英特尔公司通信技术实验室 RogerHurwitz， Bryan Peebler
无线连接正以很快的速度在全球普及，而且正变得日益复杂。今天个人无线通信的绝大部分都是经由蜂窝网来完成的。然而，随着802.11网络的配置，蓝牙无线个域网WPAN的发展和在小外形设备内日益增加的全球定位系统（GPS）应用，这种情况正在迅速地发生变化。
而且，目前一些无线标准和网络正处于开发之中，包括802.16e和802.20无线宽带网以及用于个人联网的超宽带（UWB）技术—显而易见，无线世界正变得更加多样化。
这种多样化不仅会为新服务项目的开发利用创造巨大的机会，也能为通过“最理想的网络”进行随时随地数据访问带来巨大的机遇。”同时它也将带来很大的技术和可用性挑战，特别是对诸如手持设备这样的小外形客户机。
手持设备的未来
面对异构网络环境带来的机会和挑战，手持设备必须进行很大的改进—从今天功能有限(通常为固定功能/固定网络)的设备演变为能够和多个异构网络和服务进行智能交互的灵活设备。
这种革新过程导致一种新型手持设备—“通用通信器”应运而生。这种通用通信器是一种强大而灵活的个人通信设备，可以为用户提供随时透明地访问任何可用网络的服务，包括在这些网络间进行无缝漫游的能力。这种设备还可以支持混合网络环境中各种可能的主要使用模式。这些使用模式包括：
· infofueling（通过最理想最合适的网络进行智能的数据传输）
· 同时发生的话音和数据会话
· 跨网络的多媒体
· 跨网络语音传递，包括支持无缝切换。
· 利用多种位置信息进行定位服务
· 经由不同网络的多业主管理能力
手持设备的未来：“通用通信器”
· 新型强大的个人通信/计算设备。
· 对最理想的网络（无线广域网WWAN，无线局域网WLAN，无线个域网WPAN，全球定位系统GPS和其它网络）进行数据、语音、定位信息、广播媒体等的透明访问。
· 对混合网络环境的主要使用模式提供平台支持，包括：
-“infofueling”（智能数据传输）
-同步语音和数据会议
-可扩展媒体
-跨网络语音传递
-定位服务
-企业管理能力
图1未来手持客户机设备的特性
主要的技术挑战
实现这种随时随地连接的设备要面对许多艰难的技术挑战。这些挑战包括：
多种无线电技术的集成和协调
集成多种无线技术是构建随时随地连接的设备在开始阶段所面临的挑战。典型的多网络设备都有许多针对不同网络的，彼此间却又十分相似的无线通信单元。让这些通信技术同时使用将会带来重要的设计难题。
例如，802.11b和运行在2.4G赫兹范围的蓝牙无线电通信设备之间会产生直接的频率干扰，象这样的干扰是一个常见问题，通常需要无线电通信设备之间进行协调。同时在不同频率的无线电设备之间工作也能产生干扰问题。
更进一步地说，可能需要显著地改变提供多种网络访问的途径。例如，异构客户机设备不是把多个离散的无线电通信设备简单集成，而是只包含很少的无线电通信硬件，依靠在多个协议间灵活地转换来实现功能。这经常被称作“灵活的”或“软件定义的”无线电通信设备。而且，这样的无线电通信设备能被直接集成到处理器硅片中，潜在地减少了设备元件数量、费用和系统复杂性。
智能网络—无缝漫游和切换
如今，用户希望网络内和网络间的漫游就象他们使用蜂窝电话一样简单。
这种移动性支持带来几个问题。对于基于IP的网络间漫游，移动IP技术面临着几个主要的难题。然而，作为对移动IP的补充，客户机平台应赋予应用程序在可用的网络之间进行智能选择的能力。例如，在流动视频的情况下，视频应用程序也许需要在蜂窝网和无线局域网数据流之间配置一种相对熟练的切换方法—移动IP独自无法提供这一功能。
另一个跨网络移动性挑战是为蜂窝网络和非蜂窝网络间进行语音切换提供支持。例如，在一个企业网内用无线局域网WLAN进行通话的用户，可能想在走出建筑物后，让这次通话能继续无缝地进行。这种切换给客户机设备提出了很大的要求。例如，客户机设备为了在切换过程中用一个通话代替另一个，就必须能够起动、接收和复用同时发生的声音流。
电源管理
电源管理是构建手提设备时的一个常见问题。随着手提设备运行的多样化，这个问题也更突出。有两种主要的延长电池寿命的方法。第一种也是最明显的一种是：减少设备的电源消耗。这能通过减少设备内各部分的电源消耗和优化系统级电源消耗来完成。第二种方法是要利用新的电源资源，比如燃料电池。
跨网络身份验证和授权
提供可靠、高效、合理的身份确认应用模式是实现跨网络连接的一个极其关键的问题。当用户在各类网络间漫游时，有一个简单而可靠的鉴别方法非常重要。
手持客户机设备必须在应对这种挑战时发挥主要的作用。要达到这个目的，设备必须提供一个可靠的身份验证知识库，确保发送的身份和数据是安全的，并给用户提供一个方便而可靠的向设备验证自己身份的方法。
多媒体类型支持
高带宽宽带无线连接技术的出现，比如无线局域网或3G蜂窝网络，为手持设备支持多媒体带来了新的机遇反过来，许多手持设备也需要支持更为先进的媒体类型，包括支持全动视频和大量3D图形还可能包括提供高质量和低位率的AAC音频和H.264/AVC视频。而且，为了能在数字域实现设备间交互，手持客户机设备还必须支持MPEG-2视频。
为了能运行图形和游戏，手持设备还必须支持刚出现的手持图形APIS：
OpenGLES—一种用于手持设备的OpenGL升级版本
JSR184—一种刚获认证的基于java的3D手持图形标准
灵活、强大的计算平台
创建通用通信器设备的基础必须是灵活、强大、通用的处理平台。通用处理平台的使用使得在设备中增加无线应用程序更容易，这样就能开发各种各样设备的原始开发者所不曾预料到的信息和服务。处理器还必须在执行异构网络环境要求的复杂任务时，提供对应用程序的处理能力。
设备整体可用性
构建混合网络设备面临的最后挑战就是其可用性。对小型设备进行宽带连接意味着用户对设备的作用有更高的期望。例如，快速访问电子邮件，附件和其它文档可能意味着用户希望设备有适度的数据存取和处理能力。对多媒体内容的访问可能意味着用户需要一个更大的屏幕来浏览多媒体，这样可使其他人也能同时浏览到那些内容。此外，对于大型数据和多个媒体文件的访问则要求设备有更大的存储能力。
基础布置
以上描述的设备需求明显给手持设备的设计者和生产者提出了巨大的挑战。英特尔和其它行业领先企业已经向着克服这些障碍迈出了重要的一步，他们展示了英特尔实验室开发的手持设备的原型技术。
图2通用通信器原型
通用通信器原型以宽带数据多功能的混合为特色，具有蜂窝网（GSM/GPRS）和WiFi(802.11b)网两种连接。它演示了多模式手持设备的潜在使用模式，包括网络间语音和数据的切换能力，无线协议的同步使用能力和通过高质量的多媒体性能而增强的用户体验。
解决噪声和干扰问题
前面曾提到，开发这种设备的中心问题，是由于手持设备内多种射频（RF）电路和高性能数字核的共存带来的噪声和干扰问题。干扰问题能够通过设备的设计得以减少，即一段时间内只用一种网络，这样能使无线电设备得以连续工作，但也会破坏对多种网络进行访问的确切含义。所以，设备必须采用这种设计：无线电技术能够同步使用，同时将无线电装置、天线和数字电路间的干扰保持为最小值。.
这样先进的手持设备必须有一个高性能、多功能的CPU。还必须能够提供高质量的音频和视频用户接口。而且这些都要在由密集复杂的数字、模拟和射频混合电路组成的超薄结构中来完成。
每种电路必须被调到最佳性能，但在同时使用期间又得被隔离，以便不受临近电路的干扰。诸如印制电路板（PCB）体系结构这样高度集成的模式，电路/噪声隔离和屏蔽技术，单个射频电路的最优化性能，电源管理和整体的机械结构等都必须实现成功共存。
通用通信器原型提供了一个无线电装置怎样解决隔离和共存问题的实例。手机的GSM/GPRS天线安装在印刷电路板的顶面，尽可能靠近板边。而WLAN天线则安装在印刷电路板的底面。天线由一个小型插座固定在印制板上。插座和射频前端之间通过50欧姆的短导线连接。
一种改进的波导/屏蔽装置和天线接口组合在一起，并良好接地。所有PCB层面直接位于天线接口下方的铜箔都被挖空以减小RF到PCB内层的辐射。信号层位于天线接口附近的区域必须设置禁布区以减小RF和数字信号的耦合。
设备原型还为内部的802.11b子系统设置了一个片状天线，并使用和GSM 天线接口类似的实施技术：平面层退避，CPW，以及走线层禁布区等。芯片天线位于印制电路板相反的一侧，离 GSM 天线应尽可能的远，从而优化了内部平面层的自然屏蔽效果。为了减少用户的手对射频信号的干扰机会，芯片天线设置在设备的顶端。
由于采用了这些技术，通用通信器原型在进行同时网络访问时，没有明显地牺牲无线局域网或无线广域网的性能。
符合移动性管理要求
移动性管理是客户机设备的应用程序和操作系统寻找内联无线网络环境，并通过复杂方式与该环境中的网络进行无缝交互的能力。
更明确地说，移动性管理包括三种功能：
异构无线网络探测
服务特性质量
支持网络间无缝切换
从跨网络的角度观察这些问题，与诸如移动IP等单协议相比较，移动性管理方案虽有补充作用，但会达到完全不同的效果。只要重要的非IP无线协议仍然受欢迎（如GSM），一种综合的移动性管理堆栈就应该支持它们。因此移动IP是一种完整和综合的移动性管理解决办法，但不是一种替代品。
图三移动性管理驱动程序堆栈(MMDS)
异构无线网络探测使得应用程序和操作系统能探测到设备周围的射频环境。利用平台上无线电设备的扫描能力，探测子系统把扫描到的信号汇合在一起，形成周围无线信号背景的综合情况。在任何必要时候对当前无线网络的了解，都能使设备充分利用网络功能进行特殊操作。
动态QoS增加了对可利用的无线网络的实时评估支持，以确定它们的性能特征，从而进一步提高了设备的探测能力。由于设备的高度移动性，QoS评估在兼顾电源管理的同时需要频繁地进行。有了动态QoS信息，应用程序能够注意到诸如信号减弱这样的情况，并在真正失去连接之前采取相应的措施。
当从一个无线网络移动到另一个时，切换支持给应用程序和操作系统提供了有效的转移连接方法，从而对移动性管理能力起到补充作用。不仅AAA过程需要管理，在一种连接环境下已被示例说明的硬件资源在另一种连接环境下仍需重新说明。若有正确的支持，应用程序能利用移动性管理驱动程序堆栈（MMDS）的切换特色，允许任务跨越多个网络，而用户只体验到最小限度的中断。
通用通信器原型在其结构中实施了这些方案。.
无缝语音漫游
通用通信器原型演示了移动性管理的一个重要的应用：可在电路转换型蜂窝网络和802.11bIP网络间进行语音无缝切换。从用户的角度来说，无缝语音漫游是在一个无线网络（如GSM）中的通话能够在另一个无线网络（如802.11b）中继续的能力。
无缝语音漫游的用户环境是通话应用程序，但从平台的角度来说，潜在的激活者是移动性管理堆栈。通用通信器原型的移动性管理堆栈向应用程序提供了诸如GSM和802.11b覆盖范围的动态变化等关于异构无线网络环境的信息。
移动性管理堆栈内的动态QoS使语音应用程序按需要重新配置，例如从GSM内的一个声音合成机转换到802.11b内的一个宽带音频信号编解码器。移动性管理堆栈也在网络间促进切换，从而促使语音应用程序给用户一种无缝的体验。
总结
随着网络的普及，用户将越来越能够随时随地访问他们需要的信息和服务。手持设备在将来会扮演一个重要的角色。挑战将带来手持设备的迅速改进，使它们能满足异构网络的要求，通过普遍存在的无线网络传送信息。
这次革新将使被称为通用通信器的手持设备达到一个新的高度：能通过多种网络实现用户与信息、服务的透明连接。研究人员正在致力于理解和构建下一代手持设备的问题。英特尔公司将继续与高新技术行业合作开发并传播主要技术与研究，以实现通用、透明的连接。
----《通信世界》
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