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移动互联网技术

     移动通信技术和互联网技术正在逐步走向融合,形成先进的移动互联网(MobileInter-net)技术。广义的移动互联网是指用户使用智能手机、平板电脑(PAD)或者其他移动终端设备,通过各种无线网络(包括移动无线网络和固定无线接入网等)接入到互联网中.获得话音、数据和视频等业务和服务的新兴业态。移动互联网融合了移动通信随时随地随身和互联网开放、共享、互动的优势,代表了未来网络的一个重要发展方向。  
移动互联网
1. 移动互联网的基本结构与特点
       从层次上看,移动互联网可分为终端/设备层、接入/网络层和应用/业务层,其最显著特征是多样性。应用或业务的种类是多种多样的,对应的通信模式和服务质量要求也各不相同;接入层支持多种无线接入模式,但在网络层以IP协议为主;终端也是种类繁多.注重个性化,一个终端上通常会同时运行多种应用。
       世界无线研究论坛(WWRF)认为移动互联网是自适应的、个性化的、能够感知周围环境的服务,它给出的移动互联网参考模型如图7所示。各种应用通过开放的应用程序接口(API)获得用户交互支持或移动中间件支持,移动中间件层由多个通用服务元素构成.包括建模服务、存在服务、移动数据管理、配置管理、服务发现、事件通知和环境监测等。互联网协议簇主要由1P服务协议、传输协议、机制协议、联网协议、控制与管理协议等,同时还负责网络层到链路层的适配功能。操作系统完成上层协议与下层硬件资源之间的交互。硬件/固件则指组成终端和设备的器件单元。
       移动互联网支持多种无线接入方式,根据覆盖范围的不同,可分为无线个域网(WPAN)接入、无线局域网(WLAN)接入、无线城域网(WMAN)接入和无线广域网(WWAN)接入,如图8所示。各种技术客观上存在部分功能重叠的现象,但更多的是相互补充、相互促进的关系,具有不同的市场定位。 
移动互联网的参考模型
图7   移动互联网的参考模型
移动互联网的接入方式
图8   移动互联网的接入方式
        WPAN主要用于家庭网络等个人区域网场合,以IEEE802.15为基础,被称为接入网的“附加一公里”。蓝牙(Bluetooth)是目前最流行的WPAN技术,其典型通信距离为10m,带宽为3Mbit/s。其他技术,如超宽带(UWB)技术侧重于近距离高速传输.而Zigbee技术则专门用于短距离的低速数据传输。
       WLAN主要用于商务休闲和企业校园等网络环境,以IEEE802.11标准为基础,被广泛称为Wi-Fi(无线相容性认证)网络,支持静止和低速移动,其中802.Ug的覆盖范围约100m,带宽可达54Mbit/s,而802.Un的支持速率理论上可高达600Mbit/s。Wi-Fi技术成熟,目前处于快速发展阶段,已在机场、酒店和校园网等场合得到广泛应用。
       WMAN是一种新兴的适合于城域接入的技术,以IEEE802.16标准为基础,常被称为WiMAX(全球微波互联接入)网络,支持中速移动,视距传输可达50km,带宽可至70Mbit/s。WiMAX可以为高速数据应用提供更出色的移动性,但在互联互通和大规模应用方面尚存在很多亟待解决的难点问题。
       WWAN是指利用现有移动通信网络(如3G和4G)实现互联网接入,具有网络覆盖范围广、支持高速移动性、用户接入方便等优点。3G网络的基站覆盖范围可达7km,在室内、室外和行车环境中能够分别支持至少2Mbit/s.384kbit/s以及144kbit/s的传输速度。目前三种主流3G制式分别是WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA,已在世界范围内展开应用,其共同目标是实现移动业务的宽带化。4G移动通信系统统称为IMT-Advanced,目前被普遍看好的技术方案是LTE-Advanced提案,采用载波聚合、增强的多天线传输、协作多点传输和中继等多种关键技术,其下行峰值速率可达1Gbit/s。
        综上所述,移动互联网的关键技术特征包括以下几个方面:
        • 移动性管理:支持全球漫游,移动对终端和移动子网是透明的;
        • IP透明性:网络层使用IP协议簇,对底层技术不构成影响;
        • 多种接入方式:允许终端接入方式的多样性;
        • 寻址与定位:保证各用户通信地址的唯一性,能够全球定位,以提供与位置相关的服务;
        • 个性化服务:提供用户指定信息;
        • 安全性和服务质量保证。
移动互联网
2.移动互联网的关键技术
       作为近儿年出现的新兴网络融合技术,移动互联网尚面临许多挑战和困难。涉及的关键技术主要包括移动性管理、无线资源管理、业务服务质量、网络规划与优化、安全可靠性管理等多个方面。这里仅介绍移动性管理和无线资源管理技术。
(1)移动性管理技术
        移动性管理是移动互联网中最具挑战性的关键技术之一,包含位置管理和切换管理,使得网络能够对移动终端进行定位以传递呼叫,并在移动过程中保持连接。位置管理包含位置注册、更新和呼叫传递,涉及的技术包括移动代理发现、转交地址的形成与使用、移动侦测和绑定更新等;而切换管理解决终端在同一小区内或不同小区之间的信道切换问题,涉及的技术包括同一网络内的水平切换和不同网络间的垂直切换等。
       对移动性的支持需要通过不同层的协议来实现.考虑到移动互联网的网络层均釆用IP协汉,因此对IP的移动性管理将有助于实现异构网中的各种移动性支持。IETF提出的移动IP协议是实现这一目标的核心技术。移动IP的基本原理是让移动主机使用一对IP地址(本地地址和转交地址)实现对移动性的支持,其中引入了本地代理和外地代理这两个实体,并使用了隧道技术。隧道是指将一个数据包封装在另一个数据包的净荷中进行传送的路径,建立在本地代理和外地代理之间。当移动主机在本地网络时,使用本地地址及标准IP协议和对端通信主机进行通信。当移动主机移动到外地网络时,其基本通信流程如图9所示。
移动主机在外地网络时的基本通信流程
图9  移动主机在外地网络时的基本通信流程
       • 移动主机通过外地代理获得一个转交地址,并向本地代理发送消息注册该地址。
       • 对端通信主机通过标准IP路由机制,向移动主机的本地地址发送IP数据包;
       • 移动主机的本地代理截取该数据包后,将其进行封装,通过隧道技术将它们转发给外地代理或移动节点本身;
       • 移动主机收到数据包后,用标准IP路由机制与对端通信主机建立连接。
       移动1P存在的主要问题是“三角路由”问题.即对端通信主机发给移动主机的数据包必须经过本地代理,而移动主机发给对端通信主机的数据包则直接发送,导致效率降低。另一个是切换问题,即当移动主机远离本地代理时,若隧道对应的位置信息过时则引起包丢失。还有一个问题即域内频繁移动带来频繁地切换,由此导致大量注册信息传输而影响网络性能。针对上述问题,目前已有移动IPv6和微观移动IP等多种改进和完善技术方案。
(2)无线资源管理技术
       无线资源管理一般是指通过一定的策略和手段对无线网络资源(时间、频率和功率等)进行控制、调度和管理,以充分利用有限资源,提高频谱利用率,防止网络拥塞和保持低的信令负荷,最大程度地保障服务质量,满足不同用户和业务的需求。涉及的技术主要包括功率控制、切换控制和拥塞控制等。功率控制的目的是在保证服务质量的前提下,将上行和下行链路的传输功率调整到所需的最小程度。在实际中需要综合考虑和速率控制的折中问题。切换控制的目的主要是实现移动过程中的无缝切换,减少切换带来的时延、停顿和数据丢失等,维持上层业务的连续性。拥塞控制的目的是灵活分配和动态调整传输部分和网络的可用资源,保证网络的连通性和服务质量,涉及的技术包括呼叫准入控制、信道分配、调度技术、QoS保证、资源预留和自适应编码调制等。
3. 移动互联网的发展前景
       目前全球移动通信用户多于固定通信用户和互联网用户,数据业务量也早已超过话音业务量,因此移动通信与互联网相结合的趋势既是历史的必然,也是未来产业发展的主流方向。目前移动互联网正逐渐渗透到人们工作和生活的各个领域,发展前景非常广阔。未来将继续以技术进步和市场需求为驱动,加强创新和融合,在移动性、宽带化、个性化和可信可管性方面取得进一步突破,为用户提供更多更好的业务服务。