WiMAX切换保证业务连续性

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WiMAX能够很好支持移动性，其中包括对处于空闲/休眠模式和连接模式下终端跨小区移动时的业务处理，空闲/休眠模式下的移动性处理包括如寻呼、位置更新、省电模式等功能。
WiMAX作为一个新兴的无线宽带技术，受到了很多运营商的青睐，其中一个很重要的原因就是其对移动性的良好支持。移动性功能包括了对处于空闲/休眠模式和连接模式下终端跨小区移动时的业务处理，空闲/休眠模式下的移动性处理包括如寻呼、位置更新、省电模式等功能，切换功能专指连接模式下的终端在不同层次的移动后，系统通过一定的处理来保证业务连接的连续性。下面会从WiMAX网络结构入手，来分析不同类型的切换处理流程和实现，进一步结合业务需求提出评估切换性能的一些通用指标(KPI)。
在WiMAX论坛网络工作组NWG定义的WiMAX端到端网络系统结构(版本1.0)对WiMAX的系统结构和网元之间的接口作出了定义。
切换的实现和分析
作为一个支持移动的广域网无线系统，WiMAX系统切换的底层过程与传统蜂窝网络有一定的相似性，尽管在一些细节上有所不同，但也包括了切换前的测量和触发、切换发生和处理、切换后的数据转发等过程。
1.二层切换过程和实现
二层切换的过程可以细化为下面几步：网络拓扑的获取和测量,切换判决和发生,网络重入和承载前转。
网络拓扑的获取和测量。基站BS会根据系统的邻区配置信息通过MOB_NBR_ADV消息来广播网络的拓扑信息，为终端MS提供邻近BS和小区的情况。MS得到这些消息后，会通过MOB_SCN-REQ消息请求系统分配一组扫描时隙，BS会回复以MOB_SCN_RSP消息明确地给MS分配扫描间隙和其它与扫描相关的信息，然后MS会根据此消息中的内容对邻区的无线情况进行测量并作上报，如接收信号强度RSSI、载干比CINR等。
切换的判决和发生：MS和BS会根据系统设定的切换门限等判决数据进行切换判决，当决定MS要从服务小区切换到目标小区时，切换开始发生。MS或服务BS都可以做HO判决。HO判决完成的标志是MOB_MSHO-REQ或MOB_BSHO-REQ消息，同时也是HO的通知，这就预示了MS将开始切换。此时，服务BS会给目标BS发送HO_Pre_Notification消息，目标BS会准备一些资源(如分配本地HO_ID)并与ASN_GW交互来获取一些必要的信息(如Security上下文)，最后与源服务BS确认准备完成。然后，服务小区会发送MOB_BSHO_RSP消息给MS，指示MS切换的发生，MS会发送MOB_BSHO_IND消息给服务小区给以切换的确认。
网络重入和承载前转。在目标BS开始数据传输前，MS应与目标BS下行同步，并获取其上下行的传输参数。如果目标BS能够从传输网获得MS的信息，则网络重进入过程将会缩短。重入完成后，系统开始恢复数据连接。在切换的过程中，源服务小区可能会缓存一些发往MS的数据，此时，源服务BS可能会将这部分数据转发给目标BS，这样可以极大地减少数据损失，改善上层的业务连接性能。
2.三层切换过程和实现
如果切换过程涉及ASN_GW/FA的变更，则系统在完成MAC层、物理层的连接处理后(如二层切换的处理过程)，会触发移动IP的处理过程来保证IP层连接的连续性。
当MS移动到的新小区使用不同的外部网关时，系统必须做一定的处理才能避免将上层发送给该MS(或该IP地址)的数据包仍发往旧的网关设备，从而屏蔽上层业务连接对底层路由的依赖。在WiMAX系统中，采用IETF规定的Mobile　IP(MIP)技术来实现三层切换的平滑处理。当服务MS的网关发生变更后，MIP客户端会发起MIP注册过程，通知归属代理HA(Home　Agent)变更客户端和转交地址CoA的绑定关系，并建立HA到FA的隧道，以后上层再发往切换终端的数据便会有效地转发到终端侧。
根据完成MIP客户端功能的网元的不同，WiMAX论坛定义了两种MIP的实现方式：CMIP(Cli-ent　MIP)和PMIP(Proxy　MIP)。CMIP指MIP的客户端功能由WiMAX终端来实现，这样终端侧复杂性会有一定的增加；PMIP指MIP客户端的功能由系统内某一个网元来代替终端来完成，这样简化了对WiMAX终端的要求，但要求ASN内部做一些特定的处理。不同厂家实现MIP客户端的位置会有所不同，但MobileIP流程是相同的。
对业务的影响评估
WiMAX论坛网络工作组NWG将WiMAX终端的使用场景或移动级别分为了四类：固定模式(Fixed)、游牧模式(Nomadic)、简单移动(Simple　Mobility)、全移动(Full　Mobility)。固定模式是指终端设备固定某个地方，在业务连接过程中不会发生移动，主要应用于WiMAX提供固定接入的应用场景，终端类型主要为CPE设备；游牧模式是指终端位置可以发生变化，但每次业务连接不是固定在某个地方，终端类型如PCMCIA卡等。简单移动和全移动模式与传统的蜂窝网络应用场景一样，终端可以随处移动，包括空闲模式和连接模式，主要终端类型指手机等设备。后两种模式在业务性能的要求上有所不同。
基于WiMAX论坛的业务需求和建议中(SPWG　Requirements　Release1.5)的性能需求，参照传统蜂窝网络系统对移动性能的评估，可以对评估WiMAX网络切换对业务影响的关键指标做如下一些定义。
1.切换成功率。指切换成功次数与切换请求次数的比值，用来整体评估切换成功执行的情况。
2.切换过程中业务中断时间。指业务在切换过程中中断的时长(Connection　Gap)，用来评估切换执行对业务的影响情况。
3.切换过程中丢包率。指数据业务在切换过程中数据丢包的比率(Packet　Loss)，用来评估切换过程对数据传输可靠性的影响。
4.切换过程中数据包单向延迟。指上下行数据业务在切换过程中在各个传输方向的延迟(One　Way　Packet　Deley)。
5.切换过程中数据包时延抖动性。指上下行数据业务在切换过程中在各个传输方向的延迟的变化程度(One　Way　Packet　Delay　Variation)。
系统切换性能现状
Motorola作为WiMAX业界的领导者，已经将完全符合标准的端到端的WiMAX商用产品投放市场，同时也储备了大量的工程技术人员，根据运营商的实际情况(如频率资源、站点分布等)来规划和部署高质量的网络。在目前的商用版本中，Motorola产品支持包括全移动(Full　Mobility)在内的全部使用场景，系统从初始就支持了小区间、基站间的切换功能和移动IP功能，并在多个商用、试验网络中验证了其提供网络的优越性能。
在美国某运营商搭建的多基站外场试验网中，收集了大量的路测数据，对Motorola系统的切换质量进行了全面的评估，涵盖了不同业务场景、不同移动速度、不同业务类型多方面的内容。纵观多次测试结果，切换成功率可与现有蜂窝网络切换性能相比，可以做到切换前后服务质量QoS的保证，切换时延完全满足不同业务的要求，验证了切换对上层业务的影响，系统做到了切换过程中Ping包没有丢失，流媒体业务流畅，VoIP话音清晰，得到了客户高度的评价，为即将开始的大规模的商用部署建立了极大的信心。