi)。

5 無線TCP的優(yōu)化

　　TCP是計算機(jī)通信網(wǎng)可靠的端到端協(xié)議。TCP的特性是它內(nèi)置在用于擁塞控制的算法中。有線鏈路非常可靠，因此任何分組丟失通常只發(fā)生在路由器由于擁塞而丟棄分組時。當(dāng)發(fā)送TCP系統(tǒng)檢測到分組丟失時，它假定是由于擁塞造成的，并采用降低傳輸速率的方式。這明顯地降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。無線鏈路的差錯率非常高，TCP將這些丟失解釋為鏈路的擁塞，因此在重新傳輸分組前降低傳輸窗口的大小。需要改善無線鏈路上的TCP性能來保證擁塞控制只應(yīng)用到當(dāng)分組丟失發(fā)生在有線網(wǎng)絡(luò)時。有許多改善無線鏈路上TCP性能的技術(shù)。

　　間接的TCP——當(dāng)使用兩個不同的媒介（如，有線和無線）進(jìn)行連接時，間接TCP將連接分成兩個分離的互連，每個媒介有一個互連。這也是熟知的分離連接TCP。此方式的優(yōu)點(diǎn)是在兩個不同的網(wǎng)絡(luò)上使用分離的流和擁塞控制。也可能在基站和MS之間使用無線知道（wireless-aware）的協(xié)議。間接TCP的主要缺點(diǎn)是確認(rèn)不是端到端的，意味著在移動主機(jī)還沒有接收到分組前發(fā)送者就可能接收到它的確認(rèn)。另外，因?yàn)檫B接是分離的，分組必須在連接之間移動，它降低了吞吐量。已經(jīng)得出對差錯率達(dá)到5×10-6時，I-TCP的固定和移動主機(jī)之間的端到端吞吐量是正常TCP的一半。

　　改進(jìn)的I-TCP——改進(jìn)的I-TCP是基于間接TCP，在基站分離連接，但在發(fā)送確認(rèn)到固定主機(jī)前用基站等待來自移動主機(jī)的確認(rèn)。它通過提供端到端確認(rèn)改善了間接TCP，但是在建立兩個連接和在它們之間傳送分組仍然存在開銷。改進(jìn)的I-TCP與I-TCP的執(zhí)行一樣。

　　探聽TCP——在探聽TCP中，從固定主機(jī)到MS的分組通過運(yùn)行探聽模塊的基站進(jìn)行尋路。此模塊緩存發(fā)送到MS的分組并檢查移動主機(jī)返回的確認(rèn)。當(dāng)檢測到分組丟失時，如果它存儲在高速緩存器中基站就重新傳輸丟失的分組。在有較低比特差錯率的無線鏈路上，探聽TCP與正常TCP的差別很小。由探聽產(chǎn)生的開銷可以忽略。當(dāng)比特差錯率等于或大于5×10-7時，使用探聽的吞吐量可以最大增加20倍。

　　SACK TCP——上面所討論的協(xié)議都是用于改善固定主機(jī)和MS之間的鏈路質(zhì)量?？梢允褂眠x擇性確認(rèn)（SACK）改善MS和基站之間的上行鏈路的質(zhì)量。TCP使用累積確認(rèn)方式，發(fā)送者并不知道哪些分組被接收和可以重傳的復(fù)制分組。使用SACK，當(dāng)檢測到丟失分組時，接收者發(fā)送確認(rèn)來指示所有已經(jīng)接收的分組以便發(fā)送者確切地知道哪些分組需要重傳。當(dāng)在MS和基站之間使用SACK時，可以盡早地檢測到任何丟失的分組（在基站，而不是在固定主機(jī)）。然后基站可以請求重新傳輸丟失的分組。

　　鏈路層重傳——可靠的鏈路層協(xié)議可以保護(hù)TCP不受無線鏈路差錯的影響。在此方式中，當(dāng)需要確保有保證的傳送時，鏈路層將重新傳輸分組。如果傳送的分組次序不對，仍然可能降低TCP的吞吐量?？梢缘贸?，TCP知道（TCP-aware）的鏈路層協(xié)議的效果最好。

----《中國數(shù)據(jù)通信》