基于认知的重配置无线网络技术

无线通信技术的蓬勃发展所带来的网络异构化的趋势，在丰富了网络业务的多样性的同时，也给网络管理和技术演进带来了不少问题。为了满足用户全球漫游的要求并充分利用网络资源，异构技术间的互通和融合需求日渐强烈，从而促进了端到端重配置技术研究的发展。

随着重配置理论研究的发展，以及重配置理论和认知理论越来越紧密的结合，实现现有的无线网络环境到未来的有认知能力的重配置异构无线网络的渐进演化，将是异构无线网络研究领域的重要研究内容。

1 重配置技术概述

端到端重配置技术起源于软件无线电(SDR)技术，利用终端和基站等可重配置实体为基础定义网络架构, 结合先进的资源管理机制和灵活的空中接口实现技术，实现了对异构环境的灵活适应和对异构无线资源的有效利用[1]。

重配置技术是一种实现异构无线网络融合的新兴的技术，主要的特点是实现通信系统端到端的重配置。端到端重配置是指通信实体间完成所有通信的节点的适用性，包括设备(终端、基站、接入点、网关)的配置及重配置和对开放系统互联(OSI)各层所产生的潜在影响。端到端重配置工程提出了一系列概念及相应的解决方案来实现B3G异构网络环境下的端到端的组织、连接与控制，研究的主要目标如下：

端到端用户及运营商的无缝体验

增强复杂网络体系架构的适应性

减少大型系统演化及调度维护的开销成本

实现新型业务的快速引入

1.1 重配置技术的研究

对于重配置技术的研究，国际上已经取得了初步成果，欧盟发起的信息社会技术(IST)计划中，与认知无线网络研究相关的项目就包括CAST、TRUST、SCOUT、AN、E2R等20多个，其中E2R项目[2-3]研究最为成熟。E2R项目提出了一套较为完整的重配置无线网络系统框架，定义了所涉及的一些必要功能模块和流程，还研究了重配置功能对系统动态网络规划管理、灵活的频谱管理以及联合无线资源管理等各方面所带来的影响，对整个世界在此方向上的研究起到了积极的推动作用。E2R的主要成就包括以下几个方面：

提出了端到端重配置体系架构，包括与现存标准的映射;

提出了经过改进的自认知重配置管理平面;

建立了能实现最优化频谱和无线资源的功能体系架构;

提出了动态网络规划及管理(DNPM);

提出了高级频谱管理(ASM);

提出了独立可操作的联合无线资源管理(JRRM)技术;

提出了感知导频信道(CPC)。

此外，一些国际研究机构和标准化组织也在积极参与和推广端到端重配置方面的研究。2006年9月，IEEE成立了P1900.B工作组，专门研究可重配置异构空中接口之间的共存支持问题。P1900.B工作组的主要工作是通过定义系统的总体功能架构，并在网络、无线接口、用户终端分别引入相应的重配置管理模块，来保证现存以及未来可能出现的异构无线网络的共存、加速异构无线系统的部署、提高资源利用效率。基于认知的端到端重配置的标准化工作也相继在ETSI和3GPP中展开。

1.2 重配置网络体系结构

重配置网络要求所有实体均具备自适应、自配置能力，因此也对整个异构网络的体系架构提出了巨大的挑战。E2R的一个最主要的成就就是提出了未来重配置无线网络的体系结构。

E2R将自主通信作为下一代移动通信系统的范例，目前正致力于将自适应重配置管理平面[4]规划成一个统一的控制和管理系统框架来调整引入到实体间的端到端的交互，从而实现动态模式下支持重配置功能的机制的策略与执行。

自适应重配置管理平面包含软件定义的业务运作组成的不可知网络独立协议模型，它既可以作为现有的控制管理平面的扩充，又可以作为已有的控制管理平面的新的中间平面，为重配置环境下的网络提供额外的控制、管理功能。

在E2R第二阶段，为了给网络单元(终端设备、基站、路由)提供必需的控制管理功能以实现其动态自主重配置的功能，自适应重配置管理平面进行了一些改进[5]。改进的模型称为"自认知重配置管理平面"，它把整个网元看作一个自主化实体，提供越层控制和重配置功能。

如图1所示，自认知重配置管理平面包括上下文信息管理模块、决策重配置管理模块、自配置管理模块和认知服务模块。

上下文信息管理模块：用来处理加工体系轮廓信息和具有可重配置功能的类标记、检测当地可用资源、执行资源分配命令并形成行为报告，以实现全球资源的最优化。

决策重配置管理模块：提出并评估动态策略规则。在定义系统行为时，这些规则在用户和应用需求资源可用性和商业化方面在高层做了限制。此外，此模块还可以形成自我认知学习的上下文信息，使重配置设备的自主行为规范化以形成公正的重配置决策。

自配置管理模块：进行协议层和越层重配置方式的转换，负责当地资源的自我最优化调整并具有自我修复功能;另外，它还可以提供接入及安全控制机制，负责记录重配置结果信息。

认知服务模块：负责相关的容量控制和服务自适应程序。

感知导频信道[6]：通过"带外"物理信道和"带内"逻辑信道实现多运营商场景下的无线接入，提供上下文感知信息。

最后，经过如下步骤实现整个重配置过程：CPC感知周围环境，获取上下文信息和内部数据;协商确定合适的重配置行为;系统根据认知服务模块提供的容量控制及服务应用程序来满足用户的服务和容量需求;依据无线网络资源和网元的可能的调节来执行设备的重配置。

在上述重配置网络架构基础上，为了提供泛在无缝的接入能力，E2R技术必须能够在单一的可适应性系统上提供高效的多空中接口支持能力，以适应各种场景。其中一些具体流程及相应的设计问题将成为未来端到端重配置技术研究的重点。

来源：中兴通讯