（通信与信息系统专业论文）基于ieee80221mih的异构网络间无缝切换技术研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 在以网络融合为驱动的下一代网络中，无缝切换因为可以实现对终端移动性、 用户移动性和业务移动性的支持而备受关注。毫无疑问，网络融合和无缝切换将会 成为下一代网络发展过程中非常重要的概念。通过网络融合，用户不管位于哪个网 络，都可以使用单一的终端设备进行网络间的持续数据通信。i e e e 8 0 2 2 1 m i h 是针 对网络融合提出的新标准，目标是实现异构网络无缝切换，在下一代网络技术研究 中占有重要地位。 目前，现有的各种融合方案存在一定的局限性，尤其是终端移动性切换性能得 不到优化，如何优化融合网络的切换性能成为一个亟待解决的问题。 论文首先对目前的一些无缝切换技术u m a 、移动i p 等进行了简单介绍和分析。 接着，对i e e e 8 0 2 2 1m i h 功能实体的特点和三种服务( m i e s ，m i c s ，m i i s ) 进行 了阐述。然后分析了现有的几种网络融合方案，并对移动i p v 6 扩展协议进行了仿真 分析，指出了其存在的缺陷。进而探讨了m i h 事件服务在融合网络中的基本操作流 程，并对其功能实体以及事件服务提出了改进的方案，给出了改进之后的网络切换 流程图；针对多个候选网络中最佳候选网络的选择问题，提出了利用模糊啪m 判 决解决的方案。 最后，利用仿真工具n s 2 对所提出方案的关键部分基于i e e e s 0 2 2 1 m i h 技术 的l 2 触发机制异构网络切换进行仿真分析。通过对数据包延迟、丢包率的数据分析。 表明该方案有良好的性能，是一个可行的方案。 关键词：异构网络，介质无关切换，无缝切换，融合网络 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s 仃a c t i nn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k sb e i n gd r i v e nb yn e t w o r ki n t e g r a t i o n ，s e a m l e s sh a n d o v e r c a r ls u p p o r tm o b i l i t yo ft e r m i n a l ，u s e rm o b i l i t ya n ds e r v i c em o b i l i t y ，m a n yr e s e a r c h e s h a v ef o c u so nt h i st o p i c w i t h o u tq u e s t i o n ，c o n v e r g e n c en e t w o r ka n ds e a m l e s sh a n d o v e r w i l lb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti s s u e si nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k w i t h i nt h e c o n v e r g e n c en e t w o r k s ，u s e r sc a l lc o m m u n i c a t et oe a c ho t h e ru s i n gs i n g l et e r m i n a l ( w i t h c a p a b i l i t i e so fm u l t i i n t e r f a c e ) i nw h a t e v e rn e t w o r ka n dw h e r e v e rt h eu s e rm a yb el o c a t e d i e e e 8 0 2 21m i hi san e ws t a n d a r dw h i c hi sp l a n n e dt oi n t e g r a t e dn e t w o r ks y s t e m ，i t s v e r yi m p o r t a n tt h a th o wt oa p p l yi e e e 8 0 2 21 m i ht e c h n o l o g yt o h e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s c u r r e n t l y ，b e c a u s et h es c h e m e so fi n t e g r a t i o ni nt h ef r a m e w o r ko fc o n v e r g e n c e n e t w o r k sh a v el i m i t a t i o n s ，e s p e c i a l l yt h ec a p a b i l i t i e so ft e r m i n a l sm o b i l i t yc a l ln o tb e o p t i m i z e d s o ，i ti sav e r yi m p o r t a n tp r o b l e mh o w t oo p t i m i z et h eh a n d o v e rc a p a b i l i t i e so f c o n v e r g e n c en e t w o r k s f i r s t l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sa n da n a l y s e ss o m ee x i s t i n gs e a m l e s sh a n d o v e r t e c h n o l o g i e s ，s u c ha su m a ，m o b i l ei pe r e s e c o n d l y ，t h ec a p a b i l i t i e so f l e e e 8 0 2 21m i h f u n c t i o ne n t i t i e sa n dt h r e es e r v i c e so v i i e s ，m i c s ，a n dm i i s ) a r ed i s c u s s e d t h i r d l y ， a n a l y z e st h ee x i s t i n gc o n v e r g e n c es c h e m e s ，a n ds i m u l a t e st h ee x t e n d e dp r o t o c o l s ，p o i n t s o u tt h ed r a w b a c k s f o u r t h l y ，d i s c u s s e st h eb a s i co p e r a t i o n a lf l o wo fm i he v e n t si = l c o n v e r g e n c en e t w o r k s ，p r o p o s e sas c h e m ei no r d e rt oe x t e n da n di m p r o v ee v e n ts e r v i c e s ， g i v e so u tt h eh a n d o v e rf l o wo fi m p r o v e ds c h e m e ；c o n t r a p o s i n gt h eq u e s t i o no fc h o o s i n g t h ea p p r o p r i a t eo n ef r o mm a n yc a n d i d a t en e t w o r k s ，p r o p o s e sas o l u t i o nu s i n gf u z z ) m a d m a tl a s t ，w i t hs i m u l a t i o nt o o ln s 一2 ，w es i m u l a t et h ek e yp a r t so fl 2t r i g g e rs c h e r n c h a n d o v e rb a s e do ni e e e 8 0 2 21m i ht e c h n o l o g y s i m u l a t i o na n a l y s i so nt i m ed e l a ya n d p a c k e tl o s sr a t i o ，i tp r o v e st h i ss c h e m eh a s b e t t e rp e r f o r m a n c ea n di saf e a s i b l es o l u t i o n k e yw o r d s ：h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k ，m i h ，s e a m l e s sh a n d o v e r ，i n t e g r a t e dn e t w o r k i i 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 近几年来，i n t e m e t 保持持续高速增长，其发展主要归功于万维网的发展和多媒 体应用的层出不穷。同时，随着无线网络技术的突飞猛进，在异构网络上支持i n t e m e t 业务成为了研究的一个热点问题。移动主机要与i n t e m e t 中的固定节点通信或者移 动主机之间跨越固定网络通信，端到端的传输都必然要跨越有线和无线两种媒质， 这些具有不同传输特性的链路组成的网络就称为异构网络。 随着无线移动通信技术的发展，移动通信深刻地改变了人们的生活方式。我们 也看见了多种无线通信技术的发展，为未来的网络共存与融合发展埋下了伏笔。可 预见的是，多技术共存在很长一段时间内必然存在，它们将共同创建美好的无线通 信世界。同时，在各自的演进过程中，它们互相补充、相互竞争、相互推动，最终 走向相互融合。于是，异构网络之间切换性能也成为了我们研究的主要问题之一。 在无线通信的世界里，国际电子与电气工程师协会发布的i e e e 8 0 2 系列标准为 无线通信技术的发展做出了卓越的贡献。i e e e8 0 2 1 1 、8 0 2 1 5 、8 0 2 1 6 、8 0 2 2 0 、8 0 2 2 1 等工作组提供了从个域网、局域网到城域网、广域网各个范畴上的无线通信标准， 并为网络融合提供了参考标准。但是网络类型的繁多与彼此不兼容也给用户和电信 运营商带来了很多的烦恼：用户要携带适用于不同网络的终端，正在进行的业务不 能在不同的网络间保持连续；运营商们则要为如何整合网络资源、降低运营成本、 提高客户满意度费尽心思。为了解决这些问题，跨异构网络的无缝切换技术应运而 生。目前正处于商用和研究热点的异构网络间的无缝移动技术包括有u m a 、移动 i p 、v c c 和8 0 2 2 1 ，下面我们分别对这几种技术作简单的介绍。 u m a ( u n l i c e n s e dm o b i l ea c c e s s ) ，最早由多家移动运营商和全业务运营商炒 起，旨在使用户可以在室内通过p 接入网使用移动网络的资源。它的标准化工作从 2 0 0 3 年1 2 月开始，2 0 0 4 年9 月完成，并于2 0 0 5 年4 月被并入3 g p pr 6 。目前， 已有众多电信业的领导厂商推出了u m a 相关产品，英国电信、法国电信、德国 t m o b i l e 、意大利t e l e c o mi t a l i a 、瑞典t e l i as o n e r a 、美国c i n c i n n a t ib e l l 等多家运 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 营商也相继开始u m a 业务的商用。 u m a 是目前实现蜂窝网络和w l a n 网络间无缝移动的最成熟和最简单的方 案，不需要对g e r a n u m t s 的核心网改动，不影响核心网未来向i m s 演进。整个 u m 4 网络由多模终端、w l a n 接入点、i n t e m e t 网络和u n c ( u m an e t w o r k c o n t r o l l e r ) 组成。用户通过一个内置u m a 协议的蜂窝w l a n 多模终端，在室外时 语音和数据业务通过g e r a n u m t s 蜂窝网络实现，进入室内w l a n 覆盖范围之 后，所有的业务则自动切换到w l a n 网络并能保持连续；同样离开w l a n 覆盖区 域进入蜂窝网络时，业务也能平滑切换过来。 1 1 2 移动口 移动口标准由i e t f 的移动i p 工作组于1 9 9 2 年6 月制定i 移动p 技术可以使 移动节点在从一个p 网络切换到另一个p 网络时保持正常的通信，并且i p 地址保 持不变( 对于对端的通信节点而言) 。理论上讲，移动口技术可以实现终端在任何 基于p 的异构网络间无缝移动，因此受到了业界的极大关注。目前3 g p p 和3 g p p 2 都在移动i p 的基础上进行3 g p p 3 g p p 2 网络与w l a n 融合的标准化工作，并己取 得一定的进展。 移动口的工作机制是：家乡代理和外地代理周期性的组播和广播一个代理广播 信息。网络中的所有移动节点都会收到并检查这个代理广播信息以确定自己是在家 乡链路还是外地链路上。当它在家乡链路上时，移动节点就可像固定节点一样工作， 不再利用移动i p 的其他功能。如果在外地链路上，移动节点则从外地代理发出的代 理广播信息中找到外地代理的转交地址，然后移动节点通过外地代理向家乡代理注 册转交地址。为防止服务攻击，注册信息要求进行认证。家乡代理收到移动节点的 转交地址后，通过隧道把原来发往移动节点家乡地址的数据包传送给移动节点的转 交地址。在转交地址处( 可能是外地代理或移动节点的一个端口) ，原始数据包被 从隧道中提取出来发送给移动节点。对于反方向，由移动节点发出的数据包被直接 选路到目的节点上，无需隧道技术。对所有来访的移动节点发出的包来讲，外地代 理完成路由器的功能。 通过这样的机制，移动i p 技术可以使移动节点和目的节点之间的通信在链路发 生切换后保持连通，这也为在p s 域实现蜂窝移动网络和w l a n 之间的无缝移动提 供了技术上的可能性。从r 6 开始，基于移动m 技术，3 g p p 在协议中( t s 2 3 2 3 4 ) 加入了3 g p p 网络和w l a n 的融合方案。 但是由于移动i p 技术本身还存在很多不足，学者们提出了很多很好的方案，如 缓存分组、宏移动和微移动的结合、绑定更新等；而通过与s i p 的结合来解决应用 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 层的移动性和支持i m s 也得到了广泛的认同和支持，现在已有厂商推出此类设备， 法国电信等运营商也在开展基于移动i p 和s i p 的蜂窝网络与w l a n 间数据业务无 缝切换的试验。 1 1 3v c c v c c ( v o i c ec a l lc o n t i n u i t y ) ，是一种基于i m s 架构，用于电路域和i m s 域之 间保持语音呼叫连续性的技术。它的标准工作开始于2 0 0 5 年1 月底，目前3 g p p 己 完成s t a g e 2 的工作，s t a g e 3 正在制定中。3 g p p 2 也有专门v c c 工作组，工作进度 基本与3 g p p 相当。 v c c 的典型运用是在蜂窝网络和w l a n 之间的切换，其标准尚在完善之中。 目前v c c 只局限于语音呼叫的切换，无法支持补充业务，不支持紧急呼叫。同u m a , 等技术相比，运营商需要巨大的投入才能实现v c c 方案，但作为未来核心网演进 方向i m s 的组成部分，v c c 获得了有利之处，即便是标准还未定稿，还是有北电 等设备厂商推出了支持v c c 功能的相关产品。一旦标准成熟，v c c 必将发挥巨大 潜力。 1 1 4i e e e 8 0 2 2 1 为解决8 0 2 3 、8 0 2 1 1 、8 0 2 1 6 等8 0 2 网络间以及8 0 2 网络与3 g p p 3 g p p 2 等非 8 0 2 网络间的无缝切换问题，i e e e 在2 0 0 3 年1 月开启了相关的研究，并于2 0 0 4 年 1 月成立了8 0 2 2 1 工作组专门制定相关的标准。2 0 0 7 年年底之前8 0 2 2 1 标准有望获 得批准，2 0 0 8 2 0 0 9 年将进入商用部署阶段。 8 0 2 2 1 支持目前几乎所有主流接入网的网间切换。8 0 2 2 1 核心思想是在l 2 和 l 3 之间引入一种新的功能模块一介质独立切换模块( m e d i ai n d e p e n d e n th a n d o v e r f u n c t i o n ，脚) 。m i h 对等存在于终端和网络设备中。m i h f 定义了统一的业务 接入点并通过独立于接入技术的业务与高层的各种移动性管理协议进行通信；对底 层，m i h f 则为不同的接入技术定义了不同的业务接入点以获得对各种介质的访问 和控制。通过引入m i h f ，8 0 2 2 1 可以有效改善多模终端在网络发现、网络选择、 切换发起、接口激活和功耗优化等方面的性能。在m i h f 的帮助下，异构网络间的 切换时延及切换丢包率能够大幅度改善。 尽管需要对8 0 2 1 1 、8 0 2 1 6 、移动p 和3 g p p 等协议进行适当修改，8 0 2 2 1 还 是为接入技术和移动性管理技术提供了最广泛的兼容性，因此具有极好的前景。目 前，8 0 2 2 1 已经得到了英特尔和英国电信的大力支持。 3 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 由于i e e e 8 0 2 2 1 m i h 技术在支持异构网络间无缝切换的性能上占据了很大的优 势，在保- h q ：q o s 的条件下，极大的减少异构网络间的切换时延。所以本文所讨论的 就是利用i e e e 8 0 2 2 1 m i h 来实现异构网络之间的无缝切换的相关问题。 1 2 移动性管理概述 未来移动性管理技术的研究是在多种异构接入网络共存与融合的环境下展开 的，涉及有线接入网络和无线接入网络、固定网络和移动网络，以及各类电信网和 因特网等不同类型、不同技术的多种网络环境，不同的网络中又分别定义了不同类 型、具有不同0 0 s 需求的业务。未来的移动性管理目标是多样化，包括终端移动性、 个人移动性、会话移动性、业务移动性和子网移动性等。对于不同类型的网络和不 同类型的移动终端，以及不同类型的业务而言，要在融合网络中实现互联互通，而 且保证通信的连通性，那么移动性管理就显得特别重要。移动性管理主要包括位置 管理和切换管理，下面我们分别就这两种管理技术作一些介绍。 1 2 1 位置管理 位置管理是指移动终端在不同的网络之间，或者不同的小区之间漫游时，需要 对终端不断变化的位置进行管理，使得相应的数据包能转发到对应终端。位置管理 的实质是建立一种地址映射机制。位置管理操作包括： ( 1 ) 位置注册，也称为位置更新或者跟踪，即移动节点把其自身在网络数据库 中所存储的相应位置信息通过专门信息模式通告给网络和其他节点的过程。 ( 2 ) 位置寻呼，也称为定位或者搜索。在大多数情况下，存储在数据库中的位 置信息只提供移动设备的大概位置。当呼p q 数据包需要转发到目标移动设备时，执 行位置寻呼流程，以便找到移动设备的确切位置。 位置管理研究的几个重要的方面包括： ( 1 ) 地址，即如何表示和分配地址信息给移动节点。这个问题已经变得越来越 突出，因为未来的移动通信将是基于融合网络和各种移动设备的相互操作，以及同 构网络下所采用的不同的运营商和或技术。所以需要一种全球性的地址机制，比如 i p v 6 ，来定位漫游节点。 ( 2 ) 数据库结构，即如何对移动节点的分布式位置信息进行存储。数据库结构 可以是集中式或者分布式的，或者是这两种结构的混合。由于数据库的访问必然会 造成一些访问速率、存储开销和业务开销。缓存也是改进接入性能的一个重要技术。 ( 3 ) 位置更新时间，即移动节点应该在什么时候，通过更新它的对应数据库入 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 口来更新它的位置信息。位置更新可以是静态或者动态的，动态机制位置更新是通 过一些固定条件来触发的，比如时间周期或者网络拓扑变化。动态机制要更具有个 性化和自适应性，并且是基于如计数器、距离、定时器、个人模式，或者预测因子 来触发。 ( 4 ) 寻呼机制，即如何在有限的时间之内精确地定位移动节点的位置。寻呼机 制也存在静态和动态机制。在静态情况下，移动节点的寻呼过程可以很快完成；对 于动态情况而言，主要的问题就是把寻呼区域分组，然后基于像距离、概率、移动 速率等信息进行排序，再分别寻呼每个区域。 1 2 2 切换管理 切换管理就是在数据传输过程中，控制移动节点与网络的链接点，来维持链路 的连通性。切换管理的操作包括： ( 1 ) 切换触发，即根据某些情况来发起切换过程。可能的情况包括如，信号强 度衰减、工作量超载、带宽减少或者不足，能得到新的更好链接、开销和业务质量 流媒体业务特性、网络拓扑改变等等。可以根据用户直接控制来触发，或者本地监 测软件来启动设备触发。 ( 2 ) 链接重建，即在移动节点与新的链接点和或链路信道之间产生新连接的 过程。其主要的任务就是发现和分配新链接的资源。 ( 3 ) 分组包路由，即在成功建立新链接之后，把发送的数据定位到新链路上去。 对切换管理机制的设计和选择，需要考虑到性能需求和分组包q o s 级别，主要 包括： ( 1 ) 快速切换，即切换操作应该足够的快，以便保证移动节点在合理的时间间 隔之内，在其新位置上接收到数据包，并且尽可能的减少分组包的时延，这对实时 业务来讲是非常重要的。 ( 2 ) 无缝切换，即切换算法应该能把分组丢包率减少到最小或者趋近于零。快 速切换和无缝切换并称为平滑切换，但是前者主要是关注分组包的时延，而后者所 关注的是分组包丢失问题。 ( 3 ) 有效路由，即对等节点与移动节点之间的路由路径应该最优，以便排除可 能的冗余转发或者迂回路径，如三角路由。 针对目前移动性管理的研究现状，以及网络的融合发展，论文主要内容就是研 究移动性管理中的无缝切换问题，并把这种无缝切换技术与现有的网络相结合。通 过对各种无缝切换技术的比较，可以看出i e e e s 0 2 2 1 是最具有潜力的无缝切换技 术，这主要是由于该技术的l 2 触发机制和通用l 2 5 移动性，可以保证在极低的时 气 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 延下，实现真正意义上全网的互联互通。所以本文的主要工作就是基于i e e e 8 0 2 2 1 标准之下，并在前人的基础之上提出了对该标准的适当改进，以优化其性能。最后， 对基于该标准的融合网络进行了性能仿真，通过仿真数据表明，i e e e 8 0 2 2 1 无缝切 换技术在切换时延和丢包率等性能上确实具有很大的优越性。文章将分别进行详绍 的介绍，下面是各章节的具体安排。 1 3 论文章节安排 依据n g n 的发展目标以及当前的发展现状，本文主要以i e e e 8 0 2 2 1 m i h 标准为 技术背景，针对异构网络中无缝切换的实现问题，做了以下工作： 第一章绪论。本章介绍了异构网络融合的背景和意义，同时对本文的主要工作 做了简单的阐述。 第二章介绍i e e e 8 0 2 2 1 m i h 。本章首先对i e e e 8 0 2 2 1 m i h 标准进行总体介绍 和结构分析，然后分别对m i h f 的三种服务( m i e s 、m i c s 、m i i s ) 进行了具体描 述，并对其参考模型进行了分析。 第三章切t s 与w l a n 融合结构。本章首先简要概述了u m t s 和w l a n 的 背景和研究现状，然后分析了这两个网络的融合方案，最后对移动p v 6 的相关扩展 协议性能进行对比分析。 第四章基于m i h 异构网络间的垂直切换方案。本章首先对i e e e 8 0 2 2 1 m i h 提 出了几点改进，采用增加原语和网络信息报告的方式。考虑到异构网络切换的安全 认证问题，提出采用e p a 预认证的方式进行安全优化；针对候选网络选择问题，提 出采用模糊m a d m 判决方式来选择最佳目标网络。最后对所提出的部分方案进行仿舅 和性能分析。 第五章仿真结果分析。分别对u m t s 和m 。a n 同构网络下的切换场景进行了 仿真分析，同时对异构网络环境下从u m t s 切换到w l a n 网络时候的切换场景进 行了仿真，分析了时延和丢包率。 第六章结论与展望。对全文作了总结并对进一步工作提出了展望。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章i e e e 8 0 2 2 1m i h 简介 第二章i e e e 8 0 2 2 1 m i h 简介 2 1i e e e 8 0 2 2 1 删 i e e e s 0 2 2 1 m i h ( m e d i ai n d e p e n d e n th a n d o v e t ) 【6 j i7 j 是i e e e t 作组于2 0 0 3 年开 始讨论的有关介质无关切换业务标准的需求，于2 0 0 4 年3 月正式开始运转，并于2 0 0 4 年9 月开始征集有关提案。2 0 0 7 年2 月相关的草案已经完成，i e e e 8 0 2 2 1 正式的规范 即将出台。其目的就是为异构网络之间提供链路层智能和其他的相关网络信息制定 一种规范，包括由3 g p p ，3 g p p 2 所规定的i e e e 8 0 2 家族中的有线和无线介质规范。 8 0 2 2 1 标准的提出试图填补现行w l a n 、w i m a x 与蜂窝网络间的空隙，即将定 案。其主导思想就是希望借助8 0 2 2 1 实现3 g 、w i m a x 、w i f i 、u w b 、b l u e t o o t b 和r f i d 等同时共存并紧密连接的混合网络( m n ) 。要实现m a n 、3 g 到w i 心 之间的语音与数据传输，且能无缝整合，关键就在于填补这些无线标准空隙的无线 接口标准i e e e 8 0 2 2 1 。 i e e e 8 0 2 2 1 m i h 标准是因特尔主导的无线接口标准，目的是让用户在使用网络 时，能跨越多种异构网络实现无间断的连接，使w i f i 、w i m a x 及3 g 网络之间能进 行无缝切换。如果用户使用了内置8 0 2 2 1 技术芯片的手机，就能自动感知并切换网 络，不会因网络技术的不同而被迫中断通信。m i h 标准并没有作任何的传递处理， 对现有的p h y 和m a c 层没有作任何修改，也不需要上层新的移动协议的支持。可良 认为i e e e 8 0 2 2 1 标准建立了一套独立于介质之上的切换方案，在融合w l a n 、 w m a n 和蜂窝网络的过程中将扮演重要的角色。在标准中，讨论了移动用户和固定 用户之间的切换支持。对移动用户，由于无线链路条件的变化而造成切换的发生。 或者，由于移动节点移动到无线覆盖的空白区域而造成切换。对固定用户，可能发 生切换是周围环境变化，而切换到一个更有优势的网络中去。标准设计了一个新的 功能来控制接入到低层( 1 层和2 层) ，这个新的功能提供新的服务接入点( s a p ) ， 并允许高层( 3 层或更高层) 进行信息查询。 i e e e 8 0 2 2 1 标准主要包括无缝切换能力、区分业务的q o s 保障、最优网络选择、 安全机制和电源管理等几个方面。通过i e e e s 0 2 2 1 标准可以感知周围哪个网络是可 用的，而且能迅速改变网络的使用状态，使客户端设备在网间漫游时能自动选择最 佳的网络连接类型、无缝切换话路，而无需用户干预。然而，i e e e 8 0 2 2 1 目前面临 来自im a 的竞争，同时，在单一行动装置上整合多重无线电所面临的干扰、功耗及 成本挑战，也是因特尔发展m n 亟待解决的课题。 重庆邮电大学硕士论文第二章i e e e 8 0 2 2 1m i h 简介 i e e e 8 0 2 2 1 和u m a 都是致力于w l a n 和蜂窝网络融合的标准，二者几乎同时被 两大阵营提出，现正处于紧张的试验阶段。u m a 之初就面向现有的蜂窝网络，8 0 2 2 1 标准着眼点更远一些，从w i f i 、w i m a x 与3 g 的融合角度来定义。通过下表2 1 可以 看出，8 0 2 2 1 标准和u m a 技术虽然都是实现网络的无缝切换问题，但风格迥异。 i e e e 8 0 2 2 1 标准把主要的技术难点都放在了m m 的功能定义上，必然增加了标准的 复杂度，而且在实现成本上明显输于u m a ，终端干扰和功耗等问题也是其发展的难 点所在。就目前来讲，u m a 多模终端的逐步商用和网络部署试验的初步成功，表明 u m a 技术初占先机。而i e e e 8 0 2 2 1 标准距离真正商用还有很长的路要走。 表2 1 ：i e e e 8 0 2 2 1 标准和u m a 技术比较 i e e e 8 0 2 21 标准u f 坦a 提出时间及支2 0 0 4 年3 月英特尔2 0 0 4 年1 月诺基亚 持者 面向网络w i f i 、w i m a x 及3 gw l a n 和g p s g p r s 技术特点介质无关的切换方案利用i s m 频段 标准复杂度标准复杂度高标准简单 所属层次或协p h y 、m a c 层无修改，无定义了新的网络元素和网 议支持需上层新的移动协议支持络接口 安全性安全性映射方案各层之间的安全保护，定 义了安全网关 目标及成本目标长远，成本较高目标较实际，成本低廉 进展2 0 0 7 年下半年定案，商用日英国电信，诺基亚等己初 期不明朗步试验成功 2 2 介质无关切换参考模型 下面的章节中，我们将重点介绍在客户设备( m n ) 和网络中不同m i h 实体之 间通信的要点。 m i h 功能根据不同的目的要求来进行彼此的通信。客户设备( 用户设备) 通过 m i h 服务点来交换m i h 信息。当任何网络实体与一个基本m m 功能的m n 直接通 信的时候，在网络实体中的m i h 功能就成了一个m i hp o s 。在网络模型中，封装 了一个m i h 代理，与m i h 代理交互的m i h 网络实体和m n 并没有直接的连接，所 以不需要为m n 建立一个m i hp o s 。对不同的m n ，相同的m i h 网络实体仍可能 作为一个m i hp o s 。 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章i e e e 8 0 2 2 1 m i h 简介 图2 1m m 通信模型 m i h 通信可能发生在具有m m 功能的所有m n 的l 2 接口。举个例子，在一个 具有m i h 功能的m n 中有三个l 2 接口，称为8 0 2 1 1 、8 0 2 1 6 和8 0 2 3 ，8 0 2 3 接口 可能专门用于系统管理和维护操作，而8 0 2 1 1 和8 0 2 1 6 接口可能参与m i h 服务的 管理。m n 可能采用l 2 传输来与位于相同网络实体中的m mp o s 交换m m 信息， 称为网络p o a 。m n 也可能采用l 3 传输来与位于相同网络实体中的网络p o a 交护 m i h 信息。 图2 1 给出的是m i h 通信模型1 7 1 。该模型说明了在不同任务和通信关系之间的 m i h 功能。上图中的通信关系只采用了m m 功能。值得注意的是，通信模型中的 每种通信关系并不意味着就是一种专门的接口或者传输机制。而且，通信关系只是 为了给出两个不同m i h 功能之间相关的m m 信息传递的可能性。此外，在图2 1 中的每种通信关系可能包含了不同类型的接口，所采用的不同传输机制( 比如，l 2 ， l 3 ) ，以及不同的m i h 服务的内容( 比如，i s ，c s ，e s 等) 。 通信模型所分配的不同任务取决于其自身在系统中所处的位置。 ( 1 ) m n 中m m ： ( 2 ) 网络实体的m i hp o s ，包括m n 的服务p o a ； ( 3 ) 网络实体的m i hp o s ，包括m n 的候选p o a ( 候选p o a 就是一个p o a ， m n 能察觉到但是不能与之链接；如果发生切换的时候，可以成为目标p o a ) ： ( 4 ) 网络实体的m 1 hp o s ，不包括m n 的p o a ； ( 5 ) 网络实体的非m 珊p o s ，不包括m n 的p o a 。 不同的m m 功能之间遵循如下通信参考点： ( 1 ) 通信参考点r 1 ：参考点r 1 ，位于m n 中m 矾与服务p o a 网络实体的 m i h p o s 之间。r l 可以包括l 2 和l 3 及上层的通信接口，并且可以在r 1 上传输与 m i l s 、m i e s 或者m i c s 相关的信息。 ( 2 ) 通信参考点r 2 ：参考点r 2 ，位于m n 的m i h 功能与候选p o a 网络实体 的m i hp o s 之间。r 2 可能包括l 2 和l 3 及上层的通信接口，并且可在r 2 上传输 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章i e e e 8 0 2 2 1m i h 简介 与m h s 、m i e s 或者m 【c s 相关的信息。 ( 3 ) 通信参考点r 3 ：参考点r 3 ，位于m n 的m m 功能与非p o a 网络实体的 m i hp o s 之间。r 3 可能包括l 3 及上层通信接口，以及可能的l 2 传输协议，如以 太网桥、m p l s 等。可在r 3 上传输与m i i s 、m i e s 或者m i c s 相关的m i h 信息。 ( 4 ) 通信参考点r 4 ：参考点r 4 ，位于不同网络实体中m i hp o s 与非p o sm i t l 功能之间。r 4 可以包括l 3 及上层的通信接口，可在r 4 上传输与v h i s 、m i e s 或 者m i c s 相关的m i h 信息。 ( 5 ) 通信参考点r 5 ：参考点r 5 ，位于不同网络实体中两个m i hp o s 之间。 r 5 可以包括l 3 及上层的通信接口，可在r 5 上传输与m i i s 、m i e s 或者m i c s 相 关的m m 信息。 2 3m i h 功能服务 在移动节点和网络元素的移动性管理协议堆栈中，介质无关切换功能( m i h f ) 是逻辑上定义的一个l 2 数据链路层与l 3 网络层之间的中间层。m i h 功能所提供给 高层的服务通过一个统一的接口，称为服务接入点( s a p ) 。低层协议与m i h f 通信 也是通过s a p 来实现的，如图2 2 所示。 n i 二v 明t3 r c r v l c c u p p e rl a y e r s ( l a y e r3 + ) 卜 c o n - l a l l a r l ds e r v i 1卜 i n f o r m a t i o ns ：e r v i o 2 m i hf u n c t i o n 彳 彳 e v e n tc o m m a n di n f o r m a t i o n s e r v i c es e r v i c es e r v i e c l 重庆邮电大学硕士论文 第二章i e e e 8 0 2 2 1 m i h 简介 仅可获取该区域中所有其他8 0 2 网络的信息，而且还能获取3 g p p 和3 g p p 2 的信息、 同样，采用3 g p p 2 无线网的网络，也可访问指定区域中所有8 0 2 网络和3 g p p 网络 的信息。这样，移动节点不仅可以使用其当前活动的接入网络还可以在地理区域上 扫描到其他可用接入网络。这样，移动节点就可从其单个无线网络的负荷中释放出 来，其目的是为了访问异构网络信息而建立网络连通性。m i l s 通过统一的s a p 服 务方式在所有有效接入网络之间发现异构网络信息。 m i l s 提供了获取切换所需信息的能力，包括邻居映射列表、链路层信息和服务 有效性。但通常所关注的内容包括以下几个方面： ( 1 ) 整个网络实体的地理位置区域中接入网络的邻居列表映射。w i f i 热扇区 知道蜂窝发射塔的相关信息，反之亦然； ( 2 ) 静态链路层信息参数； ( 3 ) 以报告的方式来提高效率，减少了扫描可用信道范围的次数； ( 4 ) 厂商指定特性。如网络优先权，网络标签等。 在网络中请求或响应的信息都是以一种共享信息元( 正) 方