WiMAX是根据IEEE802.16规范的宽带无线接入城域网（BWA MAN）技能，具有传输距离远、接入速度高，根据IP的网络，支撑移动性，满意移动、游牧、固定等不同场景运用的特色，可以广泛运用于广域接入、企业宽带接入、家庭“最终一公里”接入、热门掩盖、移动宽带接入以及数据回传（Backhaul）、有线根底设施单薄的区域等简直一切无线宽带接入商场。
WiMAX支撑移动性的要害技能是完结网络的无缝切换，假如切换进程进行欠好，很可能形成小区的过载或移动台的“掉话”，使网络服务质量大大下降。WiMAX网络支撑VoIP和多媒体通讯等时延灵敏事务，所以怎么快速切换，下降切换时延和丢包率一直是WiMAX网络研讨热门，联系到WiMAX网络能否大规模布署问题。快速移动IPv6（FMIPv6）是公认的IP网络中移动性解决计划，现已在多个系统中选用，技能相对老练，文章正是在研讨802.16e规范界说的MAC切换机制和FMIPv6根底上，依照IEEE802.21作业组提出的草案，在二、三层切换中引进媒质独立切换（MIH，Media Independence Handover）来获取底层链路信息，抵达提早触发切换的意图，并经过NS-2仿真东西进行了仿真完结和成果剖析。
1、引进MIH的WiMAX跨层切换计划
1.1 MIH介绍
IEEE 802.21作业组是在多种网络的互联需求下树立的，它的树立旨在为多种无线通讯网络供给规范的无缝切换规范，为运营商和用户带来一致的互联规范，消除因多种网络底层技能而形成的互联紊乱。IEEE 802.21的一个中心思维便是为了屏蔽底层而为上层供给一致的互联接口，使上层切换在一个规范的渠道履行，而不必去处理因底层技能的不同带来的差异。因而，MIH便应运而生。MIH界说了一种办法可以供给链路层信息和其他有关网络信息给上层用于异构网络间的切换。在这样一个具有多种网络接口的系统中，FMIPv6可以运用事情服务（event service），指令服务（command service）和信息服务（information service）这三种由MIH供给的服务来办理和操控切换时的状况。在FMIPv6中，网路层有必要提早勘探链路层切换痕迹完结无缝切换。所以，需求在FMIPv6中引进MIH服务用于链路层触发。其服务类型共分为三种。
（1）事情服务
事情服务使FMIPv6中切换检测更简单完结。事情信息供给当时网络的状况和二层数据链路的传输行为，比方MAC、无线资源办理等。FMIPv6运用一组恳求/确认信令注册从MIH层收到的事情。界说的事情包含有：Link Detect、Link Available、Link Up、Link Down、Link Going Down等。
（2）指令服务
指令服务引证高层发送给低层的指令，包含从高层到MIH（比方，高层移动性协议到MIH）以及MIH到底层（比方，MIH到MAC，或许MIH到PHY）的指令。这些指令首要携带着高层判定信息给低层，而且操控低层实体的行为。
（3）信息服务
信息服务供给一个结构和通讯机制，经过这些MIH的功用实体在一个地舆规模之内可以发现而且取得现有的网络信息，然后使切换进程更简单履行。信息服务首要供给一组恳求／呼应机制用于信息传送。该信息可以储存在MIH层内部或许MIH可以抵达的信息服务中。该信息服务供给比如街坊方位等静态信息有助于网络发现，也供给动态信息有助于优化异构网络中链路层的连通性。这包含链路层参数，比如频道信息、MAC地址、安全信息，等等。
1.2 引进MIH的WiMAX跨层切换计划
1.2.1 FMIPv6上层切换的优化
2001年7月出台的IETF草案“移动IPv6的快速切换（FMIPv6）”提出了增强移动IPv6节点在Internet上快速改动接入点功能的计划，以下降越区切换时的分组延时和丢包率。它的根本思路有三种：分组缓存、组播和根据L2移动触发的预先切换。其间第三种思路是研讨的热门。FMIPv6能在二层切换时选定路由器而且完结绑定更新，这样发给原CoA的包将送到新CoA。此外，当MN仍衔接在PAR时，FMIPv6经过运用NAR的链路层信息完结CoA装备。为了削减切换的时延，选用2层触发（L2 Trigger）机制，让L3层切换在L2层切换发生之前就提早触发，开端发动，一旦L2切换完结，那么因为L3切换现已开端预备了相应的三层路由，可以根本无时延的沿着新途径进行报文的收发，然后下降乃至消除注册时延。
1.2.2 切换流程
FMIPv6在IP层的切换进程中需求二层触发来预先获取链路层信息，然后提早开端三层的切换。从这个视点来看，MIH供给的事情服务可以有用地为三层供给触发机制，在进行二层切换的一起，触发三层进行切换，然后完结移动节点在网络间的无缝切换，以习惯各种实时事务的需求。在引进MIH的网络模型中，经过在WiMAX中结合FMIPv6的预先和快速切换，能愈加有用的改进切换功能，减小时延和丢包率，切换流程如图1所示。
图1 引进MIH的FMIPv6切换流程
在link going down阶段经过FMIPv6中的RtSolPr和PrRtAdv的信令交互，使MN在没有断开衔接时就获取到了Target BS的网络前缀信息，为三层切换做好了预备。而在二层切换完结时，MN现已与Target BS树立起新的衔接后，MN随即就可以装备新的网络地址，而不需求再去从头获取网络前缀。
与传统的根据MIPv6的计划比较，该计划首要选用了跨层切换的思维，L2层、L3层联合切换，整个切换可以分预切换和切换履行两部分，在预切换进程中，通讯链路坚持衔接，通讯可以正常进行，在此进程中完结了新接入路由发现，有用的减小了切换时延，一起在切换履行进程中，选用地道技能由PAR向NAR转发缓存数据包，服务流能有用的重定向到新的AP，然后有用地减小了丢包率。
2、跨层切换的仿真
2.1 仿真场景树立
使用NIST供给的无缝安全移动性（Seamless and Secure Mobility）协议支撑包，依照上面提出的切换仿真计划，修正源代码中与切换相关的路由发现与网络地址装备流程。即在Link going down阶段就进行三层切换的信令交互，获取Target BS的网络地址，省去了链路从头树立后获取新转交地址的流程，而是在二层切换完结时随即装备之前获取到的新的转交地址。仿真场景如图2所示。
图2 WiMAX网间切换仿真场景图
其间，4是移动节点MN，2和3表明分归于不同网络的两个WiMAX基站，1表明路由器，0表明通讯对端。经过从0向4以0.1 s的发包距离发送Packet Size=4960的cbr（constant bit rate）流量来仿真运用层服务流。服务流仿真时刻从10到150，一共发送了5603个包。1担任转发服务流到基站，当仿真开端时，MN开端初始接入2号基站的网络中。初始接入完结之后在2号基站的掩盖规模内向3号基站的掩盖区域以2m/s的速度移动，2号基站担任发送从1转发过来的服务流到移动节点。
2.2 切换时延和丢包率剖析
该仿真模拟了一个MN在分归于不同网络域的两个BS之间切换的进程。经过剖析移动节点MN接纳到的数据包，来调查切换时延和丢包状况。详细数据信息如表1所示。
表1 MN接纳数据包ID与仿真时刻剖析表
由表1中的数据可以看出，在t=106.051318565时MN开端发生切换，此刻收到Serving BS发送来的最终一个数据包，其ID号为3843；直到t=106.248973719时切换完毕，收到Target BS发送来的ID号为3848的数据包，一共丢了4个包，切换时延约为Thandover=0.19。
2.3 端到端时延与仿真时刻的联系
经过剖析数据包的端到端时延，可以调查网络的安稳性。当网络处于正常作业状况时，数据包的转发应该是相对安稳的，端到端时延在一个数量级上平稳动摇。可是，当移动节点发生切换时，二层链路扫描和路由更新进程会影响数据包的转发速率，使端到端时延忽然增大。当切换完结时，数据包又会康复平稳的转发。经过NS-2供给的gnuplot绘图东西，别离制作出根据FMIPv6和根据传统MIPv6下的端到端时延图，其间实心点表明数据包。
从图3和图4中可以看出，在切换开端前和切换完毕后，MN别离和两个不同的基站进行通讯，且服务流坚持平稳的端到端时延，当切换进行时，因为要进行二层链路的从头衔接和服务流重定向，导致切换进程中发生的服务流数据包在网络中停留时刻相对较大，直到服务流重定向完结时才由Target BS发送给MN，然后发生了图中所示的延时冲击。
图3 根据FMIPv6的端到端时延
图4 根据传统MIPv6的端到端时延
而比较两种切换流程可以看出，根据FMIPv6的计划尽管发生了两次延时冲击，可是它确保了数据包能完好发送到MN，仅仅因为在进行二层切换和服务流重定向时，网络中的数据包停留时刻稍长，且只要少数丢包，因而根据FMIPv6的计划能有用的下降丢包率，可是关于网络的负荷会呼应添加；而根据传统MIPv6的计划尽管只在进行二层切换时数据包的时延有所增大，可是它并没有提早获取新的网络前缀，因而二层切换完结后MN会与Target BS进行三层切换的信令交互。这时数据包因为找不到路由而发生了很多的丢包状况。而在路由从头树立起来后数据包才由Target BS平稳的发送给MN。因而根据传统的MIPv6计划是以丢包为价值来获取网络的安稳性。仿真成果验证了上文中对端到端时延的理论剖析。
2.4 小结
本次试验首要调查在同构的WiMAX网络中二层和三层切换的结合，经过引进MIH来获取底层链路的信息，抵达提早触发切换的意图。经过仿真验证了MIH子层在WiMAX网间切换时结合FMIPv6的思维进行跨层切换，能有用地下降切换时延和丢包率，对上层服务流特别是对实时性要求较高的语音和视频事务可以供给杰出的QoS确保。当然，试验自身也有必定局限性。首要，计划中对切换判定的战略仅仅单一的信号功率判别，没有结合其他的切换战略，这也是往后研讨中的一个要点；别的，因为试验要点放在调查切换时延和丢包率上，因而关于WiMAX的组网和网络办理以及认证鉴权等处理未作深化考虑，在实践运用中以上要素也是WiMAX商业运营必不可缺少的要害。
3、结语
文章在介绍WiMAX的一起要点调查了怎么将FMIPv6与WiMAX的底层切换相结合，经过在二三层之间引进MIH子层完结上层与底层之间的交互，为上层供给链路信息和切换触发事情，使得在WiMAX网络间切换时能更好地支撑语音、视频等实时事务。并经过NS-2网络仿真东西对切换计划进行了仿真和比照，验证了计划的可用性和杰出功能，关于往后以全IP中心网为根底的WiMAX网络互联有必定的指导意义。另一方面，MIH的提出是为未来五光十色的异构网络互联供给协议一致性，因而，在本次试验的根底上，异构网络间的切换将成为往后的研讨要点。
