在傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)更新?lián)Q代的同時，新型的無線接入技術層出不窮。由不同的標準化組織制定的無線接入技術，通常在覆蓋范圍，接入速率，容量，移動性和業(yè)務特性等方面有著很大差異，其適用的場景各有側重，彼此之間很難相互替代。因而異種無線接入技術共存和融合的發(fā)展，必將成為未來移動通信系統(tǒng)的重要特征；在無線通信網(wǎng)絡多樣化發(fā)展的同時，Internet的核心IP技術以其簡單開放的特征，正在從互聯(lián)網(wǎng)領域向通信網(wǎng)絡的各個領域滲透，并逐步促進形成以“IP over Everything”和“Everything over
IP”為特征的網(wǎng)絡層公共傳輸平臺。而隨著IP技術的不斷發(fā)展及其應用領域的擴廣，人們逐漸認識到基于IP集成的無線多接入系統(tǒng)體現(xiàn)了傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡、新興的多接入技術和開放的IP技術相結合的網(wǎng)絡發(fā)展趨勢，是下一代移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。對這種網(wǎng)絡的展望如圖1所示。下一代移動互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供在任何地點、任何地點的隨時隨地的網(wǎng)絡接入服務，并能夠保證用戶在移動的過程中業(yè)務的連續(xù)性和平滑性。

圖1：下一代移動互聯(lián)網(wǎng)基本的展望
1.1、無線網(wǎng)絡的發(fā)展

傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)，經(jīng)過第一代模擬蜂窩通信系統(tǒng)初步的嘗試和發(fā)展，第二代數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)全球范圍內的普及和繁榮，目前，正在向著下一代移動通信系統(tǒng)演進的方向發(fā)展。第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)（簡稱3G）是延續(xù)第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)的演進方案。從3G版本的發(fā)展可以看到，數(shù)據(jù)傳輸IP化的趨勢正在逐漸從3G的核心承載網(wǎng)向接入網(wǎng)推進，顯著標志就是3GPP中對IP-RAN的定義[1]。同時，3GPP和3GPP2提出了全IP的體系結構[2][3] 。3GPP的全IP網(wǎng)絡架構，不僅定義了IP多媒體業(yè)務子系統(tǒng)-IMS[4]，而且在電路域中引入了基于分組的承載能力和軟交換控制體系。隨著IMS體系的引入和完善，3G分組域將逐步提供電信級的多媒體服務，傳統(tǒng)的電路域業(yè)務也會逐漸向分組域轉移。

與此同時，新興的無線接入技術也層出不窮，其種類更為豐富多彩，提供包含“熱點”覆蓋，“熱區(qū)”覆蓋，到具備“廣域”移動性支持的多種無線接入服務。其中，IEEE系列的多種無線接入技術就是典型代表，如IEEE802.11, IEEE802.15, IEEE802.16, IEEE802.20系列。這些接入技術專門針對不同的無線應用場景設計，和傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡一起為用戶提供了多樣化，特色化的無線接入方式和業(yè)務模式。

未來，可能會出現(xiàn)更多的無線接入技術，以適應人們對網(wǎng)絡服務多樣化的需求。但是有一點是肯定的，新出現(xiàn)的無線接入技術很難替代已有的技術，多樣化的無線接入網(wǎng)絡因為適應了不同場景下用戶對通信服務個性化的需求，必將共存共融，進而形成異構的無線多接入移動通信系統(tǒng)。

多種無線接入技術并存發(fā)展的同時，各標準化組織也開始關注異種網(wǎng)絡融合的問題。蜂窩移動通信系統(tǒng)標準的制定者關注蜂窩移動通信系統(tǒng)和其他無線接入技術之間融合的問題，典型的例子就是3GPP對WLAN和3G系統(tǒng)集成的定義[5]，以及基于IMS的多種網(wǎng)絡之間互通的定義。未來基于IP承載、IMS控制的網(wǎng)絡體系結構，可以跨越不同的接入網(wǎng)絡為用戶提供數(shù)據(jù)、語音、視頻復合型的業(yè)務體驗。這樣的網(wǎng)絡結構被廣泛接受作為下一代網(wǎng)絡的核心結構，而多媒體業(yè)務也被認為是未來通信網(wǎng)絡上業(yè)務發(fā)展的趨勢。同時，IEEE中成立了專門的工作組IEEE802.21，主要研究如何在異種接入技術之間提供獨立于媒體的切換能力（Media
Independent Handover-MIH）。IEEE802.21定義的切換包括IEEE系列接入技術之間以及IEEE系列和蜂窩網(wǎng)絡之間的切換。該工作組和3GPP也保持著緊密的合作關系，共同推動著無線網(wǎng)絡接入技術的融合和發(fā)展。

通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)多樣化的接入技術和網(wǎng)絡通常都是獨立設計和開發(fā)的，并由各自的標準化組織進行協(xié)議的更新和標準化工作。這些系統(tǒng)通常面向用戶的不同需求、提供不同的業(yè)務類型和服務模式。任何一種技術都有其自身的優(yōu)缺點，都不可能完全取代其他的技術。因此，現(xiàn)有的多種無線接入技術共存的特點，也必將成為未來移動通信系統(tǒng)的重要特征。隨之產(chǎn)生了一系列新的研究課題，包括如何在系統(tǒng)中集成多種無線接入技術，在什么協(xié)議層次上實現(xiàn)集成；通過多模終端如何隨時、隨地、采用最適宜的方式接入網(wǎng)絡，為用戶提供無縫平滑的業(yè)務感受；如何通過終端的多接入能力提升系統(tǒng)的系統(tǒng)；傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧對無線多接入能力的適配等。這些問題也是下一代移動互聯(lián)網(wǎng)的關鍵問題。

1.2、IP技術的發(fā)展

圖2：IP技術的應用前景
在無線通信網(wǎng)絡多樣化發(fā)展的同時，IP技術以其簡單開放的特征，正在從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡向通信網(wǎng)絡的各個領域滲透，并逐步促進形成以“IP over Everything”和“Everything over IP”為特征的網(wǎng)絡層公共傳輸平臺，如圖2所示。“IP over Everything”是指各種接入技術都可以通過IP協(xié)議接入核心網(wǎng)絡。目前已經(jīng)出現(xiàn)的“IP over ATM”，“IP over Optic”，“IP over Cellular”，“IP over IEEE802.x”就是典型的代表。

“Everything over IP”體現(xiàn)在多個方面，比如互聯(lián)網(wǎng)上多媒體業(yè)務的出現(xiàn)，蜂窩移動通信系統(tǒng)中基于IMS的多媒體業(yè)務的成熟和商用等。隨著互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)和骨干網(wǎng)帶寬的提高，IP網(wǎng)絡QoS解決方案（如MPLS）日趨成熟，在互聯(lián)網(wǎng)上提供語音、圖像和視頻類業(yè)務成為可能。目前，PC to PC的VoIP已悄然興起，網(wǎng)絡運營者也紛紛對IPTV業(yè)務進行測試和評估。可以預見，基于IP技術的互聯(lián)網(wǎng)必將演變?yōu)樘峁﹫D像、視頻、話音和數(shù)據(jù)的復合性業(yè)務（Triple-play）的綜合信息平臺；同時，第三代移動通信系統(tǒng)中，基于IP承載IMS控制的多媒體業(yè)務也將逐步取代蜂窩網(wǎng)絡電路域的話音業(yè)務，成為移動通信網(wǎng)絡所提供的“Killer
Applications”。目前，不同網(wǎng)絡域的業(yè)務分別基于彼此獨立的IP網(wǎng)絡進行承載，且具有不同的用戶群。但是，在可以預見的未來，為了避免IP骨干網(wǎng)絡的重復建設，實現(xiàn)異構系統(tǒng)間的融合，必然會形成以統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡為承載且集成多樣化的接入能力的多接入系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的IP技術面臨這些新的需求，也在不斷的進行著技術更新。隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和IP技術應用領域的擴廣，傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議體系隨之出現(xiàn)了難以解決的問題：有限的IP地址空間限制了網(wǎng)絡和終端用戶的增長，成為IP網(wǎng)發(fā)展的一大瓶頸；另外，隨著用戶對移動性功能的需求和IP技術在無線網(wǎng)絡中的應用，人們更希望IP技術提供“即插即用”和移動性的功能；同時，傳統(tǒng)的IP協(xié)議沒有充分考慮網(wǎng)絡層的安全性問題，但是隨著IP技術應用領域的拓展，對IP層安全性的要求與日俱增。所有這些新的需求，成為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議產(chǎn)生的驅動力。IETF提出的新版IP協(xié)議版本（IPv6）[6]和Mobile IP[7]協(xié)議從根本上解決了上述的問題，也成為下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）的主要特征。

1.3、基于IP集成的多接入系統(tǒng)

圖3：基于IP集成的多接入系統(tǒng)中的關鍵技術
隨著IP技術的不斷發(fā)展及其應用領域的擴廣，人們逐漸認識到基于IP集成的無線多接入系統(tǒng)體現(xiàn)了傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡、新興的多接入技術和開放的IP技術相結合的網(wǎng)絡發(fā)展趨勢，是下一代移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。下一代移動互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供在任何地點、任何地點的隨時隨地的網(wǎng)絡接入服務，并能夠保證用戶在移動的過程中業(yè)務的連續(xù)性和平滑性。基于IP技術的多接入系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是無線接入系統(tǒng)之間通過骨干IP網(wǎng)絡相連，系統(tǒng)結構較為簡單。由于系統(tǒng)間的切換是基于Mobile IP協(xié)議或IP層以上的協(xié)議功能實現(xiàn)，因此具有底層接入無關性，具備良好的可擴展性。但是，在基于IP集成技術的多接入系統(tǒng)中，仍然存在很多尚未解決的問題，如圖3所示。

1、多無線接入技術集成的問題“Multi-Radio Integration”

多接入集成的設計，包括多接入技術網(wǎng)絡側集成和終端集成兩個部分。多接入技術集成方式的設計，直接決定著多接入系統(tǒng)的體系結構和其上關鍵技術的原理與實現(xiàn)方法。因此，在深入討論多接入系統(tǒng)的關鍵技術之前，應該首先確認多接入系統(tǒng)典型的集成方式及其形成的典型多接入場景，并需要給出不同集成方式和多接入場景的特征，以使關鍵技術的研究具有明確的針對性。

2、無縫移動性的問題“Seamless Mobility”

多接入系統(tǒng)無縫移動性問題主要包含兩個子問題：移動性支持的協(xié)議層次定位問題和切換性能優(yōu)化的問題。移動類型包括終端移動性、業(yè)務移動性、個人移動性等。在不同層次上實現(xiàn)的移動性管理機制，由于其歸屬協(xié)議層次的特征不同，所支持的移動類型也不同。基于IP集成的多接入系統(tǒng)，移動性可以在多個協(xié)議層次上實現(xiàn)，包括IP層，傳輸層[8][9]和會話層[10][11]。多接入系統(tǒng)無縫移動性的研究，以網(wǎng)絡層移動性管理為起點非常適合，通過對網(wǎng)絡層移動性管理機制的透徹討論，也為高層其他移動性管理機制的實現(xiàn)提供了借鑒的依據(jù)。

3、多路徑優(yōu)化傳輸?shù)膯栴}“Multi-Path Optimized Transmission”

多接入系統(tǒng)中，移動終端通常具備多個網(wǎng)絡接入能力，如何利用這些多接入能力提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，成為一個非常有吸引力的課題。尤其考慮到無線網(wǎng)絡受限的帶寬資源和多變的無線傳輸環(huán)境，協(xié)同使用多個可見的接入能力顯得尤為必要。

4、協(xié)議適配的問題“Protocol Adaptive”

經(jīng)典的TCP/IP協(xié)議模型和協(xié)議功能并不適用于無線多接入系統(tǒng)。傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議針對固定網(wǎng)絡環(huán)境設計，默認僅支持一個網(wǎng)絡接入能力。在無線多接入系統(tǒng)中，節(jié)點的移動性、多接入能力協(xié)同使用的需求以及無線網(wǎng)絡傳輸環(huán)境的動態(tài)特性，對傳統(tǒng)的TCP/IP嚴格的協(xié)議分層模型和多個協(xié)議層次的功能帶來很大的影響。因此，在解決各種多接入系統(tǒng)關鍵問題的過程中，需要對傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議進行擴展和升級。

5、多模終端設計的問題“Multi¬-mode Terminal”

對多模終端的研究是多接入系統(tǒng)不可分割的重要環(huán)節(jié)。多模終端的設計涉及的研究范圍和學科非常廣泛，包括：終端上多接入技術物理上的集成問題，該問題還包含一系列的子問題如射頻干擾問題、功耗問題等；終端的協(xié)議設計問題，該問題和上面討論的問題4直接相關；多模終端的移動性支持，該問題和問題2直接相關；多模終端優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸問題，和問題3直接相關等。對多接入系統(tǒng)中關鍵技術的研究，最終總會映射為網(wǎng)絡側和終端側的具體功能。通過對多接入系統(tǒng)相關問題的深入分析，我們對多模終端功能的定位也會逐漸清晰。

6、QoS相關問題“QoS related Problem”

無線多接入系統(tǒng)中，面臨著更為復雜的QoS問題。除了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡端到端QoS問題外，如何維持異構網(wǎng)絡間切換前后業(yè)務的QoS要求，如何保證多接入鏈路并行傳輸過程中的QoS問題，都是多接入系統(tǒng)中特有的新課題。

2、下一代移動互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

2.1、無線多接入系統(tǒng)關鍵問題分析

本節(jié)將深入分析無線多接入系統(tǒng)中存在問題的根源及其內在關系。與傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡和固定通信網(wǎng)絡相比，融合了多種無線接入技術的全IP體系結構，由于多接入能力的差異和網(wǎng)絡場景的多樣性，面臨著一系列新問題。

2.1.1、多接入環(huán)境下的移動性管理技術

網(wǎng)絡層的集成方案，可以采用Mobile IP或SIP為移動性管理協(xié)議。Mobile IP和SIP實現(xiàn)移動性管理的機制非常類似，都是通過將移動節(jié)點在拜訪地的臨時網(wǎng)絡地址和一個永久的標識綁定。在Mobile IP中這個永久的標識是終端的家鄉(xiāng)地址(網(wǎng)絡層地址)，而SIP中這個永久的標識可以是終端、業(yè)務或者用戶的SIP URI。由于不同協(xié)議層次的特性不同，所支持的移動性協(xié)議也具有顯著的區(qū)別。比如在網(wǎng)絡層實現(xiàn)的移動性管理，僅支持終端的移動性；而在會話層實現(xiàn)的移動性管理機制，可以實現(xiàn)終端移動性的同時，也支持用戶移動性和業(yè)務移動性。同時，我們也發(fā)現(xiàn)由于Mobile IP和SIP同時具有底層接入無關的特征，它們的切換性能面臨著同樣的問題。因此，研究可以以Mobile IP協(xié)議為無線多接入環(huán)境下研究移動性管理技術的起點和基礎。其面臨的問題，概括如下：

a)網(wǎng)絡層切換性能問題

目前，IP層的移動性管理技術主要是移動IP協(xié)議及其改進方案。但是，由于Mobile IP協(xié)議一開始為Internet上的主機移動性設計，其機制簡單且切換性能較差。Mobile IP的移動性檢測機制主要通過檢測不同IP子網(wǎng)的路由器前綴來實現(xiàn)，這種移動性檢測機制通常會引入幾秒的數(shù)據(jù)中斷，這樣的切換性能不能滿足實時業(yè)務和流媒體對QoS的要求，同時，過長的數(shù)據(jù)中斷時間有可能引起高層端到端的協(xié)議連接中斷。

b)缺乏對無線鏈路狀態(tài)和網(wǎng)絡環(huán)境的檢測能力

傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議專為固定網(wǎng)絡設計，主機的網(wǎng)絡環(huán)境單一，因此網(wǎng)絡層只需要了解底層接口是否可用即可。但是在異構的無線環(huán)境下，隨著節(jié)點的移動，無線接入能力隨之會發(fā)生很大的變化。這對網(wǎng)絡層移動性管理帶來了很大的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡層性能問題很大一部分原因即源于此。由于缺乏對網(wǎng)絡環(huán)境動態(tài)變化的檢測能力，因此，網(wǎng)絡層的移動性檢測依據(jù)只能來自于網(wǎng)絡層路由器廣播中的網(wǎng)絡前綴，從而導致切換時延過長。同時，無線鏈路狀態(tài)和網(wǎng)絡環(huán)境的檢測能力有助于切換機制綜合判斷移動節(jié)點所處的多接入場景，從而有針對性的采用合適的切換策略、選擇合適的接入目標和切換的時機。雖然Mobile IP的改進方案提出了底層輔助的切換優(yōu)化機制，但是對于如何在底層實現(xiàn)觸發(fā)機制，以及如何生成準確的底層事件等方面都沒有深入的討論。

c)普適性問題

由于多接入網(wǎng)絡場景的多樣性，需要定義具有良好可擴展性的網(wǎng)絡層移動性管理機制。移動性管理機制需要全面了解網(wǎng)絡接入能力和場景動態(tài)的變化，就是上一個問題所描述的功能；移動性管理必須能夠處理不同異構網(wǎng)絡重疊所形成的復雜場景下的切換管理和位置管理問題；移動性管理信令協(xié)議應該具有良好的可擴展性，能夠滿足添加新功能的需要。

由于IPv6協(xié)議包頭結構的進行了重新定義，具有良好的可擴展性，因此基本IPv6協(xié)議的Mobile IPv6本身也具有良好的可擴展性。但是，現(xiàn)有的Mobile IPv6僅提供了網(wǎng)絡層切換的基本功能集，還需針對不同接入場景進行相關的功能定義。同時在多接入網(wǎng)絡內移動節(jié)點其實是處于一個IP子網(wǎng)內部，Mobile IP協(xié)議在這種情況下會失效。因而，這方面的問題還需要深入的分析和研究。

2.1.2、多接入能力的差異性造成的QoS問題

網(wǎng)絡層切換對高層應用來說是透明不可見的。但是在無線多接入系統(tǒng)中，移動節(jié)點在不同接入體系間切換時，網(wǎng)絡層雖然向高層屏蔽了切換動作的發(fā)生，但是卻不能屏蔽切換所造成的對業(yè)務QoS的影響。對高層應用來講，最為敏感的QoS參數(shù)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎蜁r延以及終端在不同類型接入網(wǎng)間漫游過程中的切換中斷時間等，為了保證一定用戶平滑的業(yè)務感受，必須保證上述性能參數(shù)達到業(yè)務QoS要求的最低標準。

根據(jù)目前國內外的研究成果看，網(wǎng)絡層切換的中斷時間可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡層切換機制來實現(xiàn)，其優(yōu)化的結果能夠滿足實時業(yè)務對傳輸時延的要求。

但是，當移動節(jié)點在異構接入體制間切換時，由于不同無線接入技術本身在數(shù)據(jù)速率、帶寬、時延等方面可能存在較大的差異，使得切換時用戶的業(yè)務感受到影響，甚至會造成業(yè)務被迫中斷。這個問題和網(wǎng)絡層移動性機制的關聯(lián)不大，因為網(wǎng)絡層移動性管理僅能夠保證切換過程中業(yè)務連接不斷，數(shù)據(jù)中斷時間盡可能短，但是不能控制網(wǎng)絡接入資源的分配。尤其當切換前后接入能力差異過大時，對業(yè)務的沖擊可能是個網(wǎng)絡層機制難以克服的問題，因而，該方面的問題尚需深入討論。

2.1.3 基于多接入能力的數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸問題

在異構網(wǎng)絡重疊覆蓋的區(qū)域，移動節(jié)點通常具有多個同時可用的無線接入能力。在網(wǎng)絡層集成方案中，多個無線接入能力體現(xiàn)為在網(wǎng)絡層以下多個可用的無線接口。基于多個接口進行數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸問題是一個有待深入研究的課題，其目標是通過協(xié)同使用多個傳輸能力提升系統(tǒng)整體的傳輸效率。該問題的本質是高層數(shù)據(jù)流（包）在多個可用接入資源間的調度問題。在不同的網(wǎng)絡場景下，數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸機制可能完全不同。它也和很多方面的問題相關：

首先，優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸機制也需要“環(huán)境動態(tài)變化的檢測機制”和對高層應用QoS需求的探測機制。探測的結果是數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸機制選擇傳輸路徑（接口）的依據(jù)。

另外，該機制和移動性管理機制存在內在關系。在多接入場景中，不同接口對應著不同網(wǎng)絡前綴的IP地址。如果一旦為某個數(shù)據(jù)流選擇好外出的接口，則數(shù)據(jù)包的源地址必須對應該接口的IP地址。否則，根據(jù)入口過濾功能，接入路由器通常會丟棄所有和接入網(wǎng)網(wǎng)絡前綴不同的外出數(shù)據(jù)包。因而，在基于流級別的調度中，當數(shù)據(jù)流的接口發(fā)生改變時，相應的就要求改變該數(shù)據(jù)流的IP地址，IP地址的改變會引發(fā)傳輸層連接中斷（由于網(wǎng)絡層地址改變）。處理由于網(wǎng)絡層地址改變而引發(fā)的連接中斷，是網(wǎng)絡層移動性的功能。因此，基于多接入能力的數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸機制要想在數(shù)據(jù)動態(tài)調度的過程中，保持傳輸連接不斷，其實現(xiàn)必須要和移動性管理機制相結合。在不同的場景下設計數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸時，需要特別留意這兩個功能間的協(xié)同配合問題。

其次，優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸機制需要“多接口管理機制”和“層間地址管理機制”。多接口管理機制包括多接口可用性評估和數(shù)據(jù)調度功能等功能。地址管理涉及到網(wǎng)絡層地址和高層連接的綁定管理等，是數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸中所需要的基礎功能。

最后，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸核心是對數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)流的調度算法。設計合理可行的數(shù)據(jù)調度算法也是該研究的重點。

2.1.5、多接口管理問題和地址管理問題

多接入系統(tǒng)中由于在移動終端上引入了多接入能力，因此，必須相應地提供多接口管理和多個協(xié)議層間的地址映射管理機制。多接口管理功能負責記錄各個接口當前的性能信息，并評估底層鏈路的可用性。對于高層協(xié)議和功能模塊來說，接口管理功能提供了控制多個底層接入能力的統(tǒng)一接口。

同時，由于多個無線接口上通常會被分配不同的網(wǎng)絡層地址。而高層傳輸層在一次連接的過程中總是要求網(wǎng)絡層地址不變，為此，Mobile IP引入了Home Address作為節(jié)點永久標識，不同接口上的IP地址作為臨時地址標識。當利用多個接口進行優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸時，不同類型地址之間可能存在多種映射關系，主要包括傳輸層連接和網(wǎng)絡層IP地址的對應關系，Home Address和CoA地址的對應關系。統(tǒng)一的地址管理機制，其功能應該包括有效地址登記、當前使用地址的選擇和不同層次地址間的綁定管理。

上述的多個問題都需要接口管理和地址管理的支持，因此這兩個機制被單獨提出作為多接入系統(tǒng)中必須提供的基礎功能。本文會在解決其他關鍵問題的過程中，結合具體的需求給出這兩個問題的解決方案。

除了上述問題外，多接入系統(tǒng)還需考慮統(tǒng)一的安全認證、接納控制等問題。

2.2、無線多接入環(huán)境對傳統(tǒng)協(xié)議棧的影響

圖4：傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧所面臨的問題
本節(jié)將深入解析在無線多接入環(huán)境中，傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧面臨的新問題和挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧為固定網(wǎng)絡環(huán)境設計，默認僅支持一個網(wǎng)絡接入能力。而無線多接入環(huán)境具有兩個突出特征：一個是異種接入間的移動性支持特征；另外一個是終端具備多接入能力的特征。這兩個特征對傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧提出了新的要求和挑戰(zhàn)，如圖4所示。一方面，這兩個特征的引入對多個協(xié)議層次的功能提出了新的要求，同時，新的需求可能要求引入新的協(xié)議層次；另一方面，這兩個特征也對傳統(tǒng)TCP/IP嚴格分層的協(xié)議模型提出了前所未有的挑戰(zhàn)。目前可見的研究主要集中在無線網(wǎng)絡環(huán)境中對TCP/IP協(xié)議性能的研究[12] [13]，也有很少的研究開始討論異構網(wǎng)絡環(huán)境中的TCP協(xié)議性能問題[14]。對無線多接入環(huán)境中TCP/IP協(xié)議棧的適配性研究尚未深入展開。

2.2.1、現(xiàn)有協(xié)議功能所面臨的問題

1、對網(wǎng)絡層功能升級的需求

網(wǎng)絡層面臨的問題包括兩方面：多接口數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸?shù)膯栴}和網(wǎng)絡層移動性支持的問題。

首先，在終端側多個接入模塊同時可用時，現(xiàn)有的網(wǎng)絡層機制通常只能通過默認的路由端口進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送。該問題存在的根源在于目前IP層“目的地尋址”的原則。目前終端和網(wǎng)絡使用同樣的目的地尋址機制，當多模移動終端發(fā)送某個IP層數(shù)據(jù)包時，首先會根據(jù)該數(shù)據(jù)包中的目的地址查詢本地的路由表，在沒有特意添加路由表項的前提下查詢的結果通常是終端配置的默認路由所對應的網(wǎng)絡端口。在這種情況下，即使有多個同時可用的無線接入模塊，每次查詢路由表的結果仍然得到唯一的查詢結果，即當前默認的路由對應的網(wǎng)絡端口。此時即使有多個可用的網(wǎng)絡接入能力，但是也僅有一個默認路由的端口被使用，上行鏈路的傳輸能力不能得到充分的利用。也就是說目前的終端路由機制不支持多接口并發(fā)的進行數(shù)據(jù)傳輸；

其次，網(wǎng)絡層的移動性管理協(xié)議Mobile IP性能存在很大的問題，并需針對多接入切換場景的不同進行必要的擴展和修訂。

2、傳輸層的新問題

傳輸層中的TCP協(xié)議是面向連接的，具備高層流控機制的傳輸層協(xié)議，因此在多接入系統(tǒng)中動態(tài)變化的無線網(wǎng)絡特征，多接入能力，以及網(wǎng)絡層移動性等新特征，使得傳統(tǒng)的TCP層面臨更多的新問題：

•無線傳輸環(huán)境對TCP協(xié)議產(chǎn)生的影響

由于TCP是專門為有線網(wǎng)絡設計的面向連接的協(xié)議，其流量控制機制將無線鏈路上的丟包現(xiàn)象當作網(wǎng)絡擁塞，從而削減TCP數(shù)據(jù)發(fā)送的流量，這種現(xiàn)象嚴重影響了TCP協(xié)議在無線網(wǎng)絡應用時的性能。目前，對無線TCP性能的改進也是研究領域的熱點問題，被普遍關注。

•網(wǎng)絡層切換給TCP協(xié)議帶來的問題

Mobile IP機制雖然向高層協(xié)議屏蔽了網(wǎng)絡層切換的動作，但是很難消除由于切換帶來的影響。網(wǎng)絡層切換過程中數(shù)據(jù)包丟失和失序現(xiàn)象，同樣嚴重影響TCP層的工作效率。在網(wǎng)絡層垂直切換中，由于新接入鏈路與老鏈路數(shù)據(jù)傳輸性能不同，需要TCP根據(jù)快速探測新鏈路的帶寬和時延，進行參數(shù)的重配置。但是，目前協(xié)議層劃分遵循嚴格分層的原則，因此網(wǎng)絡層切換的事件和底層接入鏈路的轉化對TCP層來說都是不可見的，因而，基于現(xiàn)有的協(xié)議模型很難解決這些問題。

•無線多接入能力給TCP協(xié)議帶來的問題

更復雜的TCP性能問題由多接入?yún)f(xié)同傳輸機制引起。當利用多個無線鏈路進行數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸時，例如：利用多接入能力同時傳輸同一個TCP連接中的數(shù)據(jù)流時，TCP層的數(shù)據(jù)流量不會出現(xiàn)增長，反而是介于多鏈路中最大傳輸速率和最小傳輸速率之間的一個值。我們稱該現(xiàn)象為TCP層多路徑傳輸中的“短板現(xiàn)象”。

•上下層地址綁定管理的問題

由于引入多接入能力協(xié)同操作機制，TCP層的連接可能會被動態(tài)地映射為不同的底層無線傳輸路徑，進而對應不同的網(wǎng)絡層地址，因此對TCP層的連接管理、傳輸層連接和網(wǎng)路層地址綁定等問題同樣需要關注并在相關模塊中實現(xiàn)。這也是前面所提到地址管理問題。

TCP面臨的這些問題，很難依靠現(xiàn)有的協(xié)議機制實現(xiàn)。要想解決這些問題，TCP層需要了解引起自身問題的原因，并區(qū)別加以處理。但是目前嚴格分層的協(xié)議模型很難提供這樣的層間消息互通機制。

3、會話層所面臨的問題

會話層移動性管理目前面臨的性能問題類似于Mobile IP協(xié)議。同時也包括對多模接入能力的適配問題。

4、引入新的協(xié)議功能“虛擬統(tǒng)一驅動層VGD”

通過對上述諸多問題討論，從協(xié)議棧整體考慮，建議采用新的協(xié)議層功能“虛擬統(tǒng)一驅動層”－VGD。之所以提出這個功能層，需求主要來自于兩個方面。一是需要添加多接口管理機制：該機制需要密切的檢測底層多無線接入能力的性能和狀態(tài)，并對底層接入模塊進行必要的控制。這就需要定義一個統(tǒng)一的接口層，面向高層協(xié)議提供標準化的信息接口和控制接口，從而屏蔽底層接入的差異；二是在利用多個無線接入能力進行并行傳輸時，需要一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和調度模塊，而這些功能在IP層和底層接口之間實現(xiàn)最為合理。

2.2.2、對傳統(tǒng)的協(xié)議模型的影響

相對于傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧，圖5給出了未來無線通信系統(tǒng)協(xié)議棧發(fā)展的一個預測，中間的IPv6/MIPv6模塊由IPv4演化而來，并支持終端的移動性功能。采用MIPv6協(xié)議，終端可以移動到新的異種接入網(wǎng)絡。協(xié)議棧的中心是IP層和VGD層。對于高層而言，IP層屏蔽了支持移動性功能的操作細節(jié)，這樣在移動條件下，上層仍然可以透明傳輸。VGD則向IP層屏蔽了底層多接入技術的差異，為高層提供了底層數(shù)據(jù)傳輸和信息提供的統(tǒng)一接口。

但是純粹的屏蔽網(wǎng)絡層切換動作，并不能消除切換所造成的影響。因此，更好的方法是Mobile
IP層將切換事件通知上層，以便上層協(xié)議可以更好的處理對這些事件的影響。如TCP層存在的部分問題，就可以通過引入該機制來解決。這與協(xié)議棧嚴格分層的原則有所違背。

圖5：傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議棧演變的預測
傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧采用的嚴格分層原則，盡量較少層間信息交互和協(xié)同操作。分層的結構，將整體的網(wǎng)絡互聯(lián)的任務劃分在各個協(xié)議層次完成，并定義了每個層次上要提供的層次化的服務。不同層次上的服務通過該層次上的協(xié)議來實現(xiàn)。這樣的結構禁止不相鄰的協(xié)議層次之間的通信；鄰層之間的通信也被限制為有限的過程調用和響應。但是如果保持嚴格的模塊化特性，當無線多接入系統(tǒng)引入的移動性和多接入能力時，多個協(xié)議層次所產(chǎn)生的一系列問題很難得到解決。

因此，如何在盡可能保持TCP/IP協(xié)議棧結構的基礎上解決上述問題，也需要深入的分析和討論。

3、結論

本文研究的重點是基于IP技術集成的多接入系統(tǒng)。基于IP集成的無線多接入系統(tǒng)體現(xiàn)了傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡、新興的多接入技術和開放的IP技術相結合的網(wǎng)絡發(fā)展趨勢。但是，該系統(tǒng)存在很多尚未解決的問題，比如無線多接入技術集成問題“Multi-Radio Integration”，無縫移動性問題“Seamless Mobility”，多路徑優(yōu)化傳輸問題“Multi-Path Optimized Transmission”，傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議對無線多接入環(huán)境適配的問題“Protocol Adaptive”，多模終端設計的問題“Multi¬-mode Terminal”等等。對無線多接入系統(tǒng)的研究涉及到網(wǎng)絡和終端發(fā)展的方方面面，未來還有很長的路要走。