在傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)更新?lián)Q代的同時(shí),，新型的無(wú)線接入技術(shù)層出不窮。由不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的無(wú)線接入技術(shù),，通常在覆蓋范圍,，接入速率，容量,，移動(dòng)性和業(yè)務(wù)特性等方面有著很大差異,，其適用的場(chǎng)景各有側(cè)重，彼此之間很難相互替代,。因而異種無(wú)線接入技術(shù)共存和融合的發(fā)展,，必將成為未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要特征；在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)多樣化發(fā)展的同時(shí),，Internet的核心IP技術(shù)以其簡(jiǎn)單開(kāi)放的特征,，正在從互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域向通信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，并逐步促進(jìn)形成以“IP over Everything”和“Everything over
IP”為特征的網(wǎng)絡(luò)層公共傳輸平臺(tái),。而隨著IP技術(shù)的不斷發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)廣,，人們逐漸認(rèn)識(shí)到基于IP集成的無(wú)線多接入系統(tǒng)體現(xiàn)了傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、新興的多接入技術(shù)和開(kāi)放的IP技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì),，是下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向,。對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)的展望如圖1所示。下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供在任何地點(diǎn),、任何地點(diǎn)的隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù),，并能夠保證用戶在移動(dòng)的過(guò)程中業(yè)務(wù)的連續(xù)性和平滑性,。

圖1：下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基本的展望
1.1、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),，經(jīng)過(guò)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(nèi)的普及和繁榮，目前,，正在向著下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)的方向發(fā)展,。第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱3G）是延續(xù)第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)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(shì)正在逐漸從3G的核心承載網(wǎng)向接入網(wǎng)推進(jìn),，顯著標(biāo)志就是3GPP中對(duì)IP-RAN的定義[1]。同時(shí),，3GPP和3GPP2提出了全I(xiàn)P的體系結(jié)構(gòu)[2][3] ,。3GPP的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不僅定義了IP多媒體業(yè)務(wù)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?qū)⒅鸩教峁╇娦偶?jí)的多媒體服務(wù),，傳統(tǒng)的電路域業(yè)務(wù)也會(huì)逐漸向分組域轉(zhuǎn)移,。

與此同時(shí)，新興的無(wú)線接入技術(shù)也層出不窮,，其種類(lèi)更為豐富多彩,，提供包含“熱點(diǎn)”覆蓋，“熱區(qū)”覆蓋,，到具備“廣域”移動(dòng)性支持的多種無(wú)線接入服務(wù)。其中,，IEEE系列的多種無(wú)線接入技術(shù)就是典型代表,，如IEEE802.11, IEEE802.15, IEEE802.16, IEEE802.20系列。這些接入技術(shù)專門(mén)針對(duì)不同的無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì),，和傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)一起為用戶提供了多樣化,，特色化的無(wú)線接入方式和業(yè)務(wù)模式。

未來(lái),，可能會(huì)出現(xiàn)更多的無(wú)線接入技術(shù),，以適應(yīng)人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)多樣化的需求。但是有一點(diǎn)是肯定的,，新出現(xiàn)的無(wú)線接入技術(shù)很難替代已有的技術(shù),，多樣化的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)因?yàn)檫m應(yīng)了不同場(chǎng)景下用戶對(duì)通信服務(wù)個(gè)性化的需求，必將共存共融,，進(jìn)而形成異構(gòu)的無(wú)線多接入移動(dòng)通信系統(tǒng),。

多種無(wú)線接入技術(shù)并存發(fā)展的同時(shí),，各標(biāo)準(zhǔn)化組織也開(kāi)始關(guān)注異種網(wǎng)絡(luò)融合的問(wèn)題。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定者關(guān)注蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和其他無(wú)線接入技術(shù)之間融合的問(wèn)題,，典型的例子就是3GPP對(duì)WLAN和3G系統(tǒng)集成的定義[5],，以及基于IMS的多種網(wǎng)絡(luò)之間互通的定義。未來(lái)基于IP承載,、IMS控制的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),，可以跨越不同的接入網(wǎng)絡(luò)為用戶提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音,、視頻復(fù)合型的業(yè)務(wù)體驗(yàn),。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被廣泛接受作為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心結(jié)構(gòu)，而多媒體業(yè)務(wù)也被認(rèn)為是未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)上業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢(shì),。同時(shí),，IEEE中成立了專門(mén)的工作組IEEE802.21，主要研究如何在異種接入技術(shù)之間提供獨(dú)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(shù)之間以及IEEE系列和蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的切換,。該工作組和3GPP也保持著緊密的合作關(guān)系，共同推動(dòng)著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的融合和發(fā)展,。

通過(guò)上述分析不難發(fā)現(xiàn)多樣化的接入技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通常都是獨(dú)立設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的,，并由各自的標(biāo)準(zhǔn)化組織進(jìn)行協(xié)議的更新和標(biāo)準(zhǔn)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(wù)類(lèi)型和服務(wù)模式,。任何一種技術(shù)都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，都不可能完全取代其他的技術(shù),。因此,，現(xiàn)有的多種無(wú)線接入技術(shù)共存的特點(diǎn)，也必將成為未來(lái)移動(dòng)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(wú)線接入技術(shù)，在什么協(xié)議層次上實(shí)現(xiàn)集成,；通過(guò)多模終端如何隨時(shí),、隨地、采用最適宜的方式接入網(wǎng)絡(luò),，為用戶提供無(wú)縫平滑的業(yè)務(wù)感受,；如何通過(guò)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(duì)無(wú)線多接入能力的適配等,。這些問(wèn)題也是下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題,。

1.2、IP技術(shù)的發(fā)展

圖2：IP技術(shù)的應(yīng)用前景
在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)多樣化發(fā)展的同時(shí),，IP技術(shù)以其簡(jiǎn)單開(kāi)放的特征,，正在從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)向通信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)領(lǐng)域滲透,，并逐步促進(jìn)形成以“IP over Everything”和“Everything over IP”為特征的網(wǎng)絡(luò)層公共傳輸平臺(tái)，如圖2所示,。“IP over Everything”是指各種接入技術(shù)都可以通過(guò)IP協(xié)議接入核心網(wǎng)絡(luò),。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(gè)方面,，比如互聯(lián)網(wǎng)上多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn),，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中基于IMS的多媒體業(yè)務(wù)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(luò)QoS解決方案（如MPLS）日趨成熟,，在互聯(lián)網(wǎng)上提供語(yǔ)音、圖像和視頻類(lèi)業(yè)務(wù)成為可能,。目前,，PC to PC的VoIP已悄然興起，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者也紛紛對(duì)IPTV業(yè)務(wù)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估,?？梢灶A(yù)見(jiàn)，基于IP技術(shù)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(fù)合性業(yè)務(wù)（Triple-play）的綜合信息平臺(tái)；同時(shí),，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中,，基于IP承載IMS控制的多媒體業(yè)務(wù)也將逐步取代蜂窩網(wǎng)絡(luò)電路域的話音業(yè)務(wù)，成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所提供的“Killer
Applications”,。目前,，不同網(wǎng)絡(luò)域的業(yè)務(wù)分別基于彼此獨(dú)立的IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載，且具有不同的用戶群,。但是，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái),，為了避免IP骨干網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè),，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的融合，必然會(huì)形成以統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡(luò)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(shù)面臨這些新的需求,，也在不斷的進(jìn)行著技術(shù)更新。隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和IP技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)廣,，傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議體系隨之出現(xiàn)了難以解決的問(wèn)題：有限的IP地址空間限制了網(wǎng)絡(luò)和終端用戶的增長(zhǎng),，成為IP網(wǎng)發(fā)展的一大瓶頸,；另外，隨著用戶對(duì)移動(dòng)性功能的需求和IP技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,，人們更希望IP技術(shù)提供“即插即用”和移動(dòng)性的功能,；同時(shí)，傳統(tǒng)的IP協(xié)議沒(méi)有充分考慮網(wǎng)絡(luò)層的安全性問(wèn)題,，但是隨著IP技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,，對(duì)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(qū)動(dòng)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(wèn)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(guān)鍵技術(shù)
隨著IP技術(shù)的不斷發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)廣，人們逐漸認(rèn)識(shí)到基于IP集成的無(wú)線多接入系統(tǒng)體現(xiàn)了傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),、新興的多接入技術(shù)和開(kāi)放的IP技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì),，是下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供在任何地點(diǎn),、任何地點(diǎn)的隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù),，并能夠保證用戶在移動(dòng)的過(guò)程中業(yè)務(wù)的連續(xù)性和平滑性?；贗P技術(shù)的多接入系統(tǒng),，其主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)線接入系統(tǒng)之間通過(guò)骨干IP網(wǎng)絡(luò)相連，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn),，因此具有底層接入無(wú)關(guān)性，具備良好的可擴(kuò)展性,。但是,，在基于IP集成技術(shù)的多接入系統(tǒng)中，仍然存在很多尚未解決的問(wèn)題,，如圖3所示,。

1、多無(wú)線接入技術(shù)集成的問(wèn)題“Multi-Radio Integration”

多接入集成的設(shè)計(jì),，包括多接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)集成和終端集成兩個(gè)部分,。多接入技術(shù)集成方式的設(shè)計(jì)，直接決定著多接入系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和其上關(guān)鍵技術(shù)的原理與實(shí)現(xiàn)方法,。因此,，在深入討論多接入系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之前，應(yīng)該首先確認(rèn)多接入系統(tǒng)典型的集成方式及其形成的典型多接入場(chǎng)景，并需要給出不同集成方式和多接入場(chǎng)景的特征,，以使關(guān)鍵技術(shù)的研究具有明確的針對(duì)性,。

2、無(wú)縫移動(dòng)性的問(wèn)題“Seamless Mobility”

多接入系統(tǒng)無(wú)縫移動(dòng)性問(wèn)題主要包含兩個(gè)子問(wèn)題：移動(dòng)性支持的協(xié)議層次定位問(wèn)題和切換性能優(yōu)化的問(wèn)題,。移動(dòng)類(lèi)型包括終端移動(dòng)性,、業(yè)務(wù)移動(dòng)性、個(gè)人移動(dòng)性等,。在不同層次上實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)性管理機(jī)制,，由于其歸屬協(xié)議層次的特征不同，所支持的移動(dòng)類(lèi)型也不同,?；贗P集成的多接入系統(tǒng)，移動(dòng)性可以在多個(gè)協(xié)議層次上實(shí)現(xiàn),，包括IP層,，傳輸層[8][9]和會(huì)話層[10][11]。多接入系統(tǒng)無(wú)縫移動(dòng)性的研究,，以網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性管理為起點(diǎn)非常適合,，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性管理機(jī)制的透徹討論，也為高層其他移動(dòng)性管理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)提供了借鑒的依據(jù),。

3,、多路徑優(yōu)化傳輸?shù)膯?wèn)題“Multi-Path Optimized Transmission”

多接入系統(tǒng)中，移動(dòng)終端通常具備多個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(gè)非常有吸引力的課題。尤其考慮到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受限的帶寬資源和多變的無(wú)線傳輸環(huán)境,，協(xié)同使用多個(gè)可見(jiàn)的接入能力顯得尤為必要,。

4、協(xié)議適配的問(wèn)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(wú)線多接入系統(tǒng),。傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議針對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì),，默認(rèn)僅支持一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入能力。在無(wú)線多接入系統(tǒng)中,，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,、多接入能力協(xié)同使用的需求以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)傳統(tǒng)的TCP/IP嚴(yán)格的協(xié)議分層模型和多個(gè)協(xié)議層次的功能帶來(lái)很大的影響,。因此,，在解決各種多接入系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題的過(guò)程中，需要對(duì)傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí),。

5、多模終端設(shè)計(jì)的問(wèn)題“Multi¬-mode Terminal”

對(duì)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(shè)計(jì)涉及的研究范圍和學(xué)科非常廣泛,，包括：終端上多接入技術(shù)物理上的集成問(wèn)題,，該問(wèn)題還包含一系列的子問(wèn)題如射頻干擾問(wèn)題、功耗問(wèn)題等,；終端的協(xié)議設(shè)計(jì)問(wèn)題,，該問(wèn)題和上面討論的問(wèn)題4直接相關(guān)；多模終端的移動(dòng)性支持,，該問(wèn)題和問(wèn)題2直接相關(guān),；多模終端優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，和問(wèn)題3直接相關(guān)等,。對(duì)多接入系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究,，最終總會(huì)映射為網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)的具體功能。通過(guò)對(duì)多接入系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的深入分析,，我們對(duì)多模終端功能的定位也會(huì)逐漸清晰,。

6、QoS相關(guān)問(wèn)題“QoS related Problem”

無(wú)線多接入系統(tǒng)中,，面臨著更為復(fù)雜的QoS問(wèn)題,。除了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)端到端QoS問(wèn)題外，如何維持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換前后業(yè)務(wù)的QoS要求,，如何保證多接入鏈路并行傳輸過(guò)程中的QoS問(wèn)題,，都是多接入系統(tǒng)中特有的新課題。

2,、下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1,、無(wú)線多接入系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題分析

本節(jié)將深入分析無(wú)線多接入系統(tǒng)中存在問(wèn)題的根源及其內(nèi)在關(guān)系。與傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和固定通信網(wǎng)絡(luò)相比,，融合了多種無(wú)線接入技術(shù)的全I(xiàn)P體系結(jié)構(gòu),，由于多接入能力的差異和網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的多樣性，面臨著一系列新問(wèn)題,。

2.1.1,、多接入環(huán)境下的移動(dòng)性管理技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)層的集成方案，可以采用Mobile IP或SIP為移動(dòng)性管理協(xié)議,。Mobile IP和SIP實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理的機(jī)制非常類(lèi)似,，都是通過(guò)將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在拜訪地的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)地址和一個(gè)永久的標(biāo)識(shí)綁定。在Mobile IP中這個(gè)永久的標(biāo)識(shí)是終端的家鄉(xiāng)地址(網(wǎng)絡(luò)層地址),，而SIP中這個(gè)永久的標(biāo)識(shí)可以是終端,、業(yè)務(wù)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(dòng)性協(xié)議也具有顯著的區(qū)別,。比如在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)性管理，僅支持終端的移動(dòng)性；而在會(huì)話層實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)性管理機(jī)制,，可以實(shí)現(xiàn)終端移動(dòng)性的同時(shí),，也支持用戶移動(dòng)性和業(yè)務(wù)移動(dòng)性。同時(shí),，我們也發(fā)現(xiàn)由于Mobile IP和SIP同時(shí)具有底層接入無(wú)關(guān)的特征,，它們的切換性能面臨著同樣的問(wèn)題。因此,，研究可以以Mobile IP協(xié)議為無(wú)線多接入環(huán)境下研究移動(dòng)性管理技術(shù)的起點(diǎn)和基礎(chǔ),。其面臨的問(wèn)題，概括如下：

a)網(wǎng)絡(luò)層切換性能問(wèn)題

目前,，IP層的移動(dòng)性管理技術(shù)主要是移動(dòng)IP協(xié)議及其改進(jìn)方案,。但是，由于Mobile IP協(xié)議一開(kāi)始為Internet上的主機(jī)移動(dòng)性設(shè)計(jì),，其機(jī)制簡(jiǎn)單且切換性能較差,。Mobile IP的移動(dòng)性檢測(cè)機(jī)制主要通過(guò)檢測(cè)不同IP子網(wǎng)的路由器前綴來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種移動(dòng)性檢測(cè)機(jī)制通常會(huì)引入幾秒的數(shù)據(jù)中斷,，這樣的切換性能不能滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和流媒體對(duì)QoS的要求,，同時(shí)，過(guò)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中斷時(shí)間有可能引起高層端到端的協(xié)議連接中斷,。

b)缺乏對(duì)無(wú)線鏈路狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的檢測(cè)能力

傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議專為固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),，主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境單一，因此網(wǎng)絡(luò)層只需要了解底層接口是否可用即可,。但是在異構(gòu)的無(wú)線環(huán)境下,，隨著節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，無(wú)線接入能力隨之會(huì)發(fā)生很大的變化,。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性管理帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn),，網(wǎng)絡(luò)層性能問(wèn)題很大一部分原因即源于此。由于缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的檢測(cè)能力,，因此,，網(wǎng)絡(luò)層的移動(dòng)性檢測(cè)依據(jù)只能來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)層路由器廣播中的網(wǎng)絡(luò)前綴，從而導(dǎo)致切換時(shí)延過(guò)長(zhǎng),。同時(shí),，無(wú)線鏈路狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的檢測(cè)能力有助于切換機(jī)制綜合判斷移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所處的多接入場(chǎng)景，從而有針對(duì)性的采用合適的切換策略,、選擇合適的接入目標(biāo)和切換的時(shí)機(jī),。雖然Mobile IP的改進(jìn)方案提出了底層輔助的切換優(yōu)化機(jī)制，但是對(duì)于如何在底層實(shí)現(xiàn)觸發(fā)機(jī)制,，以及如何生成準(zhǔn)確的底層事件等方面都沒(méi)有深入的討論,。

c)普適性問(wèn)題

由于多接入網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的多樣性,，需要定義具有良好可擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性管理機(jī)制。移動(dòng)性管理機(jī)制需要全面了解網(wǎng)絡(luò)接入能力和場(chǎng)景動(dòng)態(tài)的變化,，就是上一個(gè)問(wèn)題所描述的功能,；移動(dòng)性管理必須能夠處理不同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)重疊所形成的復(fù)雜場(chǎng)景下的切換管理和位置管理問(wèn)題；移動(dòng)性管理信令協(xié)議應(yīng)該具有良好的可擴(kuò)展性,，能夠滿足添加新功能的需要。

由于IPv6協(xié)議包頭結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了重新定義,，具有良好的可擴(kuò)展性,，因此基本IPv6協(xié)議的Mobile IPv6本身也具有良好的可擴(kuò)展性。但是,，現(xiàn)有的Mobile IPv6僅提供了網(wǎng)絡(luò)層切換的基本功能集,，還需針對(duì)不同接入場(chǎng)景進(jìn)行相關(guān)的功能定義。同時(shí)在多接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)其實(shí)是處于一個(gè)IP子網(wǎng)內(nèi)部,，Mobile IP協(xié)議在這種情況下會(huì)失效,。因而，這方面的問(wèn)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(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)層切換對(duì)高層應(yīng)用來(lái)說(shuō)是透明不可見(jiàn)的。但是在無(wú)線多接入系統(tǒng)中,，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在不同接入體系間切換時(shí),，網(wǎng)絡(luò)層雖然向高層屏蔽了切換動(dòng)作的發(fā)生，但是卻不能屏蔽切換所造成的對(duì)業(yè)務(wù)QoS的影響,。對(duì)高層應(yīng)用來(lái)講,，最為敏感的QoS參數(shù)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎蜁r(shí)延以及終端在不同類(lèi)型接入網(wǎng)間漫游過(guò)程中的切換中斷時(shí)間等，為了保證一定用戶平滑的業(yè)務(wù)感受,，必須保證上述性能參數(shù)達(dá)到業(yè)務(wù)QoS要求的最低標(biāo)準(zhǔn),。

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的研究成果看，網(wǎng)絡(luò)層切換的中斷時(shí)間可以通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層切換機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn),，其優(yōu)化的結(jié)果能夠滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)傳輸時(shí)延的要求,。

但是，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在異構(gòu)接入體制間切換時(shí),，由于不同無(wú)線接入技術(shù)本身在數(shù)據(jù)速率,、帶寬、時(shí)延等方面可能存在較大的差異,，使得切換時(shí)用戶的業(yè)務(wù)感受到影響,，甚至?xí)斐蓸I(yè)務(wù)被迫中斷。這個(gè)問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性機(jī)制的關(guān)聯(lián)不大,，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性管理僅能夠保證切換過(guò)程中業(yè)務(wù)連接不斷,，數(shù)據(jù)中斷時(shí)間盡可能短,，但是不能控制網(wǎng)絡(luò)接入資源的分配。尤其當(dāng)切換前后接入能力差異過(guò)大時(shí),，對(duì)業(yè)務(wù)的沖擊可能是個(gè)網(wǎng)絡(luò)層機(jī)制難以克服的問(wèn)題,，因而，該方面的問(wèn)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(wèn)題

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋的區(qū)域,，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常具有多個(gè)同時(shí)可用的無(wú)線接入能力。在網(wǎng)絡(luò)層集成方案中,，多個(gè)無(wú)線接入能力體現(xiàn)為在網(wǎng)絡(luò)層以下多個(gè)可用的無(wú)線接口,。基于多個(gè)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸問(wèn)題是一個(gè)有待深入研究的課題,，其目標(biāo)是通過(guò)協(xié)同使用多個(gè)傳輸能力提升系統(tǒng)整體的傳輸效率,。該問(wèn)題的本質(zhì)是高層數(shù)據(jù)流（包）在多個(gè)可用接入資源間的調(diào)度問(wèn)題。在不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下,，數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸機(jī)制可能完全不同,。它也和很多方面的問(wèn)題相關(guān)：

首先，優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制也需要“環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的檢測(cè)機(jī)制”和對(duì)高層應(yīng)用QoS需求的探測(cè)機(jī)制,。探測(cè)的結(jié)果是數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸機(jī)制選擇傳輸路徑（接口）的依據(jù),。

另外，該機(jī)制和移動(dòng)性管理機(jī)制存在內(nèi)在關(guān)系,。在多接入場(chǎng)景中,，不同接口對(duì)應(yīng)著不同網(wǎng)絡(luò)前綴的IP地址。如果一旦為某個(gè)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(duì)應(yīng)該接口的IP地址,。否則，根據(jù)入口過(guò)濾功能,，接入路由器通常會(huì)丟棄所有和接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)前綴不同的外出數(shù)據(jù)包,。因而，在基于流級(jí)別的調(diào)度中,，當(dāng)數(shù)據(jù)流的接口發(fā)生改變時(shí),，相應(yīng)的就要求改變?cè)摂?shù)據(jù)流的IP地址，IP地址的改變會(huì)引發(fā)傳輸層連接中斷（由于網(wǎng)絡(luò)層地址改變）,。處理由于網(wǎng)絡(luò)層地址改變而引發(fā)的連接中斷,，是網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性的功能。因此,，基于多接入能力的數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸機(jī)制要想在數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)度的過(guò)程中,，保持傳輸連接不斷，其實(shí)現(xiàn)必須要和移動(dòng)性管理機(jī)制相結(jié)合,。在不同的場(chǎng)景下設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸時(shí),，需要特別留意這兩個(gè)功能間的協(xié)同配合問(wèn)題,。

其次，優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制需要“多接口管理機(jī)制”和“層間地址管理機(jī)制”,。多接口管理機(jī)制包括多接口可用性評(píng)估和數(shù)據(jù)調(diào)度功能等功能,。地址管理涉及到網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)功能,。

最后,，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸核心是對(duì)數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)流的調(diào)度算法。設(shè)計(jì)合理可行的數(shù)據(jù)調(diào)度算法也是該研究的重點(diǎn),。

2.1.5,、多接口管理問(wèn)題和地址管理問(wèn)題

多接入系統(tǒng)中由于在移動(dòng)終端上引入了多接入能力，因此,，必須相應(yīng)地提供多接口管理和多個(gè)協(xié)議層間的地址映射管理機(jī)制。多接口管理功能負(fù)責(zé)記錄各個(gè)接口當(dāng)前的性能信息,，并評(píng)估底層鏈路的可用性,。對(duì)于高層協(xié)議和功能模塊來(lái)說(shuō)，接口管理功能提供了控制多個(gè)底層接入能力的統(tǒng)一接口,。

同時(shí),，由于多個(gè)無(wú)線接口上通常會(huì)被分配不同的網(wǎng)絡(luò)層地址。而高層傳輸層在一次連接的過(guò)程中總是要求網(wǎng)絡(luò)層地址不變,，為此,，Mobile IP引入了Home Address作為節(jié)點(diǎn)永久標(biāo)識(shí)，不同接口上的IP地址作為臨時(shí)地址標(biāo)識(shí),。當(dāng)利用多個(gè)接口進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸時(shí),，不同類(lèi)型地址之間可能存在多種映射關(guān)系，主要包括傳輸層連接和網(wǎng)絡(luò)層IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系,，Home Address和CoA地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系,。統(tǒng)一的地址管理機(jī)制，其功能應(yīng)該包括有效地址登記,、當(dāng)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(gè)問(wèn)題都需要接口管理和地址管理的支持，因此這兩個(gè)機(jī)制被單獨(dú)提出作為多接入系統(tǒng)中必須提供的基礎(chǔ)功能,。本文會(huì)在解決其他關(guān)鍵問(wèn)題的過(guò)程中,，結(jié)合具體的需求給出這兩個(gè)問(wèn)題的解決方案。

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

2.2,、無(wú)線多接入環(huán)境對(duì)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(wèn)題
本節(jié)將深入解析在無(wú)線多接入環(huán)境中,，傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧面臨的新問(wèn)題和挑戰(zhàn),。

傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧為固定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)，默認(rèn)僅支持一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入能力,。而無(wú)線多接入環(huán)境具有兩個(gè)突出特征：一個(gè)是異種接入間的移動(dòng)性支持特征,；另外一個(gè)是終端具備多接入能力的特征。這兩個(gè)特征對(duì)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(gè)特征的引入對(duì)多個(gè)協(xié)議層次的功能提出了新的要求,，同時(shí),，新的需求可能要求引入新的協(xié)議層次；另一方面,，這兩個(gè)特征也對(duì)傳統(tǒng)TCP/IP嚴(yán)格分層的協(xié)議模型提出了前所未有的挑戰(zhàn),。目前可見(jiàn)的研究主要集中在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對(duì)TCP/IP協(xié)議性能的研究[12] [13]，也有很少的研究開(kāi)始討論異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的TCP協(xié)議性能問(wèn)題[14],。對(duì)無(wú)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(kāi),。

2.2.1、現(xiàn)有協(xié)議功能所面臨的問(wèn)題

1,、對(duì)網(wǎng)絡(luò)層功能升級(jí)的需求

網(wǎng)絡(luò)層面臨的問(wèn)題包括兩方面：多接口數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸?shù)膯?wèn)題和網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性支持的問(wèn)題,。

首先，在終端側(cè)多個(gè)接入模塊同時(shí)可用時(shí),，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層機(jī)制通常只能通過(guò)默認(rèn)的路由端口進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送,。該問(wèn)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(luò)使用同樣的目的地尋址機(jī)制,，當(dāng)多模移動(dòng)終端發(fā)送某個(gè)IP層數(shù)據(jù)包時(shí),，首先會(huì)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(méi)有特意添加路由表項(xiàng)的前提下查詢的結(jié)果通常是終端配置的默認(rèn)路由所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)端口,。在這種情況下,，即使有多個(gè)同時(shí)可用的無(wú)線接入模塊，每次查詢路由表的結(jié)果仍然得到唯一的查詢結(jié)果,，即當(dāng)前默認(rèn)的路由對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)端口,。此時(shí)即使有多個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)接入能力，但是也僅有一個(gè)默認(rèn)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(shuō)目前的終端路由機(jī)制不支持多接口并發(fā)的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

其次,，網(wǎng)絡(luò)層的移動(dòng)性管理協(xié)議Mobile IP性能存在很大的問(wèn)題,，并需針對(duì)多接入切換場(chǎng)景的不同進(jìn)行必要的擴(kuò)展和修訂。

2,、傳輸層的新問(wèn)題

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

•無(wú)線傳輸環(huán)境對(duì)TCP協(xié)議產(chǎn)生的影響

由于TCP是專門(mén)為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的面向連接的協(xié)議，其流量控制機(jī)制將無(wú)線鏈路上的丟包現(xiàn)象當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)擁塞,，從而削減TCP數(shù)據(jù)發(fā)送的流量,，這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了TCP協(xié)議在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)的性能。目前,，對(duì)無(wú)線TCP性能的改進(jìn)也是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題,，被普遍關(guān)注。

•網(wǎng)絡(luò)層切換給TCP協(xié)議帶來(lái)的問(wèn)題

Mobile IP機(jī)制雖然向高層協(xié)議屏蔽了網(wǎng)絡(luò)層切換的動(dòng)作,，但是很難消除由于切換帶來(lái)的影響,。網(wǎng)絡(luò)層切換過(guò)程中數(shù)據(jù)包丟失和失序現(xiàn)象，同樣嚴(yán)重影響TCP層的工作效率,。在網(wǎng)絡(luò)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(cè)新鏈路的帶寬和時(shí)延,，進(jìn)行參數(shù)的重配置。但是,，目前協(xié)議層劃分遵循嚴(yán)格分層的原則,，因此網(wǎng)絡(luò)層切換的事件和底層接入鏈路的轉(zhuǎn)化對(duì)TCP層來(lái)說(shuō)都是不可見(jiàn)的，因而,，基于現(xiàn)有的協(xié)議模型很難解決這些問(wèn)題,。

•無(wú)線多接入能力給TCP協(xié)議帶來(lái)的問(wèn)題

更復(fù)雜的TCP性能問(wèn)題由多接入?yún)f(xié)同傳輸機(jī)制引起。當(dāng)利用多個(gè)無(wú)線鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸時(shí),，例如：利用多接入能力同時(shí)傳輸同一個(gè)TCP連接中的數(shù)據(jù)流時(shí),，TCP層的數(shù)據(jù)流量不會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)，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(gè)值,。我們稱該現(xiàn)象為T(mén)CP層多路徑傳輸中的“短板現(xiàn)象”,。

•上下層地址綁定管理的問(wèn)題

由于引入多接入能力協(xié)同操作機(jī)制，TCP層的連接可能會(huì)被動(dòng)態(tài)地映射為不同的底層無(wú)線傳輸路徑,，進(jìn)而對(duì)應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)層地址,，因此對(duì)TCP層的連接管理、傳輸層連接和網(wǎng)路層地址綁定等問(wèn)題同樣需要關(guān)注并在相關(guān)模塊中實(shí)現(xiàn),。這也是前面所提到地址管理問(wèn)題,。

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

3,、會(huì)話層所面臨的問(wèn)題

會(huì)話層移動(dòng)性管理目前面臨的性能問(wèn)題類(lèi)似于Mobile IP協(xié)議。同時(shí)也包括對(duì)多模接入能力的適配問(wèn)題,。

4,、引入新的協(xié)議功能“虛擬統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)層VGD”

通過(guò)對(duì)上述諸多問(wèn)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(qū)動(dòng)層”－VGD,。之所以提出這個(gè)功能層，需求主要來(lái)自于兩個(gè)方面,。一是需要添加多接口管理機(jī)制：該機(jī)制需要密切的檢測(cè)底層多無(wú)線接入能力的性能和狀態(tài),，并對(duì)底層接入模塊進(jìn)行必要的控制。這就需要定義一個(gè)統(tǒng)一的接口層,，面向高層協(xié)議提供標(biāo)準(zhǔn)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(gè)無(wú)線接入能力進(jìn)行并行傳輸時(shí),，需要一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和調(diào)度模塊,，而這些功能在IP層和底層接口之間實(shí)現(xiàn)最為合理。

2.2.2,、對(duì)傳統(tǒng)的協(xié)議模型的影響

相對(duì)于傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧,，圖5給出了未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)協(xié)議棧發(fā)展的一個(gè)預(yù)測(cè)，中間的IPv6/MIPv6模塊由IPv4演化而來(lái),，并支持終端的移動(dòng)性功能,。采用MIPv6協(xié)議，終端可以移動(dòng)到新的異種接入網(wǎng)絡(luò),。協(xié)議棧的中心是IP層和VGD層,。對(duì)于高層而言，IP層屏蔽了支持移動(dòng)性功能的操作細(xì)節(jié),，這樣在移動(dòng)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(shù)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(luò)層切換動(dòng)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(duì)這些事件的影響。如TCP層存在的部分問(wèn)題,，就可以通過(guò)引入該機(jī)制來(lái)解決,。這與協(xié)議棧嚴(yán)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(yù)測(cè)
傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧采用的嚴(yán)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(jié)構(gòu)，將整體的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的任務(wù)劃分在各個(gè)協(xié)議層次完成,，并定義了每個(gè)層次上要提供的層次化的服務(wù),。不同層次上的服務(wù)通過(guò)該層次上的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)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(guò)程調(diào)用和響應(yīng),。但是如果保持嚴(yán)格的模塊化特性，當(dāng)無(wú)線多接入系統(tǒng)引入的移動(dòng)性和多接入能力時(shí),，多個(gè)協(xié)議層次所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題很難得到解決,。

因此，如何在盡可能保持TCP/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上解決上述問(wèn)題,，也需要深入的分析和討論,。

3、結(jié)論

本文研究的重點(diǎn)是基于IP技術(shù)集成的多接入系統(tǒng),?；贗P集成的無(wú)線多接入系統(tǒng)體現(xiàn)了傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、新興的多接入技術(shù)和開(kāi)放的IP技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì),。但是,，該系統(tǒng)存在很多尚未解決的問(wèn)題，比如無(wú)線多接入技術(shù)集成問(wèn)題“Multi-Radio Integration”,，無(wú)縫移動(dòng)性問(wèn)題“Seamless Mobility”,，多路徑優(yōu)化傳輸問(wèn)題“Multi-Path Optimized Transmission”,，傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議對(duì)無(wú)線多接入環(huán)境適配的問(wèn)題“Protocol Adaptive”,，多模終端設(shè)計(jì)的問(wèn)題“Multi¬-mode Terminal”等等。對(duì)無(wú)線多接入系統(tǒng)的研究涉及到網(wǎng)絡(luò)和終端發(fā)展的方方面面,，未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走,。