基于L2触发的异构网络切换研究

文章摘要： 异构无线网络包含多种不同接入技术，如WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、WiFi（Wireless Fidelity）和UMTS（Universal Mobile Telecomm-unications System），而移动节点在不同接入网络无缝切换是移动性管理研究的重点。异构网络切换划分为链路层切换和网络层切换两种类型。在链路层切换中，移动节点切换的目标基站位于同一IP子网内，仅仅需要与新基站重新建立链路层的连通性，而无需改变IP地址、默认路由、网络前缀等配置。在网络层切换中，移动节点切换的目标基站位于不同子网或不

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 异构无线网络包含多种不同接入技术，如WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、WiFi（Wireless Fidelity）和UMTS（Universal Mobile Telecomm-
unications System），而移动节点在不同接入网络无缝切换是移动性管理研究的重点。异构网络切换划分为链路层切换和网络层切换两种类型。在链路层切换中，移动节点切换的目标基站位于同一IP子网内，仅仅需要与新基站重新建立链路层的连通性，而无需改变IP地址、默认路由、网络前缀等配置。在网络层切换中，移动节点切换的目标基站位于不同子网或不同网络中，为确保会话的连通性，需要链路层的重新建立和网络层IP地址、默认路由、网络前缀的重新配置。
    因特网工程任务组（IETF）提出了网络层移动性管理协议：移动IPv6（MIPv6）及扩展切换FMIPv6，能够保证移动节点在移动中的连通性[1]。MIPv6本质上为硬切换，移动节点在切换开始时必须先中断与当前接入路由器连接，直至网络层完成移动检测、地址冲突检测、绑定更新才能恢复通信,这将产生较高的切换时延和丢包率,导致用户可察觉的服务质量（QoS）降低。IETF RFC5268制定了FMIPv6协议,有效地降低了MIPv6切换丢包和切换时延。在FMIPv6协议中定义了L2链路层触发，移动节点检测到移向新接入路由器（NAR）时，在断开原接入路由器（PAR）连接之前，执行移动检测、地址冲突检测，从而减少了切换时延和丢包率。然而，FMIPv6并没有规定L2触发时刻，因此本文结合IEEE 802.21媒体独立切换MIH（Media Independent Handover）协议提出一种基于L2层触发的异构网络垂直切换的解决方案[2]。
1 MIH切换模型
　 IEEE 802.21工作组在L2链路层和L3网络层之间定义了MIH框架，独立于特定接入网络技术，增强了异构IEEE 802接入网络之间的最优化切换，同时推动了IEEE 802和非IEEE 802接入网络（如蜂窝网络）之间的异构网络切换。MIH定义了三种类型的服务：媒体独立事件服务（MIES）、媒体独立命令服务（MICS）和媒体独立信息服务（MIIS）。MIES检测和预测物理层、数据链路层、逻辑链路层的动态改变,提供底层到高层的单向服务，如Link_Down、Link_Going_Down、Link_Up和Link_Handover_Imminent；MICS用于高层控制和管理切换期间的物理层、数据链路层、逻辑链路层的最佳链路重配置和选择，所有MICS都具有强制性； MIIS通过移动节点和网络的MIH功能（MIHF）模块之间的交互提供与切换相关的邻居网络和服务网络信息。MIHF提供的这些服务可以保证不同接入技术不同QoS等级的服务连续性和自适应性，有助于网络发现、网络选择和切换策略的制定[3]。
    图1描述了MIH在协议栈的位置及移动节点和网络之间的交互。所有MIH用户具备MIHF实体，MIHF与MIH用户、MIHF与低层之间的通信依赖于已定义的服务原语，服务接入点（SAP）包含一套服务原语[4]。目前802.21标准定义了3种SAP：MIH_SAP、MIH_LINK_SAP和MIH_NET_SAP。MIH_SAP是MIHF实体与协议栈高层移动性管理协议之间的接口，通常保持相同的名字和原语。MIH_LINK_SAP是MIHF实体与协议栈低层特定接入技术之间的抽象接口，在特定媒体将重新命名和定义，例如3GPP网络命名为MIH_3GLINK_SAP；IEEE 802.11成功鉴权之前使用MSGCF_SAP传输MIH信令，鉴权之后通过LSAP传播有效负荷；IEEE 802.16在网络重接入前使用M_SAP和C_SAP提供链路服务，网络重接入后使用CS_SAP在数据平台上提供服务。MIH_NET_SAP是远程MIHF实体之间信息交互的接口。

2 切换方案
    基于L2触发的垂直切换通过IEEE 802.21定义的MIH原语获取相关的链路层信息。假设移动节点周期性瞬时接收信号强度为RSSinst，加权平均值为：
   

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