4G無線個人通訊網路關鍵技術研究

摘要下一代無線系統應該提供給使用者更高的寬頻服務，並且透明地將技術整合到系統環境中，從而實現位置無關性。這樣就需要整合異構網路和不同協議。無線個人網路（WPN）是這種異構體系結構中不可或缺的一部分。在現有的經濟條件下，這是整合現有無線系統的令人期望的解決方案。整合不同系統之間協議的關鍵是IP應用。基於這個角度，本文展望了實現一個適應目前和未來個人無線通訊網路和服務的體系結構所面臨的困難和挑戰，並探討了可能的解決方案。關鍵詞 WPN，PCOL，WAF，Ad hoc  1  前言隨著無線和嵌入式技術的不斷髮展，無線通訊網路的重要性日益顯著。一個有發展潛力的4G無線個人通訊網路（WPN）的框架，應該提供給使用者更高的頻寬服務；透明地將技術整合到系統環境中，從而實現位置的無關性； Internet技術和新WLAN可以很好地協同ぷ鰨?⑶以市砣嗣嗆臀揮謔瀾縟魏蔚胤降暮獻骰鋨榛蚋髦智度朧較低辰?型ㄐ藕徒換ァＡ磽猓?褂δ芄晃薹斕丶?梢帕糲低澈託孿低場１疚奶教至聳迪終庋?桓隹蚣芩?媼俚鬧饕??押吞粽劍?⑶姨致哿絲尚械慕餼齜槳浮?lt;/DIV>2 WPN發展帶來的挑戰WPN所面對的挑戰和其他網路非常相似，即目前還很難適用於那些具有有限資源的小型移動裝置。這一點可以體現在以下這些特殊的需求上。⑴ 位元率和裝置容量的可擴充套件性將是體系的一部分。實際的網路必須是異構的而且支援異構網路之間的相互通訊。⑵ 為了支援不同網路之間的通訊，面向無線節點的中間介質間必須依靠從源節點到目的節點的資訊。另外，除了MANET路由方案，還應該有一種到基幹網路的透明連線機制。⑶ 無線TCP是當前的一個研究熱點，特別是關於MAC層和上層之間的通訊上。在異構網路環境下，由於不同型別的MAC層和物理層的共存，使得這個問題更加複雜化。⑷ 另一個基本需求是安全和隱私問題。作為一個必須具有的功能，在無線通訊中更易遭受各種攻擊的情況下就變得更具挑戰性。在系統設計時完成提供一個端到端的安全體系是很困難的；如果放到系統建成之後再去加強安全方面的功能也是非常困難，代價非常的昂貴。⑸ 網路無處不在以及個性化的發展趨勢帶來了額外的複雜需求。這樣，不僅僅需提供應用和服務，而且還應該考慮使用者的喜好，注重個性化服務。⑹ 還需要新的控制層來協助中間層通訊，完成全域性管理任務以及進行一些不可避免地分層管理工作。歐洲的IST協作R&D專案――PACWOMAN[2]和6HOP[3]正在致力於解決所提到的難題。3  可行解決方案3.1可擴充套件性在IEEE802.15中，IEEE802.15.4a協議組正在設計低容量無線介面，也正在考慮支援超寬頻技術（Ultra- Wideband），但要保證其他的方案如混合OFDM也能良好執行。為了支援LDR裝置和其他裝置的互相連線，除了物理層和鏈路層，還有另外一個重要的方面需要考慮。IP可以被用作一種“粘合”技術，但是LDR終端可能不具有這種功能，因為它們可能不是完全IP適應的，所以應該開發其他的方式。一些 LDR裝置是和輕量級的作業系統合為一體的，具有一個簡化的IP棧。因此對於現實的組合網路，完全IP適應方式不是最合適的。相反，我們假設一個不同的策略，其中一簇LDR終端受一個功能比較強大的LDR終端控制，該LDR終端的特點是有一個雙協議棧，目的是允許LDR和外部裝置通過傳統IP通訊來相互連線。這種方式需要網路中有許多這樣的LDR終端。3.2增強Ad hoc路由Ad hoc網路使得下一代WPN網路實現的可能性大大增加。MANET專案組已經走出了第一步，通過指定基礎協議來支援多跳網路中的通訊。但是在包含成百上千個節點的網路中迫切需要一種通用實現方式，而且具有很好的流動性。需要理解ad hoc路由機制，例如，MIT已經得出了一些有趣的調查結果，結果表明有時候“最短的路徑是不足夠的” [4]；跨層協議優化需要有一個通用的框架，這個框架允許過過眾所周知的介面訪問需要的資訊。3.3主幹網路的互相連線下一代WPN需要全球範圍內的無縫連線。使用者可以在任何時候任何地點接入網路，還可以使用最適合的介面。傳統的概念上閘道器是提供連線到主幹網路的一個介面，在WPN網路中，閘道器的概念應該被拓寬，它應具有單獨或者群集的WPN所固有的移動性。IETF的NEMO工作組認為行動網路是一個具有 Internet接入點的獨立單元[5]。也可以認為它是一個葉子網路，因此不會帶來網路阻塞。不過，無論是使用多個移動路由器還是使用具有多個介面的單個移動路由器，都有可能是多地址的。將來的閘道器不僅具有提供和主幹網路連線的功能，而且還需要具有進行使用者位置註冊和使用者位置發現的功能。未來WPN具備的另一個特徵是，多地址和在多域環境中的移動性。在不同作用域之間移動時連線能夠保持而且連線路徑是最優的，這將產生額外的需求如無線裝置資源管理和最優連線線路切換。3.5協議擴充套件WPN中有必要在無線連線包括遺留系統上提供最好的IP效能。但是在一些網路路徑中由於連結的特點，TCP/IP的效能降低了。 PILCIETF工作組選擇提高效能的代理（PEP）來提高網路路徑中Internet協議的效能。不同型別的PEP，可以依據基本功能來區分。一些 PEP試圖通過修改協議本身來彌補效能。另一些採用對稱/不對稱的且對上層透明的擴充套件方式，通常更有效率和更靈活。包含各種擴充套件協議的通用框架提供了較高的靈活性，其適用於各種情況下的連線。然而這樣需要簡化協調需求資訊共享（跨層的通訊和配置）的控制層。另外PEP通常在最後一跳使用，所以多跳通訊的出現帶來了另外的要求，就是PEP能夠在多跳網路中使用。3.6位置發現和使用者喜好未來的服務和應用將根據使用者及環境來採取不同的行為，使用者的定位是基本功能。典型應用的例子很多，如允許環境敏感型服務的建立；到達機場的時候，在PDA上獲取計劃表以及飛行時間表；在觀光時，獲得地點和紀念物的實時資訊。如果使用者身邊有各種不同的裝置，而且將計算任務分佈到這些裝置上執行，為了使這種想法成為現實，未來的裝置應該能夠為應用提供一系列介面來很容易地獲取“周圍有什麼”和“它可以做什麼”等資訊。另一方面是先進的智慧卡技術可以用來開發控制板。新的無線個人使用者識別模組（WPSIM）可以通過智慧卡提供通用的和個性化的使用者、訪問、賬單、配置和安全等資訊。