異構多模終端的接入選擇功能架構

摘要：不同類型無線網絡的融合是寬帶無線通信發展的必然趨勢。在異構融合網絡環境中，無論何種無線網絡都能夠提供無所不在的最優服務。具有挑戰性的問題就是異構多模終端的管理系統和接入選擇功能架構的設計。一種異構多模終端管理架構通過與各協議層的有效交互，可以適應多種接入標準與技術的要求，實現多模異構終端的無縫接入和移動。接入選擇是核心研究問題之一，接入選擇功能架構主要包含3個模塊：接入適配、移動管理、用戶偏好。

關鍵詞：異構無線網絡；異構多模終端；終端管理系統；接入選擇；中間件

下一代移動通信系統由各種無線網絡組成，每種無線接入技術在容量、覆蓋、數據速率和移動性支持能力等方面各具特色，任何一種無線接入都不可能滿足所有用戶的要求。隨著已有的無線接入技術不斷演進，新型無線接入技術也不斷出現，它們相互補充、融合和集成。這些融合與互通涉及網絡的方方面面，實現方案多種多樣，其中終端的作用和功能始終最為關鍵。未來的移動終端將擁有多個無線接口，具有接入不同網絡的能力。設計異構多模終端接入選擇的功能架構，保持用戶接入最優的網絡，有效利用全網的無線資源，整合不同無線接入技術到一個統一的網絡環境[1]，成為異構網絡融合領域研究的熱點之一。

1 異構多模終端的研究現狀

業內針對異構網絡終端的接入選擇機制展開了廣泛研究。在歐洲IST第六代Ambient Network項目的研究框架中，研究人員提出了“總是最佳連接”(ABC)的概念[2]，目的是使異構多模移動終端始終無縫連接到最適合應用需求的接入。ABC系列解決方案包括：接入發現、接入選擇、認證鑒權和計費(AAA)支持、移動性管理、檔案處理和內容適配。作為核心問題之一，接入選擇針對應用業務流，選擇最合適的接入網絡。IST 計劃下Moby Dick項目提出了基于終端的端到端重配置方案[3]，闡述了網絡融合環境中異構多模終端的概念架構，對異構網絡融合中解決終端問題提供了新的思路，但整體架構功能設計和實施方式還有待于研究，機制、算法和接口的定義還有待于完善。在3GPP R7規范中，關于系統架構演進(SAE)的研究中，已經明確提出未來的異構網絡場景，必須具備在異構接入網絡之間支持無縫移動性，多接入選擇算法問題作為重要的開放課題被提出。在對B3G以及4G的愿景描述中，WWRF論壇[4]提出了未來無線通信系統的發展趨勢是寬帶化、泛在化、協同化，多種制式的網絡共存、相互補充、協同工作、支持終端移動性，并逐步演化成為一個異構互聯的融合網絡。

在異構融合網絡環境中，無論何種無線網絡都能夠提供無所不在的最優服務。移動用戶根據需要和要求，控制網絡的接入。具有挑戰性的問題就是異構多模終端的管理系統和接入選擇功能架構的設計。

2 異構多模終端的管理功能架構

在異構網絡條件下，終端的工作環境將產生巨大的變化，但終端的基本組成不變，只是網絡的互通和融合對終端性能提出了更高的要求。在沒有用戶干預的情況下，移動終端能夠綜合考慮多種無線接入技術的能力、網絡覆蓋情況、網絡使用情況、業務需求、資費和用戶的偏好，自主地完成網絡感知，選擇最優的網絡接入。在異構網絡環境中，融合的無線網絡架構需要全新的終端管理架構作為支撐[5]；在實現異構網絡融合的過程中，需要設計一種全新的異構多模終端管理架構。如圖1所示，異構多模終端管理架構通過與各協議層的有效交互，可以適應多種接入標準與技術的要求，實現多模異構終端的無縫接入和移動。

在異構多模終端管理功能架構的主要設計思想中，邏輯上將所有可用的無線資源看作一個整體，根據各業務流或會話的服務質量(QoS)要求，動態地分配各業務流到不同的無線網絡中，實現可靠的QoS保證和優化的無線資源利用。異構多模終端管理系統的主要功能有接入發現、接入選擇、移動性管理和垂直切換、檔案管理等。

3 異構多模終端接入選擇功能架構設計

在異構多模終端管理功能架構設計中，接入選擇是核心研究問題之一。考慮將接入選擇的功能分散到移動終端中，簡化網絡側處理。在用戶終端和網絡支持的情況下，使終端具有智能選擇接入網絡的能力[6]。

3.1 接入選擇功能架構

在異構網絡環境下，為了支持終端接入選擇的功能，一種異構多模終端接入選擇功能架構被提出來。如圖2所示，接入選擇功能架構主要包含3個模塊：接入適配、移動管理、用戶偏好，分別負責從不同接入網絡的附著點獲取鏈路層參數、處理用戶的需求和執行接入選擇。

(1) 接入適配模塊

負責確認終端上不同的接入網絡接口，監視它們的狀態，從各接口收集參數，并在接口上執行選擇或撤銷選擇。接入適配模塊的主要作用有：

在切換過程或者移動終端的開機過程中，在合適的接入網絡接口進行連接或斷開連接的操作。

在接入網絡接口上獲得鏈路層參數，使用抽象的方法反映各接入網絡接口的信號質量或者連接狀態。

接入適配模塊能夠向終端提供關于可用接入網絡附著點的信息列表，每個列表包括各附著點的信號強度、有效帶寬、技術類型以及網絡運營商等等。接入適配模塊也可以通過特定的網絡發現協議判斷是否有新的接入網絡出現，或者終端已選擇的網絡接入是否滿足要求，并將這些信息通知移動性管理中的接入選擇模塊，觸發新的接入選擇過程。

(2) 移動性管理模塊

負責處理所有與移動性管理和接入網絡選擇相關的事件。移動性管理模塊負責向接入選擇提供所需要的輸入參數(從用戶偏好模塊和接入適配模塊獲得)，觸發接入選擇判決過程，并且最終將決定發送給接入適配模塊，執行接入選擇過程。移動性管理模塊與會話啟動協議(SIP)[7]和移動IP[8]的功能相結合，目的是提供合適的判決算法，用于選擇最優的可用網絡接入。

(3) 用戶偏好模塊

負責存儲、接入和編輯用戶檔案資料。在接入網絡選擇算法中，不同用戶對網絡選擇判決參數表現出不同的偏好。通過圖形用戶接口，針對判決參數設定不同優先級，度量偏好程度，從而影響接入選擇過程。

在異構多模終端功能架構的設計中，接入選擇功能將實現動態選擇合適的接入網絡，使終端感知周圍環境中不同的接入技術、接入網絡的可用性，根據用戶的偏好和要求，動態地改變選擇目標。

3.2 接入選擇過程

在移動性管理模塊中，接入選擇功能基于用戶業務、應用需求、用戶偏好和當前網絡的可用性等等，負責接入選擇的判決。移動性管理模塊負責向接入選擇功能提供需要的輸入參數，觸發接入選擇的執行過程，并將最終判決結果發送給接入適配模塊，執行具體的接入選擇過程。接入選擇過程如圖3所示。

3.3 接入選擇功能的實現

中間件是位于平臺(硬件和操作系統)和具體應用之間的通用服務，用來屏蔽分布環境中異構的操作系統和網絡協議，具有標準的程序接口和協議[9]。在異構多模終端的設計中，接入選擇功能可以利用中間件技術實現。如圖4所示，接入選擇采用分布式中間件架構，從硬件層面自適應用戶應用業務流，自動協調管理。在接入選擇功能實現中，網絡接口卡感知不同可用接入網絡的條件參數，通過操作系統傳送到接入發現模塊中，作為接入選擇模塊的輸入。按照既定的接入選擇策略，接入選擇優化機制折中判決參數、網絡條件和用戶應用需求，選擇最優的接入目標。接入選擇判決結果被送到的操作系統中，控制不同的接入網絡，分配業務流到不同的接口或具體執行業務流在不同接口之間無縫切換過程。

4 結束語

在異構無線網絡環境中，為了實現多模移動終端總是無縫連接到最適合應用需求的接入網絡，本文提出了一種異構多模終端接入選擇功能架構，賦予多模終端選擇接入不同網絡的功能，能夠使終端用戶在任何時間、地點接入最合適的網絡，為研究接入選擇算法提供了功能上的承載。下一步的研究工作是基于異構多模終端接入選擇功能架構，設計切實可行的接入選擇算法，使異構多模終端能夠選擇最佳的接入網絡，達到無縫集成多種無線接入技術，為用戶提供最優業務體驗的目標。

5 參考文獻

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[3] Olaziregi N， Niedermeier C， Schmid R， et al. Overall system architecture for reconfigurable terminals[C]//Proceedings of 1st Mobile Communication Summit， Jun 27-30， 2001， Lyon， France.

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[5] 張軼凡.異構網絡條件下終端發展趨勢[J].現代電信科技，2006(7):41-44.

[6] Murray k， Pesch d. Intelligent network access and inter-system handover control in heterogeneous wireless networks for smart space environments[C]//Proceedings of 6th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications(WPMC'03):Vol 1， Oct 19-22， 2003， Yokosuka， Japan. Piscataway， NJ， USA: IEEE， 2003:325-329.

[7] SCHULZRINNE H， WEDLUND E. Application layer mobility using SIP[J].Mobile Computing and Communications Review， 2000， 4(3): 47-57.

[8] 裘曉峰.移動IP[M].北京：機械工業出版社， 2000.

[9] 陳勇，蔣澤軍，異構數據庫集成中間件的設計[J].科學技術與工程，2007， 17(18): 1755-1758.

收稿日期：2007-12-02

李軍，中國移動通信集團河南有限公司網管中心工程師。博士畢業于北京郵電大學。現主要從事移動通信網絡的規劃和優化工作，研究方向為下一代移動通信關鍵技術。已在IEEE國際會議、《通信學報》、《電子與信息學報》等國家核心期刊上發表學術論文30余篇。