B3G無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換技術(shù)研究

摘要　移動性管理技術(shù)是實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一，而切換管理對移動性管理顯得尤為重要。針對未來異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點，本文研究了相應(yīng)的切換機制，并對不同方案進行了比較分析。結(jié)果表明，兩種混合式方案具有較好的切換性能，極具應(yīng)用潛力。

1、引言

未來的移動通信環(huán)境將包括各種具有不同的傳輸速率、覆蓋范圍、系統(tǒng)容量及服務(wù)水平的無線接入網(wǎng)絡(luò)。為了充分利用不同接入網(wǎng)絡(luò)的特點，向用戶提供無處不在的服務(wù)，并且能夠滿足用戶對業(yè)務(wù)寬帶化、個人化和智能化的要求，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)作和融合是目前人們關(guān)注的焦點。移動性管理技術(shù)，尤其是切換技術(shù)，是實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一。

過去對切換管理技術(shù)的研究多集中在單一通信系統(tǒng)內(nèi)，從用戶的角度出發(fā)，主要保證了語音業(yè)務(wù)和低速率業(yè)務(wù)的延續(xù)性和質(zhì)量。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，還需要從網(wǎng)絡(luò)的角度重新設(shè)計切換管理方案，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的業(yè)務(wù)負載均衡，從而有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源以滿足用戶對多業(yè)務(wù)的需求，因此，如何設(shè)計出具有高靈活性、低復雜度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和綜合考慮多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的切換算法是當前研究的重點和難點。3GPP和歐盟的WINNER項目（專門針對B3G/4G研究設(shè)立）均圍繞上述兩個方面進行了深入研究，提出了許多新的概念，但目前都處于理論研究階段，還需進一步完善，其最終的研究結(jié)果將作為B3G/4G網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)的主要候選技術(shù)。

B3G/4G網(wǎng)絡(luò)將是一種融合了多種無線接入新技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部已經(jīng)具有異構(gòu)特性，本文以B3G/4G網(wǎng)絡(luò)為代表，探討了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的各種切換機制。首先從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度出發(fā)，引入新的節(jié)點，根據(jù)切換控制方式的不同分別介紹了分布式、集中式及混合式3種方案，并對其性能進行了對比分析，然后在不考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及切換控制方案的情況下，從無線切換方式的角度出發(fā)，引入網(wǎng)關(guān)池的概念，分析比較了鏈路、IP及混合3種切換方式；最后對文章進行了總結(jié)。

2、幾種切換控制方式的分析比較

可以將B3G/4G網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)抽象為由網(wǎng)關(guān)、基站、中繼節(jié)點、用戶終端以及無線資源管理（RRM）服務(wù)器（根據(jù)切換方案的不同可選擇采用）組成，如圖1所示。該架構(gòu)支持靈活的切換管理，分別可以通過分布式方案、集中式方案以及分布/集中混合式方案來實現(xiàn)。其中，網(wǎng)關(guān)、基站和RRM服務(wù)器是實現(xiàn)切換管理的關(guān)鍵節(jié)點。

圖1　接入網(wǎng)抽象架構(gòu)

網(wǎng)關(guān)是接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的IP接口，對宏移動性管理和微移動性管理提供支持。網(wǎng)關(guān)控制著一組基站，當用戶終端從該網(wǎng)關(guān)控制下的基站移動到另一網(wǎng)關(guān)控制下的基站（同一接入網(wǎng)內(nèi)）或者其他接入網(wǎng)時，網(wǎng)關(guān)將參與切換管理�；�站對處于活動和空閑狀態(tài)下的用戶終端進行基站間的切換管理，同時也負責基站控制下的中繼節(jié)點間的切換管理。RRM服務(wù)器根據(jù)切換方案的不同可選擇采用，它利用節(jié)點的負載信息進行資源分割并給出相應(yīng)的切換指示。

（1）分布式方案

在該方案中，切換過程僅由用戶終端當前所連接的基站負責執(zhí)行，沒有任何中央控制節(jié)點作出切換判決或者輔助作出切換判決，因此該方案不需要設(shè)置RRM服務(wù)器。當前基站的信息和信令通過基站間接口與相鄰基站交互。當前基站通過實時業(yè)務(wù)度量（RTTM）機制得到負載相關(guān)信息，據(jù)此提供給用戶終端切換所需的候選基站列表。切換過程如下：

●終端或者基站發(fā)起切換請求：

●當前基站與相鄰基站通過基站間接口通信，獲取RTTM；

●當前基站選定目標基站，作出切換判決；

●當前基站與目標基站進行通信，通知切換結(jié)束。

（2）集中式方案

該方案的基本思想是需要有一個中央控制節(jié)點，即RRM服務(wù)器負責切換判決。RRM服務(wù)器周期性地與基站進行通信，獲取RTTM，從而隨時能夠獲知基站的狀態(tài)，判斷其是否處于或者接近過載狀態(tài)，向用戶終端提供切換所需的候選基站列表。RRM服務(wù)器與基站間的通信也可以采取按需通信的方式，即如果有切換判決的需求，RRM服務(wù)器才從基站處獲取RTTM。若采取周期性的通信方式，由于沒有從基站處要求獲取RTTM的時延，判決速度會加快，有利于減少切換時延。但是如果通信周期設(shè)置過長，RRM服務(wù)器中存儲的基站狀態(tài)跟不上基站目前的更新狀態(tài)，會造成切換誤操作；如果通信周期過短，會增加網(wǎng)絡(luò)的信令開銷，因此需要根據(jù)系統(tǒng)的需求對RRM服務(wù)器與基站的通信方式進行折中選取。

切換過程如下：

●基站、用戶終端或RRM服務(wù)器發(fā)起切換請求；

●RRM服務(wù)器從基站處獲取RTTM（或者查詢已有的度量值）；

●RRM服務(wù)器選定目標基站，作出切換判決；

●RRM服務(wù)器與目標基站通信，通知切換結(jié)束。

（3）分布/集中混合式方案

在該方案中，由當前基站作出切換判決，RRM服務(wù)器在必要的情況下對基站的切換判決起輔助作用。由于當前基站只能從其相鄰基站獲取信息，而RRM服務(wù)器能夠從接入網(wǎng)內(nèi)所有的基站處獲取信息，因而對網(wǎng)絡(luò)全局信息的把握更加全面，當出現(xiàn)當前基站或網(wǎng)關(guān)的容量達到上限或者過載的情況時，RRM服務(wù)器將會提供給當前基站可進行切換操作的候選基站—網(wǎng)關(guān)列表。結(jié)合從相鄰基站處得到的候選列表，當前基站最后選定目標基站—網(wǎng)關(guān)，作出切換判決，實現(xiàn)了負載平衡和網(wǎng)絡(luò)容量最大化。當網(wǎng)絡(luò)處于低負載狀況，當前基站無需請求RRM服務(wù)器進行輔助判決，直接進行快速高效的切換判決。

（4）方案比較

分布式方案由基站直接進行切換管理，大大降低了切換判決時延，減小了信令開銷，但由于對網(wǎng)絡(luò)全局信息缺乏足夠的把握，不能實現(xiàn)最優(yōu)的切換判決，從而對網(wǎng)絡(luò)的容量和穩(wěn)定性造成了負面影響。同時基站設(shè)備需要更加智能化，從而增加了基站設(shè)備的實現(xiàn)復雜度。集中式方案雖然能夠充分利用全局網(wǎng)絡(luò)資源，但是由于引入了RRM服務(wù)器，增加了切換判決時延和額外的信令開銷�；旌鲜椒桨父鶕�(jù)網(wǎng)絡(luò)負載和擁塞情況靈活選取切換管理方案，充分利用了分布式方案的快速判決和集中式方案的最優(yōu)判決，在切換性能和設(shè)備復雜度上實現(xiàn)了折中。