（通信与信息系统专业论文）“动中通”系统切换管理技术研究.pdf

摘要 摘要 “动中通”系统采用分级网络结构，且无线接入点( r a d i oa c c e s sp o i n t ，简称 r a p ) 和移动用户均随机运动，r a p 间以无线a dh o e 网络形式组网。因此“动中 通”网络具有网络自组织性、拓扑结构动态变化、节点随机移动、资源有限等特 点。“动中通”技术要求在这种整个网络运动的情况下，实现移动用户的实时动态 管理，保证用户之间快速建立通信接续和通信，从而保证对用户业务服务质量 ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，简称q o s ) 的支持。因此“动中通”网络采用何种适宜的切换 策略以保持通信的连续性，使移动用户在通信过程中链路的连接状况发生变化时 仍能得到相应的服务保障就显得尤为重要。 切换管理作为移动性管理中的项关键技术，要确保移动用户在通信过程中 从一个节点覆盖区移动到另节点覆盖区时通信的连续性，实现移动通信的无缝 隙覆盖，为各种业务模型提供可靠的通信质量。目前存在多种典型的切换管理技 术，如蜂窝通信系统切换技术、m o b i l ei p 切换技术等。 然而现有的这些技术直接用于“动中通”网络仍有一定的局限性。针对“动 中通”系统网络结构动态性、自组织性、业务多样性等特点，本论文借鉴传统的 切换管理思想，结合具体业务模型，设计了区分业务的切换触发算法，即实时业 务采用移动台控f i b l j ( m o b i l ec o n t r o l l e dh a n d o v e r , 简称m c h o ) 的切换方式，并辅以 避免乒乓切换的措施；非实时业务采用移动台辅助( m o b i l e a s s i s t e dh a n d o v e r , 简称 m a h o ) 的切换方式，并辅以减少系统开销和路由优化的措施。另外本文提出了增 加系统缓存以保证平滑切换的系统方案，并在此方案基础上进一步提出了缓存优 化方案。在通信环境动态变化的条件下，这些方案能保证通信的连续性，支持“动 中通”网络中各种形式切换。 此外，本论文结合具体业务模型，对“动中通”系统结构进行了优化设计， 完善了系统协议栈体系。针对实时业务对时延敏感的特性，采用流传输机制；针 对非实时业务分组丢失敏感的特性，采用传输层确认重传机制。这些系统优化方 案改善了系统性能，为各种业务提供了更好的q o s 支持。 最后，本文针对文中所提出的“动中通”用户切换管理方案和系统优化方案 在o p n e t 仿真环境下搭建了仿真模型，进行了系统仿真实现，并收集不同场景下 摘要 的仿真数据，比较系统性能参数，验证了方案的可行性和有效性。 关键字：动中通，移动性管理，切换，区分业务，a dh o e 网络，o p n e t 仿真 a b s t r a c t t h e “c o m m u n i c a t i o ni nm o v i n g n e t w o r ke m p l o y sm u l t i l a y e ra r c h i t e c t u r e w h e r e n o to n l yi st h em o b i l eu s e rm o v i n ga tr a n d o m ，b u ta l s ot h er a d i oa c c e s sp o i n t ( r a p ) a n dt h ew h o l en c t w o r k a n dt h ep h y s i c a l1 i n k st oc o n n e c tr a p si sb a s e do nw i r e l e s sa d h o c s oi th a ss u c hc h a r a c t e r i s t i c sa ss e l f - o r g a n i z e d ，d y n a m i ct o p o l o g y , r a n d o mm o v i n g ， l i m i t e dr e s o u r c e sa n ds oo n a 1 lt h ea n a l y s i sa b o v er e q u i r eu st op r o v i d et h et e c h n o l o g y s u p p o r tf o re s t a b l i s h i n gt h ec o m m u n i c a t i o nl i n ka n dt h ec o m m u n i c a t i o nh o l d i n g q u i c k l y b e t w e e nt h eu s e r s ，a n dt h e nt op r o v i d eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) g u a r a n t e e sf o rd i f f e r e n t s e r v i c e t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt of o r w a r das u i t a b l eh a n d o v e ra l g r i t h m ，w h i c h c a np r e v e n tt h ec o m m u n i c a t i o nf r o mi n t e r r u p t t i n ga n dp r o v i d eq o sg u a r a n t e e sw h i l e t h en e t w o r kt o p o l o g yi sc h a n g i n g h a n d o v e rm a n a g e m e n ti sak e yt h e c h n o l o g yo fm o b i l i t ym a n a g e m e n t i ti sa b l et o k e e dt h ec o m m u n i c a t i o n sw h e nt h em o b i l et e r m i n a l sm o v ef r o mo n ea r e at oa d o t h e l t h eg o a lo f h a n d o v e rm a n a g e m e n ti st op r o v i d eas e a m l e s sc o n n e c t i o nq o sg u a r e n t e e s f o rk i n d so fs e r v i c e sw h e nah a n d o v e ra c c o u r s r e c e n t l y , t h e r ea r ek i n d so ft y p i c a l h a n d o v e rt h e c h n o l o g i e s 。s u c ha st h o s ei nc e l l a rn e t w o r k ，t h o s ei nm o b i l ei p , a n ds o0 1 1 h o w e v e r ，t h e r ew i l lb es o m el i m i t a t i o n si ft h o s et e c h n o l o 西e sa r ea p p l i e dt ot h e “c o m m u n i c a t i o ni nm o v i n g ”n e t w o r k f o c u so nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h i sn e t w o r k s u c h a sd y n a m i ct o p o l o g y , s e l f - o r g a n i z e dn e t w o r ka n ds e r v i c ed i v e r s i t y , t h i st h e s i sp u t s f o r w a r dad i i f - s e r v i c eh a n d o v e ra l g r i t h r nb a s e do nt r a d i t i o n a lh a n d o v e ra l g r i t h n l s i n t h i s a l g r i t h m m o b i l eu s e r sw i t hr e a l t i m et r a 伍cu s em o b i l ec o n t r o l l e d h a n d o v e r ( m c h o ) a l g r i t h i nc o m b i n e dw i t hs o m em e t h o dt oa v i o d i n gp i n gp o n ge f f e c t ， w h i l em o b i l eu s e r sw i t h1 1 0 1 1 一r e a l t i m e 订a 伍ci m p l o ym o b i l ea s s i s t e dh a n d o v e r ( m a h 0 1 a l g r i t h ma s s o c i a t e dw i t hs o m es t r a t e g i e st or e d u c en e t w o r kc o s ta n dg u a r e n t e er o u t e o p t i m i z a t i o n i na d d i t i o n ，a na l g o r i t h mi sp r o p o s e dt h a tc a nr e a l i z es m o o t hh a n d o v e rv i a c r e a t i n gs y s t e mb u f f e r s w ja l s op r o p o s e ab u f f e ro p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m t h i s m e c h a n i s mc a nk e e pc o m m u n i c a t i o nw h i l eh a n d o v e ro c c u e r sa n ds u p p o r ta l lk i n d so f h a n d o v e r s i ta l s or e a l i z e st h eg o a lo fs u p p o r t i n ga l lc o m m u n i c a t i o ns i t u a t i o n sw h i c h d e p e n do nt h en e t w o r ke n t i t i e s f u r t h e r m o r e ，c o n s i d e r i n gs p e c i f i ct r a f f i c s ，w cp r o p o s es o m em e t h o d st oo p t i m i z e s y s t e mp e r f o r m a n c e sa n dp r o t o c o ls t a c k s t r e a mt r a n s l ；) o r tm e c h a n i s mi se x p l o r e df o r d e l a y s e n s i t i v er e a l t i m et r a f f i cw h i l ec o m f i r mr e t r a n s m i t i o nm e c h a n i s mi sp r o p o s e df o r n o n r e a l t i m et r a 衢c t h e s es t r a t e g i e so p t i m i z es y s t e r np e r f o r m a n c e sa n dp r o v i d eq o s g u a r e n t e e s f i n a l l y , t h ei m p r o v e da l g r i t h i n sa n do p t i m i z a t i o ns t r a t e g e s a r es i m u l a t e db y o p n e ta n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sd e a n o n s t r a t et h a tt h es t r a t e g yi se f f e c t i v ei nt h e “c o m m u n i c a t i o nj nm o v i n g ”n e t w o r kb yc o l l e c t i n gt h es i m u l a t i o nd a t aa n dc o m p a r i n g t h es y s t e mp e r f o r m a n c e s k e yw o r d s ：c o m m u n i c a t i o nw h i l em o v i n g m o b i l i t ym a n a g e m e n t h a n d o v e r m a n a g e m e n t ，d i i f - s e r v i c e ，a d h o cn e t w o r k s ，0 p n e ts i m u l a t i o n s y s t e m s 1 i i 图目录 图目录 图1 1 系统构成图 图2 1 切换管理的实现流程 图2 2g s m 中的切换管理过程 图2 3m i p 的切换管理过程 图3 1 系统协议体系 图3 2 非实时业务切换信令时序图一 图3 3 邻近r a p 的跚。，等级含义 图3 - 4 用户周期测试分组m mm e a s u r er e p o r t 图3 5 基于路由优化的小区选择 图3 - 6 实时用户判决切换流程图 图3 7 用户周期性发送测试报文流程图 图3 。8 原r a p 收到用户的切换请求流程 图3 - 9 新r a p 收到切换用户注册请求流程 图3 1 0 原r a p 进行切换触发判决流程图( 含路由优化) 图3 1 l 原r a p 收到切换信令处理流程图 图3 1 2 新r a p 收到切换信令处理流程图 图3 1 3 实时业务切换请求报文m mu s e rh a n d o v e r 格式一 图3 1 4 实时用户切换时的缓存图 图3 15 非实时业务切换完成报文m mm a h oo v e r 格式 图3 1 6 切换时缓存优化实现图 图3 1 7 发向上一跳的缓存优化分组m mb u f f e ro p t i 格式 图3 1 8 发向上一跳的转发缓存分组m mb u f f e ro p t io v e r 格式 图3 1 9 原r a p 收到m u 切换请求时的流程一 图3 2 0 原r a p 收到切换完成报文时的流程 图3 2 1 原r a p 触发切换时的处理流程图 图3 2 2r a p 收到切换完成报文时的处理流程图 图3 2 3 对实时业务，原r a p 收到用户切换请求时的处理流程图 图3 2 4 对非实时业务，原r a p 触发切换时的处理流程图 图3 2 5 上一跳收到缓存优化报文时的处理流程图 图3 2 6 原r a p 收到切换完成报文时的流程 图3 2 7 上一跳收到切换完成报文时的流程 图3 2 8 流路由表f r t 图3 2 9m u 协议栈结构一 图3 3 0r a p 或s w 收到流数据分组处理 图3 3 1r a p 中f r t 维护和删除 图3 3 2s w 中f r t 维护和删除 v j 。_舶舶播屈棚埘棚埘埘埘埘也瑚埘瑚埘崩埘埘脚瑚瑚瑚瑚棚椰枷m椰舶 图目录 图3 3 3 接收方传输层收到数据分组的处理 图3 3 4 发送方传输层收到a c k n a k 的处理 图4 1 基本网络结构 图4 2 增加r a p 数量的网络结构 图4 3 仿真场景设置 图4 4m u 子网内切换 图4 5 用户发生子网间切换 图4 6r a p 之间切换图 图4 7 未改进切换触发算法性能图( v = 7 2 k m h ) 图4 8 改进的切换触发算法性能图( v = 7 2 k m h ) 图4 9 未改进的切换触发算法性能图( v = 7 2 k m h ) 图4 1 0 改进的切换触发算法性能图( v = 7 2 k m h ) 4 5 4 5 4 7 4 7 4 9 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 4 5 4 图4 1 1 未改进切换触发算法性能图( v = 1 0 0 k m h 1 5 5 图4 1 2 改进切换触发算法性能图r 降1 0 0 k i n h ) 5 5 图4 1 3m c h o 丢包率性能图二5 7 图4 1 4m a h o 丢包率性能图5 7 图4 1 5m c h o 与m a h o 切换相关开销比较5 7 图4 1 6m c h o 和m a h o 切换延迟比较5 8 图4 1 7 未采用路由优化时r a p 间传输数据分组的开销5 9 图4 1 8 采用路由优化后r a p 间传输数据分组的开销5 9 图4 一1 9 采用路由优化前后用户切换延迟比较6 0 图4 2 0 未改进前的分组丢失率6 l 图4 2 1 平滑切换改进后的分组丢失率6 1 图4 2 2 未改进前的数据传输时延6 2 图4 2 3 平滑切换改进后的数据传输时延6 2 图4 2 4 未改进前的分组丢失率6 2 图4 2 5 平滑切换改进后的分组丢失率6 3 图4 2 6 未改进前的数据传输时延6 3 图4 2 7 平滑切换改进后的数据传输时延6 3 图4 2 8 未加缓存时用户发生切换时的分组丢失率6 4 图4 2 9 加了缓存后用户发生切换时的分组丢失率6 4 图4 3 0 未加缓存时的数据传输时延6 5 图4 3 l 加了缓存后的数据传输时延6 5 图4 3 2 缓存优化后多用户通信，发生切换时的分组丢失率6 6 图4 3 3 缓存优化后的数据传输时延6 6 图4 3 4 基本网络结构下，未采用流传输机制时的分组传输时延6 8 图4 3 5 基本网络结构下，采用流传输机制后的分组传输时延6 8 图4 3 6 增加r a p 数量的网络结构下，未采用流传输机制时的分组传输时延6 9 图4 3 7 增加r a p 数量的网络结构下，采用流传输机制后的分组传输时延6 9 图4 3 8 未采用重传时的丢包率7 0 图4 3 9 采用了重传机制后的丢包率7 1 v 图目录 图4 4 0 未用重传机制时的分组传输时延 图4 4 1 采用了重传机制后的分组传输时延 图4 - 4 2 未采用信用度流量控制时的性能图 图4 4 3 采用了信用度流量控制后的性能图 v 1 1 1 7 1 7 1 一7 2 7 2 表目录 表2 1 切换涉及协议栈及影响 表2 2 切换分类 表4 一l 场景参数设置1 表4 2 场景参数设置2 表4 3 场景参数设置3 表4 4 场景参数设置4 表4 - 5 场景参数设置5 表4 6 场景参数设置6 表目录 1 2 1 3 5 3 5 6 5 8 6 0 6 7 7 0 缩略字表 c o a c n c b r f i f 0 f a h a m n m c h o m a h o r a p c a r e - o f a d d r e s s c o n s e q u e n tn o d e c o n s tb i tr a t e f i r s ti nf i r s t0 u t f o r e i g na g e n t h o m ea g e n t m o b i l en o d e m o b i l ec e n t r e lh a n d o v e r m o b i l ea s s i s t e dh a n d o v e r r a d i ea c c e s sp o i n t 缩略字表 x 转交地址 对等节点 恒定比特流 先入先出 外地代理 家乡代理 移动节点 移动台控制切换 移动台辅助切换 无线接入点 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：写蕴i 雌日期：枷6 年岛月7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 日期：砂6 年月勺日 第一章引言 1 1 课题背景 第一章引言 传统的蜂窝移动通信网络、无线局域网和m o b i l ei p 均属于中心网络 ( i n f r a s t r u c t u r e n e t w o r k ) 结构。在中心网络中，移动用户需要类似基站、服务访问点 或外地代理这样的中心控制设备，在逻辑上移动用户通过一跳距离无线连接到固 定网络。但是在自然灾害、探险、科考或战场等特殊环境下，需要通信是动态的、 可快速部署的、不依赖或少依赖现有的有线网络。这种中心网络并不能满足紧急 环境下的通信需求，于是无中心网络应运而生。 a dh o c 网络作为无中心网络的一种，不需要固定基础设施支撑。网络中各节 点地位平等，均可自由移动。节点兼有路由器和主机功能，可通过无线多跳中继 进行通信。因此a d h o c 网络具有网络拓扑动态变化、无中心自组织、多跳组网、 传输带宽有限、移动终端自主性、分布式控制、鲁棒性和抗毁性强等特点 ”。由此 特点，a dh o c 网络在军事移动通信系统中得到了广泛的应用。 现代军事移动通信系统作为战场上的基本通信手段已经进入综合业务数字移 动通信网阶段。与民用蜂窝移动通信网络类似，军事移动通信网络一般也由三大 部分构成吲： 骨干网络：即干线网络，交换机和传输设备等构成的机动或固定基础设施。 无线接入网：由无线接入点( r a d i oa c c e s sp o i n t ，简称r a p ) 构成，与骨干 网络相连接，为各种无线移动用户提供入网途径。为扩大网络覆盖范围， r a p 之间可使用a d h o c 网络形式组网，如“动中通”网络f 见1 2 1 节) 。 资源子网：由移动用户( m o b i l eu s e r , 简称m u ) 构成，m u 通过由r a p 组 成的无线接入网接入干线网络，实现与固定用户或其它m u 的通信，产生 多种形式的业务。 近1 0 年来，数字化的军事移动通信网络已成为许多国家典型的军事移动通信 网络和战场上的主要通信手段，移动数字传输和移动数字交换技术使军事通信系 统具有高保密性和高抗干扰性。同时军事移动通信网络采用现代通信技术新成果， 构成一体化的数字移动通信系统，并与其它的各种移动通信系统实现了互联互通。 电子科技大学硕士学位论文 在目前的军事通信中，般采用战斗无线电网、战术无线移动通信系统和军 用卫星移动通信系统相结合以提供最基本的“动中通”能力，使移动用户具有移 动性，同时，建立机动骨干网完成较大区域的覆盖和业务交换与中继【2 】。 为此，美军提出了结合军事和商用系统的战斗信息网w r n ( w a r - f i g h t e r i n f o r m a t i o nn e t w o r k ) t 3 】系统结构概念，它提供无缝的综合性的从单兵到支援基地的 通信和信息业务网。通过军事战斗通信系统和商业无线技术的适当配置，w i n 为 高度移动和分散的用户提供信息传送和分发。当没有陆地设施时，便接入卫星移 动通信系统，实现网络的无缝连接，为用户提供“动中通”功能。 8 0 年代以来，我国在军事移动通信研究方面取得了重大进展。在战场军事移 动通信网络组网方面，较低梯队的指战员的基本移动通信设备是c n r ( c o m b a t n e t w o r kr a d i o ，单工战斗网电台) ，按照部队指挥关系或任务要求进行组群，以单 工工作方式构成单c n r 或p r n ( p a c k e tr a d i on e t w o r k ，分组无线网) 的网络，实现 话音或数据业务的通信。移动电话是较高梯队指挥官比较理想的通信设备，移动 用户是双工移动台，依靠覆盖一定区域的r a p 的转发交换控制等功能，构成军 用m t n ( m o b i l et e l e c o m m n e t w o r k ，移动通信网) ，实现移动用户之间以及移动用 户与固定用户之间的话音、传真等业务的双工通信；或者构成双工p r n ，实现数 据通信业务；c n r 也可通过相应的单工入口接入交换机。 但是在目前的军事移动通信系统中，干线网络和r a p 都是在非移动状态下为 移动用户提供“动中通”能力。新一代数字化战场对通信系统的要求，不仅在于 业务综合化、宽带化，同时也需具有更好的移动性，要求用户终端和r a p 均可随 机运动，在战场环境下实现多业务的真正意义上的“动中通”。在这种高度移动的 “动中通”网络中，开发移动用户管理技术并保证业务的服务质量，对提高军事 通信网络的机动性和网络服务质量具有重要意义和重大应用价值。本文正是针对 这种用户和r a p 均可移动的网络环境，研究用户切换管理技术方案和系统优化方 案，并对所提出的方案进行仿真实现，以验证算法的可行性和有效性。 1 2 “动中通”网络结构及特点 1 2 1 “动中通”网络系统结构 现代军事系统中使用的野固一体化综合业务数字网是一种包含固定网络、无 第一章引言 线局域网、野战地域网的综合通信系统，本文所研究的“动中通”网络是野固一 体化综合业务数字网中一个子网。 “动中通”系统采用如图1 1 示的分级网络结构 图l - 1 系统构成图 ( 1 ) 骨干网络 骨干网络由固定的无线连接的多个交换机( s w i t c h ) 组成，s w i t c h 间用 m p l s ( m u l t i p r o t o c a ll a b e ls w i t c h i n g ，多协议标签交换) 传送数据，个s w i t c h 可管 理多个“动中通”子网。 骨干网络主要设备为交换机，交换机对其覆盖范围内所有的r a p 和移动用户 进行协调管理，每一个s w i t c h 中存有本s w i t c h 下的子网、子网中各r a p 以及r a p 下已注册的m u 的信息，可以处理本地产生的业务量，并为子网之间的数据传输 提供中继服务。 电子科技大学硕士学位论文 ( 2 1“动中通”子网 “动中通”子网由r a p 和m u 构成。m u 间不能直接通信，以无线方式利用 r a p 或s w i t c h 作中继进行通信，而r a p 和m u 之间形成类似蜂窝移动通信的结 构，r a p 可和s w i t c h 通信，同时r a p 间以自组织网( a dh o c 网络) 形式组网，构 成多个无线子网。 “动中通”子网主要设备为r a p 和m u ，其功能如下： r a p ：无线接入设备，在m u 和s w i t c h 间提供接口。r a p 是“动中通” 系统的核心功能节点，r a p 之间以a d h o c 网络形式组网。r a p 具有路 由功能，在必要时对来自本地和来自其他r a p 的业务选择路由。每个 r a p 中存有本r a p 下己注册的m u 的信息和已从本r a p 切换至其他 r a p 的m u 的信息，负责处理本r a p 下m u 的业务。 移动用户m u ：基本移动通信设备，在随机运动的过程中产生网络的语 音和数据业务，完成有限的和它自身相关的网络管理功能。 1 2 2 “动中通”网络系统特征 由1 2 1 节介绍，“动中通”系统是在整个通信系统随机运动的环境下，为m u 之间的通信提供可靠传输，由此可得出本系统具有以下特征： ( 1 ) 业务类型多样化：“动中通”系统是野固一体化综合业务数字网的个子 网，系统能够支持实时( 如语音) 和非实时( 如数据) 等多种业务。 ( 2 1 分级网络结构：网络中设置多个交换机，每个交换机可管理多个由r a p 构成的子网；r a p 之间构成一个自组织网络，每个r a p 管理本r a p 范围 内已注册的用户；每个用户只与当前已注册的r a p 通信。 ( 3 ) 分布式位置管理模式；交换机中记录其范围内的r a p 和m u 的位置信息； 每个r a p 具有自治性，实现用户注册、位置管理、越区切换等功能， 拥有本地用户数据库，主要记录其范围内的所有m u 以及从其下切换到其 他r a p 的m u 位置信息。 ( 4 ) r a p 的移动性：除m u 可移动外，r a p 也是可移动的，除了在原交换机 管辖范围内移动外，随时可能进入新的交换机管辖范围，也就是说，r a p 的归属是可变的。这样使组网方式更加灵活，扩大了通信覆盖范围，弥补 d 第一章引言 了目前战术系统中干线网络和r a p 位置固定的缺点，为m u 提供真正意 义上的“动中通”能力。同时r a p 的移动性使网络拓扑变化更加频繁， 增加了网络移动性管理的难度。 ( 5 ) 多r a p 构成自组织网络：r a p 具有自组织特性，构成a d h o c 网络。r a p 可以实时产生、维护和选择路由，并根据选择的路由转发数据。这样两个 无法直接通信的r a p 可以借助其它r a p 进行分组转发实现数据通信，扩 大了无线网络的通信范围，并使通信的灵活性增强。同时当“动中通”子 网脱离交换机时，子网内的两m u 也能通过多r a p 中继通信，增强了网 络的可靠性。 1 3 本文内容安排 本文较深入研究“动中通”网络特征和现有切换管理技术，提出了适合本网 络的针对多业务的切换管理策略和系统优化方案，并通过o p n e t 仿真软件对所提 算法进行了仿真验证，在本论文中对相应的工作进行了详细的阐述。 第一章介绍了研究背景和“动中通”网络的系统结构特征，阐述了本文研究 的重点和意义。 第二章主要介绍了切换管理的关键技术以及现有的各种具体切换管理技术， 并分析了现有切换管理技术在“动中通”网络中应用的局限。 第三章针对方案设计目标，结合现有切换技术和“动中通”网络特征，提出 以下切换管理方案和系统设计方案，同时给出各方案的具体实现流程： ( 1 ) 由于原移动台控带j j ( m c h o ) 切换触发方案仅参照- - n 量样本即判决切换 h 】，易产生乒乓现象，且切换触发时衡量参数单一，不适合多业务环境， 本文借鉴避免乒乓切换策略和g s m 中移动台辅助( m a h o ) 算法，结合“动 中通”系统特性，提出区分业务的切换触发方案。 ( 2 ) 由于采用硬切换方式，用户切换时链路层复位，易造成分组丢失，不能保 证业务的q o s ，本文提出在r a p 中增加系统缓存的方案，以保证平滑切 换，减少分组丢失；同时针对多用户同时切换时系统提供缓存不足再次造 成分组丢失的现象，本文在基本缓存方案的基础上进一步提出缓存优化方 案。 电子科技大学硕士学位论文 ( 3 1 为优化网络性能，为不同业务提供更好的服务支持，使切换方案达到更好 的性能，本文提出了区分业务的传输优化方案，即针对实时业务时延敏感 特性采用基于流的传输方案，针对非实时业务分组丢失敏感的特性采用基 于信用量的确认重传的传输层保障方案。 第四章主要针对第三章提出的切换管理方案和系统设计方案，在o p n e t 软件 仿真平台上进行方案的系统级仿真，调试和实现，经过对不同仿真场景下仿真性 能曲线的分析，检验了本文方案的可行性和有效性，证明了各方案能达到预期的 设计目标和功能。 最后对本文工作进行了总结，并说明了未来可能的研究方向。 第二章移动通信系统的切换管理技术探讨 第二章移动通信系统的切换管理技术探讨 2 1 切换管理技术概述 切换管理是移动性管理中的一项关键技术。移动性管理【5 1 在移动节点的标识 ( 节点名) 及其地址( 节点相对网络结构的位置) 间提供时变映射，是保证移动用户在 不断改变自己位置的情况下进行可靠通信的重要条件，在整个服务网络内有效支 持用户、设备和服务的无缝漫游。 从功能上讲，移动性管理包含两个层面上内容： ( 1 ) 宏观层面上，移动性管理主要进行网络移动性管理，包含小区选择重选 和位置管理。以g s m 为例，用户一旦付费入网后，它就有权在其归属 网络( h o m en e t w o r k ，简称h n ) 的覆盖范围内获得通信服务，同时也能 在其他的访问网络( v i s i t n e t w o r k ，简称v n ) c 】获得通信服务。 ( 2 ) 微观层面上，移动性管理主要进行无线移动性管理，称为切换管理。g s m 中，它能够使正在通信的用户从一个小区移动到另一个小区时保持通信 的连续性。 其中切换管理是指将正在进行呼叫的移动台与无线接入点之间的通信链路从 当前接入点转入另一个接入点的过程。切换的目的是保证在无线信道改变时保持 通信的连续性，实现移动通信的无缝隙覆盖，提供可靠的通信质量。 2 1 1 切换管理基本过程 切换管理过程一般分为三阶段i s ： ( 1 ) 初始化：主要判断是否需要触发切换，切换至何新接入点； ( 2 ) 新连接建x y ：主要负责在移动用户和新的接入点之间产生新连接； ( 3 ) 数据流控制：主要负责将后续的分组传送到切换后的新路径上。 其具体实现流程如图2 一l 所示。 电子科技大学硕士学位论文 新连接建立q - - l 数据流控制厂 l 2 1 2 关键技术及实现 图2 1 切换管理的实现流程 由2 1 1 节可知，切换管理分为初始化、新连接建立和数据流控制三个阶段， 相应的各阶段有其对应的关键技术，以下将从这三个方面展开叙述。 2 1 2 1 切换初始化 在切换初始化阶段，由网络代理或者改变网络条件来确定触发切换需要。研 究内容主要包含链路监视和测量、候选小区的选择、触发切换准则( 算法) 。 ( 1 ) 链路监视和测量 链路监视和测量的主要参数 6 有：接收信号强度( r e c e i v e ds i s a ls t r e n g t h m d i c a t o r ，简称r s s 0 、接收信号载噪比、基站与移动台的距离等。系统用以上数 据选择候选小区和切换触发算法，其中r s s i 常用于切换触发准则的选择。测量时 应注意：参数太多易引起处理设备过载；时间间隔足够小，系统才能实时反应网 络状况；信号监测时采用平均窗口并采用一定时间滞后，可以减少不必要的切换。 ( 2 ) 候选小区选择 在参数测量阶段，移动台根据一定的准则，确定候选小区的名单。当无信道 ，。l 化始朗 换四 第二章移动通信系统的切换管理技术探讨 给移动台时，移动台确定候选小区，建立候选信道组，作出选择。 ( 3 ) 触发切换算法 用户切换前，需要使用链路监视和测量时测得的参数并结合相应的切换触发 算法判断是否需要进行切换，切换至何新小区，由此触发2 层切换( 定义见表2 2 ) 。 在大多数网络中根据从服务连接点和邻近连接点的r s s i 来判决是否需要切 换，但只使用r s s i 并不是最优的。r s s i 与其他参数的联合考虑已经广泛应用于 各种切换算法中，这些参数包含门限、滞后范围、路径损失、载波干扰 = l ( c i r ) 、 功率预算、蜂窝排队、业务流量、速度、距离、驻留定时器和平均窗口等。多参 数联合判决切换更加智能，整体上提高了切换性能。如门限( t h r e s h h o l d ) 的引入防 止了在当前的信号还足够强而监测信号强度已超过当前信号时引起的不必要切 换；滞后边际( h y s t e r e s i sm a r g i n ) ”( 包括功率滞后和时间滞后等) 可以克服快速衰落 造成的导频快速变化，保证激活集内导频的稳定，从而防止切换中的乒乓效应， 以减少切换次数。 2 1 2 2 新连接建立 在新连接建立阶段，移动用户和新的接入点之间产生新链路，主要涉及资源 的发现和分配，为切换定位新的无线和网络资源。研究内容主要包含底层的信道 资源的分配、无线链路的转换和网络层处理。 ( 1 ) 链路层的信道分配 链路层信道分配主要负责新链路建立时的无线资源分配，把用户从原来的无 线接入点成功转换到新的无线接入点。常用链路层信道分配方案有以下几种： 无优先级策略：各种请求( 如呼叫请求、切换请求等) 优先级相同。 不同呼叫不同优先级策略；语音业务的切换呼叫优先级最高，数据业务的 切换呼叫次之，各种新呼叫优先级相同且最低。 半速策略：每个小区定义一些忙时可一分为二的半速信道，同时用于正在 进行的新呼叫请求和切换请求。 排队优先权策略；无空闲信道时，切换呼叫请求排队等待信道释放，新呼 叫呼损。若多个切换请求到达则采用f i f o ( f i r s ti nf i r s to u t ，先入先出1 排 队算法、“信号预测优先排队( s p p q ) ”算法等排队规则进行排队，并规定最 大排队时间，以增加切换时接入新信道的概率，降低掉话率。此类方法属于 9 电子科技大学硕士学位论文 切换优先的方法，其减小切换通话中断率是以增加新呼叫建立时的阻塞 概率为代价的。 预留信道策略：每个小区为切换预留信道，切换呼叫只要有空闲信道就不 呼损，如空闲信道数大于预留信道数，则新呼叫不呼损。利用预留的资源 预先建好路由，实现快速切换，可以给实时业务的切换提供q o s 保证， 特别适用于基于用户位置预测的移动性管理模型【8 】。此方法属于切换优先 的方法，其减小切换通话中断率是以增加新呼叫建立的阻塞概率为代价 的。 资源借用方案：当有切换需要时，一种业务呼叫的业务信道暂时借给另一 种业务的切换呼叫，前者呼叫用信令信道保持与基站的联系。 ( 2 ) 无线链路转换 当2 层切换被触发后，一个新