0 引言
随着无线接入技术的发展和人们对高速数据业务要求的不断提高，端到端的网络切换成为接入网络的关键技术之一。解决快速移动过程中端到端的切换成为下一代网络服务的核心问题。
IETF提出了面向低速的移动IP标准，试图在网络层支持终端的移动性，同时提出了SIP协议，旨在应用层支持终端移动性，但是它们都存在一定的局限性。对于移动IP，虽然IPv6里面已经集成了MIP-RO(MobileIPRoute Optimized)，但是由于在网络结构和协议栈结构方面作了很大的改动，短期内不可能被广泛采用。对于SIP协议来说，由于SIP协议是应用层协议，较大的网络时延已经阻碍了其发展。而多媒体通信业务需求的不断增长使得减小端到端的切换时延成为迫切需要解决的问题。
本文首先简单叙述了已有的切换方案，通过对比各种切换方案的优缺点，提出了一种SIP和802.16跨层切换的思路，最终目的是为了解决IP网络中多媒体会话端到端切换问题，从而最大程度地减少切换时的延迟和丢包现象。
1 802.16网络间切换
为了解决802.16网络间的切换问题，各个国际组织都提出了不同的解决方案，MobileIP主要解决了网络层的切换问题；传统的基于SIP的切换解决了应用层的切换问题；802.16e的MAC层也规定了自己的MAC层切换方案。但是，端到端的网络切换问题始终是一个争论的热点。
本节简单叙述现有切换方案并分析其优缺点。
1.1MobileIP
IETF提出的MobileIP旨在网络层支持终端的移动性。它规定每个移动设备有两个IP地址，一个为归属地址(HostAddress)，即设备的通信地址，另一个为转交地址(CareOf Address)，即设备当前物理地址。移动设备通过家乡代理绑定其转交地址和归属地址，并利用IP隧道方式和另一端进行通信。因此Mobile IP是一种简单的移动性解决方案，它能够在不改变原来TCP协议栈的基础上支持终端的移动性，但是需要多占用一倍IP地址。这在IPv4 环境中不可承受，而且它还存在着“三角路由”和切换时间过长等问题。
IPv6里面已经集成了MIP-RO(MobileIPRouteOptimized)，但是由于对网络结构和协议作了很大改动，短期内不可能被广泛采用。
1.2SIP支持移动性
SIP(SessionInitiationProtocol)是应用层信令控制协议，用于建立、修改和终止两方或多方多媒体会话，其可通过UDP和TCP传输。
SIP协议具有可扩展性，对用户的移动性有着很好的支持。移动节点通过DHCP(动态主机分配协议)等方式取得新的IP地址，这也是切换时延中的主要部分。SIP中会话重新建立的目的是把移动节点的新的IP地址告诉通信对端，这样通信对端就可以直接与移动节点进行通信。
目前，3GPP、3GPP2和MWIF等无线组织都已经决定采用SIP作为IP多媒体子系统的工作协议，目标是对基于IP的所有业务提供无处不在的接入，可以预见将来所有的移动设备都会包含一个SIPUA（用户代理）。
基于SIP的移动性管理方案主要是利用SIP服务器进行会话前的移动设备定位，利用SIPre-Invite信令进行会话中移动设备位置更新，实施起来比较简单，只需要在应用层作一些改动，但是它的缺点是如果MH（移动主机）到CH（通信主机）距离过长或者网络拥塞造成关键SIP信令时间过长，就会造成切换延迟过大和严重的丢包现象，而且不支持非实时业务的移动性。基于SIP实现802.16接入切换的关键问题是如何减少切换时延以及丢包。
1.3802.16eMAC层切换机制
根据标准的802.16e切换流程，ServingBS会周期性地广播MOB_NBR_ADV消息给MS。MOB_NBR_ADV消息载负着附近基站的各种信息，包括channel频率、底层channel相关参数和网络服务能力等。然后，MS会根据自己目前的状态决定是否切换基站。如果确定要切换，MS会要求扫描之前收到MOB_NBR_ADV所提供的TargetBS名单，并从中选出MS适合切换的TargetBS，另外MS也可把此扫描结果回传给Serving BS，用于MS作切换时的参考。然后MS向Serving BS发出MOB_MSHO_REQ切换请求，在得到MOB_MSHO_RSP回复后，MS向Serving BS发送MOB_HO_IND，开始802.16网络的重进入。在网络重进入时完成鉴权和认证等过程，从而完成MAC层的切换过程。
2 端到端切换的网络构架及切换流程
结合SIP对移动性的支持和802.16标准切换过程的特点，我们可以联合使用应用层的SIP和MAC层的信令支持，使用跨层切换的思想，减少信令传输，实现端到端的切换。
本文提出了基于802.16接入系统端到端的切换机制。具体来说，在MAC层切换的流程中预先侦测出MS将切换至另一个属于不同IP域的基站，此时MS可以提前进行IP层以上的信息交互（或者同时独立进行IP层和MAC层的信息交互），以降低整体切换所造成的延迟以及丢包。当MS位于同一IP域内，切换到此IP域内不同的基站时，结合应用层的SIP代理SBC（SessionBorderController）完成域内(intradomain)切换；当MS要切换到不同的IP域时，还要引入I-SBC（Inter-working Session Border Controller）作为域间切换(inter domain)的功能实体。
在功能上，SBC和I-SBC都结合了MAC层和SIP应用层的功能实体，不仅完成MAC信令的交互，而且要对应用层的SIP信令完成转发和响应。在对媒体流的处理上，SBC和I-SBC对媒体流进行转发。
SBC和I-SBC的不同之处在于：SBC数据库中仅包括本域内所有用户信息，而I-SBC通过分析用户contact地址，查看用户数据库，决定用户是否为域内用户（用户数据库中包含两个IMS域的入口服务器(SBC)信息）。
本文提出了如图1所示的无线802.16接入网络构架。网络中的所有支持802.16协议的终端（MS）都包含SIPUA，可以通过SIP信令来建立各种实时和非实时业务会话。下面详细叙述切换的两个场景：域内切换和域间切换。
