关于未来移动通信网络架构和移动性管理的一些关键技术的研究

[摘要]: 随着移动互联网技术和物联网技术的发展，未来的移动通信网络将出现多种通信场景和不同的用户/服务需求. 这既是单一的传统架构，又缺乏移动通信网络的扩展性带来的挑战，但也对未来的移动通信网络中的移动性管理技术提出了新的要求. 因此，针对新场景和新业务的未来移动通信网络架构和移动性管理技术已经成为信息技术领域的研究热点. 移动性管理是移动通信网络的基本特征，它对网络的性能移动性管理，运营效率和用户体验具有重要影响. 因此，为特定的通信场景提供适当的移动性管理是未来移动通信网络关键技术研究的重点之一. . 本文从移动通信网络面临的挑战入手，提出了一种分散的网络体系结构，该体系结构可实现灵活的软件定义. 然后围绕按需移动性管理的思想，进一步提出了一种实现按需移动性管理的方法，并基于提出的软件定义的分散式网络架构进行了原型设计. 最后，针对超密集网络的通信场景，利用软件定义的分散式网络架构和按需移动性管理思想，提出了一种支持本地化移动性管理的机制. 具体的研究包括以下几个方面: （1）针对现有的移动通信网络体系结构不能满足多种通信场景，缺乏灵活性和可扩展性的问题，提出了一种软件定义的分散式移动网络体系结构SoftNet（软件定义的分散式移动网络体系结构）.

该体系结构使用策略控制功能收集的场景信息来智能地定义网络体系结构，并基于SDN的网络功能虚拟化（NFV）技术实现网络功能的动态激活和灵活部署. （软件定义网络）技术执行网关锚点的动态分配和网络资源的统一调度. 与LTE（长期演进）网络的定性比较分析表明，该架构在联网，可伸缩性，鲁棒性，网络资源利用效率和数据转发效率方有优势. 在各种终端移动性模型下的实验仿真表明，就移动性管理而言，所提出的分散网络比LTE网络具有更低的信令开销. 此外，通过仿真分析，本文还从访问延迟，切换延迟和数据传输开销方面验证了SoftNet的性能. （2）针对针对不同通信场景提供按需移动管理的问题，提出了移动驱动网络切片（Mobility Driven Network Slicing）的技术思想和实现MDNS的框架. MDNS的核心思想是通过感知终端的移动行为特征和业务特征来确定网络需要支持的移动性支持水平（或移动性管理机制），然后创建相应移动性支持的网络切片基于移动性支持级别的功能. 最后，将具有不同移动性支持要求的终端定向到具有相应移动性支持能力的网络片上，以实现按需移动性管理.

通过三种典型场景的建模，对MDNS支持的按需移动性管理和LTE系统的通用移动性管理机制进行了分析比较，证明了MDNS具有较低的系统开销. （3）基于按需移动的思想，针对传统LTE系统的移动性管理机制在5G超密集网络部署的特定场景下面临的信令开销大，数据传输效率低的问题基于分散管理的管理软网络体系结构SoftNet的本地化移动性管理机制充分考虑了网络部署特性和回程网络拓扑. 具体的局部移动性管理机制分为: 局部移动性管理机制的集中控制，其中小型基站不具有控制平面的移动性管理功能，终端的移动性事件由本地服务中心集中控制和管理. 本地移动移动性管理机制的分布式控制，其中小型基站具有控制平面移动性管理功能，并且终端的移动性事件由小型基站控制和管理. 根据所提出的局部移动性管理机制和LTE系统的移动性管理机制的数值分析和仿真实验，对局部性移动性管理机制的集中控制是基于平均切换信令开销移动性管理，平均分组传输开销和平均切换. 延迟和平均核心网络信令负载均具有优势，并且分布式控制局部移动性管理机制在切换延迟方面主要不如LTE系统机制.

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