973计划项目申请书.docx
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973计划项目申请书
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正文
1.立项依据
随着我国经济的快速发展，移动通信用户数量急剧增加。
我国的移动通信用户已居世界首位，而且用户数量仍然高速增长。
这是中国特色之一。
用户需要随时随地的集成语音与高速数据一体的网络服务。
因此将移动通信与无线接入互联网（Internet）二者集成为一体的移动通信-互联网在中国将有广泛的市场前景。
研究集成移动通信及互联网为一体的网络基础理论与关键技术应该成为中国研究新一代互联网和新一代移动通信的重点与特色。
互联网与移动通信是在完全不同的哲学思想指导下发展起来的。
移动通信基于通信的基本哲理----纪律,即有中心、有秩序，是集中控制的，而且随着用户数量的增加，其管理与控制的复杂性大大增加而传输能力受到影响。
可保证一定的服务质量,但价格高,灵活性低。
而互联网是基于自由的哲学---自由,即无中心、没有统一控制。
灵活性高,价格低,但难以保证服务质量。
从基本思想上，两者是有矛盾的。
本项目试图统一这一矛盾，集成互联网与移动通信为一体,为用户提供统一的网络服务。
国内外多家公司纷纷投资研究与建设3G移动通信网，希望能通过为移动电话和PDA（个人数字助理）提供高速无线数据传输率吸引众多顾客。
但是到目前为止，这项技术仍未正式进入市场。
实际上更多用户正通过另一种不同的技术，即802.11b（Wi-Fi）接入互联网。
据统计，目前美国大约有三千万家庭和办公室使用Wi-Fi。
Wi-Fi已经在美国大学普及，也出现在许多公共场所如机场终端以及咖啡店。
因此各设备制造商如Nokia以及电信运营商如VoiceStream和Sprint最近已经向802.11b投资。
电信运营商和移动电话制造商正逐步使他们的新式电话和PDA支持802.11b。
移动通信正向宽带，全业务的3G，4G发展，无线接入是实现互联网最后一公里服务的一种重要而有效的手段。
2G/3G移动通信系统覆盖范围广，Wi-Fi有宽带及速度上的优势，二者结合，相得益彰。
3G和Wi-Fi技术确实非常适于相互结合。
将二者集成为一体的移动通信-互联网在民用和军事领域都有重要作用及广泛的市场前景。
但是简单的直接将无线局域网技术不加改进在服务质量、安全和漫游服务方面存在很多问题。
关于Wi-Fi与现有各种蜂窝通信网（如2G、3G等）的结合技术，国际上还处于研究探索阶段，一些科研机构和大公司已有一些初步研究成果，主要集中在Wi-Fi与现有蜂窝系统进行简单结合上，并未涉及将二者集成为一体的移动通信-互联网及具体的基础理论和关键技术问题。
多年以来计算机网络与通信两学科既竞争又联合，但是一直没有很好地有机的集成。
世界学术界普遍认为新一代互联网和新一代移动通信都正孕育着一次突破机遇。
本项目正是抓住了这一机遇，将通信与计算机网络两者有机集成，充分发挥我国科研人员的理论创新能力，开展跨学科合作及国际合作，研究集成移动通信及互联网为一体的网络基础理论与关键技术，形成中国特色的体系，使我国互联网和移动通信研究实现跨越式发展，在较短的时间内赶上国际先进水平。
2.国内外的研究现状和发展趋势
（1）国内相关领域的研究工作
a.互联网研究方面
天津大学计算机系较早研究移动互联网，在国家自然科学基金、教育部支持下，并积极参与国际合作，2001年获得美国著名网络公司Cisco的资助，进行无线网络路由与服务质量控制研究，并得到了IBM公司SUR项目的资助。
其研究成果在IEEEInternationalCommunicationConference（ICC）等著名会议上引起注意。
2002年得到了国家自然科学基金网络与信息安全重大研究计划的资助。
在网络业务分析与建模、性能评价、服务质量控制、路由协议和网络仿真等领域取得到了许多成果。
北京邮电大学国家重点实验室宽带网研究中心长期以来一直从事宽带通信网络的基础理论研究和应用开发工作，在互联网的性能和QoS研究方面取得了一批创新性的研究成果，在无线互连网领域进行了无线局域网QoS性能分析和改进、互联网流量控制和拥塞控制机制和算法、TCP友好流的速率控制机制、队列管理和队列调度、组播路由算法和协议的改进、QoS路由算法等方面进行了大量深入的研究工作。
近年来，承担了一些相关的研究项目，在国内外核心期刊及会议上发表了一些高水平的学术论文，获得了多项国际专利，积累了丰富的理论和实践经验。
另外，国内其他单位也在互联网研究上取得到了一定成果，例如清华大学的网络测试技术等。
虽然我国在互联网应用方面发展很快，用户数量激增,但是我国在互联网研究上与国际先进水平仍有较大差距，如缺少新体系结构等深层次研究，没有提出国际公认的模型和标准等。
b.移动通信研究方面
3G/4G迅速发展，国内开展了研究3G的大量研究，并提出了TD-SCDMA标准，得到了ITU的批准。
在智能天线，软交换领域有一定成果。
但是3G及相关研究的目标并不是互联网用户的高速移动通信，其接入速率有限，如3G系统的最高传输速率是2Mbit/s，而且只是在核心网络引入IP概念与功能，仍然是基于传统电信机制的，很难达到真正的高速与IP全面应用并与现在的互联网完全融合。
在移动通信方面，北京邮电大学、东南大学和清华大学处于国内研究的前列。
在863计划的资助下，已成功完成了3G试验系统的研究和开发，取得了一批重要的研究成果和大量自主的知识产权。
另外，目前正在开展超3G（Beyond3G）的研究工作，已经取得了一些阶段性的研究成果。
其中，北京邮电大学无线新技术研究室自始至终承担了863的3G和超3G的研究课题，在移动通信的无线蜂窝技术、扩频技术、编码技术、调制技术、多址接入技术、无线资源管理技术和无线IP技术等研究方面处于国内先进行列。
（2）国际上新一代移动互联网研究最新进展和发展趋势
Wi-Fi和3G的结合有着技术上的可能性。
美国朗讯科技公司宣布已成功地将一组无线数字电话信号从Wi-Fi网切换到3G网。
这个实验完全使用Lucent公司的3GUMTS网络设备：
一台配备UMTS移动电话的笔记本电脑，一块ProximORiNOCO802.11b无线局域网网卡以及一套ipUnplugged漫游网关客户/服务器软件。
美国加州大学（UCLA）的Kleinlock教授提出游牧计算（NomandicComputing）概念，将移动互联网与计算机的强大能力结合起来。
他提出移动计算必须有许多功能的支持，包括：
地点，行为，平台的独立性，以及独立访问远程文件，系统和享受服务的能力。
实质上，游牧计算希望提供给移动用户无缝接入互联网的能力，并提供强大的计算能力与网络支持。
为到达这一目标，不仅需要改善基础设施的性能，还要使应用程序可支持移动性。
当前，大部分应用程序不能解决连通性，反应时间，延迟或直接运行的问题。
移动通信正向宽带，全业务的3G，4G发展，无线接入是实现互联网最后一公里服务的一种重要而有效的手段。
2G/3G移动通信系统覆盖范围广，Wi-Fi，有宽带及速度上的优势，二者结合，相得益彰。
3G和Wi-Fi技术确实非常适于相互结合。
3G网为移动电话和掌上电脑传输数据和声音信号（业务），而Wi-Fi仅传输数据，并且大部分面向笔记本电脑。
3G信号覆盖面积非常大，而Wi-Fi系统只能进行短距离信号传输，通常在300米范围内。
但Wi-Fi提供了较高的速度（有速度上的优势）。
将二者集成为一体的移动通信-互联网在民用和军事领域都有重要作用及广泛的市场前景。
我们认为通过建立新一代移动通信-互联网，深入研究移动计算的理论，可以实现上面的集成网络。
3.拟解决的科学问题和主要研究内容
（1）拟解决的科学问题
a.建立集成移动通信和无线互连网技术一体的新一代网络体系结构。
新一代移动通讯-互连网将以集成移动通信和扩展的无线局域网（Wi-Fi）技术为接入手段，通过有线骨干连接无线访问点/基站，为移动终端提供高带宽具有服务质量的服务，将形成全网覆盖，提供全业务。
为此，需要以运筹学，线性/非线性规划，多目标优化/调控等理论为基础，集成哲理上相互矛盾的互联网与移动通信,建立新一代网络体系结构。
b.建立新一代移动互联网性能评价理论
由于移动互连网的特殊性，其业务特性与目前的移动通信网和一般（固定）的互联网均区别较大，需要进行多种网络测量实验，深入研究其网络特性，以概率论，排队论，分形理论为基础，建立基于流动力学的新一代集成化网络的业务流模型与网络性能评价理论，并且解决业务流自相似性与突发性问题。
流级业务分析有可能找到一条新的分析网络业务、建模的途径。
流级业务建模将研究它的动态行为，即所谓流动力学。
性能评价研究的方法包括：
解析、模拟仿真、测量。
三种方法必须相辅相成，相互验证。
为此需要提出新的仿真理论与方法。
c.建立新一代集成化网络控制理论。
网络业务流动力学过程、网络流量及拥塞控制机制等，对保证网络能提供多样化，高质量服务起着决定性作用。
现有互联网的控制机制既不能保证多样化，高质量服务，更不适合无线，移动的环境。
因此需要掌握在不同传输介质边界条件下的网络流量的变化规律，了解拥塞控制特性对网络流量的影响规律，这是利用现代控制理论进行网络流量及拥塞控制，实现多样化，高质量服务的前提和基础。
集成化为新一代网络提供了控制平台,因此我们将可以针对互连网络特有的离散性，无线传输与人的因素的大量干扰，基于离散控制，研究移动通信-无线互联网中，多种传输介质混合条件下，网络业务流动力学的机理及复杂系统控制问题。
如:
串级控制，前馈控制，滞后对象的控制，优化控制，新的基于模型的预估控制、基于实时仿真的控制，自适应控制等。
d.提出集成移动通信和无线互联网的通信理论和完成试验测试平台。
移动通信和无线互联网解决的问题不一样，二者各有优缺点。
在无线通信方面，如何将二者的优势互补，集成为一个统一的无线网络是我们要解决的主要科学问题。
此问题的解决以信息论等理论为基础，提出集成移动通信和无线互联网的通信理论与关键技术。
首先，为了解决载频的增大和业务负载的增大导致的频繁小区切换与过大的系统开销需要研究符合于未来移动互联网需求的无线资源预测与规划理论，建立新型的蜂窝小区模型和研究进一步提高无线资源利用率的调制理论，并针对未来移动互联网传输多媒体业务的特点，研究面向多业务的灵活的信源、信道动态分配和自适应编码方法。
再者，基于信息论，提出和解决自适应传输技术、多天线发送接收技术的理论问题，提出新的无线资源管理机制与媒体接入控制协议，无线分组调度机制与空中接口方式，以适应未来大动态数据传输范围以及互联网业务的需求。
此外，针对移动互联网多制式、多频段的特点，研究适用于移动互联网的新型软件无线电理论和体系结构，为各种网络技术早日在物理层实现融合、动态地承载各种业务打下理论基础。
（2）主要研究内容
为了解决上述科学问题，本项目计划研究以下内容：
a.移动多媒体网络业务模型，性能评价与分析理论与技术、网络仿真理论与技术。
特别是在业务的流级研究分析与仿真理论与技术。
为解决或削弱业务的自相似性和突发性提供基础与手段。
b.网络服务质量控制理论与技术。
在流级进行网络控制，具有广阔的研究空间。
在流模型下，两种流的控制很容易集成到一起，都可以采用类似电话网中的准入控制方法，而且不需要附加复杂的信令与资源预留机制。
准入控制和流最小吞吐量保证可以避免网络拥塞崩溃。
c.移动互联网由于其终端的移动性与便携性，需要研究适合的路由算法和功率控制技术。
而本项目提出的移动终端和服务访问点与传统的2G及3G/4G技术不同，需要研究合适的天线及编码技术，使得适合高速传输。
研究符合于未来移动互联网需求的无线资源预测与规划理论研究，针对未来移动通信业务模型，提出新的无线资源调配机制与空中接口方式，以适应未来大动态数据传输范围以及互联网业务的需求。
d.集成移动通信和无线互联网的理论和蜂窝规划理论等相关基础问题。
提高频谱资源仍将为无线传输技术的发展方向，我们需要研究在不同载波频点上的宽带信道模型，并在此基础之上研究先进的发射和接收技术，比如基于多载波MIMO系统的联合发射和多用户检测、空时信号处理、新型信道编译码、链路自适应等技术。
基于这些先进的发射和接收技术，针对蜂窝变小和切换增多这些问题，研究新型的蜂窝规划理论，提高无线频谱效率。
为新一代移动互联网提供可靠高效的无线接入平台。
e.移动通信-无线互联网经常在变工况下运行，网络业务流特性和模型强烈依赖网络的运行工况。
在网络的运行工况平面上，对于不同传输介质，不同的负载，方式存在着最佳适用范围。
另外，在瞬变工况下网络的特性与稳态工况相比，也存在很大的差异。
因此，新一代移动通信-无线互联网在全工况（尤其是在过渡工况）运行时，必将面临网络流量及拥塞控制的优化控制问题。
为了实现新一代网络的全工况优化运行，必须解决复杂规律控制理论如下：
串级控制，前馈控制，滞后对象的控制，优化控制，新的基于模型的预估控制、基于实时仿真的控制，自适应控制等。
f.移动通信系统中的移动性管理是指移动通信网中用户移动所涉及的问题，它是移动通信网的核心问题之一。
目前的移动通信核心网是基于电路交换7号信令系统的结构，而未来Beyond3G（B3G）移动通信系统将是IP技术和移动通信技术高度融合和发展。
下一代移动通信系统将融合和支持多种无线接入技术，提供基于电信级IP的综合业务的无缝服务，必须提供先进的移动性管理，其移动性管理技术也将面临新的变革。
必需解决的问题包括：
多种接入网络重叠覆盖导致位置区混和划分问题；分布式的位置管理和更新过程；IP层切换技术；控制信息向用户平面转移；原有的移动性管理模型的修正。
4.总体目标和五年目标
（1）项目总体目标：
建立有我国特色的，适合中国用户数量与用户需求等国情的集成移动通信和无线互联网为一体的新一代网络体系结构。
以概率论，排队论，分形理论为基础，建立新一代集成化网络的业务流模型与网络性能评价理论。
在离散控制，先进控制等现代控制理论基础上，提出新一代集成化网络服务质量控制新理论。
以信息论等理论为基础，提出适合高速移动多媒体通信的通信理论。
研究实现新一代移动互联往的关键技术，并且建立实验床。
（2）五年目标：
a.建立支持QoS服务的集成化的移动通信-互联网体系结构，提出新的网络服务模型，实施框架，关键部件，协议及算法。
提出IEFTRFC协议标准（草案），建立自主知识产权体系。
b.进行新一代移动互联网性能评价研究，在排队理论等分析技术、大规模仿真技术、服务质量控制技术基础上进行下一代移动通信-互联网的性能评价研究。
将流动力学引入网络业务与性能评价，解决网络业务自相似性与突发性问题。
研究基于流的仿真技术，并将流级仿真与数据包级仿真结合，开发相应仿真软件工具包。
使得在网络性能评价方面的研究处于世界前沿水平。
c.提出新型的集成移动通信和无线互联网小区与网络拓扑结构，为实验床与产业化提供理论基础。
研究基于多输入多输出（MIMO）系统以满足大用户量和高带宽的需求。
建立小型实验床，同时将接入2G数字蜂窝电话的空中接口和Wi-Fi无线局域网的空中接口并融合为一体，为移动通信与互联网的结合提供实验平台。
d.进行符合于未来移动互联网需求的无线资源预测与规划理论研究，针对未来移动通信业务模型，提出新的无线资源调配机制与空中接口方式，以适应未来大动态数据传输范围以及互联网业务的需求。
提高无线资源使用效率，进行资源预测并提出频率规划方案。
e.研究网络控制理论与技术，并应用于网络流量及拥塞控制机制，调度策略等方面。
使离散控制等研究领域在网络控制方面达到国际先进水平。
f.提出新型移动性管理的体系结构。
分析下一代移动通信系统的特点和多种无线移动接入系统的融合方法，提出基于IP的新一代移动性管理的体系结构、功能框架和模型，并对其中涉及的关键技术进行研究，并探讨网络层移动性管理在多种无线通信系统融合过程中的实施方案。
建立移动互联网信令系统为移动性管理和资源预留/带宽分配/准入控制等提供控制手段。
g.研究宽带无线传输理论，建立在不同载波频点上的宽带信道模型，并在此基础之上研究先进的发射和接收技术，比如基于多载波MIMO系统的联合发射和多用户检测、空时信号处理、新型信道编译码、链路自适应，宽带、高效的调制技术等。
h.建立小型实验床。
本项目计划基于PDA等设备研究适合新一代移动互联网的智能移动终端，并建立小型实验床，同时将接入2G数字蜂窝电话的空中接口和Wi-Fi无线局域网的空中接口并融合为一体，为移动通信与互联网的结合提供实验平台。
5．总体研究方案
（1）学术思路:
互联网与移动通信是在完全不同的哲学思想指导下发展起来的。
移动通信基于通信的基本哲理----纪律,即有中心、有秩序，是集中控制的，而且随着用户数量的增加，其管理与控制的复杂性大大增加而传输能力受到影响。
可保证一定的服务质量,但价格高,灵活性低。
而互联网是基于自由的哲学---自由,即无中心、没有统一控制。
灵活性高,价格低,但难以保证服务质量。
从基本思想上，两者是有矛盾的。
本项目试图统一这一矛盾，集成互联网与移动通信为一体,为用户提供统一的网络服务。
科学层面思路:
本项目拟解决四项科学问题:
以概率论，排队论，分形理论为基础，建立新一代集成化网络的业务流模型与网络性能评价理论。
以离散控制，先进控制等现代控制理论为基础，建立新一代集成化网络服务质量控制理论。
以信息论等理论为基础，提出适合高速移动多媒体通信的通信理论。
建立集成移动通信和无线互联网为一体的新一代网络体系结构。
本项目涉及排队论、分形理论、信息论、流动力学、现代控制理论、系统科学等多个基础学科领域，需综合运用这些学科的原理及其交叉集成，以实现和形成一些新概念。
技术层面思路:
新一代移动通信-互联网将集成2G/3G移动通信网和扩展的无线接入互联网。
通过有线骨干连接的基站既是移动通信网的基站，也是扩展的无线接入互联网的无线接入点。
扩展的无线（Wi-Fi）接入互联网的蜂窝覆盖面积应该与2G/3G移动通信网的蜂窝覆盖面积一致。
移动终端可以同时具有2G/3G移动通信网的信道和扩展的无线接入互联网信道。
各种服务/应用可以根据需要使用某一种信道或者同时使用两种信道。
移动通信网的信道可以作为无线接入互联网实现QoS服务的控制信道（功能如:
漫游，资源预留/准入控制/信令系统），传输用于流量及拥塞控制的反馈信息等。
这将解决互联网因为缺少控制信道难于实现QoS服务的问题，解决无线局域网难于实现漫游的问题。
将形成全网覆盖，提供全业务，新应用。
最终集成2G，3G，4G移动通信及无线互联网为一体。
本项目按照2个层次进行组织：
第一层次:
集成2G移动通信网和扩展的无线（Wi-Fi）。
研究相关基础理论与关键技术，建立小型实验床。
新一代移动通信-互联网将集成2G移动通信网和扩展的无线（Wi-Fi）接入互联网。
通过有线骨干连接的基站既是2G移动通信网的基站，也是扩展的无线（Wi-Fi）接入互联网的无线接入点。
扩展的无线（Wi-Fi）接入互联网的蜂窝覆盖面积应该与2G/3G移动通信网的蜂窝覆盖面积一致。
移动终端可以同时具有2G/3G移动通信网的信道和扩展的无线接入互联网信道。
各种服务/应用可以根据需要使用某一种信道或者同时使用两种信道。
如，普通电话仅仅使用2G移动通信网的信道;Email，FTP等Best-effort应用可以仅使用无线接入互联网信道。
实时视频会议等具有高服务质量（QualityofService）高带宽要求的IP服务应用则可以同时使用两种信道。
2G移动通信网的信道可以作为无线接入互联网实现QoS服务的控制信道，功能如:
漫游，资源预留/准入控制/信令系统，传输用于流量及拥塞控制的反馈信息等。
这将解决互联网因为缺少控制信道难于实现QoS服务的问题，解决无线局域网难于实现漫游的问题。
将形成全网覆盖，提供全业务，新应用，向3G技术挑战，或者与3G技术相互补充。
第二层次:
集成3G，4G移动通信及无线互联网为一体。
研究基础理论，体系结构，协议与关键技术。
随着新一代移动互联网的发展，可以在此基础上，开发出类似SS-7系统，但是更适合高速移动互联网的信令系统。
（2）技术途径：
a.建立网络业务分析模型，基于分形理论，流动力学建立网络性能分析模型与分析理论。
b.研究大规模网络仿真技术，开发流级仿真技术，利用仿真方法研究网络性能。
将仿真结果与分析结果相互校验，并为实验提供基础与指导。
c.在信息论基础上，研究新的无线传输技术，并在分析与仿真基础上，进一步优化。
d.建立新一代集成网络实验床，通过实验验证关键技术，并为分析与仿真提供技术参数与基础。
本项目将分析、仿真、实验相结合，在理论指导下，进行关键技术研究，并实用化，对部分技术建立实验床。
（3）本研究工作的特色：
充分发挥多学科交叉的优势，特别是，将通信与计算机网络两者有机集成。
将理论创新、技术创新与实验床的研究相结合。
本项目有巨大的理论创新空间，同时又将形成若干实用的技术，建立标准（草案），有利于自主知识产权的形成。
（4）取得重大突破的可行性分析：
1）已经形成了新一代集成移动通信与互联网为一体的网络的基本学术思想。
2）现代互联网技术与移动通信技术的发展为集成移动通信与互联网为一体的网络理论与关键技术的研究与实施提供了有力的手段。
3）已具有良好工作基础：
在网络控制理论与技术方面已有相当的积累；已具3G与无线局域网关键技术研究的经验；已经在网络业务分析建模方面有突出成果。
4）项目有1个国家重点实验室和1个信息产业部重点实验室承担。
主要承担单位之间有长期紧密合作，协同互补的关系。
5）国际上许多大学和研究单位也正在组织起来开展这一工作，有良好的国际学术交流和合作关系。
互联网技术已经成熟，而且其服务质量在控制算法控制下是可以保证的。
移动通信技术经历2G正在向高速发展。
但是基于传统通信技术，并试图引入IP技术的3G并不成功。
而本课题将IP技术为基础，引入移动通信的漫游等技术，并与移动计算、服务质量控制结合，可以建立集移动通信与互联网技术为一体的体系结构，并保证服务质量，并通过与互联网的相同特性，使得用户乐于使用。
（5）项目组织方式
以天津大学和北京邮电大学为主，作为骨干承担单位。
与此同时发挥国内有关高校（如南开大学等）相关学科优势，形成优势互补的集体。
6.课题的设置
（1）各课题设置的思路、各课题之间的有机联系，以及与项目总体目标的联系
根据本项目拟解决的科学问题的需要，在主要研究内容的基础上，考虑到课题的整体研究目标，课题间的联系，并考虑到承担单位的研究基础后设立。
课题设立以新一代集成移动通信与互联网为一体的体系结构为基础与核心，分别在控制理论与技术、网络业务模型与网络性能评价，无线理论和技术，实验床等方面设置课题。
课题之间有相互验证和互相促进的作用。
（2）课题设置
新一代移动互联网体系结构、新一代移动互联网性能评价理论与关键技术、新一代移动互联网控制理论与服务质量控制关键技术、新一代移动互联网无线技术、新一代移动互联网实验床。
课题1：
新一代移动互联网体系结构
研究内容：
提出集成2G/3G移动通信与互联网一体的体系结构，在体系结构中支持IPV6，服务质量控制、无线优化、多媒体通信和网络安全。
建立移动互联网信令系统，为网络管理提供控制通道。
分析下一代移动通信系统的特点和多种无线移动接入系统的融合方法，提出基于IP的新一代移动性管理的体系结构、功能框架和模型，并对其中涉及的关键技术进行研究。
课题２：
新一代移动互联网性能评价理论与关键技术
研究内容：
移动互联网移动多媒体业务分析，业务自相似性物理解释，网络业务流模型，基于流动力学的网络性能模型。
新一代网络性能评价理论与技术。
研究无线接入协议和数学模型。
WLAN，特别是802.11b物理层使用扩频技术，但从计算机网络发展来的MAC层CSMA技术并没有利用扩频通信的优点，结果造成802.11性能较差：
高延迟、低利用率
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