近幾年網路通訊朝向ALL-IP Network發展，將原有之packet-switching與circuit-switching network整合在一起，以整合型之All-IP network提供各式服務...
近幾年網路通訊朝向ALL-IP Network發展，將原有之packet-switching與circuit-switching network整合在一起，以整合型之All-IP network提供各式服務。依其通訊時間、地點、移動速率、品質與傳輸速率的不同，提供使用者最符合經濟效益、無所不在、無處不連的寬頻無線多媒體網際網路服務。建構此無線接取世界最理想的做法是設計全能、具高頻譜效率且在各種傳播環境皆能有效運作的接取系統(含微、小、大、巨細胞及低、高移動速率傳播環境)。使用者只要依其所需的傳輸速率、品質與希望價格提出要求，此全能、高頻譜效率接取系統將可依其要求，利用最有效的無線資源管理方式提供最廉價的所需服務。
在現實世界裡，由於使用者對傳輸速率與品質的不同要求以及在移動速率、傳輸功率與電波傳播環境上的限制，設計一全能、具高頻譜效率且在各種環境下皆能有效運作的接取系統，在技術上並不可行也不切實際。此外，有鑑於現有第二、三代行動系統、無線區域網路、衛星系統、數位廣播系統、無線個人區域網路系統等等在標準制定及系統建設上的龐大投資，設計一全新系統以取代舊有的所有系統，殊不可行，所以未來異質多接取網路整合是較為可行的解決方式。
目前相關文獻大抵以蜂巢與網路階層高低，如distribution、cellular、hotspot、personal等4階架構或是 Hyper/Super-cell、marco/micro-cell、WLAN、WPAN(Wireless Personal Area Network)、BAN(Body Area Network)等5類架構來描述異質多接取網路。2種分類概念是相仿的。在這樣的多接取網路架構下，如何提供整合性的服務是一重要的課題，其重要性在於終端通訊設備需要作軟硬體的整合、網路端需要聯網的整合、應用與服務也需要平臺化的整合，才有助於後續服務與應用的發展。
建構未來無線世界較可行的做法是如圖1所示，各個已在單一傳播環境最佳化的現有接取網路，透過一接取整合機制作互連並提供在任何時間、地點的無縫(seamless)接取服務。
此一接取整合機制除提供各個接取網路間的互連，作有效無線資源管理、移動管理及服務品質控制與協調外，亦作為各個接取網路與核心網路(core network)的連接介面。由於各個接取網路已在單一傳播環境最佳化，具高頻譜效率，加之利用有效的無線資源整合管理，將能提供符合消費者品質要求的最廉價服務。
未來無線接取世界將是異質(heterogeneous)多接取網路整合系統；由個人區域網路、無線區域網路、行動通訊接取網路等多種異質接取網路所建構而成。然而各個接取網路從網路架構、傳輸方式、傳輸速率、傳輸品質、QoS(Quality of Services)策略、資源管理模式皆有很大不同，因此為了提供符合經濟效益的無縫接取服務，在網路端，多種異質接取網路勢必能互通 (interoperability)，網路間必須能漫遊(roaming)，資源管理、使用必須統一協調，加之如欲達到無縫接取服務，網路間必須能快速交遞(handoff)。此外，如何結合具基礎架構(infrastructure)網路及Ad Hoc網路，利用多跳(multihop)功能擴充涵蓋範圍、減少功率損耗以及如何結合核心網路以達到有效的資源管理，以及端對端QoS保證亦是重要議題。在手機端，因應多種異質接取網路，多頻段、多模式兼具多系統選擇功能勢不可免，因此具可重置(re-configurable)及再程式化(re- programmable)之軟體無線電(Software Defined Radio, SDR)手機及基地台設計是核心的技術議題。
目前異質多接取網路架構與無線資源管理相關議題主要在歐盟IST(Information Society Technology)及IEEE 802贊助下的幾個大型研究計畫中進行。IST BRAIN(Broadband Radio Access for IP Based Network)及WINEGLASS(Wireless IP NEtwork as a Generic platform for Location Aware Service Support)計畫主要探討行動通訊系統如UMTS、GSM與無線區域網路如BRAN(Broadband Radio Access Network)的整合技術，DRIVE(Dynamic Radio for IP-Services in Vehicular Environments)計畫探討UMTS、GSM等行動通訊系統與廣播系統的整合技術，MONASIDRE (Management of Networks and Services in a Diversified Radio Environment)計畫探討異質多接取網路與服務管理技術，MOBYDICK(Mobility and Differentiated Services in a Future IP Network)計畫則探討異質多接取網路的移動管理及多樣化的品質保證技術，無線區域網路及無線個人區域網路整合技術研究主要在IEEE 802.15計畫中進行。
主要研究議題有異質網路整合架構、機動頻率配置(Dynamic Frequency Assignment, DFA)及載量控制(load control)技術、功率及傳輸率控制技術(power and rate control)、交遞技術(handoff)、允入控制(call admission control)、排程技術(scheduling)、端對端品質(end-to-end QoS)保證。
異質性網路可以是指完全不同系統，目前這方面的研究偏重在探討如何讓不同系統共用相同的頻率但不相互造成干擾。
CDMA利用展頻技術，讓自己的寬頻訊號對別的系統而言成為近似的白色雜訊(white noise)，因此CDMA和其他系統共用頻率的性能分析問題，如和TDMA系統GSM、或和FDMA系統AMPS、或和其他CDMA的系統之間的干擾分析，一直是個很熱絡的研究領域。未來無線網路將是一個階層式異質性網路(hierarchical heterogeneous network)的架構，其架構將是由下列網路架構組成。
以涵蓋全球、室外為主，基地台可能是現在的細胞式行動通信系統的基地台，或是一個衛星涵蓋一個大區域，以提供基本的語音或傳真等服務為主，傳輸速率約在8 kbps到144 kbps左右。
涵蓋比較小的區域，可能包含室內和室外，目的在提供144 kbps到384 kbps速率的網際網路接取或電子商務的服務。
微細胞行動通信系統(micro cell)
涵蓋更小的區域，以室內為主，目的是在提供384 kbps到 2048 kbps速率的網際網路接取，FTP或行動無線辦公室的服務。
提供更快速率的數據通信如54 Mbps的無線區域網路。
主要提供短距離通訊，例如Bluetooth系統等。以往這些不同階層的系統是屬於不同網路，但是隨著全IP核心網路(All IP Core Network)的到來，不同階層的系統將會有極迫切的需要，整合成一個無縫全IP網路(seamless IP based network)。
高頻譜效率是無線通訊最重要的要求，在現有的系統裡，頻譜的指定採用固定方式；各接取系統之使用頻段皆固定且不重疊。同時各系統間並不互連，各系統間之載量亦無法統一控制，某些系統載量太大無法負荷，另外系統則頻譜閒置無充分使用。固定頻譜指定的優點是頻譜管理容易，頻譜間干擾易於控制，但其缺失是頻譜無法最佳化使用，頻譜效率低。當然，各系統間之載量無法統一控制會造成頻譜浪費，因此有必要使用動態方式作頻率指定並配合各系統間作載量整合控制以提高頻譜使用效率。
在無線的通訊環境中，通訊載量是隨時間、空間的不同而有所變動，服務的要求亦有所不同(上下鏈傳輸率、QoS要求等)，此外，各接取系統的傳輸能力不同，頻譜效率會隨載量而變動，所能提供的服務亦不一樣，例如廣播及TDD(Time Division Multiplexing)系統較能提供高速率下鏈傳輸，這與FDD(Frequency Division Multiplexing)系統就有很大的不同。因此，在未來異質性多接取網路整合系統中，固定頻譜指定方式勢必無法依據載量及服務要求之變動，使用最佳接取系統提供所需服務，進而造成頻譜無法充分使用，整體頻譜效率下降。例如，在某一時間、地點需要大量資料下載，但受限於廣播及TDD系統頻譜，並無法提供服務，縱然在同一時間、地點FDD系統仍有剩餘系統容量。
異質性多接取網路整合系統之動態頻率指定及載量控制技術的相關研究正剛起步，在動態頻率指定部分，目前主要研究是利用相鄰頻段作動態頻率指定，此意味著：相鄰頻段仍指定給固定系統使用但相鄰頻段之邊界可依據當時、當地載量及服務需求作適當調整以提高頻譜使用效率。全方位的動態頻段指定是未來研究之主要考量。在載量控制部分，主要目標是利用最適當之接取系統提供所需服務，或著結合不同系統提供最具效益之服務。
傳統功率控制技術的目標主要是在解決遠近問題(near far problem)和延長手機的電池壽命，藉著控制每個用戶的傳輸功率至剛剛好的大小，以增加整個系統的使用者為目標，換句話說，就是要達到公平性 (fairness)，傳統的功率控制技術是以語音服務為主，最近功率控制的研究方向轉向數據資料的服務為主，也就是整合功率控制和速率控制 (integrated power and rate control)的問題，
基本上，功率控制和速率控制的目標是互相牴觸的，功率控制的目標是達到公平性，讓越多的用戶同時享有共同的服務，而速率控制則是以增加資料量 (throughput)為目標，讓個別的用戶有越多的傳輸速率，如何滿足用戶間有不同的QoS要求和傳輸速率，同時達到公平性和高資料量的雙重目標。
另一方面，結合功率控制和其他實體層的新技術，如智慧型天線和多用戶偵測技術(multi-user detection)，以提高系統容量也是一個熱門的研究課題。傳統上，功率控制是在鏈路交換(circuit switching)網路，當IP成為核心網路，如何在分封交換(packet switching)網路做功率控制就成為挑戰性的研究課題。
交遞技術是行動通信網路讓使用者不受地理位置限制，能同時保持通訊，並且能自由活動的重要關鍵，交遞技術可分為軟式交遞技術(soft handoff)及硬式交遞(hard handoff)技術，最近的發展主要考量加入使用者的位置成為交遞程序準則(location-aware handoff)。此外針對異質網路架構，同時考慮移動效應和無線傳輸效應之交遞協定亦是重要課題。
另一方面，考慮未來無線網際網路(wireless internet)的交遞問題，因為網際網路一開始並不是針對無線通訊的環境所設計，因此新的交遞協定必須制定修改，才能在無線網際網路的環境下，提供即時性的數據服務(real-time data service)，目前可分為下列2種移動管理(mobility management)技術。
這種移動管理又稱為設備移動(device mobility) ，IETF制定Mobile Ipv6(MIPv6)就是屬於此類，但是此種交遞協定只能針對某些能夠容忍幾秒鐘延遲的服務。
微觀移動(micro-mobility)
為了減少宏觀移動的交遞延遲，IETF也開始制定微觀移動的交遞協定，文獻上也有一些探討，但是完善的解決之道仍尚待討論。針對無線網際網路，同時考慮移動效應(mobility effect)和無線傳輸效應(radio propagation effect)交遞協定並不多見。
在以語音為主的汽車行動通信系統，決定是否接受新的用戶連接其電話至系統中，是相當簡單的問題，只要該基地台有可用的頻道，就可接受該手機打電話的要求。然而，對下一世代的行動通信系統而言，允入控制就變得相當複雜，因為系統的性能主要是被干擾所影響，允諾控制必須預估一旦接受新的用戶，所產生的訊號干擾比(signal to interference ratio)的大小，先判斷是否能合乎系統的穩定操作範圍，然後在決定是否接受該用戶的服務要求。
排程技術
在未來之通訊系統中，非即時性的數據封包(non-real time packet data)，可藉由排程機制調節基地台之通道容量，進而保證即時服務之品質並提高系統傳輸效率。最新排程技術的發展是朝向與實體層的技術結合，如排程技術和功率控制整合及整合排程技術和智慧型天線技術等。另外，為了在網際網路中提供QoS如IntServ或DiffServ服務，排程技術也扮演重要的角色。
在網際網路中，網路層(IP layer)是不保證QoS，網際網路是透過傳輸層也就是(TCP layer)，來達到QoS保證。但是，網際網路一開始設計時，主要是針對有線網路，其傳輸通道的品質較為穩定，因此假設所有的封包遺失，都是因為網路壅塞，所以一旦發現封包遺失，就透過流量控制程序(flow control)，減小封包大小，以減少壅塞。在「無線」網際網路中，傳統的流量控制程序並不適用來提供QoS保證，因為會把無線通道傳輸過程中的封包遺失，當作網路壅塞來處理，目前解決之道有下列幾類。
目前在UMTS系統裡採用的是Radio Link Layer Solution，然而目前只解決封包錯誤(packet error)和封包延遲(packet delay)的設計問題，並沒有完全解決無線通道錯誤機率較高對QoS的影響。Snoop Protocol是介於Radio Link Layer Solution和TCP Split Connection Approach之間，但在基地台對每個TCP連接都可能使用到Cache技術，似乎不太符合經濟效益，WAP採用的是Socket(Gateway) Solution。以上方法都是針對TCP在無線通道性能較差的情況下加以改善，改善後的TCP協定是否就能達到未來無線網路對QoS的要求，尚待進一步的討論。
接下來我們會舉3G與WLAN為例的網路整合做為異質多接取網路整合的第一步，因為第三代行動通訊(UMTS)與無線區域網路(WLAN)是未來幾年內無線通訊的主要應用技術。一般而言，行動電信網路的優點是涵蓋範圍大、允許使用者快速移動；而無線區域網路的優點則在於擁有較高的頻寬及傳輸的速度。從市場的角度來看，第三代行動電信網路因為執照以及建置費用過高，另外其語音應用所佔的營收比例已逐年下滑，如何開拓語音之外的新財源成為業者當務之急。而 WLAN由於建置成本較低廉，再加上近幾年其技術規格也普遍應用在各種裝置上，可說是邁入成熟的市場階段，因此在定點搭配建置WLAN提供高傳輸率的行動數據服務，將可有效提高行動電信運營業者的客戶群的貢獻度。而相對地，行動電信運營業者廣泛的客戶群優勢也能帶給公眾無線區域網路經營業者固定的客戶基礎，讓雙方互蒙其利，故3G與WLAN的異質網路整合可提供行動運營商與WISP業者雙贏的局面。
目前公眾無線區域網路使用還存在著一些技術問題。需要進一步解決如安全問題、即時傳送服務時的QoS問題等。在管理模式上和經營模式上也需要進一步探討。目前WLAN與蜂巢技術的結合主要集中在網路端的計費和認證方式方面。但從長遠的技術發展趨勢來看，在網路結構和協議以及無線接取介面上都朝著更深層次的融合工作。
從3G與無線區域網路(WLAN)不同的技術特性和支援的不同功能來看，3G與WLAN本質可以說是互補的，協調好兩者間的關係將促進彼此的發展。3G植基於傳統的電信領域，對公眾提供電信級的業務。從3G一推出就確立了高帶寬、提供多媒體服務(包括語音和數據)全球漫遊等服務。用戶可享受良好的安全性和不同QoS。而WLAN則受到傳統的數據通信(如企業網路公司)的牽動，可以說WLAN是有線網路向無線世界的一種延伸，其目的主要是在無線環境下提供數據通信而非語音能力。
3G可提供廣域的覆蓋但帶寬遠低於WLAN，WLAN適用於短距離覆蓋但帶寬高。因此3G的運營業者完全可以採用WLAN來進行大樓內的覆蓋以提供更高的帶寬。WLAN目前主要用於辦公大樓、旅館、機場等所謂的熱點地區(hotspot)，由一些WISP業者建置並向用戶提供網際網路的接入服務。WLAN 的覆蓋範圍比較有限，此外在移動性、安全性以及對服務的控制能力方面均弱於3G系統。要建設可運營、可漫遊的電信級WLAN網路，WLAN的可靠性、穩定性還需要在實際怖建中進行檢驗。
圖2顯示了WLAN和3GPP兩種可能的主要覆蓋方式的比較。對於方式1，用戶想在一個熱點區域(hotspot)的方式使用3G認證能力收發E- mail。這種下鬆耦合(Loose coupling)是合適的解決方案。此時不需要實現WLAN接入和3G接入無縫隙切換，即無需保證服務的連續性。用戶通過WLAN的高頻寬特性，由核心網路(CN)提供認證和計費功能，數據直接接入外部PDN網，無需經過核心網路(CN)。
對於Loose Coupling的整合參考模型而言如圖3，UMTS與WLAN使用相同的AAA資料來作使用者之認證、授權與帳務管理，而在行動管理機制部分仍可以透過IETF所制定的協定，如Mobile IP、SIP等來達到位置的管理。
對於方式2，WLAN覆蓋區域完全落在UTRAN覆蓋區域範圍內。當用戶開車旅行時使用UTRAN覆蓋區域提供的服務，進入建築物時由WLAN覆蓋區域提供服務。當用戶在不同覆蓋區域內進出時，需要保持連接處於有效狀態，保證服務的連續性。由於WLAN提供的QoS能力比UTRAN強，需要對存在的連接進行QoS協商。在建立新的連接時，處理延遲時間應最小。WLAN的服務數據流需經過核心網路(CN)再接入外部網路，這種下緊耦合(Tight coupling)的方式是合適的解決方案。
對於Tight Coupling的整合參考模型而言如圖4，WLAN視為其中一種UMTS之Radio Access Network，這種模型技術上必須開發新的網路介面連到UMTS系統的SGSN Node上。其對於Handoff的支援能力較好，然而其缺點之一為只適用於行動電信運營業者同時擁有兩者網路的情況。
3GPP對3G系統與WLAN互連進行了可行性研究，提出了從簡單的互連到完全無縫的互連的系統間操作的6種解決方案。以下是對6種設想方案的簡要介紹。
這是整合的一種最簡單的做法。WLAN和3GPP之間的連接是一種單一的客戶關係。對於3G和WLAN接入服務，用戶只會從行動電信運營業者收到一張帳單。WLAN和3G系統的安全相互獨立，這種做法對3G規範不會產生任何新的要求。
這種做法是由3G系統提供認證、鑑權和計費，確保用戶在接入時看不到較大差別。
該做法允許通過WLAN接入方式，接入到3G系統PS服務，如：IMS服務、LBS服務、即時訊息、MBMS以及以上幾種服務的組合。但是對於3G系統和WLAN之間的服務連續性不做要求。
在處理WLAN和3G兩種接入技術切換時，接入3G PS所支持的服務能夠保持不斷。該做法不僅提供WLAN和3G之間切換，而且提供WLAN子網之間切換時的服務連續性。
在2種接入技術之間，對接入3G PS提供的服務，提供無縫連續服務，即在不同接入技術之間切換時，數據丟失和中斷時間最小化。
通過電路交換型WLAN接入方式，允許接入到3G CS服務，同時提供CS服務無縫的移動性管理。
廣域與區域無線網路整合主要願景為提供給消費者未來兼具Terminal Mobility、Session Mobility、Personal Mobility、Service Mobility考量的行動服務環境，以提供無間隙的行動通訊服務，達到行動通訊網路最有效之運用。其中包括提供行動終端於異質網路環境下之行動管理機制，有效改善網路層行動管理技術的不足以改善資料傳輸效能，及有效解決防火牆、伺服器的通透問題。另一方面又可提供快速及一致之認證、授權、帳務整合管理機制，利用電信網路較為安全之認證管理機制補強WLAN安全性的不足，及提供使用者及網路運營業者以單一一個帳號管理電信網路以及無線區域網路之消費，充分提供便利性。