WiMAX切換保證業(yè)務(wù)連續(xù)性

WiMAX能夠很好支持移動(dòng)性，其中包括對(duì)處于空閑/休眠模式和連接模式下終端跨小區(qū)移動(dòng)時(shí)的業(yè)務(wù)處理，空閑/休眠模式下的移動(dòng)性處理包括如尋呼、位置更新、省電模式等功能。

WiMAX作為一個(gè)新興的無線寬帶技術(shù)，受到了很多運(yùn)營商的青睞，其中一個(gè)很重要的原因就是其對(duì)移動(dòng)性的良好支持。移動(dòng)性功能包括了對(duì)處于空閑/休眠模式和連接模式下終端跨小區(qū)移動(dòng)時(shí)的業(yè)務(wù)處理，空閑/休眠模式下的移動(dòng)性處理包括如尋呼、位置更新、省電模式等功能，切換功能專指連接模式下的終端在不同層次的移動(dòng)后，系統(tǒng)通過一定的處理來保證業(yè)務(wù)連接的連續(xù)性。下面會(huì)從WiMAX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)入手，來分析不同類型的切換處理流程和實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步結(jié)合業(yè)務(wù)需求提出評(píng)估切換性能的一些通用指標(biāo)(KPI)。

在WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組NWG定義的WiMAX端到端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(版本1.0)對(duì)WiMAX的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)元之間的接口作出了定義。

切換的實(shí)現(xiàn)和分析

作為一個(gè)支持移動(dòng)的廣域網(wǎng)無線系統(tǒng)，WiMAX系統(tǒng)切換的底層過程與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)有一定的相似性，盡管在一些細(xì)節(jié)上有所不同，但也包括了切換前的測(cè)量和觸發(fā)、切換發(fā)生和處理、切換后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等過程。

1.二層切換過程和實(shí)現(xiàn)

二層切換的過程可以細(xì)化為下面幾步：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨@取和測(cè)量,切換判決和發(fā)生,網(wǎng)絡(luò)重入和承載前轉(zhuǎn)。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨@取和測(cè)量�；�站BS會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的鄰區(qū)配置信息通過MOB_NBR_ADV消息來廣播網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ瑸榻K端MS提供鄰近BS和小區(qū)的情況。MS得到這些消息后，會(huì)通過MOB_SCN-REQ消息請(qǐng)求系統(tǒng)分配一組掃描時(shí)隙，BS會(huì)回復(fù)以MOB_SCN_RSP消息明確地給MS分配掃描間隙和其它與掃描相關(guān)的信息，然后MS會(huì)根據(jù)此消息中的內(nèi)容對(duì)鄰區(qū)的無線情況進(jìn)行測(cè)量并作上報(bào)，如接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI、載干比CINR等。

切換的判決和發(fā)生：MS和BS會(huì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的切換門限等判決數(shù)據(jù)進(jìn)行切換判決，當(dāng)決定MS要從服務(wù)小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)時(shí)，切換開始發(fā)生。MS或服務(wù)BS都可以做HO判決。HO判決完成的標(biāo)志是MOB_MSHO-REQ或MOB_BSHO-REQ消息，同時(shí)也是HO的通知，這就預(yù)示了MS將開始切換。此時(shí)，服務(wù)BS會(huì)給目標(biāo)BS發(fā)送HO_Pre_Notification消息，目標(biāo)BS會(huì)準(zhǔn)備一些資源(如分配本地HO_ID)并與ASN_GW交互來獲取一些必要的信息(如Security上下文)，最后與源服務(wù)BS確認(rèn)準(zhǔn)備完成。然后，服務(wù)小區(qū)會(huì)發(fā)送MOB_BSHO_RSP消息給MS，指示MS切換的發(fā)生，MS會(huì)發(fā)送MOB_BSHO_IND消息給服務(wù)小區(qū)給以切換的確認(rèn)。

網(wǎng)絡(luò)重入和承載前轉(zhuǎn)。在目標(biāo)BS開始數(shù)據(jù)傳輸前，MS應(yīng)與目標(biāo)BS下行同步，并獲取其上下行的傳輸參數(shù)。如果目標(biāo)BS能夠從傳輸網(wǎng)獲得MS的信息，則網(wǎng)絡(luò)重進(jìn)入過程將會(huì)縮短。重入完成后，系統(tǒng)開始恢復(fù)數(shù)據(jù)連接。在切換的過程中，源服務(wù)小區(qū)可能會(huì)緩存一些發(fā)往MS的數(shù)據(jù)，此時(shí)，源服務(wù)BS可能會(huì)將這部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)BS，這樣可以極大地減少數(shù)據(jù)損失，改善上層的業(yè)務(wù)連接性能。

2.三層切換過程和實(shí)現(xiàn)

如果切換過程涉及ASN_GW/FA的變更，則系統(tǒng)在完成MAC層、物理層的連接處理后(如二層切換的處理過程)，會(huì)觸發(fā)移動(dòng)IP的處理過程來保證IP層連接的連續(xù)性。

當(dāng)MS移動(dòng)到的新小區(qū)使用不同的外部網(wǎng)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)必須做一定的處理才能避免將上層發(fā)送給該MS(或該IP地址)的數(shù)據(jù)包仍發(fā)往舊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，從而屏蔽上層業(yè)務(wù)連接對(duì)底層路由的依賴。在WiMAX系統(tǒng)中，采用IETF規(guī)定的Mobile　IP(MIP)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)三層切換的平滑處理。當(dāng)服務(wù)MS的網(wǎng)關(guān)發(fā)生變更后，MIP客戶端會(huì)發(fā)起MIP注冊(cè)過程，通知?dú)w屬代理HA(Home　Agent)變更客戶端和轉(zhuǎn)交地址CoA的綁定關(guān)系，并建立HA到FA的隧道，以后上層再發(fā)往切換終端的數(shù)據(jù)便會(huì)有效地轉(zhuǎn)發(fā)到終端側(cè)。

根據(jù)完成MIP客戶端功能的網(wǎng)元的不同，WiMAX論壇定義了兩種MIP的實(shí)現(xiàn)方式：CMIP(Cli-ent　MIP)和PMIP(Proxy　MIP)。CMIP指MIP的客戶端功能由WiMAX終端來實(shí)現(xiàn)，這樣終端側(cè)復(fù)雜性會(huì)有一定的增加；PMIP指MIP客戶端的功能由系統(tǒng)內(nèi)某一個(gè)網(wǎng)元來代替終端來完成，這樣簡(jiǎn)化了對(duì)WiMAX終端的要求，但要求ASN內(nèi)部做一些特定的處理。不同廠家實(shí)現(xiàn)MIP客戶端的位置會(huì)有所不同，但MobileIP流程是相同的。

對(duì)業(yè)務(wù)的影響評(píng)估

WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組NWG將WiMAX終端的使用場(chǎng)景或移動(dòng)級(jí)別分為了四類：固定模式(Fixed)、游牧模式(Nomadic)、簡(jiǎn)單移動(dòng)(Simple　Mobility)、全移動(dòng)(Full　Mobility)。固定模式是指終端設(shè)備固定某個(gè)地方，在業(yè)務(wù)連接過程中不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，主要應(yīng)用于WiMAX提供固定接入的應(yīng)用場(chǎng)景，終端類型主要為CPE設(shè)備；游牧模式是指終端位置可以發(fā)生變化，但每次業(yè)務(wù)連接不是固定在某個(gè)地方，終端類型如PCMCIA卡等。簡(jiǎn)單移動(dòng)和全移動(dòng)模式與傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景一樣，終端可以隨處移動(dòng)，包括空閑模式和連接模式，主要終端類型指手機(jī)等設(shè)備。后兩種模式在業(yè)務(wù)性能的要求上有所不同。

基于WiMAX論壇的業(yè)務(wù)需求和建議中(SPWG　Requirements　Release1.5)的性能需求，參照傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)性能的評(píng)估，可以對(duì)評(píng)估WiMAX網(wǎng)絡(luò)切換對(duì)業(yè)務(wù)影響的關(guān)鍵指標(biāo)做如下一些定義。

1.切換成功率。指切換成功次數(shù)與切換請(qǐng)求次數(shù)的比值，用來整體評(píng)估切換成功執(zhí)行的情況。

2.切換過程中業(yè)務(wù)中斷時(shí)間。指業(yè)務(wù)在切換過程中中斷的時(shí)長(zhǎng)(Connection　Gap)，用來評(píng)估切換執(zhí)行對(duì)業(yè)務(wù)的影響情況。

3.切換過程中丟包率。指數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換過程中數(shù)據(jù)丟包的比率(Packet　Loss)，用來評(píng)估切換過程對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的影響。

4.切換過程中數(shù)據(jù)包單向延遲。指上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換過程中在各個(gè)傳輸方向的延遲(One　Way　Packet　Deley)。

5.切換過程中數(shù)據(jù)包時(shí)延抖動(dòng)性。指上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換過程中在各個(gè)傳輸方向的延遲的變化程度(One　Way　Packet　Delay　Variation)。

系統(tǒng)切換性能現(xiàn)狀

Motorola作為WiMAX業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)將完全符合標(biāo)準(zhǔn)的端到端的WiMAX商用產(chǎn)品投放市場(chǎng)，同時(shí)也儲(chǔ)備了大量的工程技術(shù)人員，根據(jù)運(yùn)營商的實(shí)際情況(如頻率資源、站點(diǎn)分布等)來規(guī)劃和部署高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)。在目前的商用版本中，Motorola產(chǎn)品支持包括全移動(dòng)(Full　Mobility)在內(nèi)的全部使用場(chǎng)景，系統(tǒng)從初始就支持了小區(qū)間、基站間的切換功能和移動(dòng)IP功能，并在多個(gè)商用、試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中驗(yàn)證了其提供網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性能。

在美國某運(yùn)營商搭建的多基站外場(chǎng)試驗(yàn)網(wǎng)中，收集了大量的路測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)Motorola系統(tǒng)的切換質(zhì)量進(jìn)行了全面的評(píng)估，涵蓋了不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景、不同移動(dòng)速度、不同業(yè)務(wù)類型多方面的內(nèi)容�？v觀多次測(cè)試結(jié)果，切換成功率可與現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換性能相比，可以做到切換前后服務(wù)質(zhì)量QoS的保證，切換時(shí)延完全滿足不同業(yè)務(wù)的要求，驗(yàn)證了切換對(duì)上層業(yè)務(wù)的影響，系統(tǒng)做到了切換過程中Ping包沒有丟失，流媒體業(yè)務(wù)流暢，VoIP話音清晰，得到了客戶高度的評(píng)價(jià)，為即將開始的大規(guī)模的商用部署建立了極大的信心。