网络技术及组网策略

关于面向3G的光传送网络技术介绍3G和光网络技术发展综述第三代移动通信技术作为21世纪无线通信网络最主要的技术，在实现移动网络分组化，提升网络业务实现能力和增值空间的同时，通过更先进的无线技术，为终端用户提供超过2Mbps的高速接入，使无线用户能够体验到和固定网络宽带用户一样的宽带感受。正是这种分组化和高速接入的特性，使3G对承载网，特别是传输网的要求和2G有较大的不同，为此，采用适当技术构建适配3G的传输网具有重要意义。同时，光传输技术经过近10年的发展，已经远远超出了SDH电路交叉和WDM波长连接的概念，2000年提出的MSTP和2003年以后大范围商用的智能光网络，成为目前最热门的光网络技术。MSTP面向传送业务分组化，智能光网络面向网络动态化，两者为下一代网络提供了最完善的传输解决方案。MSTP是3G光传输网的基石3G移动网络在承载模式上面向分组。WCDMA在R4、R5版本以及之后的R6版本其核心网都是IP化的，核心网的话音域和分组域的组网是完全分开的，通过MSCServer和IP路由器的配合，实现语音、数据、图像、多媒体等业务的IP承载和交换。由于路由器的容量不断增大，端口速率不断提高，使得核心网连接业务的大颗粒化越来越明显。基站接入网受限于语音等实时业务和数据的统一传送，所有的3G制式在承载技术上不约而同地暂时选择了ATM，以保证更高的QoS和端到端的管理能力，但随着IP技术的不断完善，基站接入IP化将成为必然的趋势。核心网的IP化和大颗粒化使其传输网络趋于IP+波长的方向发展，直接推动长途干线传输网络从SDH+DWDM向Router+WDM转移。同时，因为传送业务的变化，长途DWDM多业务化趋势越来越明显，甚至有很多业界专家认为，长途DWDM网络MSTP化已经成为长途传输技术研究的核心之一。同样，基站接入网承载也面临从ATM承载向IP承载演进的趋势。虽然3G无线网络为了能够在现有传输网络上迅速开通业务，将ATM信元或者IP包转换成2M电路，提供基站2M接入能力，但从发展上看，这种业务承载方式成本高、效率低，将随着传输网络的MSTP改造而发生改变。MSTP源于SDH，可以提供2M业务，并通过增加功能模块的方式提供ATM信元交换、ATMVP-Ring、以太网的透传、汇聚、交换等，成为3G基站接入的主要形式。MSTP同时是为适应不同的接入手段而产生的。不管对于国内各运营商，还是国际移动运营商来说，频率选择上的变化都将导致3G基站建设出现大量的新建接入点，对于这些新增的接入点，MSTP可以提供不同的接入手段适应相应的接入资源：MSTP可以提供DDN、SHDSL接口，提供Nx64Kbps和FE1的双绞线接入，最远达到3.5Km，解决具有电缆接入资源而不具备光纤资源的郊县、农村边远基站的接入问题;MSTP可以和光Modem、PON等技术配合，使基站接入的方式更加多样；在不具备光纤和电缆的情况下，MSTP还可以和FSO、微波结合，提供无线方式完成基站的接入覆盖。从3G核心网和基站接入网的传送需求上可以看出，DWDM长途网络和SDH本地网的共同MSTP化是构建未来3G移动光传输网络的基石。3G光传输网络发展的条件3G移动网络作为下一代移动业务网，除了分组化之外，在用户分布、基站流量等方面也有着和2G不同的特征，包括动态性和突发性更强，对传输网络的要求也更高等。智能光网络作为下一代光网络中最重要的技术之一，在电路连接、无阻塞交叉处理的基础之上，有机地融入动态路由控制，使传输网络从静态到动态，为3G移动网的发展提供有力的保障。3G单基站支持的移动终端用户的数量比2G更多，如果出现基站级联，假设3〜4个基站和一个Hub基站组成级联，Hub基站下挂的配置用户数量将达到500〜800个，这样的话，最大允许20000〜30000个3G用户在同一个基站或者同一组基站级联的覆盖范围内活动，这一特征直接对基站接入传输的安全性提出了更高的要求。智能光网络技术在提供环网保护的同时，能够以MESH(网格)网方式提供多路径的业务恢复，保证了基站接入最充分的安全考虑。3G单用户的业务上下载带宽远远超过2G移动语音的16Kbps，对每个3G无线用户来说，可支配的带宽从语音的12.2Kbps到HSDPA可提供的14.4Mbps，可以打电话，同样可以体验视频通话、网络游戏、网络电视、网络下载等高速无线业务。随着3G业务的大范围开展，静态的电路显然无法满足带宽的突发要求。智能光网络的出现使光传输网络提供的业务从静态连接的电路向动态连接电路转化，更好地适应因用户流量调整而造成的基站接入带宽变化。3G用户可支配上下载带宽空间的扩大也会引发另外一个变化，就是网络传送层的带宽分布越来越不均匀，经济集中的区域流量急速膨胀，而偏远的区域流量增长缓慢。其实这个特征也是2G无线网络的特征，但由于2G用户对流量的需求小，因此对于2G基站接入来说，在本地网SDH环上增加或者减少一小部分电路就能实现调控。但3G基站接入带宽的差异很大，智能光网络提供带宽不均匀分布的MESH(网格)传输组网方式，根据区域接入带宽情况配置相应的光线路容量，使传输效率大大提升。3G网络作为一张新的网络，基站必然是逐步建设的，需要基站接入层传输能够迅速低成本扩展，以满足随时增加基站的需要。在传统SDH组网中，环网扩展需要开环加节点或者增加新的环网，虽然对于末端接入传输影响不大，但对于汇聚层以上的传输骨干网，将造成大量的网络调整，使整个移动传输网的稳定性和安全性受到威胁。智能光网络在组网上采用MESH结构，能够“即插即用”扩展网络结构，保持了原有网络结构的稳定性。随着对维护要求的不断提升，核心交换节点向少数点收缩是网络发展的趋势，3G网络的这种特征更加明显。在一个本地网内，基站控制器RNC和核心交换设备很可能就分布在一两个交换局中，降低了核心网的维护复杂性，但同时使基站接入的电路路径更长，使得传输电路的跨网层调度需求加大。智能光网络通过节点设备调度能力的提升实现网络调度的无阻塞，并提供端到端的电路建立和维护能力，使3G传输网的维护难度大大降低。总体来说，3G网络在初期以提供语音业务和小容量数据接入为主时，对传输网络需求的NG特征不明显，可以通过现有传输网提供相应的电路实现基站接入。但随着3G业务的广泛开展，对传输网络的动态，灵活需求越来越强烈，智能光网络必将成为3G传输网络发展的重要条件。3G传输网解决方案下一代的业务网需要下一代的传输网。智能光网络和MSTP有机结合，实现基于软件的控制平面和基于硬件的多业务传送平台的“软硬结合”，共同为3G移动网络提供与时俱进的传输解决方案。在3G网络中，核心网承载IP化是一个重要特征，在3G核心网相关的长途干线网和城域交换中心之间，IPRouter+WDM为3G提供充分的带宽、路由和交换能力。在业务安全上，IPRouter的双归属业务的恢复和WDM网络的波长保护都可以为核心网的业务安全提供充分的保证。未来波长调度技术GEADM、ROADM、OTN等的出现，为IPRouter的连接提供端到端的波长服务，成为未来3G核心网传输解决方案的重要内容。3G网络的UTRAN覆盖整个本地网，智能光网络MESH网络组成的本地网骨干调度层、汇聚层、接入层分层结构，根据3G基站的逐步建设动态扩展传输网络结构，根据基站带宽的增长扩展传输网络容量，保证了基站接入网络的稳定、安全、高效和动态发展。而MSTP作为硬件平台，提供丰富的ATM和IP分组化处理能力，适应3G网络基站接入业务需求。MSTP和智能光网络的结合组成了3G基站接入网的传输方案。未来3G传输网发展的展望不仅仅是在3G移动网领域，光网络技术向多业务、智能化、波长调度方向发展已经成为不争的事实。甚至多业务、智能化的光网络技术在大量的业务网中也已经得到了应用。可以预想，在未来包括3G在内的各种业务网中，传输网将更加适应业务网的各种需求。让我们共同期待3G传输网美好的未来，并为在3G传输网的建设中采用光网络技术做好准备。WiMAX与3GLTE网络互联与融合技术研究2007-06-2322:521、引言无线接入互联网和无线多媒体数据业务的巨大需求推动了无线通信技术的快速发展，不同的无线通信技术，如蜂窝通信3G/4G，宽带无线接入IEEE802.16/20以及短距通信WLAN、Bluetooth、UWB等为用户提供各种不同的服务。WiMax具有传输距离远、传输速率高、容量大、信道宽度灵活、安全性高等特点，并已推出最新的支持固定、移动接入的空中接口标准——IEEE802.16e[1]。与此同时，3GPP组织也在积极开展3G的长期演进项目（LTE）的研究，该技术也采用了以。FDM为核心的关键技术，并计划在2007年推出正式标准。针对WiMax"低移动性宽带IP接入”的定位，LTE提出了相对应的需求，如相似的带宽、数据率和频谱效率指标，对低移动性进行优化，只支持PS域，强调广播/多播业务等。由于用户对信息通信和带宽的需求不平衡且呈多样化的特点，使得各种无线网络技术都有其生存和发展的空间，WiMax和LTE两种无线技术的融合具有潜在的优势及可能性：•从运营的角度看，WiMax的目标是要提供一种城域网区域点对多点的宽带无线接入手段，3G及LTE是定位于无线广域网范畴。WiMax可以作为3G及LTE网络的补充，在高速无线宽带接入领域发挥作用。•从技术的角度看。两者物理层都采用了相似的先进技术，如OFDM、MIMO、自适应链路层技术以及分等级的多种QoS保证机制。两者都设计为基于全IP核心网的蜂窝式网络结构，在无线接入网络（RAN）的结构方面都弱化基站控制器设备实体，采用公共无线资源管理控制基站等概念，这些都为网络的互联及融合机制的研究及设计提供了良好的条件，如负载均衡、动态频谱分配、系统间无损切换等。异构无线网络融合要获得多无线接入网络增益，必须要求不同的接入技术在设计及应用中能紧密地协作，具体技术包括：协作网络架构的设计；支持快速无缝漫游的MAC及网络协议层设计；协同无线资源管理算法研究；网络自适应及组织理论；动态可重配置终端的设计。2、WiMax与LTE网络互联架构一般来说，在研究WiMax和B3G/4G互联结构时，需要考虑如下问题：•提供网络间相互协作的同时，要折中考虑网络之间的公平性。•建立一种能提供费用低廉、频谱效率高的架构方案，为移动用户提供种类多样的服务。•合理定义结构实体，使WiMax和B3G/4G之间以一种性能耗费比更优的方式通信。•定义总的容量、指标和每个网间架构实体的功能。•互联架构应当是灵活的，能够在不引入太多新节点和接口的条件下支持其他新型网络的协作。目前，3GPP在LTE项目的研究中也提出了网络的演进架构和接入网的一些新的演化方向。在R4、R5版本中引入基于IP的骨干网后，3GPPTSGRAN工作组又针对UTRAN架构演进，主要对如何提高无线性能和传输层的协议机制进行了研究［2,3］，并且此工作将在R7中继续。在参考文献［2］几种增强的UTRAN架构提议中，都体现了控制层面和用户层面分离、UTRAN节点功能重定义、小区/多小区/用户相关功能的功能实体分离等。此外，将原先RNC中的部分功能转移到NodeB中形成增强NodeB（iNodeB），这些功能包括：小区无线资源管理、软切换管理、无线和用户数据处理等。本文基于对WiMax及LTE不同组网技术研究，提出了两种WiMax和B3G/4G系统异构互联的架构，分别针对不同协作层次。值得指出的是，这里互联网络架构的提出主要参考了AmbientNetwork项目中关于“多空中接口接入”的网络结构［4］，并适当加入必要的节点和接口。因此，同样两个重要的概念及功能体被引入来完成网络间协作：通用链路层（GLL）、multi-radio资源管理。在此互联网络架构中，WiMax与LTE接入网互为补充进行网络覆盖，GLL被引入数据承载节点，如多模终端，承载网关等，以在原有链路层机制上增加协作功能，如分组队列、高层数据头压缩、分割和重传功能等。同时，协调无线资源管理功能体被引入原有的无线资源控制层（LTE）及MAC（WiMax）中，以保证网络协作后整体的无线资源能更有效地利用。下面对于两种架构中出现的一些网络节点作一些说明：•协同无线控制服务器（MRCS）：控制了包括承载网关在内的整个异构互联网络，决定网间切换，实现多无线通信系统间的协同无线资源管理，从而提供优质高效的无缝覆盖。•异构中继节点（RN）：可以实现覆盖的拓展，支持移动台接入到其他系统。•基站（BS）：WiMax的BS或者B3G的NodeB。•无线控制服务器（RCS）:根据目标网络自身特点实施控制，实现网间切换，无线资源管理（RRM）等功能，且在前一种异构互联架构中为MRCS提供一些有用的网络信息。•用户终端（UT）：可以连接RN中多个BS/NodeB,也可以相互间通信。GLL功能保证接入多个无线系统，并由RCS协调控制。•承载网关（BG）：因为要处理来自不同网络的数据包，它要包含GLL功能实体，同时将提供到IP核心网的统一接口。•统一接入点（日入丁AP）：具有GLL功能，同时支持WiMax和B3G/4G网络的通信，即至少具有双模功能。•接入路由器（AR）：主要功能是给接入网的各终端分配IP地址、它可以不具有GLL功能，因为所有RAT-AP能够提供具有统一格式的IP数据包。本文提出的两种互联网络结构如图1和图2所示。图1是基于松协作模式下场景。WiMax与LTE网络分别进行覆盖，其中WiMax针对热点地区，而LTE针对全网无缝服务。以上行为例，数据传送分别经过终端、基站、承载网关，承载网关通过引入GLL将来自不同网络的数据进行处理并以统一的结构提供给骨干网。无线控制服务及协同无线控制服务节点被引入控制层面，前者来完成相应网络的独立无线资源管理，而后者在协同前者的基础上完成网络间的协同资源管理。因此，这种互联网络架构也可看作基于RCS的集中式架构。图2是基于紧协作模式下的互联网络架构。在这种场景中，两个网络的基站在物理上进行合并为一个通用的基站节点，支持WiMax与LTE两种空中接口的用户接入。GLL直接引入在这样的通用基站节点中，完成网络的链路层协作功能。基于此，另一个新增的通信功能实体BG作为独立于接入技术的核心网接入路由器而存在；无线控制服务节点在此协作模式下，包含协同无线资源管理的功能，因此不再需要独立的协同无线控制服务节点。图1基于RCS的集中式架构图2基于无线接入点（日入？）的集中式架构比较这两种互联网络机构可知，基于RCS的集中式架构是在对原有网络拓扑及协议修改不大的基础上完成的，但在控制层面用于协作的控制信息比较复杂，而由于基站独立设计，网络间的切换较难在链路层实现。基于RAP的集中式架构则代表未来发展的一种网络融合观点，简化了协作控制信息，使网络间协作在更低协议层完成，因而效率更高，但缺点是对目前的网络设计所做修改较大。3、通用链路层技术GLL可被看作在原有协议层上增加的一个新的通信层，用来为不同的无线接入机制提供统一的链路层数据处理功能。引入GLL主要是为用户提供更好的服务质量，并为在网络间提高资源的有效利用。GLL的设计可与MAC层进行不同程度的耦合，一般来说，耦合程度越高，系统互联的复杂度越高，但能带来更高的多接入增益，GLL的功能主要包括：•作为不同接入技术的汇聚层，为上面的各种高层协议（如网络层）提供统一的接口，达到屏蔽不同无线接入技术差异的目的。•对不同接入技术的RLC（无线链路控制）/MAC功能进行控制及补充，达到资源的有效利用以及最大化应用层性能。•保持网络协议层的模块化结构，以支持不同的接入技术的融合。•提供对用户数据包在不同网络间调度，以利于网络分集增益。•提供链路层状态信息给上层，以支持有效的接入网络间的移动性管理。图3给出采用GLL后的WiMax与LTE网络融合参考协议架构。其中：PDCP表示分组汇聚协议；BMC表示广播、多播控制协议；CS表示汇聚子层；CPS表示通用部分子层；SS表示加密子层。该协议架构是基于一种紧耦合的方式，GLL放在原有协议的层2之上，但在层3之下。按照LTE提出的控制与数据层面分离的演进思路，GLL分别定义了控制平面（GLL-C）和用户平面（GLL-U）。在用户平面，基于不同网络的不同格式MAC数据通过GLL-U层处理，提供给上层一个统一格式定义的数据流。在控制层面，GLL-C将各网络的下层反馈信息收集，并传递到协同资源管理单元，以进行动态的资源管理。图3基于GLL的互联网络协议架构GLL的引入带来两个重要的关键技术：异构发送分集和异构多跳技术。前者指的是业务流将通过多个接入网络进行串行或并行的传输，以获得多无线接入增益；后者则指多跳无线连接可以采用不同的无线接入技术。3.1异构发送/接收分集异构发送/接收分集主要思想是在异构融合网络环境中，将两个通信实体间的数据包（IP或MACPDU）分配在基于不同的无线接入技术的链路上。由于采用不同的接入技术以及收发端间经历不同的信道衰落，在发送端可以选择一个或多个接入链路进行发送数据，而在接收端进行多链路的合并则可以获取空间分集及多接入（异构）分集增益，提高数据收发的可靠性，同时也提高了整个系统的资源利用率。图4是基于GLL的异构发送/接收分集在下行链路的实现，上层的多用户分组数据IP包发送到GLL，GLL的多接入分组调度器会在综合考虑信道质量、可用资源反馈以及错误重传状态等信息后，动态选择用户和申请接入的传输链路进行数据包发送。其中3个重要的组成模块分别为：（1）接入选择及分组调度器，功能是选择不同用户的数据在不同的接入链路上进行发送；（2）网络资源及承载状态信息反馈，目的是提供必要的信息给接入选择及分组调度器以进行有效调度；（3）错误控制及反馈机制，功能是利用多无线接入特性进行必要的重传，以提高无线传输的链路质量。图4异构发送分集模型在参考文献［5］中，根据网络间融合GLL与原有协议层的耦合程度，异构发送分集可分为：基于IP层的异构发送分集和基于MAC层的异构发送分集。前者接入选择和分组调度基于IP包，而后者则基于MACPDU（用户数据单元）。从另外一个角度，根据选择一个还是多个接入链路发送同一用户数据，则可将异构发送分集分为选择式异构发送分集和并行异构发送分集。在选择式异构发送分集应用中，用户数据包根据一定策略选择适合的接入链路进行发送，以获取空间及多接入分集增益。其主要功能可以分为：用户调度和接入链路分配。用户调度指在某个调度周期，在所有等待数据发送的用户中选择部分用户进行发送，目的是来满足用户的需求同时提高网络整体吞吐性能。当选择某些用户在此调度周期进行发送时，接入链路分配则完成分配特定链路来传送指定用户的数据包。在实际系统中可以有多种资源分配及调度算法，但这些算法应考虑如下参数的影响：用户QoS、网络负载状态、信道状态等。并行异构发送分集是利用多个可用接入链路并行发送相同的数据包，在接收端这些数据包被分别接收并解出。它主要用来提高数据传输的可靠性，最简单的实现方式是在多个接入链路上发送相同的数据包，在接收端分别收到这些数据包后，选择最佳链路的数据包作为接收结果并发送到上层。但更佳的处理方法是，在分组数据包发送前对原始数据进行一定的编码，接收端对所有的接收结果进行合并解码处理，这样可以获得多接入分集增益及编码增益，从而共同提供传输的可靠性。3.2异构多跳技术近几年无线多跳技术成为移动通信领域的研究热点，对系统性能的改进以及潜在的经济效益使得该项技术在通信领域中的地位不断提升。传统意义上的多跳一般是在系统覆盖范围内或小区边缘加入一定数量的中继节点，用户终端以多跳的形式通过中继节点接入到AP点，从而实现系统覆盖范围的扩大和数据传输速率的提高，此种情况下，多条传输采用的是同种接入技术，即被称为同构多跳技术。但是，在网络互联和融合中，多跳技术的使用目的不仅仅局限于解决覆盖和传输速率，更重要的是通过合理地配置中继节点，使用户无缝地接入到各种网络，享受网络融合所带来的优势。由于中继节点在与接入点之间的链路所采用的无线接入技术不同于与用户之间所采用的技术，因此中继节点被赋予了新的意义和功能，它的配置更着重于完成不同无线接入技术的转化，使采用与接入点不同的无线接入技术的用户能够使用不同网络的服务，这种中继节点也被称为异构中继节点。异构多跳技术的主要应用场景如图5所示。图5异构多跳技术应用场景目前，对于异构多跳技术的研究主要是基于异构中继节点来进行，大致包括以下方面：（1） 不同接入技术间的转化由于中继节点必须同时工作于不同的无线接入技术底层并采用完全不同的技术，无法通过将帧结构划分为上下行来实现中继节点的上下行转发任务。而GLL的增加屏蔽了底层技术的差异，所有经过中继节点的数据包在此经过格式转换、参数映射、分割和重组之后，按照客户的不同要求，采用另一种接入技术进行转发，从而完成网络的互联和融合。（2） 异构多跳网络的路由机制在异构网络中，对于每个用户存在多个可见的中继节点，选择不同的中继节点和相应的协作节点，所达到的性能不同、对用户而言，希望选择能为其提供最优服务的中继节点，但对整个系统而言，用户的选择并不一定是最好的选择，如何选择相应的中继节点和协作节点，使用户和系统的性能部能够得到最大化的满足，将是一个不可避免的问题。（3）异构多跳网络中QoS保障机制研究由于中继节点的加入，来自同一用户的数据可能会通过不同节点进行传输，端到端的时延等QoS性能无法预知。此外，由于使用不同的接入技术，对QoS参数的定义和保障手段存在差别。采用何种保障机制来消除中继节点加入以及多种接入技术共存带来的对用户端到端QoS的影响，是不得不面对的问题。随着研究的深入，新的研究热点将会被发掘，如异构多跳网络的资源调度，异构节点部署等，将会推动异构多跳技术的不断发展。4、协同无线资源管理CRRM主要完成网络间无线资源的协调管理。它的功能目标是扩展容量和业务覆盖范围，最优化无线资源的利用率和最大化系统容量，能够支持智能的联合会话、接入控制以及不同无线接入技术间的切换和同步，从而完成异构系统中的无线资源分配。协同无线资源管理有两种实现方式：集中式或分布式。集中式的协同无线资源管理能对资源进行统一的管理，这种模式很容易达到全局资源最优使用和最大化系统收益的目标，但这种方式的灵活性较差。基于分布式控制的协同无线资源管理可以很好地解决覆盖范围可扩展等问题，使得布网非常便捷简单，但缺点是很难达到资源的最优使用。为进行有效的资源管理，需考虑的参数有：网络拓扑、网络容量、链路条件、业务QoS、用户要求、运营策略等。CRRM的主要作用集中在系统层、会话层以及数据流层。在系统层，协同无线资源管理主要表现在多个无线接入资源之间进行控制（如频谱、负载和拥塞等）。在会话层，协同无线资源管理模块用于在相关的数据流之间进行匹配，它的功能是由一些通信事件（如会话到达或用户移动等）触发的。在数据流层，协同无线资源管理的功能主要是为了建立或维持无线接入，需要注意的是协同无线资源管理可能会造成持续并行的多跳路由。它的一些关键技术实现，如无线接入的选择、负载均衡以及动态频谱分配，使得在多个可用无线网络之间能够以一种协调的方式自适应分配资源。4.1接入选择在WiMax和LTE互联协同网络中，用户的接入将有更多的选择，享受更优的服务，但是对于一个多模终端用户来说，在处于两个网络同时可以接入的条件下，在综合考虑各种因素的条件下（如用户业务要求、网络资源的有效利用等），如何自动选择一个更适合的网络服务。是协同无线资源管理中一项重要的研究内容。在网络选择方案的发展过程中主要提出以下几种网络选择方法。在同构网络切换中，一般只考虑无线信号强度的阈值和滞后值，并且基于模糊逻辑算法进行选择。然而，随着多种网络环境以及通用的接入，传统方法已经不足以做出切换和选择，因为它没有充分考虑当前的背景环境和用户的参数选择。于是，更多的决定因素加入考虑，也就产生并发展了一种二维的costfunction的选择方法。其中一维条件反映了用户所要求的业务类型，而在另一维中，则代表着对应具体参数的网络开销。而集中式异构协作网络构架下，网络选择算法应以最大化异构系统资源利用率为目标，同时考虑所有用户的接入方式。其中存在多种因素影响异构系统的资源利用率，算法需要考虑这些因素的以下特点：种类多（包括信号强度、覆盖范围、网络负载、业务带宽等）异构网络中无线资源具有差异性，不同无线接入网络中影响资源分配的因素不易统一量化表示，难以进行比较。因此需要用数学方法及模型进行定量分析，基于多种因素进行分配决策的过程可以看作是针对难以定量分析、较为模糊的问题作出决策的处理过程，可以参考层次分析法（analytichierarchyprocess）［6］对接入选择算法进行建模、分析和设计。4.2负载均衡在协同无线资源管理中，负载均衡是其中一项重要的内容。所谓负载均衡是指两个网络或者两个系统中负载较重的一方将部分负载转移到另一方中去，达到一种负载均匀分布的状态。负载均衡可以提高整体网络无线资源的利用率、扩大系统容量、为用户提供多样化的服务及更好的服务质量。在研究WiMax与3GLTE两个系统相互融合时必然要考虑到系统间的负载均衡。负载均衡有两种方法：信道借用和负载转移。信道借用主要用于有着固定信道分配的蜂窝系统中，重载小区只能向轻载小区借用信道，而轻载小区只能向重载小区借出信道。基于负载转移的负载均衡是超载的小区迫使一部分终端切换到邻近小区中，以实现整个系统内负载的均匀分布。负载均衡机制可以分为集中式和分散式。在集中式的负载均衡系统内，全部网络或系统的负载信息被集中于一个中央节点。其余节点负责将负载信息传递到中央节点，所有的负载均衡方案都是由中央节点根据收集的信息制定的。集中式负载均衡方案的主要缺点是相对较小的可靠性，中央节点的瘫痪将导致负载均衡策略无法执行。在分散式负载均衡方案中，每一个节点都有能力执行负载均衡的算法，但是，由于节点间需要交换大量的负载信息，这便要花费更多的开销。参考文献［7］中给出了一种实现负载均衡简单、可行的思路：首先定性规定各小区（或网络）的负载大小，负载由4个参数确定：loadforce表示某一个目标小区在完成一次切换后的剩余可用容量；QoSforce表示源小区与某一目标小区间的QoS差值，包括差错率与吞吐量等；migrationattenuationforce表示上一次系统间切换到现在所经历的时间，用以避免系统间切换过于频繁和乒乓效应；handovercostforce表示系统间切换所花费的信令开销。将这4个参数分别乘以某个权值后相加便得到这一目标小区的负载值，CRRM将会把负载小于特定门限值的目标小区添加到一个列表中，并且随时更新此列表，当某小区的负载超出门限值时，此小区内用户呼叫建立或小区（或系统）间的切换便由CRRM调度到列表中负载最小的目标小区中。在WiMax与3GLTE中，服务种类多种多样，速率及QoS要求不尽相同，仅仅沿用参考文献［7］中所提出的方案是不可行的，可以采用不同参数计算总负载值的方法。如图6所示，对各个小区进行周期性负载确定，可以借鉴参考文献［7］中GrossLoad的计算方法，且要考虑到用户的不同速率，若某小区超载，系统给出其中用户（包括已经接入的和新的用户）与其可接入网络间的F值（F值的定义包括负载大小、信噪比、QoS参数等），将这些F值从大到小排列成一个表，按照顺序逐个选择用户和对应的网络，直到网络的负载低于特定的门限值。重复执行这些操作，可以使两个网络或小区间的负载趋于一种平衡状态。图6负载均衡算法流程4.3动态频谱分配无线通信发展中面临的最大一个瓶颈就是频谱资源的缺乏。实际上，几乎所有的无线通信网络都面临负载的时间变化和区域性变化特性，也就是说，由于业务模式不同，带宽需求的峰值出现在不同时刻或地区，如果采用固定的频谱分配方法，为满足峰值时间或地区通信质量的需求，传统的方法就是预留相应满足峰值流量的频谱，而这部分分配出去的频谱在大多数业务需求少的时间段或地区将处于空闲，造成闲时频谱的严重浪费。但是，在存在网络相互协作的基础上，动态频谱分配方案（dynamicspectrumallocation，DSA）［8］应用将解决这个问题。对于两个相互协作的网络，可随时随地将业务较少网络的剩余频谱分配到业务稠密的网络中，可以有效地减少固定分配带来的闲时频谱浪费，更好地利用有限的频谱资源。一般来说，动态频谱分配可以分为基于时间和基于空间的动态分配方案，采用动态频谱分配后，将会产生较大的频谱增益。另外，WiMax与LTE属于OFDM多载波系统，基于子载波的网络间动态分配值得进一步深入研究。3G网络中VOIP技术的研究来源：cmvc浏览：921次摘要：随着移动通信技术的发展，3G网络能够提供端到端的IP支持，使VOIP在3G网络中传输成为可能。针对3GPP不同版本的网络架构，分别讨论了核心网承载VOIP的不同方式和无线接入网对VOIP的影响，并明确提出了QoS的要求。最后，指出了3G网络中VOIP技术的研究重点。关键词：VOIP3GIMS一、 引言经过持续多年的高速增长，移动通信市场获得了很大发展。到2005年底，某些发达地区的手机普及率超过了70%，移动电话用户数远超过固定电话用户数，移动通信已经与人们的生产、生活紧密地融为一体。但是，随着市场竞争的加剧和VOIP等新技术的出现，传统语音业务正在加速贬值，人均通话收入不断下降。这促使移动运营商寻找一些能降低成本，同时增加盈利的新的话音业务解决方案。VOIP是通过对语音信号进行压缩、编码，并将其转换为IP数据包在基于IP的网络中传输来实现语音通信的。由于它无需使用专用传输线路，所以极大地提高了传输带宽的利用率，并大大降低了通信费用，从而在固定网络中获得了广泛应用。随着移动通信技术的发展，3G网络能够提供端到端的IP支持。因此，VOIP在3G网络中的传输成为了可能。二、 3G网络架构分析虽然3G技术标准主要由3GPP和3GPP2来制定，但由于3GPP2更加侧重于无线接口规范的制定工作，对于网络和业务方面的标准主要跟随3GPP，因此，下面主要讨论3GPP制定的UMTS网络体系结构。R99基本上是合并GSM规范和新的无线接入网发展的结果，其核心网的网络结构与GPRS一样分为电路域和分组域，只是在语音编码上采用了AMR（AdaptiveMulti-Rate，自适应多速率）方式，使其电路型数据业务更加丰富。在R4的网络结构中，无线接入侧增加了TD-SCDMA模式，核心网的主要变化是将电路域的MSC分离为MSC服务器和MGW（MediaGateway，媒体网关），在承载层面引入分组传输方式，这也就是我们通常所说的软交换概念。R5将IP从核心网扩展到无线接入网，是面向全IP架构的第一个版本。无线接入侧的改进主要是提出了HSDPACHighSpeedDownlinkPacketAccess,高速下行分组接入），使得下行速率可以达到10Mbps或以上。核心网方面，最大的变化是在R4的基础上增加了IMS（IPMultimediaSystem,IP多媒体子系统），它和分组域一起实现实时和非实时的多媒体业务，并可以与电路域进行互操作。实际上，这时没有电路域也可以实现语音业务。R5之后，核心网主架构基本稳定，R6/R7版本主要是对业务功能的增强和完善，包括WLAN和3G的融合等内容。3G网络建设应从哪一版本开始，不同的运营商会根据自己的网络资源情况和业务发展需要选择不同的技术路线。理想情况下，直接上IMS可支撑未来的所有业务，因为IMS提供的开放标准的网络模型和接口，不仅把业务网络和承载网络独立开来，而且整合了多种接入网技术和各种业务平台，即可以通过CAMEL、OSA/Parlay和SIP技术提供多媒体业务的应用平台，同时，满足了多媒体业务在安全、计费、漫游及QoS上的需求。但实际上，何时能够实现独立的全IP网络架构来满足所有业务目前还是个问题，故有必要分情况来讨论3G网络中VOIP的实施方案。三、如何利用3G承载VOIP目前，VOIP主要有基于H.323协议和基于SIP协议两种实现形式，然而3GPP决定只使用SIP作为终端和移动网络间的呼叫控制协议，使用专用的服务器处理网络和H.323终端间的相互作用。SIP是IETF提出的多媒体会话控制协议，采用C/S结构的消息机制，对呼叫的控制不是通过协议间的协作实现，而是将对信令的控制信息封装到消息的头域中，通过消息的传递来实现。因此，具有简单灵活、易于扩展、分布式控制以及与Internet良好的适应性等优点。根据3G网络架构分析，有两种可能的模式来提供VOIP业务：一种是通过传统的智能网CAMEL进行业务控制，另一种是通过在IMS的CSCF上开发标准化的接口来支持。CAMEL方式R99和R4没有引入IMS，所以只能采用CAMEL方式。CAMEL是ETSI为GSM系统制定的移动智能网标准，目前已发展到CAMEL3阶段，主要增加了对GPRS会话和数据业务的智能网支持。为了实现VOIP业务，需要在SIP服务器的顶层开发SSP（ServiceSwitchPoint，业务交换点），即提供一张SIP呼叫状态模型和CAMEL业务逻辑状态模型之间的映射表，这种SSP被称为“软SSP”，它可以为SCP（ServiceControlPoint，业务控制点）提供正确的触发条件，从而完成业务控制。CAMEL方式主要的优势在于为运营商提供了一个可升级的业务平台，便于实现移动用户在2G与3G之间漫游，对我国移动通信向3G过渡有一定意义。IMS方式图1描述了R5的网络结构，IMS是基于分组域之上的，它与外部IP网络和PSTN电话网互连，可以为移动用户提供话音、视频、图像、短信等多媒体服务，以及基于Web技术的各种应用服务。图13GR5网络的基本系统结构CSCF（CallStatusControlFunction，呼叫状态控制功能）是IMS中非常重要的一个功能节点，它具有多媒体会话控制、服务交换等多项功能。CSCF可以扮演三种不同的功能角色，即P-CSCFCProxyCSCF）、S-CSCF（ServingCSCF）和I-CSCF（InterrogatingCSCF）。其中，P-CSCF主要进行SIP信息的处理和转发工作，并具有UA（UserAgent，用户代理）功能。S-CSCF提供IMS会话控制服务，具有注册功能，可以像P-CSCF或UA一样动作，还有服务交换、计费等功能°I-CSCF则是在同一运营商网络中连接其内部用户或者连接到其网络的漫游用户的联络节点。CSCF与BGCF（BreakoutGatewayControlFunction，出口网关控制功能）、MGCF（MediaGatewayControlFunction，媒体网关控制功能）等其他功能节点之间均使用SIP作为控制协议。IMS中标准的多媒体会话过程，基本上都是首先由SIP负责建立会话；然后通过SDP协议对媒体流的种类、编码、所用带宽等进行协商，协商成功后，各个终端进行资源预留；随后，多媒体传输开始，这些媒体流由RTP包承载；最后，SIP拆除会话。在R5中，除按照上述标准的多媒体会话过程提供VOIP外，还可以通过强大的第三方呼叫控制机制来定义新业务。允许第三方构造网络实体以创建和终结与另一个网络实体的呼叫通常有两种结构：CGI（CommonGatewayInterface，公共网关接口）和CPL（CallProcessingLanguage，呼叫处理语言），它们都需要提供一个完全的业务解决方案。如果业务逻辑存放在不同的服务器上，需要在CSCF和运行业务逻辑的应用服务器之间定义指定的接口。CGI和CPL两者都是基于与SIP服务器相分离的业务逻辑，这种分离加速了新业务的开发，而且为第三方业务供应商打开了发展之路。就CAMEL方式和IMS方式的技术实现而言，各有优劣，但考虑到固网运营商和移动运营商将来可能趋向全业务发展，而IMS正是网络融合的重要构件，并且IMS技术本身也将不断成熟并逐渐符合商用条件，后一种实现方式更值得深入研究。3.无线接入网对WIP的影响以上从3G核心网承载&IP方式的角度进行了分析，但对任何一个下行的端到端的WIP数据流，经互联网到达3G核心网后，就会通过无线接入网中的控制实体对IP包头进行压缩，之后再传到基站，最后通过空中接口到达用户终端。可见，无线接入网对WIP是有影响的。R99包括GSM/GPRS的BSS和UTRAN两类接入网，其标准和产品都非常成熟，且在许多国家已经规模商用，但由于核心网络架构引入的新业务和新功能比较有限，在未来网络融合和发展方面没有优势，我国基本不会选用R99版本。所以，国内对基于R99的WIP研究比较少，仅限于国外研究，如F.Poppe等人以及R.Cunny等人对R99DCH（DedicatedChannel，专用信道）中V）IP的性能进行了分析。R4的无线接入网增加了TD-SCDMA模式，由于采用TDD方式工作，使上下行数据的传输可以被灵活控制，从而提供了多种业务实现的低成本和灵活能力。但就WIP而言，还没有专门的研究文献。R5提出的HSDPA引起了业界的广泛关注，而且不同版本的无线接入网、核心网电路域、核心网分组域相互间具有一定的独立性，可根据业务发展的需要分别选择技术路线。所以，国内外有些文献［8］专门对HSDPA中WIP的性能进行了研究。HSDPA比WCDMA增加了更短的TTI（TransmissionTimePeriod，传输时间间隔）、CQI（ChannelQualityIndicator，信道质量指示器）、物理层快速HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest，混合自动重传）等一系列技术，使3G网络下行速率和频谱利用率得以提高。与此同时，快速传输功率控制、可变扩展因子等原有的一些特性不再支持。文献［9］对如何在HSDPA中传输WIP包进行了探讨，其实现并不复杂，只需在NodeB的协议栈中增加一个专用于HSDPA的介质高速访问控制层，通过仿真发现，一个HSDPA小区能同时支持的最大WIP会话数比R99的DCH多1/3还强。但实际应用中，上行链路的容量有可能比下行链路要小，所以与HSDPA对应的HSUPA（HighSpeedUplinkPacketAccess，高速上行分组接入）的V）IP容量值得进一步研究。四、QoS的要求由于无线信道带限、易错、时变的特点，在3G网络中实施&IP会有突发性丢包、时延和抖动等现象，所以必定会降低WIP的质量级别。通常用4个指标来定义&IP的质量需求：（1） 业务可用性，应达到99.999%；（2） 呼叫建立时间，本地呼叫应小于2s；（3） 话音时延，单向应小于150ms；（4） 话音质量，应保证最小的回声和干扰。以上四个指标中，话音时延是最关键的问题。因为除包括有线网络中的算法时延、计算时延、复用时延及传输时延外，还包括移动网络中特有的由切换、无线资源的管理以及接入控制所引起的时延。所以，必须对端到端的时延进行限制。简言之，用来使VOIP满足QoS需求的方法有两种，即从发送端和接收端分别考虑。发送端可以考虑头部压缩、排队策略和RSVP（ResourceReservationProtocol，资源预留协议），在接收端则可以考虑分组丢失补偿和回声补偿等方法。由于目