无线网络LTE-Advanced的垂直切换解决方案概述

无线网络LTE-Advanced的垂直切换解决方案概述(只是一个翻译,不是很懂!!!)摘要：许多无线电接入网络通过汇聚而形成一个无缝异质的无线通信网络环境，从而能够满足无线通信业总能（实现）最好连接的模式，在这种条件下，各种移动设备能够访问多种类型的应用和服务。然而，实现这样里程碑标志的技术必然有难度，为此本文试图强调采用一些基于无缝垂直切换技术实现技术挑战。文章给出了流动性管理过程的一般概述，其中包括对多归属移动性协议的简要说明，且将焦点放在了垂直切换决策技术，突出了一些无线电接口标准且分析了一些切换的方法。本文提出了将高速智能层间网络选择作为一个新的切换方法，通过该方法在候选的网络中选择最佳网络，此间又能实现要求的服务质量，切换延时和改进数据比特率。关键词：层间的网络选择；垂直切换决策算法；多宿主；异构无线网络；移动性管理协议1简介过去的十年中，无线通信网络的历史性演进已经取得了巨大的突破记录。无线环境的复杂属性会使网络在提供给推崇用户的高数据率及其好的服务质量要求方面的有效性变得很难或几乎不可能实现。为了完成这些要求，4G无线通信系统采用协调异构无线技术使用户在任何地方、任何时候都可获得连接。无线网络的异构性包括了多种无线电技术的整合，这些无线电技术包括LTE/LTE-Adanced，UMTS，HSPA，GPRS，GSM，WiMAX和WiFi。整合这些独立的网络的目的是实现对于高数据速率和良好的QoS需求，以支持多媒体在精度水平流[1-3]。因此，在满足无缝切换、高QoS的支持、资源分配、移动性管理和安全性的要求前必须对他们做恰当处理。作为实现这一目的的策略之一，当移动用户设备在移动中从一种技术转换到另一种技术时，引入的切换机制可以定义为为用户设备重新分配资源的结果。一种主要基于所接收的信号强度（RSS）的水平的跨技术切换过程，被称为水平切换（HHO），其发生在UE切换接入点（APS）或e节点B，而且同时能够保持在相同网络。别外一种是UE的连接是在不同接入网络之间切换，该切换称为垂直切换。由于使切换过程变得更复杂可能的多重叠的无线网络的出现，这项技术成为可能为解决该状况提供方法。图1显示了两个不同的（水平和垂直）的切换过程的情形。本文的重点是为了突出网络接壤处问题的移动性管理的垂直切换。能确保用户无缝漫游的目的，完成在决定用户的移动性需要的技术，以及所述移动性协议需要完成怎样的任务等方面，它的重要性尤为体现。该标准对用户移动性中执行的算法进行设计，其目的是采用确保强劲，快速和精确的垂直切换判决决策在许多网络之中选择优选的网络。但是，IP地址确定性和移动协议下相同的路由则允许的用户同时连接多个无线网络。VHO决定分为三个阶段：信息收集或系统发现，切换决定，并且切换执行[1，3]和[4]。在系统发现或有时被称为信息收集，收集所需的所有触发垂直切换过程所需的信息，该方法同时用于了网络以及客户端。收集到的信息用于评价基于在切换判决阶段所需的应用程序下的候补网络中的优选网络。一旦在切换执行阶段选择了新的接入网络并建立了新的连接，那么由以前的无线接口管理的所有资源，随后转移到新成立的路由路径。费尔南德斯和Karmouch[6]透露了新的视野：现在的重点是切换架构，因为自从他们的出版物在IEEE802.21MIH框架中提出这个新挑战，就开辟了在这一领域的新的研究工作记录发展，并且在分析了流动性管理全IP无线网络。因此，这项工作的重点在于检讨各种垂直切换的策略，以及检讨当前任务相对来自其他垂直切换技术的缺陷在未来研究中所具有的优势。垂直切换决策机制和流动性管理协议并不是一个新事物，它在许多文献中都提到并有广泛的讨论。因此，本文在提供当前该领域的发展和移动性管理协议下确定VHO决策时试图给予常规性的概述，并且支持备份网络接口，以增加网络连接的可靠性。本文的其余部分布置如下。3GPP和IEEE802.xx起草并设置RAT接口标准的内容（包括建议垂直切换移动性支持工作）将在第二章中讲到。简要详细描述互通的异构无线网络，其中包括蜂窝无线移动通信系统（GSM），高速分组接入（HSPA），通用移动电信系统（UMTS），长期演进（LTE），无线互操作性微波接入（WiMAX），蜂窝型基站和无线保真（WiFi）将在第三章讲解。第四章中强调了在垂直切换系统发现阶段中不同类型的参数收集情况。第五章中将对研究中的不同的策略及各种算法进行了分析，并在此基础上将这些算法与本研究中的算法做一个一个比较。第6章讨论的VHO机制的最后（执行）阶段。第7章介绍了多宿主和相关的移动性管理协议。第8章总结全文。2.标准标准化是制定和实施可接受的具有独立互操作，兼容，安全和定性质量的技术措施或规范的简单过程。在无线通信中，标准化机构（3GPP，3GPP2，IEEE，ETSI，IETF，ANSI，监委会等）都高度重视具有衔接，合作，互操作性，集成和互联互通等方面的标准问题。这些集合的规范在ISO/OSI网络参考模型的不同级别或层中体现如图2所示。2.13GPP被称为第三代合作伙伴计划，3GPP是工程国际电信联合会（ITU）的范围内的一个标准组织，在GSM[5]提供的基地建立下开发第三代和下一代无线技术。该组织负责UMTS标准，以及HSDPA，HSUPA，HSPA+和LTE。第三代合作伙伴计划（3GPP）联合6电信标准发展组织（ARIB，ATIS，CCSA，ETSI，TTA，TTC）并称为“组织合作伙伴”。该集团负责定义3GPP技术的生产报告和技术规格。该小组的工作还侧重于整合3GPP和非3GPPP各级网络的异质性[7]。3GPP-WLAN互通创造了六种情形，包括;访问控制，普通的计费和客户服务，分组交换业务，无缝服务，服务的连续性，以及电路交换服务。这些方案考虑到了在WLAN，安全的客户关怀（松散耦合）和收费管理[8]下提供访问分组交换业务（几近耦合）的三项功能：增加网络集成服务，涵盖计费和3G/WLAN互通。3GPP-IEEE802内部工作方法的各方案特性总结如图3所示。由于考虑到IEEE和3GPP工作组不同的任务规定，IEEE802.16xx和LTE之间的互通（切换）似乎采取不同的尺寸。如果切换到从IEEE802.16m转换3GPP（LTE），则有可能使用两个第2层传输协议，因为它允许RAT间切换相关的信令从UE直接向相应的网络实体开关来准备和执行交换。接下来是采用IEEE802.21媒体独立切（MIH）协议[9]，使得UE能够与IEEE802.21代理的通信服务器适合于协商UE以用于RAT间切换不同的网络的功能。2.2互联网工程任务组（IETF）互联网工程任务组（IETF）是背负着定义标准因特网操作协议（如TCP/IP）责任的机构。IETF标准以征求意见文档（RFC）的形式表示。类似分类几个工作组，IETF的“移动性对IPv4”工作组专注于第3层（L3+）及以上OSI模型中异构网络融合的条款。该系统整合可以是微距移动性支持[10]或IPv6移动性[11]，它允许一客户端在移动过程中，维持其源地址。此外，IETF正在做安全性，计算能力，授权，认证（AAA）支持，扩展和部署所特有优化等问题。2.2.1IEEE电气与电子工程师协会标准协会（IEEE-SA）是IEEE的组织，其开发了众多行业的全球标准，包括：电力和能源，生物医药和医疗保健，信息技术，电信，交通，纳米技术等等。EEE-SA或者是更为熟知的IEEE不是任何政府正式授权的个体，而是一个正式被国际标准组织（ISO，IEC，ITU，CEN）和国家标准团体联合会（美国ANSI，德国DIN，日本JISC等）[7,12]认可的组织。在IEEE内的两个工作组参与制定垂直切换和异构的网络一起协调工作的标准。2.2.2IEEE802.16e和IEE802.16m这是一个4G移动网络做出规定更高切换功能的目标。现采用两个机构：1）网络拓扑：通过广播方式利用周边无线基站获取移动用户设备有用的数据2通过扫描切换过程获取移动用户设备有用的数据。IEEE802.16m标准不仅支持快速切换的要求，而且有利于毫微微型节点和传统移动设备的WiMAX系统中的基站之间的切换，其中毫微微型节点和基站之间的切是由RAT实现的[13]。系统信息的交换发生在不同的相邻基站802.16m系统的接入点之间。最后，802.16e标准的RBS系统信息可转换为802.16m标准的RBS系统信息，表明其同样支持802.16m标准的手机终端。同样地，以相同的方式，802.16m也可切换，切换过程可发生在由802.16m到802.16e，反之亦然。此外，引入的RAT间测量和报告作为另一种机制，其依赖于移动台的同时连接到两个服务BS的能力，以及任何基站在越区切换时在不同RAT网络中操作的能力。2.2.3IEEE802.21这个工作组，被称为媒体独立切换（MIH）团[3]上,其工作的标准可以支持无缝移动。它的范围是协助IEEE802和非IEEE之间一样切换处理方式且独立于特定接入网络功能（即蜂窝网络802的接入网络执行媒体无关切换（MIH）[14]。机制构想能够明确说明链接的恶化或通信即将崩溃。为了执行满足特定网络要求[15,16],报告异常采用机制转发重要和有用的信息到作出决定有关流动性的命令。该MIHF可在两个移动UE中找到，并能够在eNodeB协议栈中提供三种类型的服务，即：•介质独立事件服务（MIES）•介质独立命令服务（MICS）•介质独立信息服务（MIIS）MIES的功能是在本地和远程接口检测事件发生并报告这些事件活动。如图4所示，服务内容是由底层向高层提供的，提供给高层的高层有链路不可用或链路恶化事件等。MICS在另一方面，能提供更高的层用命令（网络配置和扫描网络可用性）由于控制下层有关切换的问题。MIIS是不经常使用类型服务的一部分，但是这里必须重视，因为它是用于判定切换信息负责检索的。这样的信息的本质可能是静态的链路层参数（例如信道信息，或者接入点（AP）的介质访问控制（MAC）地址）。对于有关切换的IEEE802.21标准全面性，切换准备和启动都清楚说明，而切换执行则由高层移动性管理协议考虑，如移动的IPv6（移动IPv6）[17]。对于有关切换的IEEE802.21标准全面性，切换准备和启动都清楚说明，而切换执行则由高层移动性管理协议考虑，如移动的IPv6（移动IPv6）[17]。由IEEE802.21接口用来触发并准备切换到一个新的链接的机制是如图5所示。这表明每当达到一定的阈值时越区切换启动静置旧设备应该能够同时记录和报告测量值，因此机构包括新链路发现，旧链路配置和无线电测量报告的步骤。然而，切换准备可以通过扫描在UE的覆盖范围内RAT中与前面提到的各种IEEE802.21服务协助实现，这些服务包括MIES，MICS和MIIS。根据[18]，DYSPAN-SC（IEEE1900.1）标准出版于2008年9月，其标题为“IEEE标准对于动态频谱接入网络（DYSPAN）的定义和概念“，它是涉及新出现的无线网络中系统功能和频谱管理的一个术语。这是面向解决在异构网络中频谱共享中频谱稀缺问题。3GPP，DYSPAN-SC将有助于系统架构优化在1900.4WG开发异构无线网络中无线电资源的使用情况。3异构网络融合各种无线接口的存在性体现在通过接入网络互相连接，从而使得用户始终在互异的网络中获得最佳的连接（ABC）网络。该发展给在电信行业以及在学术界的研究人员带来了巨大挑战。与起先的通过无线广域网（WWAN）的无线个人区域网络（WPAN），无线局域网（WLAN），3GPP技术（EDGE，HSPA，UMTS，LTE）在到非3GPP（的WiMAX，无线网络，无线宽带，的WiGig等）标准，异构无线网络相比这些范围内的网络，当之无愧的实现了互连，其目的都是为客户提供良好的服务质量。3.1LTE/WiMAX和WiMAX/LTE融合随着3G/4G无线技术的出现，研究人员和电信业中场组织者主要面临的挑战是如何使传统网络可以最大限度地利用新技术，而不必花更多的钱。两个