国家自然科学基金申请标书异构环境下的开放移动性管理技术研究Word下载.docx

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3）智能的关键机制研究研究自适应低能耗的测量机制，并针对多媒体业务的特性设计跨层触发机制。

研究异构环境下的用户和系统性能评价体系，在兼顾用户侧最优与网络收益最大化的原则的基础上，研究智能的快速无缝切换判决算法。

本课题的预期目标是研究异构环境下的开放移动性管理技术及性能评价体系，并将模糊理论、博弈论、最优化理论和动态多目标决策理论等引入移动性管理关键机制研究之中，构成了新的交叉学科前沿研究课题。

课题预计在异构网络基础理论的研究方面有所创新，并培养一批高水平复合型人才。

具体目标为：

1）提供高质量的技术报告，在国内学术杂志上发表论文10~15篇左右，相关领域重要国际会议上发表论文5~8篇左右，并希望结题以后形成专著出版；

2）申请专利5~8项，向国际国内标准化组织提交提案5~8篇。

3）培养博士3~5名，硕士5~10名。

3.2、课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利申请和授权情况

通信产业是全球发展最快的产业之一，新的技术与概念层出不穷。

从上世纪80年代中期第一代模拟移动通信系统商用，到今天第三代移动通信系统开始商用，短短二十几年间，通信技术的飞速发展给人们的工作和生活带来了深刻的变革。

未来，信息社会将强调对用户友好的、高效的业务（多媒体业务、数据业务为主）提供以及对人性化交互方式的支持，未来网络（欧洲：

无线世界；

日本：

FlyingCarpet；

美国：

cyberspace；

中国：

移动泛在业务环境）将能无缝地、和谐地、不可见的识别并响应具体的个人。

未来网络中业务形式、接入方式、网络类型将呈现出多样性，不同网络的实现技术、传输机理、组织方式、控制机制将存在巨大差异；

网络的泛在化和异构性造成用户频繁地变换网络归属和管理域。

同时，无缝地为用户提供各种高数据速率业务成为未来移动通信系统的基本特征，这意味着无论用户处于何种条件下，系统均能根据目前的网络状态，自适应地采取最佳的接入方式为用户提供服务，并根据用户的位置和业务在不同的接入方式间进行平滑的切换，提供可靠的QoS（QualityofService）支持。

欧盟第六框架组项目AN（AmbientNetwork）[1-3]的研究目标是提出并发展一种革新的、工业可利用的未来网络的概念。

在AN中，移动性可以定义为一系列功能，能够允许通信系统无缝地、优化地自我调整以改变物理或逻辑上的连接。

2002年，IEEE开始成立802.21工作组，制定媒体独立切换（MIH,MediaIndependentHandover）标准[6-7]，目标是优化异构媒体间的切换。

在媒体独立参考框架中，定义了R1~R5不同的参考点，用于移动节点的MIH与网络实体中MIH功能实例的连接。

MIH功能借助事件服务、命令服务、信息服务来辅助网络选择实体。

2004年1月，欧盟开始启动WINNER项目[4]。

WINNER系统融入了异构的思想。

为了保证WINNER的无线接入网（RAN）能与其它RAN无缝、高效地交互工作，WINNER提出了基于通用无线资源管理（RRM）的协作体系结构，涵盖移动性管理等多个方面，并相应确定了一系列RRM功能的要求，作为指引用户连接网络的标准。

3GPP（3rdGenerationPartnershipProject）于2004年12月正式成立了LTE研究项目，并随后启动了SAE（SystemArchitectureEvolution）研究项目[5]。

目前的研究中，SAE的基本框架结构已经确定，该结构的突出特点是引入了锚点（Anchor）功能实体，通过3GPPAnchor与SAEAnchor的共同作用，为数据包的传输选择最优路由，提高数据的传输效率，同时支持各种3GPP与非3GPP网络的融合。

在中国，对于未来网络异构化的研究也开始起步。

CCSA（ChinaCommunicationsStandardsAssociation，中国通信标准化协会）WG6工作组以及未来移动通信论坛（FuTUREFORUM）都在B3G的报告中提出移动泛在业务环境[8]，即MUSE（MobileUbiquitousServiceEnvironment），作为未来无线世界的愿景。

异构环境下，定义新的移动管理框架不仅要满足网络融合的需求，同时也需具有开放性、可测量性和易管理性，设计时需考虑模块化，并且在这个架构中，现有多种移动性解决方案能够实现优化和协同，保证能随时添加可获得的新解决方案。

移动性管理中亟待解决的另一个问题是协议优化。

目前，对于移动性的支持可以从OSI（OpenSystemInterconnection）体系结构不同层次来解决，包括网络层的移动IP（MIP）、应用层的会话初始协议（SIP）、传输层的流控制传输协议（SCTP）。

移动IP发展至今具有两个版本：

MIPv4[9]和MIPv6[10]。

MIPv4代理发现、地址注册等过程时延可达秒级，并且存在三角路由问题，使得传输时延增大，难以满足实时通信和无缝移动性管理的需求。

MIPv6消除了三角路由问题，一定程度降低了通信时延，但是地址分配时的重复地址检测（DAD）过程产生秒级的时延，同样无法实现无缝切换。

MIPv6快速切换方案FMIPv6[11]需要设计精确的触发信息；

层次移动IPv6方案HMIPv6[12]需要合理的层次划分，达到时延与复杂度的整体最佳化。

此外，CellularIP[13]，HAWAII[14]等均属于微移动性方案。

本课题组已经提出了基于MIP跨层优化的快速移动检测算法[15]，具备QoS保证的MIP垂直切换信令流程[16]，并在FMIPv6协议下针对视频流业务提出了快速切换方案[17]。

随着业务类型的日趋多样化，区分不同业务流的协议优化工作将需要更深层次的研究。

应用层移动协议SIP[18]，用于提供分组交换网络中语音和多媒体会话的基本会话控制和应用层信令。

SIP引起广泛关注的另一个重要原因是其被采纳进IMS（IPMultimediaSubsystem,IP多媒体子系统）[19]，作为信令和会话控制平面的协议。

然而，基于SIP的移动性管理只适用于UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）的实时通信，不适于TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）的非实时通信[20]。

并且SIP设计之初是为了解决漫游，并不能解决终端的移动性。

另外，由IETF提出的SCTP协议[21]是从传输层的角度来提供移动性支持。

该方案遵循端到端准则，无第三方参与垂直切换过程。

部分可靠性机制和多宿主（multi-homing）是SCTP的重要特征[22]。

然而，由于SCTP是较新的协议，学术上关于SCTP性能研究的分析模型较少[23]。

目前，移动IP得到学术界、标准化组织的广泛关注[24-28]。

3GPP在Release7版本中考虑将MIP作为分组域的移动性管理协议，3GPP2已经将MIP引入到核心网中，由WWRF（无线世界研究论坛）WG3（第三工作组）定义的B3G移动性管理白皮书同样围绕着MIP。

但是不管是MIP还是其扩展版本在满足低时延，低丢包的QoS要求上仍亟待进一步优化。

网络的泛在化和异构性造成用户频繁地变换网络归属和管理域,为保持业务的连续性，提供可靠的QoS支持，将不可避免的发生切换，包括水平切换和垂直切换。

在异构环境中，垂直切换得到了更加广泛的关注，它能保证用户采取最佳的接入方式，满足不同业务的不同需求。

切换过程中的测量和请求（也即触发机制）可以认为是切换过程的输入部分，切换判决和执行是切换过程的输出部分。

测量机制、参数的选择；

触发顺序、时间的设定；

判决算法的设计都是影响切换性能的关键因素。

传统的切换测量一般只选择网络底层参数，并且触发条件仅仅是某个特定门限的限制，而对于不同特性的异构网络而言，这种方案已无法满足用户需求。

为满足通用性、自适应性、无缝的要求，有必要设计更加智能的垂直切换测量、触发机制。

在切换触发判决算法研究方面，跨层触发方案[29-30]被广泛采用，基于策略（Policy-based）的思想正在受到越来越多的关注[31]。

值得注意的是，基于策略的算法虽然考虑了诸多因素，能够满足用户的要求，但是由于目前的研究还无法准确得到这些因素的相互关联关系，并且某些因素可能需要用户参与设定，因此基于策略的方案还需要一个长期开发研究的过程才能实现。

模糊逻辑（Fuzzylogic）应用于切换算法可以很好地选择切换的时间以及实现网络资源的优化[32-33]。

本课题组已经在将模糊逻辑学应用于切换算法设计方面获得了一定的成果[34]，算法考虑到了基于接收信号强度（RSS）门限和由模糊逻辑产生的自适应RSS滞后量，业务负载、移动台运动方向和移动速度，以提高切换次数和掉话率方面的系统性能。

然而，网络中的高速数据传输速率可能引起的高丢包率不能单靠模糊逻辑算法来解决，可以考虑神经网络和模糊理论的结合。

综上所述，开发结构化的，支持泛在、异构的移动性管理技术，实现移动性管理的自适应性、准确性、通用性将是未来信息技术研究最为重要的领域之一。

国内外的标准化组织、学术组织也已经开展了这方面的研究，提出了各自的愿景。

应当说，欧盟对于异构网络的研究在整个世界上居于领先地位，但由于问题本身的复杂性、欧盟研究的技术定位以及研究本身也处于刚刚开始阶段，目前在一些关键科学问题，如异构融合系统体系结构、可扩展性问题、开放移动性管理技术等方面并未见到深入的分析。

如何实现一个开放通用的异构网络体系结构和通用的移动性管理技术仍然是一个开放的课题，具有广阔的创新空间。

本课题组旨在抓住这个契机，通过本项目的研究，力求一方面抓住若干符合未来发展趋势的异构网络关键技术研究；

另一方面在应用基础理论研究和学术发展思路上有所创新，力争取得一些创新性成果，使我国在下一代异构网络的发展与应用中在国际上占有一席之地，并培养若干勇于创新的研究人才。

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3.3、课题主要研究内容、拟解决的技术难点