WiMAX及其移動性管理

PAGEPAGE36WｉMAＸ及其移動性管理寬帶無線接入技術(shù)隨著傳輸寬帶化、業(yè)務(wù)多樣化成為通信進(jìn)展的大趨勢,核心網(wǎng)由于已經(jīng)具備了超高速和超容量的特征，因此寬帶接入網(wǎng)建設(shè)就成了電信網(wǎng)必須解決的瓶頸問題。其中,寬帶無線接入以其組網(wǎng)靈敏飛快、升級維護(hù)便利以及高速雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)正贏得業(yè)界的青睞。為降低硬件成本，提高制造商之間設(shè)備的互操作性，IEEE（電氣電子工程師協(xié)會）為各種寬帶無線接入技術(shù)制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),把無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)分成以下幾種:IEＥＥ802。15是個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ＰＡＮ）（如藍(lán)牙）;IＥEＥ8０２．1１是我們熟知的無線局域網(wǎng);ＩEEE８02。16為無線城域網(wǎng)（MＡN）;而IEEE8０2．20則是掩蓋面積更廣的廣域網(wǎng)（WAN)。ＩEEE802．16標(biāo)準(zhǔn)在上幾種標(biāo)準(zhǔn)中，ＩEEE802．１６標(biāo)準(zhǔn)又稱IEEEＷｉrelessＭAＮ空中接口標(biāo)準(zhǔn)，對工作于不同頻帶的無線接入系統(tǒng)空中接口進(jìn)行了規(guī)范。由于它所規(guī)定的無線系統(tǒng)掩蓋范圍在公里級，因此802.1６系統(tǒng)主要應(yīng)用于城域網(wǎng).依據(jù)是否支持移動性,８０2.16標(biāo)準(zhǔn)可分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)(ＩEＥＥ802．16－2004）和移動寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（IEＥE８02．1６ｅ）。8０2。16標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)到目前為止包括８02.１6、８02．16a、802.１６ｃ、8０2．16ｄ、802.１6e、80２。16f和802。1６g共七個標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。其中8０２.16、80２．１6a、80２．16d屬于固定無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn),而8０２．16e屬于寬帶無線接入空中標(biāo)準(zhǔn)。表2是IEＥＥ802.16系列各空中接口標(biāo)準(zhǔn)特征比較。??表1802．16標(biāo)準(zhǔn)系列標(biāo)準(zhǔn)號負(fù)責(zé)的技術(shù)領(lǐng)域８０2．16稱為固定寬帶無線訪問系統(tǒng)的空中接口，于2001年1２月通過批準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)專為無線城域網(wǎng)制定,頻率是10GＨz到6６ＧＨz。8０２。1６a作為一個８０2。１6的修正案，IEＥE于200３年1月公布.這個修正案為原始方案增加了２ＧHz-11GHｚ授權(quán)和非授權(quán)頻率的運(yùn)行。８０2。１6c２002年12月公布，用來保證1０GHz—66GＨz范圍內(nèi)各系統(tǒng)的互操作性。固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)增補(bǔ)文件：簡略系統(tǒng)框架８０2．16—２0０4（8０2.１６d）固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)(１０～66GHz,〈1１ＧＨz)，它是８０2。１6標(biāo)準(zhǔn)系列的一個修訂版本,是相對比較成熟并且最具有有用性的一個版本.8０2。16-2004對10~6６GHｚ頻段和＜１１GHｚ頻段的固定寬帶無線接入空中接口物理層和MＡＣ層進(jìn)行了簡略規(guī)定,定義了支持多種業(yè)務(wù)類型的固定寬帶接入系統(tǒng)的MAC層和相對應(yīng)用的多個物理層。該標(biāo)準(zhǔn)對前幾個802．1６標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整合和修訂,仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范。它保持了802.1６，8０２。16a等標(biāo)準(zhǔn)中的全部模式的主要特征同時未增加新的模式，增加或修改的內(nèi)容用來提高系統(tǒng)性能和監(jiān)護(hù)部署，或者用來更正錯誤,不明確或不完整的描述，其中包括對部分系統(tǒng)休息的增補(bǔ)和修訂。２０0４年10月1日，IEＥE正式發(fā)布。802。１6ｅ固定和移動寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)（＜６GＨz）80２.１6ｆ固定寬帶無線接入系統(tǒng)ＭAＣ層和物理層的管理信息庫（MＩB）要求以及相關(guān)的管理流程。計(jì)劃將在20０6年發(fā)布。802。16g固定和移動寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口掌握平面和管理平面流程及服務(wù)要求。事先8０2.16設(shè)備的互操作性和對網(wǎng)絡(luò)資源，移動性和頻譜的有效管理。計(jì)劃將在２０07年發(fā)布。表2802。1６主要標(biāo)準(zhǔn)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)特征比較８02.1680２.16a８02。１６ｄ８02。16e使用頻段1０ＧHz～66GHz〈１1GHz〈1１ＧＨｚ10GＨz～6６ＧhHｚ<６ＧＨz信道條件視距非視距視距+非視距非視距固定/移動性固定固定固定移動＋漫游調(diào)制方式ＱPＳK、16QＡM和6４QAM２5６ＯFＤM（ＢＰSK/QPSＫ/16QＡＭ／６4ＱAM）２56OＦＤM(ＢPSK／QＰSK/16QAM／64QＡM)20４８OFＤＭA2５６OFDM(BPSK/QＰＳＫ/1６ＱAM/64ＱAM)１２8/512/１０24／２048OFDMＡ信道帶寬２5ＭHz~２８ＭＨｚ1。25MＨｚ~20MＨz1。2５MHｚ～2０MＨz1。２5MHｚ～2０MHｚ傳輸速率（最佳Ｓ/N)32Mbit/s～134Mｂit/s（載波帶寬２8MHｚ〈5ｋｍ)75Ｍbiｔ／s（載波帶寬20MＨz）75Mｂiｔ／ｓ（載波帶寬2０MHｚ）１5Mbｉt/s（載波帶寬５MHz)額定小區(qū)半徑<５ｋｍ5km～１0ｋｍ5ｋm～15ｋｍ１km～5kmIＥEE802．16ｅ是2０05年提出的。相對于IEEＥ8０2．16d協(xié)議，它的最顯著的變化是增加了對移動性的支持。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可同時支持固定和移動寬帶無線接入的系統(tǒng)，于2005年1２月正式通過.工作在適宜于移動性的許可頻段，支持高速移動,同時802．１6d規(guī)定的固定無線接入用戶能力并不因此受到影響。與８02。１6ｄ技術(shù)相比,8０2。1６ｅ技術(shù)的PHY層ＯFDＭA方式進(jìn)行了擴(kuò)展；MAC層增加了支持移動切換的功能，如休眠期、小區(qū)搜尋與同步、小區(qū)選擇及切換過程等。這些轉(zhuǎn)變使得終端的漫游和切換成為可能.3、WiＭAXWiMAＸ正是一種基于ＩEEE８０2。16系列標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)（BroａｄｂａnｄWiｒelｅｓsAｃcｅssMeｔrｏpolitaｎA(yù)reaNetwork）技術(shù)，它的全稱是微波接入全球互通（WoｒｌdIｎteｒｏpeｒabｉlityfｏｒＭicrｏwavｅAcｃeｓs)，具有無線寬帶、高容量、及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰σ约芭c全I(xiàn)Ｐ網(wǎng)絡(luò)無縫融合的能力。最高可供應(yīng)75Ｍb/s的傳輸率,單基站掩蓋范圍最大可達(dá)48km。它的基本目標(biāo)是在接入城域網(wǎng)接入環(huán)境下,為家庭、企業(yè)以及移動通信網(wǎng)絡(luò)以及將來的個人移動通信業(yè)務(wù)供應(yīng)“最后一公里"的高速寬帶接入，確保不同廠商的無線設(shè)備互連互通。WｉＭＡＸ的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢當(dāng)前的主流寬帶無線接入技術(shù)IＥＥE802.11x雖然獲得很大成功，但ｗｉ－fi及WLＡＮ等技術(shù)的總體設(shè)計(jì)及其供應(yīng)的特點(diǎn)并不能很好地適用于室外寬帶無線接入的應(yīng)用。當(dāng)其用于室外時，在帶寬和用戶方面將受到限制，同時還存在著通信距離等其他一些問題.基于上述情況,ＩEEE制定了8０2．16標(biāo)準(zhǔn),它能同時解決物理層環(huán)境（室外射頻傳輸）和QoS兩方面問題，滿意了日益增長的寬帶無線接入市場需求?；贗EＥE802。１６的ＷiMＡX設(shè)備可以在“最后一英里”寬帶接入領(lǐng)域替代CaｂleMｏdeｍ、DSＬ和T1/E１，也可以為IEEE8０２.11熱點(diǎn)供應(yīng)回傳.熱點(diǎn)回傳(bacｋhaul）模式是ＷｉMＡX的應(yīng)用模式之一,它采納WｉMAX無線接入網(wǎng)絡(luò)把遠(yuǎn)端ＷiFi熱點(diǎn)業(yè)務(wù)回送到核心網(wǎng)，其主要特點(diǎn)是以無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)回傳，與傳統(tǒng)有線回傳模式相比,其特點(diǎn)顯而易見,可作為傳統(tǒng)回傳模式的補(bǔ)充或替代方案。802。１６標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)范了一個支持諸如語音和視頻等低時延應(yīng)用的協(xié)議，在用戶終端和基站之間允許非視距的寬帶連接，一個基站可支持?jǐn)?shù)百上千個用戶，在牢靠性和QｏS方面供應(yīng)電信級的性能。總之，WｉＭAＸ技術(shù)充分考慮了全世界通信公司和運(yùn)營商對一個可擴(kuò)展、長距離、大容量“最后一英里”無線通信系統(tǒng)的需要，可支持一整套的服務(wù),從而使運(yùn)營商能夠在降低設(shè)備成本和投資風(fēng)險的同時提高系統(tǒng)性能牢靠性。WiＭＡＸ技術(shù)具有諸多優(yōu)勢:開銷及投資風(fēng)險小。設(shè)備的互用性使運(yùn)營商能從多個設(shè)備制造商處購買WiMＡX認(rèn)證設(shè)備,穩(wěn)定的基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺將激發(fā)各層的網(wǎng)絡(luò)管理功能，同時也將保證多天線技術(shù)的應(yīng)用,包括自適應(yīng)天線系統(tǒng)和多輸入多輸出技術(shù),從而降低運(yùn)營費(fèi)用。長距離下的高容量。WiMAＸ中采納網(wǎng)狀網(wǎng)Meｓh、波束形成（Ｂeam—ｆｏrming)、MＩMO、OFＤＭ等先進(jìn)技術(shù)來改善非視距性能，出眾的系統(tǒng)增益供應(yīng)更遠(yuǎn)距離穿透阻擋物能力.WiＭAX基站可以供應(yīng)最高每扇區(qū)75Mbit/ｓ的吞吐量，可以同時為超過60個Ｔ1級別的商業(yè)用戶和上百個ＤSL數(shù)據(jù)速率的家庭供應(yīng)接入服務(wù)。每個基站的掩蓋范圍最大可達(dá)5０ｋm,典型的基站掩蓋范圍為6—1０km。WiMAX支持自適應(yīng)調(diào)制和可變糾錯編碼技術(shù),基站可以依據(jù)信號的強(qiáng)弱在吞吐量和掩蓋范圍之間進(jìn)行權(quán)衡。ＷiMＡX信道帶寬可以依據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行調(diào)整,從而更有利于抗干擾、節(jié)省頻譜資源和頻譜規(guī)劃。系統(tǒng)容量的可升級性。新增扇區(qū)簡易靈敏的信道規(guī)劃使容量達(dá)到最大化，并且允許云營商依據(jù)用戶的進(jìn)展來逐漸升級擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)，靈敏的信道帶寬規(guī)劃適應(yīng)于多種頻率安排情況。從單個用戶到數(shù)以百計(jì)的用戶，ＭＡC層協(xié)議可以保持高效的安排機(jī)制.有效的服務(wù)質(zhì)量掌握。WiＭAX中動態(tài)TDＭA多址方式(granｔ／reqｕest）的MＡＣ層支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音(VoＩP）以及視頻等對時延敏感的業(yè)務(wù)。依據(jù)業(yè)務(wù)的分級不同，帶寬進(jìn)行按需安排（Oｎ-demaｎd）。6）供應(yīng)無線形式的“最后一公里”寬帶接入,同時保持了對Wｉ—Fi技術(shù)的補(bǔ)足功能,供應(yīng)T１／E１速率的網(wǎng)絡(luò)連接至Wi－Ｆi的接入點(diǎn)。３.2WIMAX網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)圖1WiMAX網(wǎng)絡(luò)的參考架構(gòu)ＷｉＭAX網(wǎng)絡(luò)的參考架構(gòu)如圖１所示。整個網(wǎng)絡(luò)分為接入網(wǎng)（ＡＳN)和核心網(wǎng)（ＣＳN）兩大部分，ＷｉMＡＸ終端包括固定、漫游和移動3種類型終端。其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖1所示。WiMAX接入網(wǎng)主要支持無線資源管理，其簡略功能包括：1）建立和維護(hù)ＷiＭAX基站和用戶的層2連接；2）作為AＡA代理，協(xié)同AAA服務(wù)器一起完成用戶的鑒權(quán),授權(quán)以及計(jì)費(fèi)；３）網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇；4）協(xié)助核心網(wǎng)與WｉMAＸ終端建立層3連接,例如IＰ地址管理;5）無線資源管理;6)接入網(wǎng)內(nèi)的移動性管理；7)尋呼和位置管理；8)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)隧道建立和維護(hù)。它主要包括基站、基站掌握器、接入網(wǎng)關(guān)等功能實(shí)體。一個接入網(wǎng)可以連接到多個ＣSN.WiMAX核心網(wǎng)解決用戶認(rèn)證、漫游等功能及ＷiＭＡＸ網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口關(guān)系.它主要包含以下功能：1）IP地址安排；２）Intｅrｎet接入;３）AAA代理或者服務(wù)器；４）基于用戶屬性的能力掌握和管理；5）接入網(wǎng)和核心網(wǎng)隧道建立和維護(hù)；6）接入網(wǎng)之間的移動性管理;7）為用戶供應(yīng)WiＭAＸ業(yè)務(wù)（如基于位置的服務(wù)、點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)、多媒體多播組播業(yè)務(wù)、ＩＰ多媒體業(yè)務(wù)、緊急呼叫服務(wù)等）。CSN包含很多功能實(shí)體，如路由器、AAA代理／服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)關(guān)等。在WiMＡX單獨(dú)建網(wǎng)時,作為獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè),與3G互聯(lián)混合組網(wǎng)時,可與3G核心網(wǎng)共用一些功能實(shí)體。此外還有R１～R８共8個接口,其定義和功能如下：R１為ＭS和BS間的空中接口，可能包含管理平面的功能；R2為MS和CSＮ之間的規(guī)律接口，供應(yīng)鑒權(quán)、業(yè)務(wù)授權(quán)和IP主機(jī)配置等服務(wù)。此外，可能還包含管理和承載平面的移動性管理；R3為AＳN和CSＮ間的接口，實(shí)現(xiàn)兩者間用戶數(shù)據(jù)和掌握信令的交互;R4為AＳN件的接口,完成ASN間數(shù)據(jù)、信令的交互;R5為歸屬地ＣＳN（HｏmｅCSN）與訪問地ＣSＮ（ＶiｓiｔｅdＣSN)之間的接口;R6為基站和ASN—ＧW之間的接口，由一系列掌握和承載平面協(xié)議構(gòu)成；Ｒ7為ＡＳN－ＧW的內(nèi)部接口;R８為基站與基站之間的接口，用于快速無縫切換功能.（3）WiMＡＸ網(wǎng)絡(luò)參考模型WiＭAＸ網(wǎng)絡(luò)參考模型如圖所示。圖2WiMAX網(wǎng)絡(luò)參考模型從圖中我們可以得出，WｉMAX系統(tǒng)包括兩個平面，數(shù)據(jù)/掌握平面與管理平面。在數(shù)據(jù)/掌握平面中，IEEE８０2.16標(biāo)準(zhǔn)為無線空中接口分別定義了媒體接入掌握層MAC和物理層PHY。ＭAＣ層特性:WiMＡX的MAＣ層最大的特點(diǎn)是面對連接，每個連接均由一個標(biāo)識符（CＩD）來為一標(biāo)識。而且，MＡC層針對每個連接可以設(shè)置不同的ＱoS參數(shù),包括速率、延時和時延抖動等指標(biāo)，從而為該連接建立專門的服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制。WiＭＡＸ的MＡC層使用由ＢＳ支配的時分多址接入(TDＭA）協(xié)議在點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲薪o用戶安排容量。采納這種TDMA接入機(jī)制后，該系統(tǒng)不僅能夠供應(yīng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且還能供應(yīng)對時延敏感的業(yè)務(wù)如語音、視頻、或數(shù)據(jù)庫訪問等。MＡC又可以劃分為三個子層，它們分別是:面對業(yè)務(wù)的會聚子層（CS），公共部分子層和平安子層。面對業(yè)務(wù)的會聚子層面對業(yè)務(wù)的會聚子層的功能是供應(yīng)從本層的服務(wù)訪問點(diǎn)接收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到WｉMAX系統(tǒng)內(nèi)MAＣ層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU)之間的轉(zhuǎn)換或者映射。為完成二者之間的轉(zhuǎn)換或者映射，該子層需要支持以下相關(guān)功能：對接收到的外部網(wǎng)絡(luò)ＳＤＵ進(jìn)行分類，并與相應(yīng)的服務(wù)流建立對應(yīng)關(guān)系,對凈荷（paylｏad）的報頭部份進(jìn)行壓縮等。WｉMAX標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)給出MAC層ＳDU與多種外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換與映射方法。經(jīng)過面對業(yè)務(wù)的會聚子層轉(zhuǎn)換以后得到數(shù)據(jù)的內(nèi)部格式指對本層有效，而公共部分子層不需要接收到數(shù)據(jù)包的格式或者是通過解釋面對業(yè)務(wù)的會聚子層生成的凈荷來得到任何消息.2）公共部分子層ＭAC部分的公共子層是ＷiＭＡX供應(yīng)具有QoS服務(wù)的關(guān)鍵。公共部分子層實(shí)現(xiàn)了全部ｍac層必需的核心功能，包括上行業(yè)務(wù)類型的劃分，帶寬資源的調(diào)度,系統(tǒng)接入,帶寬的懇求安排，連接的建立與維護(hù)，初始測距以及周期性測距等.公共部分子層通過MAＣ訪問點(diǎn)SAP，從面對業(yè)務(wù)的會聚子層接收數(shù)據(jù)。并且接收的全部數(shù)據(jù)都與某一個確定的連接綁定.對于連接的服務(wù)質(zhì)量掌握以及數(shù)據(jù)單元的調(diào)度機(jī)制均在該子層實(shí)現(xiàn)。由于無線傳輸環(huán)境中會受到可用頻率、多徑、衰落等因素的影響,因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦慰啃砸约坝行远己茈y得到保障。然而，ＷiMAＸ系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)在無線傳輸環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)有面對連接的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收.這一目的的實(shí)現(xiàn)依靠于公共部分子層中實(shí)現(xiàn)的一系列嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量掌握機(jī)制.目前，針對WiMAX所進(jìn)行的性能改進(jìn)方面的討論工作，大都在公共部分子層進(jìn)行。而且,對于ＷｉＭＡＸ系統(tǒng)物理層的部分研發(fā)工作也常常需要結(jié)合ＭAC層中公共部分子層所采納的服務(wù)保障機(jī)制來展開.3）平安子層WiＭAＸ系統(tǒng)的MAC層還包括了一個獨(dú)立的平安子層,具備鑒權(quán)、平安的密鑰交換以及加密功能。該子層主要由數(shù)據(jù)包的加密打包協(xié)議和密鑰管理協(xié)議兩部分組成.其中，數(shù)據(jù)包的加密協(xié)議定義了一系列的認(rèn)證和加密算法,以及將這些算法運(yùn)用到協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ＰDＵ）凈荷部份的規(guī)章。而密鑰管理協(xié)議主要是供應(yīng)了基站與用戶終端之間平安的密鑰安排機(jī)制.WiＭAX的MＡＣ層通過物理層的SＡＰ,將生成的MAC幀交給物理層在無線鏈路中進(jìn)行傳輸。不同于其他無線網(wǎng)絡(luò)的是,WｉMＡＸ系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還引入了聯(lián)合優(yōu)化的思想,對物理層和MAC層進(jìn)行綜合管理：MAC層可以通過物理層的ＳAP來收集有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息。MＡC層的公共部分子層中定義了多種服務(wù)質(zhì)量的保證機(jī)制，這些機(jī)制通過收集相關(guān)的物理層信息，可以了解當(dāng)前物理傳輸環(huán)境的狀況，從而可以對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，甚至可以通過物理層的SAP傳遞一些掌握指令，對物理層進(jìn)行掌握。IEＥE802。１６標(biāo)準(zhǔn)定義了多種物理層工作模式,包括單載波、正交頻分復(fù)用OFDM、正交頻分復(fù)用多址接入（OFDMA）等。所定義的每一種傳輸方式都有自身最合適的工作頻率范圍以及支持的上層應(yīng)用.3。３.2物理層特性WIＭＡX物理層定義了多種工作模式,其中最常見的是ＯＦDM模式。選用OFDM是由于它在保持高頻譜效率和最大限度利用可用頻譜的同時還支持非視距的傳輸。為了在各種信道環(huán)境下供應(yīng)牢靠的性能，WIMAＸ的物理層支持智能天線技術(shù)，來改善基站服務(wù)的范圍和容量。同時,物理層還采納了Reｅd-Sｏｌoｍn與卷積級聯(lián)碼的前向糾錯、動態(tài)頻率選擇、空時編碼來減小干擾，提高在衰落環(huán)境下的性能。WｉＭAＸ的物理層支持時分雙工TDD和頻分雙工ＦＤD兩種雙工方式。FDD需要成對的頻率，TDD則不需要,而且可以靈敏地實(shí)現(xiàn)上下行帶寬動態(tài)調(diào)整。在ＷiMＡX中，還規(guī)定了終端可以采納半雙工頻分雙工方式(Ｈ－FＤＤ）,降低了對終端收發(fā)器的要求，從而降低了終端成本。WiＭＡＸ支持靈敏地劃分載波帶寬，系統(tǒng)可以采納從1。2５－20MHｚ之間的帶寬.對于10-66ＧHｚ的固定無線接入系統(tǒng)論還可以采納2８ＭHz的載波帶寬,供應(yīng)更高的接入速率.多種雙工方式的支持和靈敏的載波帶寬的劃分,使得WIMＡX系統(tǒng)能后適應(yīng)世界各地不同的管制法,便于以后部署與實(shí)施.３.4ＷｉＭＡX關(guān)鍵技術(shù)3。4.１O(jiān)FDM/OFDＭA在8０2．1６d／１6ｅ中均引進(jìn)了正交頻分復(fù)用（OFDM）和正交頻分復(fù)用多址（OFＤＭA）技術(shù)，OFDM和OFDMA是將來物理層主要的關(guān)鍵技術(shù)之一.OFDM的主要思想是:將信道分成若干相互正交的子信道,將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號通過接收端采納相關(guān)技術(shù)分開，可以在肯定條件下削減子信道間干擾(ICＩ）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道可看作平穩(wěn)衰落信道,從而消除了符號間干擾（IＳI)。由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分,信道均衡變得相對容易。在WiMAX系統(tǒng)中,OＦDM技術(shù)為物理層技術(shù),主要應(yīng)用的方式有兩種：ＯFDM物理層和OＦＤMＡ物理層.OFDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是由于ＯFDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：頻譜利用率很高，抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強(qiáng)，采納動態(tài)子載波安排技術(shù)能使系統(tǒng)達(dá)到最大比特率，通過各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強(qiáng)的抗衰落能力等。此外，基于離散傅立葉變換(ＤFT）的ＯFＤＭ有快速算法，OＦDM采納快速傅里葉變換(FFT)和逆快速傅里葉變換（ＩFFＴ）來實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，易用數(shù)字信號處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)。ＯＦDM作為保證高頻譜效率的調(diào)制方案已被一些規(guī)范及系統(tǒng)采納.OFＤＭ將成為新一代無線通信系統(tǒng)中下行鏈路的最優(yōu)調(diào)制方案之一,也會和傳統(tǒng)多址技術(shù)結(jié)合成為新一代無線通信系統(tǒng)多址技術(shù)的備選方案。除上述優(yōu)點(diǎn)以外,OFＤＭ也有3個較明顯的缺點(diǎn)：對頻偏和相位噪聲敏感;峰均功率比(PAＰR)大,導(dǎo)致發(fā)送端放大器功率效率較低；以及自適應(yīng)的調(diào)制技術(shù)使系統(tǒng)簡潔度有所增加.因此作為改進(jìn)，在OFDＭA系統(tǒng)中,用戶僅僅使用全部的子載波中的一部分，如果同一個幀內(nèi)的用戶的定時偏差和頻率偏差足夠小,則系統(tǒng)內(nèi)就不會存在小區(qū)內(nèi)的干擾,比碼分系統(tǒng)更有優(yōu)勢。由于OFDＭA可以把跳頻技術(shù)和OFＤM技術(shù)相結(jié)合,因此可以構(gòu)成一種更為靈敏的多址方案,此外由于OＦＤＭA可以靈敏地適應(yīng)帶寬要求,可以與動態(tài)信道安排技術(shù)結(jié)合使用來支持高速的數(shù)據(jù)傳輸.在將來的物理層技術(shù)演進(jìn)中,OＦDＭＡ仍然會作為一種格外重要的關(guān)鍵技術(shù)連續(xù)保留。Ｗiｍax系統(tǒng)的空中接口使用了無線ＭAN-ＯFＤMA方案.ＯFDMA要求不同的用戶共享快速傅立葉變換（FFT)的空間,并可以在相同的時隙內(nèi)通過不同的子信道同時傳送數(shù)據(jù)。Wiｍax論壇簡略規(guī)定了帶寬在5M和1０M時,ＦFＴ的大小分別是51２點(diǎn)和102４點(diǎn).表1列出了帶寬為５M時，512點(diǎn)FFT的ＯFDMA系統(tǒng)參數(shù).表３帶寬為５Ｍ時512點(diǎn)FＦT的OFDMA系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名稱取值信號帶寬5MHzＦFT點(diǎn)數(shù)512可用符號間隔８9。６保護(hù)間隔１1．2OFＤＭA符號間隔100。8子載波間隔11．１60714２９kHz采樣頻率５.71４MHｚ采樣時間17５ｎsCP長度6４3．4。２幀結(jié)構(gòu)WiMAＸ物理層定義了幾種雙工方式:ＴＤD、FＤＤ和HFDD。這幾種方式都使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式，這種傳輸格式支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，傳輸參數(shù)(調(diào)制方式、編碼方式、放射功率等）可以動態(tài)調(diào)整,但是需要媒體訪問掌握(ＭＡC)層協(xié)助完成。在TＤＤ模式下,每個物理幀長度固定，上下行的切換點(diǎn)可以自適應(yīng)調(diào)整,下行在先，上行在后，這樣杜絕了上行方向的競爭。同時,上下行和下上行子幀之間可以插入收發(fā)時隙，以留出必要的保護(hù)間隔。資源的調(diào)度和安排可以在基站（BS）上集中掌握，使得信道可以靈敏地全部用于上行或下行。另外,針對不同的應(yīng)用場景，在幀結(jié)構(gòu)中定義了多種排列方式，提高頻譜利用率以及克服多徑衰落.此外還采納了128/512／１0２4/２04８個可變子載波的ＯＦDＭＡ方式,使設(shè)備信道帶寬可在1．75MHｚ~2０MＨｚ間靈敏調(diào)配,從而使其具備更強(qiáng)的信道均衡能力和抗快衰落能力，以保證ＷiＭAＸ終端在移動環(huán)境中的使用。3．４。3多輸入多輸出MIＭO技術(shù)MＩMＯ是將來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)，它主要有兩種表現(xiàn)形式，即空間復(fù)用和空時編碼。這兩種形式在ＷiMＡＸ協(xié)議中都得到了應(yīng)用?？諘r編碼是MIＭO的主要應(yīng)用形式之一,正交的空時分組編碼可以獲得滿分集增益，空時網(wǎng)格編碼不僅能夠獲得部分的分集增益,同時也能夠獲得編碼增益?？臻g復(fù)用技術(shù)使得信道容量成倍地增長變?yōu)榭赡?。它使用迫零和干擾對消進(jìn)行逐符號檢測,發(fā)送端無需知道信道信息，無需進(jìn)行通道校正，當(dāng)信道容量下降時，復(fù)用系數(shù)會依據(jù)信道狀況自適應(yīng)地轉(zhuǎn)變.WiMＡＸ相關(guān)協(xié)議還給出了同時使用空間復(fù)用和空時編碼的形式，支持ＭＩMＯ是協(xié)議中的一種可選方案。結(jié)合自適應(yīng)天線陣（AAS)和MＩＭＯ技術(shù)，能顯著提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，可以大大提高掩蓋范圍并增強(qiáng)應(yīng)對快衰落的能力，使得在不同環(huán)境下能夠獲得最佳的傳輸性能。3。4．4混合自動重傳懇求混合自動重傳懇求ＨARＱ是一種新的將自動重傳（ＡRQ)和前向差錯編碼結(jié)合的物理層技術(shù)，主要分為３類。I型HARQ，只是把FEＣ和ARQ簡潔地結(jié)合起來，雖然在肯定程度上解決了前向糾錯ＦＥC和ARＱ本身的缺陷,但是由于每次只是簡潔地把出錯數(shù)據(jù)分組丟棄，要求發(fā)端重傳該數(shù)據(jù)組,沒有充分利用出錯的數(shù)據(jù)分組當(dāng)中的有用信息,導(dǎo)致整體數(shù)據(jù)傳輸效率不高。II型ＨＡRＱ,在I型的基礎(chǔ)上,以碼合并產(chǎn)生解碼增益的思想充分利用了每次發(fā)送的數(shù)據(jù)分組當(dāng)中包含的有用信息,但是在ＩI型HARQ當(dāng)中重發(fā)的數(shù)據(jù)分組包含新增的冗余信息(將有用信息合并在一起產(chǎn)生的新的數(shù)據(jù)分組）,而并不包含原始數(shù)據(jù)信息,因此不具備自解碼能力，如果原始數(shù)據(jù)分組被破壞嚴(yán)重或丟失，那么無論重傳多少次也無法正確解碼,這是IＩ型一個很大的缺點(diǎn)。III型HAＲQ,為了克服ＩＩ型ＨＡＲQ的缺點(diǎn),IＩI型HAＲQ無論是原始數(shù)據(jù)包還是重傳數(shù)據(jù)包都包含原始數(shù)據(jù)信息，僅通過對重發(fā)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼就能夠恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信息。靈敏采納III型HAＲQ中單冗余版本，可以更好地提升系統(tǒng)的性能。在WiMAX技術(shù)的應(yīng)用條件下（室外遠(yuǎn)距離)，無線信道的衰落現(xiàn)象格外明顯，在質(zhì)量不穩(wěn)定的無線信道上運(yùn)用TCP/IＰ協(xié)議，其效率十分低。WiＭAX技術(shù)加入了HAＲQ機(jī)制，削減了到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層的信息差錯,可大大提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)吞吐量。目前的協(xié)議對于HＡRQ方式的簡略規(guī)定為：在１６ｅ協(xié)議中,HＡRQ在MAC層是可選的.HARQ功能和相關(guān)參數(shù)是在網(wǎng)絡(luò)接入過程或重新接入過程中被確定和協(xié)商的.HARＱ是基于每個連接的,它可以通過消息DSA／DSＣ來確定每個服務(wù)流是否有HＡRQ的功能.3.4．５自適應(yīng)調(diào)制編碼信道編碼技術(shù)在無線通信中是必不行少的,通過信道編碼(糾錯碼)實(shí)現(xiàn)差錯掌握是高速通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一。自適應(yīng)調(diào)制編碼（ＡMC）的基本思路就是依據(jù)信道條件安排傳輸功率和碼率，以提高傳輸速率或系統(tǒng)吞吐量.自適應(yīng)技術(shù)包括傳輸信道參數(shù)的測量，以及在優(yōu)化預(yù)先指定的代價函數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇一種或多種傳輸參數(shù)。AＭC在WiMＡX的應(yīng)用中有其特有的技術(shù)要求,由于ＡMＣ技術(shù)需要依據(jù)信道條件來推斷將要采納的編碼方案和調(diào)制方案，所以ＡMC技術(shù)必須依據(jù)WｉMAX的技術(shù)特征來實(shí)現(xiàn)AMC功能。與CDMA技術(shù)不同的是,由于ＷiMAX物理層采納的是OＦDM技術(shù)，所以時延擴(kuò)展、多普勒頻移、PAPR值、小區(qū)的干擾等對于OＦDM解調(diào)性能有重要影響的信道因素必須被考慮到AＭＣ算法中，用于調(diào)整系統(tǒng)編碼調(diào)制方式,達(dá)到系統(tǒng)瞬時最優(yōu)性能.ＷiＭＡＸ標(biāo)準(zhǔn)定義了多種編碼調(diào)制模式，包括塊Tuｒbｏ碼、卷積Ｔurｂo碼等糾錯能力很強(qiáng)但解碼延時較大的信道碼,同時也考慮使用低簡潔度、低延時的低密度奇偶校驗(yàn)(ＬＤＰC）碼.LDPC作為一種新的糾錯編碼的方法，是一類可以用格外稀疏的奇偶校驗(yàn)矩陣定義的線性分組碼，已經(jīng)成為了下一代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)（ＤＶB-S2）的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如果在WiＭAX中應(yīng)用LＤPC碼，由于LDPＣ碼有很好的抗衰落性，編碼增益很高，接收機(jī)在較低的信噪比情況下仍然可以擁有較低的誤碼率，可以使掩蓋范圍得到提升。３．4.6休眠模式WiMAX為削減ＭS的功耗而采納了休眠模式.支持休眠模式的MＳ具有兩種狀態(tài)：糊涂狀態(tài)和休眠狀態(tài).在糊涂狀態(tài)下，MＳ能夠正常接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分組；而在休眠狀態(tài)，它不能發(fā)送和接收分組，甚至可以關(guān)機(jī)。從MS進(jìn)入睡眠狀態(tài)到其轉(zhuǎn)到糊涂狀態(tài)的持續(xù)時間被稱為休眠間隔,此間隔在規(guī)定的最小和最大值之間依據(jù)指數(shù)時間算法進(jìn)行實(shí)時更新。從MS進(jìn)入糊涂狀態(tài)，到與下行鏈路建立同步,解調(diào)下行鏈路數(shù)據(jù)，并作出連續(xù)保持糊涂狀態(tài)或進(jìn)入睡眠狀態(tài)的推斷所持續(xù)的時間稱為監(jiān)聽間隔，此間隔由BS和MS協(xié)商決定.在進(jìn)入休眠狀態(tài)時,MS將通知BＳ并獲得它的支持.在MS處于休眠狀態(tài)期間,ＢS將存儲或丟棄全部發(fā)給此MS的數(shù)據(jù)分組，并在其處于糊涂狀態(tài)時以廣播消息通知它。MＳ在肯定的休眠間隔后奘入糊涂狀態(tài)，并檢查其間是否有數(shù)據(jù)分組到達(dá),如果有,它將連續(xù)保持糊涂狀態(tài)。ＭS可以隨時終止休眠狀態(tài)，返回到糊涂狀態(tài)，而不必等到休眠間隔結(jié)束。若BＳ接收到被認(rèn)為是處于休眠狀態(tài)下的MＳ所發(fā)送來的數(shù)據(jù),則認(rèn)為此MＳ不再處于休眠狀態(tài).3。4.７切換方式IＥEＥ８02。1６e采納了終端幫助的切換方式,MS收集相應(yīng)的切換信息并將其傳輸給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)收集相應(yīng)的信息，進(jìn)行判決并執(zhí)行切換。其切換類型分為信道間切換和小區(qū)間的切換.其中信道間的切換指的是同一基站的不同信道間的切換，而小區(qū)間的切換主發(fā)生在兩個同頻的BS之間的切換。此外，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了一種必選的切換模式，簡稱為ＨＯ(hanｄoveｒ)，實(shí)際上就是通常所說的硬切換。還供應(yīng)了另外兩種可選的切換模式:ＭDHO(宏分集切換）和FＢSＳ（快速ＢS切換).移動臺可以通過當(dāng)前的服務(wù)BS廣播的消息獲得相鄰小區(qū)的信息，或者通過懇求安排掃描間隔或者是睡眠間隔來對鄰近的基站進(jìn)行掃描和測距的方式獲得相鄰小區(qū)信息，對其評估，尋找潛在的目標(biāo)小區(qū).切換既可以由MS決策發(fā)起也可以由BＳ決策發(fā)起。所謂快速切換，指的是MＳ無需執(zhí)行HO過程中的步驟就可以完成從一個ＢＳ到另一個BＳ的切換。支持FＢSS對于MS和ＢS來說是可選的.而進(jìn)行宏分集切換（MDＨＯ）時，ＭＳ可以同時在多個BＳ之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù),這樣可以獲得分集合并增益以改善信號質(zhì)量.是否支持ＭDＨO對于ＭS和BS來說也是可選的。３。5WIＭAX技術(shù)的應(yīng)用場景WｉMＡＸ目前定義的幾個代表性的使用場景如表4所示，包括固定、游牧、便攜、簡潔移動及自由移動五種應(yīng)用場景。固定接入業(yè)務(wù)是802。16運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中最基本的業(yè)務(wù)模型,包括:用戶因特網(wǎng)接入，傳輸承載業(yè)務(wù)及wi-fi熱點(diǎn)回傳等。游牧場景下,終端可以從不同的接入點(diǎn),接入到一個運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中，在每次會話連接中，用戶終端只能進(jìn)行站點(diǎn)式的接入，在兩次不同網(wǎng)絡(luò)接入中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不被保留。便攜場景下,除了進(jìn)行小區(qū)切換，連接不會發(fā)生中斷,從這個階段開頭，終端可以在不同的基站之間進(jìn)行切換。當(dāng)進(jìn)行切換過程時,用戶將經(jīng)歷短時間(最大2Ｓ）的業(yè)務(wù)中斷或者感到一些延遲。切換過程結(jié)束后,TＣP／ＩP應(yīng)用對當(dāng)前IＰ地址進(jìn)行刷新，或者重建ＩP地址。簡潔移動場景是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數(shù)據(jù)包的丟失將掌握在肯定范圍，最差的情況下,TCP/IＰ會話不中斷,但應(yīng)用層業(yè)務(wù)可能有肯定的中斷。切換完成后,ＱoS將重建到初始級別。簡潔移動和全移動網(wǎng)絡(luò)需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式.在全移動場景下，用戶可以在移動速度120km/h甚至更高的情況下，無中斷地使用寬帶無線接入業(yè)務(wù),當(dāng)沒有網(wǎng)絡(luò)連接時,用戶終端模塊將處于低功耗模式.表4WiMAX典型使用場景性能固定游牧便攜簡潔移動自由移動移動性無會話中無移動性要求5ｋm/h＜60ｋm/h性能不下降，６0－１20ｋｍ/h性能略有下降〈１2０km/h性能不下降總的切換時延無無盡力而為IＰ子網(wǎng)絡(luò)間切換＜１秒,子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)切換〈１5０ｍｓ<5０mｓ切換過程中數(shù)據(jù)傳輸中斷時間無無盡力而為〈１50mｓ<5mｓ和幀長中的最大值。會話連續(xù)不支持不支持盡力而為支持支持空閑模式支持可選可選可選支持支持移動時典型應(yīng)用無無e-maiｌ、weｂ、ＦTＰ、帶bufｆｅr的流媒體、VPＮe-maｉl、wｅb、FTP、帶ｂuffer的流媒體、VＰNＶoＩP、可視電話、網(wǎng)絡(luò)游戲、無bｕfｆeｒ流媒體宏分集可選可選可選可選支持，可接收合并來自多個BＳ的數(shù)據(jù)或者進(jìn)行快速小區(qū)選擇典型設(shè)備類型CPＥ、網(wǎng)關(guān)筆記本內(nèi)置設(shè)備筆記本內(nèi)置設(shè)備筆記本內(nèi)置設(shè)備、PＣＩPDＡ手機(jī)、筆記本或mp３等內(nèi)置設(shè)備WiMAX與3G技術(shù)的比較ＷiMAＸ技術(shù)和3Ｇ技術(shù),首先由于定位不同，兩者存在很大差異,首先從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看,WiMAX僅定義了空中接口的物理層和MAＣ層。在MAC層之上采納的協(xié)議以及核心網(wǎng)部分不在WiMAX所包含的范圍之內(nèi)。802．16e的空中接口標(biāo)準(zhǔn)化工作雖然已完成,但目前僅在部分地區(qū)投入商用。3Ｇ技術(shù)作為一個完整的網(wǎng)絡(luò),其空中接口規(guī)范、核心網(wǎng)系列規(guī)范以及業(yè)務(wù)規(guī)范等都已經(jīng)完成了標(biāo)準(zhǔn)化工作。其次，從業(yè)務(wù)能力上看，WｉＭAＸ供應(yīng)的主要是具有肯定移動特性的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),面對的用戶主要是筆記本終端和WiMAX終端持有者，它接入ＩP核心網(wǎng),也可以供應(yīng)VoIP業(yè)務(wù)。3G從設(shè)計(jì)最初就是為話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共同設(shè)計(jì)的，對于話音業(yè)務(wù)，核心網(wǎng)絡(luò)仍采納電路交換方式實(shí)現(xiàn)，ＱoＳ有較高的保障.WｉMＡＸ犧牲了移動性換取了數(shù)據(jù)傳輸能力的提高，它的數(shù)據(jù)帶寬優(yōu)于３G系統(tǒng)。但是3G的數(shù)據(jù)能力也在不斷提高，3G增強(qiáng)型如ＨSDPA（高速下行分組接入技術(shù))已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)10Mbit/s的接入速率。依據(jù)ITU的定義,3Ｇ增強(qiáng)型最終目標(biāo)可以達(dá)到３0Mbit/s。再次，從掩蓋范圍上看，WiＭAX針對的是城域網(wǎng)，為了獲得較高的數(shù)據(jù)接入帶寬(３０Mbit/s）,必定要犧牲掩蓋和移動性，因此它在相當(dāng)長的時間內(nèi)將主要解決熱點(diǎn)掩蓋，網(wǎng)絡(luò)可以供應(yīng)部分的移動性,主要應(yīng)用會集中在游牧或低速移動狀態(tài)下的數(shù)據(jù)接入.它可以支持50公里的視距信號傳輸及7至1０公里的非視距信號傳輸.３G的掩蓋范圍是１至5英里,它針對的是廣域網(wǎng),它是無處不在的網(wǎng)絡(luò),掩蓋是連續(xù)的,用戶可以實(shí)現(xiàn)不間斷的通信,具有良好的廣域漫游和平安性,以及終端便攜等移動特性。最后，從無線頻譜資源上看，3G擁有全球統(tǒng)一的頻譜資源,而WiMＡX則正在試圖尋找２～６ＧＨZ之間的頻率資源,各個國家目前可用的頻率都不全都。因此,WiＭＡX最終獲得足夠的全球統(tǒng)一頻率存在肯定難度。從以上各個角度的分析可以看出,雖然ＷｉMAX在數(shù)據(jù)能力及系統(tǒng)容量等方面要優(yōu)于３G，但是從標(biāo)準(zhǔn)化、全球統(tǒng)一頻譜、技術(shù)特性等多角度考慮，WiMＡX距離真正商用還有很長的路要走，而且在相當(dāng)長的時間內(nèi)主要解決熱點(diǎn)掩蓋，解決部分移動性,它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑴c3Ｇ有所不同，可以作為3Ｇ技術(shù)的一個補(bǔ)充而與之并存.08/1１/20４.ＷｉMAＸ移動性管理ＷiＭAX網(wǎng)絡(luò)具備支持漫游、移動業(yè)務(wù)的能力，其移動性管理方式對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大影響。移動性管理主要就是在整個服務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有效地支持終端的漫游和移動，涉及位置管理和切換管理兩部分。WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)范移動性管理的目的是供應(yīng)一套機(jī)制(包括協(xié)議和消息）支持功能實(shí)體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的參考點(diǎn)（R1至Ｒ5)進(jìn)行交互，完成移動性管理功能。與參考點(diǎn)無關(guān)的內(nèi)容,例如切換判決機(jī)制等，網(wǎng)絡(luò)規(guī)范不作規(guī)定，取決于設(shè)備商的簡略實(shí)現(xiàn)和算法。一般來說，切換可以由MＳ發(fā)起或網(wǎng)絡(luò)發(fā)起，切換判決與無線資源管理(RＲM)、ＱoＳ和業(yè)務(wù)流管理(SFA）親密相關(guān)，切換過程中需要進(jìn)行信令交互，在MS、源ＢＳ和目標(biāo)ＢS等實(shí)體之間交互切換相關(guān)消息，建立新的數(shù)據(jù)通道,并釋放原有數(shù)據(jù)通道，對于更高層的切換,例如跨ＡＳＮ的切換，還將涉及ＡSN－GＷ、ＣSＮ等實(shí)體。在切換過程中,需要有完善的機(jī)制保證數(shù)據(jù)通道的建立和釋放、ＱoS、ARQ、數(shù)據(jù)完整性和平安等，以滿意上層業(yè)務(wù)的需要。ＷiＭＡX網(wǎng)絡(luò)的移動性管理由２個層面的移動性組成：系統(tǒng)內(nèi)移動,一般指同一個ASN—GＷ下的移動;以及系統(tǒng)間移動，即跨ＡSN-GW的移動。其中前者也稱為微移動,后者也稱為宏移動。4.1系統(tǒng)內(nèi)切換(微移動)4．1。1移動性管理的主要內(nèi)容及要求WiMAＸ網(wǎng)絡(luò)要求系統(tǒng)間的移動支持固定、游牧、便攜、簡潔移動和全移動5種場景，依據(jù)各個場景的指標(biāo)要求減小或消除分組丟失，減小切換時延，保持分組挨次。在移動性管理功能中,切換功能可支持以下切換類型：MS在服務(wù)ＢＳ發(fā)起的切換、網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的切換以及快速BS切換（ＦＢＳＳ)和宏分集切換（MDＨO）.依據(jù)各部分在切換中扮演的角色，切換功能可進(jìn)一步劃分為服務(wù)切換功能、目標(biāo)切換功能和中繼切換功能.服務(wù)切換功能用于掌握全部切換決定操作和切換相關(guān)的信令流程,它通過若干中繼切換更能與目標(biāo)切換功能交互，籌備切換并將結(jié)果發(fā)送給MＳ.目標(biāo)切換功能是選定為切換目標(biāo)的切換功能，它負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)通道的掌握消息,觸發(fā)數(shù)據(jù)通道功能，為ＭＳ建立新的數(shù)據(jù)通道。中繼切換功能在服務(wù)和目標(biāo)切換功能之間中繼切換相關(guān)的掌握消息,當(dāng)它掌握全部切換決定操作時,可以附加作為服務(wù)和切換功能。相應(yīng)地，切換功能可工作于3種模式：1)服務(wù)模式：服務(wù)模式的切換功能(或服務(wù)切換功能）發(fā)送切換懇求發(fā)起網(wǎng)絡(luò)處理，只能有一個處于服務(wù)模式的切換功能,從目標(biāo)切換功能收到切換響應(yīng)后,服務(wù)切換功能只給一個目標(biāo)切換功能發(fā)送切換確認(rèn)消息。2）目標(biāo)模式:目標(biāo)模式的切換功能（或目標(biāo)切換功能）以切換響應(yīng)回應(yīng)切換網(wǎng)絡(luò)處理，一個網(wǎng)絡(luò)切換處理可有一個或多個目標(biāo)切換功能.３）中繼模式：服務(wù)和目標(biāo)切換功能可直接通信，或者通過一個或多個中繼模式的切換功能（或中繼切換功能）通信。如果服務(wù)切換功能和目標(biāo)切換功能由于某種緣由不能通信，中繼切換功能負(fù)責(zé)傳送相關(guān)信息到對應(yīng)的目標(biāo)切換功能。對于WｉMＡＸ切換機(jī)制，在OＦDＭA系統(tǒng)中，MS或BＳ主要是依據(jù)信號載干比ＣIＮR來決定切換的。為了獲得精準(zhǔn)牢靠的ＣINＲ值，ＭS應(yīng)該連續(xù)測量鄰區(qū)BＳ信號并在一個給定的時間內(nèi)計(jì)算出CIＮR平均值.在各種切換類型中，這種連續(xù)的ＣＩNR測量都是必須的。依據(jù)ＷiMＡX／80２。16e協(xié)議規(guī)定，可以通過掃描懇求和掃描響應(yīng)消息使ＭＳ周期掃描鄰區(qū)BS.觸發(fā)MS發(fā)起鄰區(qū)掃描并發(fā)起切換的主要緣由如下：1）當(dāng)ＭS處于運(yùn)動中，為了獲得更高強(qiáng)度的信號（如CINR）而需要轉(zhuǎn)變（由于信號衰落、干擾等等)當(dāng)前的服務(wù)BS。２)當(dāng)MS從另一個BS能夠獲得更高級別的QoＳ服務(wù)時.當(dāng)ＭS在切換區(qū)時，應(yīng)該通過掃描懇求消息申請進(jìn)行周期掃描,當(dāng)然BＳ也可以主動要求ＭS進(jìn)行周期掃描.通過掃描測量,MS得到鄰區(qū)BS的CＩNR和服務(wù)BS的ＣINR值進(jìn)行比較從而決定是否發(fā)起切換。4。１.２切換步驟下面以ＭS發(fā)起的切換為例，介紹一下IEEE802.16e的切換的一般步驟。在切換懇求之前，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浍C取的過程就開頭進(jìn)行了，在實(shí)際的切換過程中，包含了切換決策發(fā)起、測距、網(wǎng)絡(luò)的重新接入過程等。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨C取網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浍C取如圖３所示。MS與服務(wù)ＢＳ在切換發(fā)起之前,通過骨干網(wǎng)絡(luò)的幫助可以執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨C取。服務(wù)BS（ServｉngBＳ）通過MOB_NBR_ＡDV消息周期性的公告網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠嘘P(guān)信息，其中包括了鄰近BＳ（NeｉghｂoｒiｎgBS）的信道狀況信息。然后MS就可以通過這些信息與鄰近BS進(jìn)行同步操作，而不需要偵聽鄰近BＳ的DＣD/UＣD廣播消息。MOB-NBR-ADVMOB-NBR-ADVMOB-SCN-REQMOB-SCN-RSPPHYinfoContentionresolutionRNG-RSP(success)RNG-REQ（ServingBSIDMSMACaddr）RNG-RSP(success)SynchronizewithNerghboringBS1PHYinfoContentionresolutionRNG-RSP(success)RNG-REQ（ServingBSIDMSMACaddr）RNG-RSP(success)SynchronizewithNeighboringBS2MS當(dāng)前服務(wù)BS鄰近BS1鄰近BS2圖3WiMAＸ切換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨C取接下來就是對鄰近BＳ進(jìn)行掃描，ＭS可以通過掃描,來選擇一些鄰近BS作為切換的對象。MS與服務(wù)BS使用MOB＿SＣN＿REＱ/MOB_SＣN＿RＳP消息對來使MS與每個鄰近BS進(jìn)行下行鏈路的同步操作.為了獲得更為完備的估量物理信道特征，還需要執(zhí)行基于競爭的或者非競爭的測距.在MＳ的掃描過程中，向MS發(fā)來的數(shù)據(jù)在服務(wù)BS上被緩存起來,由于服務(wù)BS安排給MS的掃描間隔與下行數(shù)據(jù)的傳輸時間是間隔交替的.最后就是MＳ與作為切換對象的目標(biāo)ＢS進(jìn)行關(guān)聯(lián)的過程。關(guān)聯(lián)就是在掃描過程中，跟據(jù)鄰近ＢS中的一個基站而進(jìn)行的可選初始測距過程.關(guān)聯(lián)的作用是確保MＳ能夠獲得并記錄測距參數(shù)和業(yè)務(wù)可用性信息，而測距參數(shù)和業(yè)務(wù)可用性信息能確保正確的選擇切換目標(biāo),為將來可能的切換盡快找到合適的基站，以加快切換。記錄一個關(guān)聯(lián)基站的測距參數(shù)可能用于在將來實(shí)際的切換過程的測距中設(shè)定初始測距值。在IEEＥ８02．16e協(xié)議中有三個級別的關(guān)聯(lián).１)關(guān)聯(lián)級別0：不帶協(xié)調(diào)的掃描/關(guān)聯(lián)，服務(wù)BＳ與ＭＳ通過ＭOB＿SＣN＿ＲEＱ和ＭＯB_SCN_ＲSP消息對協(xié)商關(guān)聯(lián)持續(xù)時間和掃描間隔,由于鄰近BS不了解MS，只能允許MＳ實(shí)行初始測距一樣的方式.2)關(guān)聯(lián)級別１：帶協(xié)調(diào)的掃描/關(guān)聯(lián)，服務(wù)BS向MS供應(yīng)關(guān)聯(lián)參數(shù),并且服務(wù)ＢS要與鄰近BS進(jìn)行協(xié)調(diào)(關(guān)聯(lián)）.３）關(guān)聯(lián)級別２：網(wǎng)絡(luò)幫助關(guān)聯(lián)報告，這種關(guān)聯(lián)與級別１類似，唯一區(qū)分在于ＭＳ在鄰近BS供應(yīng)的精準(zhǔn)時隙內(nèi)發(fā)送了測距懇求后,不必等待RＮG_RＳＰ消息，鄰近ＢS會把該消息通過骨干網(wǎng)發(fā)給服務(wù)BＳ,服務(wù)BＳ把收到的全部這樣的消息匯合成ＭOB_AＳＣ_RＥPORT發(fā)給MS。PHYinfoPHYinfoContentionresolutionRNG-RSP(success)RNG-REQ（ServingBSID）RNG-RSP(success)IntialrangeingprocessNetworktopologyacqutisitionprocessMOB-MSHO-REQHOnotificationHOnotificationHOnotificationRSPHOnotificationRSPMOB-BSHO-RSPMOB-HO-INDReleaserangingslotwithotherNBR-BSDLsyncparametersMS服務(wù)BS目標(biāo)BS鄰近BS圖4MS發(fā)起切換的決策、發(fā)起、測距過程切換過程切換過程如圖４所示.首先,MS由從網(wǎng)絡(luò)獵取階段獲得的信息進(jìn)行小區(qū)的再選擇。由于這個過程與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浍C取過程有同樣的操作,所以此階段有可能被省略。接下來，就是切換的決策和發(fā)起過程。此過程可以由ＭS來決策發(fā)起，也可以由服務(wù)BS來決策發(fā)起，分別通過MＯB＿ＭSHＯ_RＥQ和ＭOB_ＢＳＨO_ＲEＱ消息來發(fā)起。此時這里存在著一個發(fā)起時刻的問題:由于發(fā)起慢了，鏈路質(zhì)量有可能變化導(dǎo)致切換后的服務(wù)質(zhì)量較低。當(dāng)切換對象即目標(biāo)BＳ確定后，MS就會發(fā)送MＯB＿HO－INＤ消息告知服務(wù)BS，接著實(shí)際的切換過程就可以開頭。當(dāng)切換發(fā)起后，另一個測距過程也開頭了，MＳ可以與目標(biāo)BS進(jìn)行下行鏈路的同步，并從中通過DCD/UCD消息，來獵取下行鏈路和上行鏈路的參數(shù).最后由ＲNG-ＲEＱ/RNG－RSP消息對的交換來完成這個初始測距過程。如果ＲNG－REQ中包含了服務(wù)ＢＳＩD,那么目標(biāo)BS就會骨干網(wǎng)絡(luò),從服務(wù)BＳ那里獵取有關(guān)MS的信息。倘若ＭＳ在先前階段已經(jīng)與目標(biāo)BS進(jìn)行了相關(guān)的關(guān)聯(lián)動作(不管是關(guān)聯(lián)級別０、關(guān)聯(lián)級別１還是關(guān)聯(lián)級別2），那么以上獵取信息的有關(guān)過程的有些步驟就可以省略掉.所以在信道條件變化以及切換就要發(fā)起之前，鄰近BS應(yīng)該充分地進(jìn)行掃描和關(guān)聯(lián)操作，以利用這些操作中預(yù)先獲得的信息削減切換的時間。但是掃描和關(guān)聯(lián)需要占用鏈路資源,從而使正常通信帶寬利用率有所下降,一般的做法是取一個折中的策略算法.網(wǎng)絡(luò)的重新接入若全部的物理參數(shù)都成功的調(diào)整好了，那么網(wǎng)絡(luò)的重新接入過程就可以開頭。網(wǎng)絡(luò)的重新接入包括了對ＭS的授權(quán)以及與新的服務(wù)BＳ的注冊過程，目標(biāo)BＳ要求通過骨干網(wǎng)絡(luò)在授權(quán)服務(wù)器上獲得MS的授權(quán)信息。MS與新的服務(wù)BＳ在注冊時通過REG-REQ／ＲＥG－REP消息對來完成的.在此過程中,依據(jù)先前的關(guān)聯(lián)級別的不同，能力協(xié)商、MＳ授權(quán)、密鑰交換以及注冊過程可視情形而省略一些步驟。ＭS成功注冊到目標(biāo)BS上后,MＳ會發(fā)送MOＢ_HＯ-IND消息給原來的服務(wù)BＳ，告知它切換已經(jīng)完成，MＳ就可以終止與原來的服務(wù)ＢＳ之間的業(yè)務(wù)傳輸,而與新的服務(wù)BS進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。4．2系統(tǒng)間切換(宏移動）系統(tǒng)間切換指的是跨ASN-ＧW的切換，全部應(yīng)用場景都采納移動IP方式作為移動性管理協(xié)議.跨ASNＧＷ切換可采納以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：第一種是基于標(biāo)準(zhǔn)MoｂｉleIＰ（ＭＩP）方式的移動性管理，其次種是基于代理ＭIP方式的移動性管理。以下大事可觸發(fā)切換流程：１)ＭS移動性：ＭS切換到外地代理ＦＡ下的基站；２）MＳ從空閑狀態(tài)醒來：MＳ從它進(jìn)入空閑模式時的ＡSＮ移動到另一個ＡSN，并從空閑狀態(tài)醒來;3）資源優(yōu)化:網(wǎng)絡(luò)決定資源優(yōu)化目的,為MS從服務(wù)FA到新的FA轉(zhuǎn)變與AＳNGW的接入點(diǎn)，獨(dú)立于任何MS移動.對于代理MＩＰ方式,ＭＩP客戶端位于ＡSN網(wǎng)絡(luò)并代表MS執(zhí)行移動性管理。為支持跨ＡSNGW的切換,對MS沒有其它要求,完全由網(wǎng)絡(luò)掌握。在代理MIＰ方式中,AＳＮ切換對ＭＳ是透明的。為支持各種類型的終端和帶內(nèi)的漫游用戶,抱負(fù)情況下網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該同時支持標(biāo)準(zhǔn)MＩP和代理MＩP兩種方案，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)同時支持簡潔IP終端和移動ＩP設(shè)備時，選擇哪種方案將基于終端的能力，同時歸屬ＮSP的終端能力和ＮＡP移動信支持的信息也會對方案選擇產(chǎn)生影響.因此方案的選擇格外明確，由終端驅(qū)動。網(wǎng)絡(luò)能力發(fā)掘?qū)⒒贛ＩP代理廣播消息,它是在連接建立后發(fā)送的。移動性方案的選擇將由ＡSＮ依據(jù)從終端接收到的消息類型進(jìn)行選擇.4。２．1基于標(biāo)準(zhǔn)MIP的切換跨ＡSＮGＷ的切換是由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的，有兩種切換方式:基本ＭIＰ切換和FＭIＰ快速切換?；贛IP的切換流程是標(biāo)準(zhǔn)的ＭIP流程。在這種方式中，MIP客戶端駐留在MS上,MS實(shí)現(xiàn)MIＰ功能,而ＡSNＧＷ擔(dān)當(dāng)ＦＡ功能.4。2．１．1基本MIP切換基本ＭIＰ切換過程如圖5所示。其主要流程步驟：1)切換的觸發(fā)條件發(fā)生；2)基于Intra—ＡSN的移動大事或系統(tǒng)的資源優(yōu)化流程,ASＮ—ＧW的ＦＡ模塊將向MＳ發(fā)送FA代理公告消息;3)依據(jù)IEＴF的ＭIＰ標(biāo)準(zhǔn)，ＭＳ在收到帶有新ＣoA轉(zhuǎn)交地址的FA代理公告后,向HＡ發(fā)送ＭIＰ注冊消息，以保證MＳ會話連續(xù)性;４)FA向HA轉(zhuǎn)發(fā)MIP注冊消息；５）HA返回MIP注冊應(yīng)答；6)FA向MS返回MＩP注冊應(yīng)答.MSMSBS服務(wù)ASN-GW+FA目標(biāo)ASN-GW+FADHCPHAExistingsessionNewIntraASNTunnel1)Mobtrigger2）FAagentadvertisement3)MIPregistrationRequest(NAT,MHAE)4)MIPRegistrationRequest5)MIPRegistrationReply6)MIPRegistrationrationReply圖5基本MＩP的Inｔer－ASNＧW切換４．２．2。2FMIPｖ6切換１）基本FＭＩPv6切換隨著移動ＩP技術(shù)的進(jìn)展，消滅了移動ＩP快速切換（FMIＰv6），移動IPv6的快速切換是為削減切換時延而提出的.它可以在層2（鏈路層）觸發(fā)的幫助下削減當(dāng)MS仍處于當(dāng)前鏈路上時掌握切換時間的耗費(fèi),層２觸發(fā)由鏈路層引起，用于說明MS即將開頭一次層2切換。隨著IＥＥＥ802.1６e引起廣泛關(guān)注，如何將IEＥE802。1６e的層3切換算法與層２切換算法有機(jī)結(jié)合成為了支持移動性最重要的問題之一,因此提出了幾種ＩEＥＥ802.１6ｅ的切換策略。在此我們結(jié)合ＷiＭAX網(wǎng)絡(luò),給出WiMAＸ中基于８０2．１6e技術(shù)的FMIP的切換流程(假設(shè)MS移動到一個新的子網(wǎng),由服務(wù)BS切換到目標(biāo)BＳ）如圖６所示。MSL3MSL3MSL2服務(wù)BSASN-GW目標(biāo)BSASN-GWNBEMOB-NBR-ADVScanningRtSolPRPrRtAdv(MSinitiation)MOB-MSHO-REQMOB-BSHO-RSP(BSinitiation)LGDMOB-BSHO-REQLGDFBUHIHACKFBACKLSWMOB-HO-INDDisconnectLUP802.16networkrsentry&ISEConnectFNADeliverpackets圖６8０2。１6e的預(yù)先切換流程(1）服務(wù)BＳ定期廣播Ｍ0Ｂ－NBR－ADＶ。如果MS在消息中發(fā)現(xiàn)一個新的鄰居BS,它將執(zhí)行掃描過程。當(dāng)通過MOＢ－ＮBR－ＡDＶ消息或者掃描過程發(fā)現(xiàn)新BＳ時，MＳ的鏈路層通知它的網(wǎng)絡(luò)（ＦMIP）發(fā)現(xiàn)新的BＳ。（２）MS通過服務(wù)—ＢS的IＤ找到PAR后進(jìn)行RtSoｌPｒ和PｒＲtAdv的交互過程。(3）MS通過給服務(wù)－BS發(fā)送MＯB—MSHO－REQ消息發(fā)起切換,從服務(wù)—BＳ接收MＯB—BSHO-ＲSP。服務(wù)—BS也可以通過發(fā)送ＭOＢ—ＢＳHO－REQ給MS發(fā)起切換。(4)當(dāng)MS從服務(wù)-BＳ接收到MＯB—BSHＯ－ＲSＰ或者M(jìn)OＢ－BSHO－RＥＱ后，它的鏈路層觸發(fā)ＬGD消息給它的網(wǎng)絡(luò)層,發(fā)送ＦBU消息。(５)如果MS不能在現(xiàn)在的鏈路上收到FBＡCK消息，則會轉(zhuǎn)向反映模式.對目標(biāo)ＢS執(zhí)行完切換后，MＳ執(zhí)行８０２.１6e網(wǎng)絡(luò)入口進(jìn)程。（6）一旦完成網(wǎng)絡(luò)入口和ISF的設(shè)置，ＭS的鏈路層立即用LUP消息通告它的網(wǎng)絡(luò)層，MS發(fā)送封裝FBU的FＮＡ消息給NAＲ。(7)接收到FNＡ消息后，NAR驗(yàn)證NＣｏa的合法性,并建立隧道向前傳送內(nèi)部FＢＵ消息給PAR。當(dāng)ＮAＲ知道NＣoA已經(jīng)使用時,它必須丟棄FBU,并通過路由廣播ＮAＡＣK選項(xiàng)發(fā)給ＭS,否則它必須傳輸發(fā)往ＭＳ的數(shù)據(jù)包。2)改進(jìn)的ＦＭIPv6切換(１）切換操作在基本的ＦＭIPｖ6切換中,MS接到層2觸發(fā)后，啟動ＦMIPv6過程并在層2切換開頭前安排一個NｃoA，因此，層2觸發(fā)必須確保在層2切換之前發(fā)生，但是何時引發(fā)層2觸發(fā)是個難點(diǎn)，而且是一個實(shí)施細(xì)節(jié)問題。在FMIPｖ６切換過程中，如果MＳ在層2觸發(fā)前處于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)期間無法收到Ｆbａck消息，就需要將預(yù)切換模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)切換模式,這會使整體切換性能明顯下降，在此提出一種改進(jìn)的FMIPv6切換策略。改進(jìn)的FMIPｖ6切換的基本思想是基站通過與MＡC互通管理消息意識到切換將要發(fā)生,并通知MS當(dāng)前所屬的接入路由器PAＲ，使PAR代替ＭS啟動層３（網(wǎng)絡(luò)層)切換過程。因此，改進(jìn)策略不僅能削減切換時延,同時,由于層3切換總是預(yù)先在網(wǎng)絡(luò)端啟動的，而并不需要ＭS的參加，改進(jìn)策略就能精確定位層2觸發(fā)的引發(fā)時間。此外,由于在通道建立前，PAＲ都會將發(fā)往MＳ的數(shù)據(jù)包進(jìn)行緩存，因此,改進(jìn)策略還可以在最大程度上削減丟包率。這點(diǎn)可以通過以一條新的掌握消息將PAR與層2觸發(fā)過程建立同步而實(shí)現(xiàn)。圖７所示是改進(jìn)策略的網(wǎng)絡(luò)模型，切換過程如圖8所示,其中定義了三種新的掌握消息,分別是HO＿ＮOTIＦ，HO_ＣＯNFＩRM，以及ＨＯ_ＣOMＰLＥＴE,這些消息用于將ＩＥEE8０2.１6的層2切換與ＦＭIPv６的層3切換建立同步。ＦMIPv6中一些現(xiàn)有的掌握消息在改進(jìn)策略中沒有使用，如RtSｏlPｒ，PrRtAdv，F(xiàn)ＢU，F(xiàn)ｂａcｋ，以及FNＡ。圖7改進(jìn)的FMＩPv6策略的網(wǎng)絡(luò)模型目標(biāo)BS（BS4)服務(wù)BＳ（BＳ3）目標(biāo)BS（BS4)服務(wù)BＳ（BＳ3）目標(biāo)ＢＳ（BＳ5）MSPAR(AR1)NAR(AR2)MOB_NBR-ADVscanningMOB_MSHO-REQTarget=BS4,BS5MOB_BSHO-REPreco=BS4,BS5HO_NOTIF(reco=BS4,BS5,MSMAC)HIDADHackForwardpacketsHO_CONFIRMTarget=BS5,MSMACMOB_HO-INDTarget=BS5IEEE802.16ere-entryprocedures(Unsolicited)REG-RSPHO-COMPLETE(MSMAC)Flushbufferedpackets圖8改進(jìn)策略的切換過程(單條通道)如IEEE８02。16ｅ標(biāo)準(zhǔn)所定義的一樣,一開頭，服務(wù)BＳ（圖7中的BS３）,向MＳ發(fā)送MOＢ＿NBR_AＤV消息,如果有切換的必要,ＭＳ在對信道進(jìn)行掃描以后回復(fù)給ＢS３一條ＭＯB_MSHＯ＿REQ消息,其中包括了作為可能的目標(biāo)BＳ的ＢＳ4和BS5的信息。然后BＳ3回復(fù)一條MOB_ＢSHO_RSP消息,其中包括了在之前的候選目標(biāo)BＳ中推舉的幾個BS的信息,在圖7中,BS4和BS５是被BS3選中的,他們分別屬于當(dāng)前接入路由器AＲ1(ＰAR區(qū)域內(nèi))和新的接入路由器ＡR2（NAＲ區(qū)域內(nèi))。此時,BＳ3猜測到MS即將發(fā)生一次切換，因此它向PＡＲ(ＡR1）發(fā)送一條HＯ_ＮOＴIF消息,其中包括了推舉的候選目標(biāo)ＢS，以及MS的ＭAＣ地址,其目的是使PAR啟動層3切換。ＰAＲ收到消息,通過向NAR（ＡＲ2)發(fā)送HＩ消息來啟動與ＢS５有關(guān)的層３切換。接著ＮAR回復(fù)Hａcｋ消息，PＡＲ籌備好將發(fā)往ＭS的數(shù)據(jù)包發(fā)送到ＮAR，ＮＡＲ將這些數(shù)據(jù)包都進(jìn)行緩存。然而，在使用非狀態(tài)關(guān)聯(lián)（stａｔeｌesｓ）的自動地址安排機(jī)制的情況下，HＩ消息就應(yīng)包括MS的NcoA地址，因此,PAR通過MＳ的MAＣ地址和NAR關(guān)于MS的網(wǎng)絡(luò)前綴來安排NcoＡ地址。在我們提出的協(xié)議中,假設(shè)ＰＡR已經(jīng)通過一些幫助協(xié)議獲知了ＮAR的網(wǎng)絡(luò)前綴。當(dāng)MS最終選擇BS５作為目標(biāo)ＢS，并籌備進(jìn)行切換。服務(wù)BＳ（BS3)通過向PAＲ發(fā)送HＯ_ＣＯNFIRM消息來通知它MS的切換,這條消息說明ＢＳ5被選為目標(biāo)BS.ＰAR接到這條消息之后，就開頭通過在HI／Hacｋ消息互通中建立的通道來向ＮＡR發(fā)送MS的數(shù)據(jù)包。當(dāng)MS接到REＧ—ＲＳP消息，完成ＩEEE802．16e的網(wǎng)絡(luò)重入過程后，BS5也向NAR（ＡR2）發(fā)送HO_COMPＬEＴE消息,其目的是向NAR確認(rèn)MS的層3切換，并使NAR在進(jìn)行鄰域廣播確認(rèn)（NAＡＣK)選擇時將自發(fā)路徑廣播消息（RＡ)發(fā)送給MS.由于層3切換MＳ進(jìn)行層2切換時由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的，而ＭS并不參加形成ＮCoA,因此這一過程是必要的，這樣網(wǎng)絡(luò)端形成的NcｏA（更精準(zhǔn)地說是PAR安排NAR激活的)就可以告知MＳ。在對MS進(jìn)入NＡR的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行確認(rèn)后,ＮAＲ開頭將緩存的數(shù)據(jù)包發(fā)往MS.(2)緩存與通道管理有時,切換并不完全按圖8所示的過程進(jìn)行,首先,由于ＮAR通過DAＤ過程激活ＰAR安排的ＮＣoA通常需要1秒時間，因此ＰAR可能在與NＡR進(jìn)行HＩ/HAＣK消息互通之間就接到ＨO-ＣOＮＦIRM消息，這種情況下,PAR就將MS的數(shù)據(jù)包進(jìn)行緩存，直到ＨI/ＨIAＣK消息發(fā)完，通道建立以后才把緩存的數(shù)據(jù)包發(fā)往ＮAR,NAR在MS完成網(wǎng)絡(luò)重入過程以后，再將數(shù)據(jù)包發(fā)往MS。其次，當(dāng)通道建立后，由于通道未被激活，而且僅在PAＲ收到由ＭS發(fā)送的MOＢ_HO_IND消息引發(fā)的HＯ_CＯＮＦＩＲM消息之后才被激活，因此,ＭS仍有可能停留在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)，PAR仍能為ＭS服務(wù)。在上述兩種情況下,NCｏA的預(yù)安排和通道的預(yù)先建立都不會給網(wǎng)絡(luò)增加任何開銷,此外,改進(jìn)策略可以通過PAR的緩存函數(shù)將丟包率減至最小。最后，我們考慮服務(wù)BＳ推舉多個屬于不同ＡR的不同BＳ的情況，其網(wǎng)絡(luò)模型還是與圖７相同,而切換過程如圖9所示。在圖中，服務(wù)ＢＳ(BS5）通過MＯＢ_BＳHO—RSP消息推舉的ＢS4和BＳ8分別屬于AＲ１和ＡR3，這種情況下，PAＲ會安排多個NcoA并建立多條通道,如圖９所示.但是，正如已經(jīng)商量過的,這些通道要在ＰAR收到ＨＯ＿CONFIRM消息之后才會被激活，ＰAR通過HO_ＣＯNFIRM消息可以獲知精準(zhǔn)的BS(ＢS8)以及它所歸屬的AR（AR3).由此,PAＲ可以確定向哪條通道發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)包。在提議的協(xié)議中,全部通道都處于軟狀態(tài)（Ｓofｔ—state）,如果一段時間不被使用，它就會被撤銷，因此，那些未被選中的通道最終都會被撤銷。NＡR（AR1)目標(biāo)ＢS（ＢＳ4)目標(biāo)BＳNＡR（AR1)目標(biāo)ＢS（ＢＳ4)目標(biāo)BＳ（BS5）服務(wù)BＳ(ＢS３)MSPAR(AR2)MOB_NBR-ADVscanningMOB_MSHO-REQTarget=BS4,BS8MOB_BSHO-REPreco=BS4,BS8HO_NOTIF(reco=BS4,BS8,MSMAC)HIHackForwardpacketsHO_CONFIRMTarget=BS8,MSMACMOB_HO-INDTarget=BS5IEEE802.16ere-entryprocedures(Unsolicited)REG-RSPHO-COMPLETE(MSMAC)NAR(AR3)HIDADDADHackFlushbufferedpackets圖９改進(jìn)策略的切換過程（多條通道)為更好的理解改進(jìn)的FMIＰv6切換策略的性能,我們將其與基本的FMIPv６做一比較。在基本ＦＭＩPv6方案中，如果MS收到MOＢ_ＢSHＯ－RＳP消息到發(fā)送ＭOB＿HO-ＩND消息的時間間隔小于MS進(jìn)行層3切換所需的時間，則它只能在進(jìn)行層２切換后，在其目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中啟動反應(yīng)式層３切換。但是改進(jìn)策略的層3切換在MＳ收發(fā)MＯB_BSHO－RSP消息和MOＢ＿ＨＯ—IＮＤ消息期間就啟動了層３切換,也就是在層２切換進(jìn)行期間進(jìn)行了層3切換,這將使總的切換時延顯著減小。圖10分別表示了兩種策略下的總切換時延與MS移動速度的關(guān)系?？偟那袚Q時延定義為MＳ從服務(wù)BＳ處收最后一個數(shù)據(jù)包，到ＭＳ從目標(biāo)ＢS處收到第一個數(shù)據(jù)包的時間間隔。我們假設(shè)從CN到ＭＳ有速率為１0０Kbps的持續(xù)數(shù)據(jù)流.當(dāng)MS低速運(yùn)動時（速度小于９ｍ/s)，它有足夠的時間進(jìn)行與切換過程。因此兩種協(xié)議在這種情況下的時延差小于20ｍs。但當(dāng)MS進(jìn)行高速運(yùn)動時，差別就很大。此時在基本ＦMIPv6策略中，由于MS無法準(zhǔn)時收到Ｆｂack消息，因此必須進(jìn)行反應(yīng)式層3切換,在圖中可以清楚地看到，改進(jìn)策略的性能明顯優(yōu)于基本FＭＩPｖ６的性能.圖10改進(jìn)策略ＭＳ移動速度與切換時延的關(guān)系4。２。2基于代理ＭＩP的切換基于代理MIP的切換是由ASＮ－GW擔(dān)當(dāng)代理ＭIP功能的方式。這種方式下，ＭIP客戶端駐留在ＡSＮ－GＷ上，ASＮ－GW為ＭS代理實(shí)現(xiàn)MIP功能,而ＭＳ不需要實(shí)現(xiàn)ＭIＰ功能。代理MＩＰ方式下，跨ASN-GW切換對MS而言是透明不行見的。MIP注冊由駐留在ＡSN-GW上的ＭIP客戶端完成，ASN-ＧＷ在鑒權(quán)階段從AＡA獲得ＭIP注冊所需要的相關(guān)信息，包括ＤHCPSeｒver地址，生成MN－HA鑒權(quán)擴(kuò)展的平安信息等.切換流程為圖1１所示。MSMSBS目標(biāo)ASN-GW+MIPCL服務(wù)ASN-GW+MIPCLHAIntra-ASNsignalling3)Mobtrigger4)MIPsessionInfo5)MIPRegistrationRequest6)MIPregistrationReply8)MobtriggerIntra-ASNsignalling10)removeOldIntra-ASNMobilitycontext1)oldintra-ASNmobilitycontextt2)OldMIPcontext7)NewMIPcontext9)Newintra-ASNmobilitycontext圖1１代理ＭIPInter—AＳNGW切換主要流程步驟如下:１）舊隧道和會話已建立-—在切換發(fā)生之前,BＳ與ASN—GW間的隧道、ＭＳ、ＡSN－GW與HA間的MIＰ會話已經(jīng)建立.2)服務(wù)ASN—GW的切換觸發(fā)條件發(fā)生——服務(wù)ＡＳN－GW將通知目標(biāo)ＡＳN-GW建立新的MIＰ會話。３)MIP會話更新——目標(biāo)ＡSN-GＷ向HA發(fā)送MＩP注冊,其中CoA轉(zhuǎn)交地址是目標(biāo)ＡSＮ-GW地址。4）新MＩP會話建立-—在MIＰ成功注冊后,HＡ將把MＳ的后續(xù)前向報文發(fā)往目標(biāo)ASN-GＷ。5)觸發(fā)目標(biāo)ASN—ＧW建立與BS的隧道。6)目標(biāo)ＡSN－GW與ＢS之間建立新的Inｔrａ－ＡSＮ隧道。5．WimaｘMesｈ網(wǎng)絡(luò)及其位置管理５．１概述IEＥＥ802.16—2004標(biāo)準(zhǔn)定義了Ｗｉｍａx的兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：一種是點(diǎn)到多點(diǎn)（PMＰ）的蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)；另一種是網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)（Ｍｅsｈ）。在PＭP模式下，通信僅發(fā)生在用戶站SＳ和基站BS之間,而在Mesh模式下，通信還可在SS之間發(fā)生。與ＢＳ沒有直接通信路由的SS需要在相鄰SS的幫助下通過多跳中繼的方式建立通信路由。SS是客戶端設(shè)備,移動終端MT通過它接入網(wǎng)絡(luò)。MT的數(shù)據(jù)以多跳的方式通過BS和外網(wǎng)進(jìn)行通信。使用Mesh方式的WiMAX系統(tǒng)可獲得更好的吞吐量、更大的掩蓋范圍.同時，相對基站具有Meｓh組網(wǎng)能力的ＳS成本較低,從而可降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。Mｅsh網(wǎng)絡(luò)模型如圖１２所示。在Meｓh網(wǎng)絡(luò)中,業(yè)務(wù)傳輸路徑不局限于ＢS和SＳ之間，SS相互之間也可以進(jìn)行業(yè)務(wù)交換。每個業(yè)務(wù)都可以通過其他SＳ路由到目的SＳ。整個網(wǎng)絡(luò)為分布式架構(gòu),通過一個節(jié)點(diǎn)BS（MｅshBS）連接外部業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。圖12WiMaxＭｅsh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D在Ｍｅｓh網(wǎng)絡(luò)中，兩個有直接業(yè)務(wù)連接的SＳ稱為鄰居,ＳS與鄰居的距離稱為一跳，與SＳ有關(guān)的業(yè)務(wù)可以通過多跳傳輸?shù)剑耂。網(wǎng)絡(luò)用基于分布式調(diào)度算法的傳輸協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度和管理。這種管理方式下,ＢS以及全部SＳ都需要向鄰居廣播其調(diào)度信息,使鄰居了解其可用資源和資源的申請及使用情況,以保證在調(diào)度業(yè)務(wù)時不會發(fā)生業(yè)務(wù)沖突，而且能通過最短的路徑將業(yè)務(wù)送至目的SS。5.２Mesh模式下的位置管理分析雖然目前Wiｍａx的Mac層也支持Mesh模式，但對設(shè)備制造商而言它是一個可選項(xiàng)，還沒有大規(guī)模投入使用,因此Mｅｓh模式是目前Wｉｍax技術(shù)討論的一個熱點(diǎn)。然而IEEE８02．１６標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定Mesh模式下關(guān)于位置更新方面的內(nèi)容，由于ＳS在網(wǎng)絡(luò)中移動時,網(wǎng)絡(luò)的多跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將對位置管理策略的性能帶來影響,因此對傳統(tǒng)的位置管理策略進(jìn)行改進(jìn)，使其適合于Ｍesh網(wǎng)絡(luò)特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),是將來討論的一個主要方向。位置更新和尋呼是傳統(tǒng)位置管理的兩個基本步驟。在基于區(qū)域的位置管理策略中，當(dāng)SＳ穿越預(yù)先定義的區(qū)域邊界時，就會進(jìn)行位置更新。當(dāng)有呼叫到達(dá)，或有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)剑覵時，BS會同時在移動服務(wù)區(qū)中全部的位置區(qū)發(fā)起尋呼,或者在整個服務(wù)區(qū)內(nèi)逐層發(fā)起尋呼。分別將其定義為同步尋呼（ｓiｍｕltaｎeｏｕsly－pａgｉng）策略和逐環(huán)尋呼（ｒing－ｐagiｎg)策略。在傳統(tǒng)的分層式蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，MS與BＳ有直接的鏈路，而ＷiｍａxＭesｈ網(wǎng)絡(luò)中,ＭT總是處于ＳS服務(wù)區(qū)域中,而并不直接與ＢS建立鏈路，因此Mｅｓｈ網(wǎng)絡(luò)位置管理的總開銷和相應(yīng)的時延都要高于傳統(tǒng)的分層式網(wǎng)絡(luò)?？紤]如圖１3所示的一塊位置區(qū)LA,位于服務(wù)區(qū)中心處的小區(qū)是MeｓｈＢＳ所在的小區(qū)，將它設(shè)為第0層。使用符號ring－k表示與中心小區(qū)距離為k的小區(qū)集合，k層的ＬA由距離中心小區(qū)不超過k的全部小區(qū)組成,在圖２中ｋ的值為4。整個ＬＡ只有中心小區(qū)的MｅｓｈBＳ通過有線電纜直接連接到外部網(wǎng)絡(luò)，其它小區(qū)必須直接或間接地通過其才能與外網(wǎng)通信。為進(jìn)行與傳統(tǒng)分層式網(wǎng)絡(luò)的對比,我們將BＳ設(shè)置在中心小區(qū)，而MＳ均勻分布在其他小區(qū)中.中心小區(qū)第３層第２層第１層第0層中心小區(qū)第３層第２層第１層第0層圖1３一個4層LＡ小區(qū)的例子假設(shè)小區(qū)是同等大小的標(biāo)準(zhǔn)六邊形，時間被等分為不同的時間片,MＴ在下一個時間片中以概率ｐ仍然停留在當(dāng)前小區(qū)中,而以q／6,q=（1-ｐ）的等概地移出當(dāng)前所處的小區(qū)。ＭT在t時間片處于ring—k而在下一時間片處于ｒｉnｇ—(k+1）的概率為（1）5。2。１同步尋呼策略中的尋呼開銷設(shè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和Mｅsh網(wǎng)絡(luò)中的位置管理總開銷分別為和,則顯然有或，以及或，其中,和分別代表同步尋呼策略和逐環(huán)尋呼策略