作 者:田峰 杨震
WMN的架构可分为3类:基础设施型网络配置模式、客户端型网络配置模式以及混合型网络配置模式。其中,混合型WMN将基础设施型和客户端型两种网络配置模式综合在一起,吸收了两者的优点,实现了优势互补。图1给出了混合型无线Mesh网络的一个例子。它可以包括各种异构的无线/有线网络,如无线局域网、WiMAX、无线蜂窝网、移动Ad Hoc网、无线传感器网络(WSN)、因特网以及无线骨干网。可以看出,无线Mesh网实际上已经是移动Ad Hoc网的超集,而移动Ad Hoc网只是无线Mesh网络的一个子集。混合结构的无线Mesh网络囊括了WMN的所有优点,具有网络覆盖范围大、频谱利用率高、可靠性高、多跳路由、组网灵活、维护方便和支持与其他无线网络兼容和互操作等优点,可以应用到各种场景中,如宽带家庭网、社区网络、企业网络、城域网络等。特别地,WMN将成为未来无线核心网理想的组网方式,因此在这种网络覆盖情况复杂、多种技术并存的移动通信环境中,采用Mesh技术可以实现异构技术的有效融合与协同工作,实现异构资源的优势互补和协调管理,不仅是技术发展的必然趋势,也是网络运营者实现最佳用户体验和最优的资源使用的根本途径[3]。

2.2基于Mesh技术的网络融合
由于异构网络相对独立自治,相互间缺乏有效的协调机制,造成了系统间干扰、重叠覆盖、单一网络业务提供能力有限、频谱资源稀缺、业务的无缝切换等问题无法解决。因此异构网络的融合已经成为网络各个层面的主要趋势,体现在网络融合、业务融合、终端融合及运营管理的融合,各种业务都被整合在一个网络的物理媒介(融合网络)中进行传输,统一的传输控制协议/网间协议(TCP/IP)的普遍采用,使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通。基于Mesh技术的融合需要从4个不同的层面来实现[4-6]。
(1)核心网与接入网的融合
目前基于IP分组数据网络的有线网络已经成为了下一代网络要采用的基础架构,这种网络将为各种接入网提供合适的有线网络的基础结构。而WCDMA、GSM、WLAN等不同的移动接入网络,覆盖不同的区域,具有不同的技术参数,提供不同的业务能力,执行不同的通信与控制协议,具有不同的网络结构,因此不同的接入网络之间需要具有一定的信息交互能力以支持基于IP的网络融合。同时终端的可重配置能力为接入不同网络提供了保障,而IP技术的广泛应用使得不同的接入网络将基于IP网络层进行融合。图2给出了一个WMN应用到无线城域网的实例,各种用户终端(如Wi-Fi手机、笔记本等)通过Ad Hoc方式相互连接,并根据其支持的协议选择与Wi-Fi Mesh基站(IEEE 802.11)或WiMAX基站(IEEE 802.16)通信,而Wi-Fi Mesh基站(或WiMAX基站)可以通过无线多跳与视距范围外的基站或Internet核心网建立联系。这里,Wi-Fi Mesh基站和WiMAX基站充当了Mesh路由器,承担融合的任务,并组成了无线Mesh骨干网,网络间的融合通过IP层来实现,Mesh终端采用多模或重配置方式适应用户和业务的需求,最终实现整个网络的融合。

(2)业务的融合
业务的融合指不同的业务网提供统一的平台、统一的用户账号和对用户隐藏的自动切换机制,让用户感觉无论在什么情况下都能进行畅通无阻的通信,享受最佳的多元化服务。通过多种接入技术,在不同业务支持能力的网络及终端限制条件下,使得业务同时向多个终端提供服务。如在图2中,Wi-Fi手机和笔记本所承载的业务不同,但经过IP层面的融合,都可以接入WMN网络,实现不同业务的互通。
(3)终端的融合
异构网络条件下,在同一地点存在不同制式和不同运营商的无线网络交叠覆盖,不同网络将提供不同的业务和QoS,其付费方式也将不同。此时终端的元件组成不会产生质的变化,但需兼容所有在当地存在的无线接入技术(RAT),综合考虑多种无线接入技术的能力、网络覆盖情况、资费和用户的偏好等方面。使用基于软件无线电的重配置技术可提高兼容性、减少体积、降低功耗和节约成本,多模可重配置移动终端的实现使得原本单一的移动终端具备了接入不同移动网络的能力。如在图2中,Wi-Fi手机和笔记本可以通过核心网互通数据业务,如果手机是多模甚至可重配置的则可以互通视频、语音等更多的业务。
(4)运营管理的融合
运营管理系统需要为用户提供统一的网络管理界面和网络服务界面,如统一的认证与鉴权服务、计费服务,统一的订购服务、统一的账单服务。
网络融合是一个含义十分广泛的大课题,它的真正价值在于如何利用先进的技术系统帮助用户降低成本、提高效率、通过赢得用户的认同增加竞争优势,但网络融合在为用户带来灵活丰富的业务体验的同时,也需要考虑如下实际问题:
(1)可用性
除适当增加可用带宽之外,需要规范、控制业务应用所占用资源的优先级别,从而解决由于应用增多带来的关键业务无法保障、服务质量急剧下降问题。
(2)安全性
通过采用加密、虚拟专用网(VPN)和防火墙技术解决信息资源的访问控制和授权用户网络接入存在的隐患,消除由于网络的可移动性和灵活性等为企业所带来的前所未有的安全风险。需要在成本、收益和安全性等方面折衷综合考虑。
(3)服务质量
不同的数据、语音及视频业务需要考虑不同的服务质量,在管理完善、带宽充足、延迟特性良好的IP网络上也需要保障服务质量,以达到对数据、语音及视频业务的优先排序,从而满足不同业务服务的QoS。
从不同层面实现异类网络的融合解决上述问题,需要通过基于Mesh技术的切换技术,联合无线资源管理、端到端的QoS保证来实现:
(1)移动管理中的切换技术
切换是无线移动通信系统特有的最重要的功能之一。同构蜂窝网中移动主机在小区内和小区间的切换统称为水平切换,即移动主机在基于同一种链路层技术的不同接入路由器间的切换;而移动主机在异构网络之间进行的切换称为垂直切换,即移动主机在不同链路层技术和不同接入路由器间的切换,此时该终端是具备能够在两种网络系统间工作的双模终端,甚至是可重配置终端。异构网络切换的关键问题是设计出合理的切换算法,保证用户的服务要求。垂直切换是异构网络融合的基础,也是未来移动互联网的关键特征和核心技术。切换算法可以在维持较小丢包率的情况下,有效地减少切换次数,消除“乒乓效应”(由于终端的移动特性和无线信道的时变特性,终端像乒乓球一样不停地在两个或多个接入点之间切换,会造成负载抖动),改善切换呼叫阻塞率,取得较好的切换性能。在面向全IP的下一代的无线通信系统中,采用移动IP来处理接入网间的切换,采用蜂窝IP来处理接入网内的切换。这种分层式的移动性管理策略很有研究价值。