移動泛在網絡的發展趨勢

摘要：隨著無線接入技術的快速發展，通信網絡的異構性特征變得更加突出，如何有效地實現不同網絡間的互聯互通以及獲取所需的各類服務，并構建融合各網絡異構性的移動泛在網絡成為業界關注的重點。下一代移動網絡(NGMN)項目綜合考慮業務、終端和網絡各方面的因素，是運營商主導的近期需求愿景，而移動泛在業務環境(MUSE)是學術界的學者們對于未來移動異構泛在網絡的理想化的規劃和設計，更著眼于遠期的融合。未來的移動通信網絡將逐漸向一個綜合的網絡體系平滑演進，為泛在移動寬帶服務提供一個全新的平臺。

關鍵詞：下一代移動通信網絡；移動泛在業務環境；協同；融合

Abstract: As wireless access technologies develop rapidly， the characteristic of heterogeneity has become more and more evident in the telecommunication network. So， achieving inter-working between different networks， sharing the services they provide， harmonizing the heterogeneity arising from different network technologies and constructing mobile ubiquitous service environment are the topics which have been researched on mostly. Operators dream of having a Next Generation Mobile Network (NGMN)， consisting of network， service and terminal requirements， in the near future. Meanwhile， researchers envisage a Mobile Ubiquitous Service Environment (MUSE)， focusing on the ideal design of future mobile heterogeneous ubiquitous network， in the far future. The future mobile network will gradually evolve to an integrated network providing a new platform for ubiquitous mobile broadband services.

Key words: NGMN; MUSE; coordination; composition

近年來各種無線接入技術紛紛涌現，各國開始研究新的超3G和后3G接入技術，顯然，未來網絡的異構性更加突出。其實，不僅在無線接入方面具有這樣的趨勢，在終端技術、網絡技術和業務平臺技術等方面，異構化、多樣化的趨勢也同樣引人注目。廣域的、局域的、車域的、家庭域的、個人域的各種設備，從太空中游弋的衛星到嵌入在身體內的醫療傳感器，如此種類繁多、接入方式各異的終端如何有效地進行互聯互通以及獲取所需的各類服務成為網絡運營商以及通信行業產業價值鏈上各個其他環節所共同關注的問題。

而業務和應用一直都是通信網絡存在的關鍵，業務的豐富性和可能性受業務環境支持能力的限制。因此，融合多種網絡，構建移動泛在業務環境(MUSE)必將成為未來互聯網絡的發展趨勢。

1 移動泛在網絡興起

21世紀初的“全IP”網絡概念使人們堅信，未來網絡的主導發展趨勢必定是以IP核心網為平臺進行網絡的融合與演進。IP互聯網在繼續擁有IP網的靈活性和能提供現有互聯網的全部業務的基礎上，將向下一代互聯網(NGI)演化。同時，IP網還應擁有電信網的高穩定性、可靠性和高度的可管理性，能夠按運營商對業務的設計要求自主地調度全部網絡資源。可管理的IP網配合各種新增值業務模塊進一步發展，將演化成為下一代網(NGN)。在移動通信領域，透過3GPP的R5、R6、R7版本的演進趨勢可以明顯感受到移動通信的全IP進程以及業務提供能力的日趨個性化。

網絡體系結構的問題是未來愿景的核心問題，相關研究得到了廣泛關注，其中以歐盟信息社會技術(IST)系列研究項目最具代表性。在Ambient Networks項目中提出了Ambient Control Space的概念，實質上是一種跨域聯合控制的模式，適合于異構蜂窩網、異構固定無線接入網等廣域網的聯合控制，但是沒有特別涉及移動與泛在融合時，兩種系統在組織與自組織模式的不對稱性。在INSTINCT項目中，探討數字視頻廣播(DVB)網絡與WCDMA網絡在多媒體業務方面的配合能力，體現出了異構廣域網之間的能力差異與互補可能性。在端到端重配置(E2R)項目中，對于軟件定義無線電(SDR)技術進行了增強，將重點放在研究網絡如何在端到端的情況下支持重配置技術。此外，還有MAGNET、WINNER、MOBDICK、ANWIRE等項目，從多個層面和角度對于異構網絡的問題進行了有意義的研究嘗試。

歐盟對于異構網絡的研究在整個世界上居于領先地位，但由于問題本身的復雜性、歐盟研究的技術定位以及研究本身也處于剛剛開始階段，目前在一些關鍵科學問題，如融合系統體系結構的資源效能問題、可擴展性問題、系統的自組織與他組織的共性矛盾問題，并未見到深入的分析。

2 移動泛在網絡發展趨勢

隨著無線技術的迅速發展，未來通信網絡越發異構化，各網絡將經歷從隔離到互通、從互通到協同的演進，通過網絡間的協同，對分離的、局部的優勢能力與資源進行有序的整合，從而最終使系統擁有自愈、自管理、自發現、自規劃、自調整、自優化等一系列新的功能，更加智能化。

2.1 NGMN的網絡發展愿景

目前移動業務的拓展受限于網絡能力和終端能力，這使得未來移動網絡的設計需要綜合考慮業務、終端和網絡各方面的因素，以滿足社會需求的長遠發展。這也是下一代移動網絡(NGMN)項目發起的原因：主流移動通信運營商希望能為用戶提供更好的寬帶無線業務。NGMN項目旨在為后3G的技術演進指引方向，建立明確的性能目標，提出具體的需求建議，并給出未來寬帶移動網的部署場景，以指導下一代移動網絡標準的制訂和開發[1]。

NGMN也面臨著多種網絡互通和融合的問題。圖1給出了未來NGMN的系統架構，以及其與目前移動網絡諸如2G/3G的電路域(CS)部分的共存模式。隨著時間推移，傳統的CS部分將逐步淘汰，未來將是多個不同的接入技術共同接入公共的NGMN分組域(PS)核心網。圖１體現了系統的基本特征，如NGMN要求無縫移動能力和多種異構網絡之間的協作。從運營的角度來看，NGMN將最大程度地利用現有資源包括站址資源和演進的完整的IP傳輸和承載資源，并能提供可以動態升級的自優化的高效路由。從終端的角度來看，初期的NGMN終端必須支持雙模甚至多模功能，如HSPA， EVDO或者GPRS，以保證NGMN終端可以漫游到NGMN覆蓋區外的地區。

2.2 MUSE的未來網絡參考模型

如果說NGMN主要關注了下一代移動網絡和以前移動網絡的互通性，那么移動泛在業務環境(MUSE)則可以算是學術界的學者們對于未來移動異構泛在網絡的理想化的規劃和設計。由于業界對于未來網絡發展的困惑，世界無線研究論壇(WWRF)成立了愿景委員會，希望能夠通過對愿景的共同構思解決“未來的無線通信能夠帶來什么樣的服務”、“我們需要什么樣的服務，什么樣的技術在未來比較重要”、“實現這些服務的挑戰是什么”等問題。MUSE正是作為對未來無線世界愿景目標的一種嘗試性描述在WWRF2004北京會議上被初次提出的。

在MUSE中，通信系統通過各個異構子網絡的協同，能夠支持不同程度的移動與無縫的連接。同時，泛在智能的終端設備以及傳感器網絡還能夠充分交互環境信息，如用戶習慣，用戶身體狀況、情緒，周圍環境的溫度、濕度等，支持信息空間與物理空間的融合。協同網絡同周邊泛在系統的交互與融合能夠產生更為智能的業務提供環境，以向用戶提供始終最佳的業務體驗(ABE)為目標，主動和高效地進行適配性服務。而從業務的角度看來，MUSE將提供一個能夠充分利用各種異構網絡的能力、但又有效地屏蔽了這些異構網絡細節的業務開發和部署環境，實現業務的迅速開發與部署。這一切可以歸納為業務創造的豐富多樣、業務提供的充分適配，網絡的協同融合，終端的泛在智能，這也是MUSE的核心思想[2]。

圖2給出了MUSE系統的參考模型，MUSE系統將主要包含3個功能要素：用戶，終端業務環境(TSE)，網絡業務環境(NSE)。

用戶是以用戶身份(UID)表示，它是整個MUSE中業務服務的對象，它是訂制了一系列專門業務和擁有個性化偏好的用戶的實體甚至集合。TSE是一個直接為用戶提供業務的終端環境，它能協同地運用分布的業務能力向用戶提供服務，并通過對用戶的周圍環境以及上下文的感知反饋對業務進行充分的交互和適配，從而提供給用戶更舒適的體驗。NSE包容了各種各樣的異構網絡，通過協同橋接終端業務環境與業務。NSE將根據TSE提供的上下文信息以及用戶的偏好進行網絡環境的適配，進行高效跨域的資源分配與無縫的業務提供，以向用戶提供ABE。

最后，業務通過MUSE提供給用戶。業務通過MUSE獲得終端環境和網絡環境的能力，同時還有用戶個性化的信息，并通過與網絡環境以及終端環境的協同與適配最終為用戶提供ABE的體驗模式。而MUSE的開放性為業務提供引入了更大的自由度，高質量的業務將通過MUSE的開放業務環境進行高效快速的部署與應用。

2.3 MUSE與NGMN在未來網絡發展上的關系

無論通信產業如何飛速地發展，先進的技術如何層出不窮，網絡的演進始終應遵循的規律有兩個：一是實現用戶的需求，另一個則是實現中所受的環境和條件的限制。因此移動通信網絡的發展原則應當是在平滑的升級或者過渡中向前演進，同時不斷設法滿足用戶在數量、質量和安全上的需求。NGMN和MUSE都很好的順應了這兩條基本規律：在研究未來網絡解決方案的同時充分考慮現有網絡基礎設施，尋求平滑演進同時能夠快速提高網絡性能的最優解決方案。

從最終可達成的時間來看，NGMN所設計的是2010年之后的10年符合運營商需求的移動通信網絡解決方案，計劃在2010年能由特定的國家和運營商提供商業服務，相對是一個近期的可以實現的愿景。而MUSE作為對未來無線世界的愿景，對未來的移動生活設計的更加長遠，還會隨著用戶需求的變化對愿景進行不斷的修正，引入更多的先進技術和設計思想，所以與NGMN的近期且集中于移動網絡的愿景相比MUSE更像是通信行業的長期奮斗理想，真正意義上的愿景。

從研究目的來看，兩者有著共同的驅動力——解決網絡的異構性和多樣性，為用戶提供優質的移動業務。NGMN由于是運營商主導的需求愿景，所以在一定程度上更注重實用，側重于解決與以前2G和3G網絡的互通問題，并希望盡快成熟推向市場。而MUSE則更關注于面向未來，希望提供全面解決“無處不在”的泛在業務環境的異構性的統一框架。

從技術需求來看，NGMN目前已給出了詳細的系統性能需求，對其最終的實現具有潛在的支持能力。而NGMN的設計需求中所提到的優化的QoS 體系結構、無縫移動性、網絡選擇性、開放與標準化的接口、呼叫控制等方面的需求都體現出了NGMN對于異構網絡間從簡單互通到協同的發展方向，最終實現對于分離的、局部的優勢能力與資源的有序的整合，實現對資源的優化使用。在相當一部分需求中，NGMN更著眼于蜂窩網絡內部的性能的提升、資源的有效利用、網絡安全管理以及計費等問題，是未來移動泛在網絡環境實現的基礎。

總的來說，NGMN和MUSE有著共同的目標和相同的驅動力。NGMN關注于系統內部設備間的信息交互與各個功能所實現的流程，以及服務獲取的各項性能指標，而MUSE偏重于未來的理想服務獲取模式與應用與服務的獲取方式，而不在于具體方案的得出。盡管如此，NGMN與MUSE間的以滿足用戶需求為設計目標，以快速高效的提供優質用戶體驗的服務為驅動力的共性決定了NGMN對MUSE的潛在支持能力，NGMN的研究到最終的實現是通信行業向MUSE愿景的邁進[3-5]。

3 結束語

未來的移動通信網絡將逐漸向一個綜合的網絡體系平滑演進，為泛在移動寬帶服務提供一個全新的支撐平臺。從已有網絡平滑演進逐步替換已有網絡，必將增強移動運營商提供經濟的無線寬帶服務的能力，用戶則是直接的獲益者。移動泛在網絡環境的構建，各種異構網絡共存，意味著一個以用戶為中心的智能通信系統的成功構建。

移動通信網絡和泛在網絡的協同是移動泛在網絡發展的核心問題，也是未來網絡技術進一步發展所面臨的重點和難點問題。各種移動泛在子系統在接入、控制和業務層面都表現出非常大的差異性，因此未來的移動泛在網絡要想實現異構網絡間的互通與融合，達到對于網絡資源的控制與共享還存在很大的困難。在移動泛在網絡的背景下，除了有終端移動性、業務移動性和個人移動性問題之外，某些泛在網絡，如可穿戴網絡本身也可能發生移動，隨之會產生網絡移動性問題，這也是設計者所需要考慮的。雖然NGMN中已給出了許多具體的需求，將對未來網絡的期望表述的詳細而明確，MUSE也通過理論的分析和推斷對未來的泛在業務環境給出了展望，但要想真正實現智能性網絡，我們還有很長的路要走。

4 參考文獻

[1] NGMN White Paper Version 3.0. [R]. 2006-12-05.

[2] 張平， 紀陽. 移動泛在業務環境及其體系架構設計的挑戰[J]. 北京郵電大學學報， 2005， 28 (5): 1-3， 37.

[3] Weiser m. The computer for the twenty first century. Scientific American， 1991， 265 (3): 94-104. 1991.

[4] NanoIP: The zen of embedded networking[EB/OL]. www.cwc.oulu.fi/nanoip/.

[5] Influence where the wireless world is going [EB/OL]. http://www.wireless-world-research.org

收稿日期：2007-05-20

作者簡介

黃怡，北京郵電大學通信與信息系統專業在讀碩士研究生。主要研究方向為移動通信核心網網絡架構，未來移動通信網絡業務，移動泛在業務環境等。

崔春風，博士，中國移動通信有限公司研究院項目經理。主要研究領域為無線技術和無線網絡架構研究，負責和參與NGMN、WiMAX和3GPP標準化的工作。