CN101287256B - 端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法 - Google Patents

Abstract

端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法中：可重配置终端的系统结构由嵌入式微处理器ARM、数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA三个部件组成；其方法为，它包括由可重配置终端、接入点/基站AP/BS、重配置网络管理服务器协同完成的重配置触发事件检测过程、重配置决定和接入技术选择过程、重配置软件下载过程和重配置软件安装与执行过程4个过程；所述重配置触发事件检测过程、重配置决定和接入技术选择过程和重配置软件下载过程分别由位于嵌入式微处理器ARM中的终端重配置控制器中的重配置触发事件检测模块、重配置决定和接入技术选择模块和重配置软件下载模块完成。

Description

端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法

技术领域

本发明涉及一种端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法，属于软件无线电的技术领域。

背景技术

移动通信技术发展迅速，新的无线通信技术和标准层出不穷。在移动通信环境中，多种异构的移动通信技术并存将是一个显著的特点，这主要是由开放的移动通信市场环境和快速的技术研究过程等因素决定的。异构移动通信技术并存在某种程度上促进了移动通信的发展，并在一定程度上满足了广大用户不断提高的业务数量和质量的要求。为了使用户能在这样的应用环境中自由漫游和无缝切换，就提出了异构无线接入技术间的互通和融合问题。融合可以在终端、网络、业务多个层面实现，最为关键的就是能灵活支持多种无线技术的终端重配置，其技术基础就是软件无线电(SDR)。

软件无线电概念在20世纪70年代后期首次提出，90年代开始广泛研究。理想的软件无线电技术能够通过配置网络设备和终端实现任意模式的变化。软件无线电的核心思想是：将模数转换(A/D)尽可能靠近天线，用软件完成尽可能多的无线电功能。软件实现的通信功能采用模块化的设计思想，通过各种可转换、可替代、可定制、可重用的组件模块的使用，完成终端的可重配置能力。

随着研究的深入，人们发现仅以软件无线电设备为研究目标，无法充分发挥软件无线电技术的灵活性以及对异构接入技术的支持作用。因此，基于软件无线电技术的端到端重配置研究应运而生。

端到端重配置技术是指针对无线接入技术环境的异构性特点，以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体验为目标，综合可编程、可配置、可抽象的硬件环境以及模块化的软件设计思想，使网络和终端具备支持多种接入技术，且可灵活适配能力的技术。它强调的是系统的概念，整个重配置过程将涉及从通信源端到目的端的各个环节，十分重要的是对网络和终端可重配置能力的控制和管理。

端到端重配置技术包括终端重配置技术、网络重配置技术和业务重配置技术。重配置技术的相关研究包括：终端和网络设备软件下载和无线接入技术重配置，重配置的控制管理机制，异构网络的联合无线资源管理，动态频谱分配技术。相对于传统的技术融合思路，端到端重配置技术具有更广泛的通用性和可扩展性。重配置环境下的终端和网络设备具有灵活的软件下载和无线技术的重配置能力，用户可以根据终端所处的环境特征和业务需要选择合适的无线接入技术。端到端重配置技术对于解决目前复杂的异构无线技术共存问题有着重要的意义。可重配置实体通过灵活配置和选择合适的接入技术，可以减少异构环境中可能的系统干扰，并可缓解资源不足等问题。通过联合无线资源管理等技术，实现了对不同网络资源的最优化使用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法，按照该方法对终端重配置进行控制和管理，使终端具备支持多种接入技术的能力，并能根据具体使用场景、用户的偏好、网络情况等灵活适配至合适的接入网络中。

技术方案：为了实现端到端的重配置，使终端具有灵活的适配能力，本发明提出了端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法。该控制方法涉及的网元包括接入点/基站(AP/BS)，重配置网络管理服务器和可重配置终端。

端到端重配置环境下终端重配置的系统结构由嵌入式微处理器ARM(S3C2410)、数字信号处理器DSP(TMS320VC5410)和现场可编程门阵列FPGA(EP2C70)三个部件组成；其中，嵌入式微处理器ARM上装载终端重配置控制器和可重配置应用层软件，现场可编程门阵列FPGA上装载可重配置物理层逻辑，数字信号处理器DSP上装载可重配置MAC层软件，在终端重配置控制器的控制和管理下，可重配置终端完成物理层、MAC层和应用层的重配置；可重配置终端系统结构包括三组接口：嵌入式微处理器ARM和现场可编程门阵列FPGA之间的接口，嵌入式微处理器ARM和数字信号处理器DSP之间的接口，数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA之间的接口。

所述的嵌入式微处理器ARM和现场可编程门阵列FPGA之间的接口包括两种接口，一种是JTAG接口，终端重配置控制器通过该接口向现场可编程门阵列FPGA传递需替换的物理层重配置文件，另一种是并行数据接口，终端重配置控制器通过该接口向现场可编程门阵列FPGA传递重配置参数、接受现场可编程门阵列FPGA的重配置执行结果反馈信息，当嵌入式微处理器ARM的nGCS2向现场可编程门阵列FPGA的CS引脚输出高电平时，嵌入式微处理器ARM的8位地址线选中FPGA的低8位地址线，并通过现场可编程门阵列FPGA低8位数据线进行数据交换。

嵌入式微处理器ARM和数字信号处理器DSP之间的接口为主机处理器接口HPI，终端重配置控制器通过该接口向数字信号处理器DSP传递需替换的MAC层重配置模块、重配置参数并接受数字信号处理器DSP的重配置执行结果反馈信息，当嵌入式微处理器ARM的nGCS1向数字信号处理器DSP的HCS引脚输出低电平时选中数字信号处理器DSP，嵌入式微处理器ARM的低4位地址线作为控制线，嵌入式微处理器ARM的8位数据线与数字信号处理器DSP的8位HPI数据线进行数据交换，交换的数据包括控制命令、用户数据和下载软件，这三种交换数据通过标志位进行区分。

所述的数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA之间的接口是地址总线和数据总线接口，通过该接口数字信号处理器DSP向现场可编程门阵列FPGA传送需发送的MAC帧，现场可编程门阵列FPGA向DSP传送解调后的接收MAC帧。

AP/BS为可重配置终端提供无线接入服务，可重配置终端通过AP/BS与重配置网络管理服务器进行交互，控制终端的重配置过程。根据需要，AP/BS也可以进行重配置，由重配置网络管理服务器进行控制和管理，AP/BS重配置技术原理和终端重配置类似，但有可能引发网络内众多终端的重配置。本发明仅涉及终端重配置，不涉及AP/BS的重配置。

重配置网络管理服务器负责端到端重配置的管理，可发起并负责控制可重配置终端和AP/BS的重配置，不同运营商拥有各自的重配置网络管理服务器。

终端重配置分为两种应用情况：一种是系统升级，另一种是无线接入技术的替换。系统升级属于局部重配置，终端工作的无线接入技术并没有改变，只是改变其中一个或几个参数的配置，或者改变部分模块。无线接入技术之间的替换，是当上下文环境发生变化时，根据用户设置的偏好、终端性能等选择另一更合适的接入技术，从而实现多模终端的动态控制。

端到端重配置环境下的终端重配置功能包括四个部分：终端重配置控制器、可重配置物理层、可重配置MAC层和可重配置应用层。终端重配置控制器包括四个模块：重配置触发事件检测模块、重配置决定和接入技术选择模块、重配置软件下载模块和重配置软件安装与执行模块；终端重配置控制器通过与网络侧和用户的交互，获取重配置信息，并控制和管理物理层、MAC层和应用层的重配置。可重配置物理层、可重配置MAC层通过与终端重配置控制器交互，进行接入技术替换或参数重配置。

终端重配置控制器在嵌入式处理器ARM上实现，控制和管理终端的重配置，通过与重配置网络管理服务器和用户的交互，获得重配置指令以及重配置所需的软件和信息，据此控制物理层的重配置、MAC层的重配置和应用层的重配置。

可重配置的物理层在现场可编程门阵列(FPGA)上实现，位于ARM上的终端重配置控制器通过下载接口将重配置物理层软件下载至FPGA，通过数据接口将可重配置参数下载至FPGA，FPGA据此执行物理层的重配置，并向终端重配置控制器反馈物理层重配置执行结果。

可重配置的MAC层在数字信号处理器(DSP)上实现，位于ARM上的终端重配置控制器通过接口将重配置MAC层软件以及可重配置参数下载至DSP，DSP据此执行MAC层的重配置，并向终端重配置控制器反馈MAC层重配置执行结果。

可重配置应用层在ARM中实现，终端重配置控制器通过处理器内部接口对其进行控制和管理。

终端重配置控制方法包括AP/BS、重配置网络管理服务器和可重配置终端协同完成的重配置触发事件检测、重配置决定和接入技术选择、重配置软件下载、重配置软件安装与执行4个过程，终端重配置控制器对终端的重配置过程进行控制和管理。

端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法它包括由可重配置终端、接入点/基站AP/BS、重配置网络管理服务器协同完成的重配置触发事件检测过程、重配置决定和接入技术选择过程、重配置软件下载过程和重配置软件安装与执行过程4个过程；所述重配置触发事件检测过程、重配置决定和接入技术选择过程和重配置软件下载过程分别由位于嵌入式微处理器ARM中的终端重配置控制器中的重配置触发事件检测模块、重配置决定和接入技术选择模块和重配置软件下载模块完成；重配置软件安装与执行过程由终端重配置控制器中的重配置软件安装与执行模块和可重配置物理层、可重配置MAC层和可重配置应用层共同完成。

所述的重配置触发事件检测过程包括对三类触发事件的监测：监测用户通过人机命令改变会引起重配置的用户偏好、监测来自网络侧的重配置请求、以及监测无线接入技术的链路状况、信噪比QoS信息；当是前两种触发事件时，首先判断重配置触发事件的优先级，如果是紧急事件则直接进入重配置决定和接入技术选择过程，否则进行无线接入技术链路状况的监测和发现第三个触发事件；第三个触发事件可以由定时器发起，也可以由第一个触发事件、第二个触发事件发起，通过监测和发现，可得无线接入技术的链路QoS，将所得QoS值与预先设定的门限值进行比较，判断是否有可能触发重配置，如果可能则进入重配置决定和接入技术选择过程。

所述的重配置决定和接入技术选择过程，首先根据用户设置的偏好和当前终端的重配置能力判断是否进行重配置；如果用户拒绝或所需条件不满足，则不进行重配置，拒绝重配置请求；如果用户同意重配置且重配置所需的条件满足，则与重配置网络管理服务器进行协商，获取网络的性能和费用信息，并结合用户已设置的偏好和终端当前的资源，选择出最合适的重配置接入技术；如果没有合适的候选接入技术，首先通知网络侧的重配置管理器，等待一定时间后，发起无线接入技术的监视和发现。如果选出的重配置接入技术正是当前使用的网络，则不需要重配置；如果是其它网络，首先通知重配置网络管理服务器选出的接入技术，如果网络侧不同意该候选接入技术作为重配置接入技术时，发起接入技术的监视和发现过程；如果网络侧同意该候选接入技术作为重配置接入技术，需再次判断用户是否同意协商的结果且所需的条件是否满足，有一条件不满足则结束此次重配置，否则判断是否需要下载重配置软件。

所述的重配置软件下载过程包括预备阶段和传输阶段2个阶段，在预备阶段，终端重配置控制器查询数据库判断是否需要下载软件，当需要软件下载时，终端重配置控制器向重配置网络管理服务器发送下载请求，然后双方进行鉴权；如果鉴权成功，重配置网络管理服务器向终端重配置控制器请求性能配置列表；终端重配置控制器首先生成一张性能列表，包括终端的型号、性能、已存储的软件模块等，然后将终端性能列表上传至重配置网络管理服务器。重配置网络管理服务器选出终端重配置所需的软件模块，将下载列表发送给终端重配置控制器后，向终端重配置控制器发送下载交互选项；终端重配置控制器进行本地检查，判断是否同意进行下载，并向网络重配置管理服务器回复判断结果。

所述的重配置软件下载过程包括预备阶段和传输阶段2个阶段，在传输阶段，重配置网络管理服务器和终端重配置控制器首先建立下载通道；下载通道建立成功后，根据下载列表下载所需软件模块，同时下载此次重配置的安装策略；下载完成后，终端重配置控制器向重配置网络管理服务器汇报数据检测结果，如果下载成功，则释放下载通道；如果下载失败，则重新下载。

所述的重配置软件安装与执行过程，在软件下载成功后，先将软件贮存在安全区域，然后进行内部性能交互，检查是否有配置不匹配；检查成功后，终端重配置控制器向重配置网络管理服务器索要安装许可，重配置网络管理服务器在传送安装许可前，会先发送费用和许可协议，如果终端重配置控制器同意此次软件安装的费用和许可协议，则开始重配置。重配置可能包括物理层、MAC层和应用层三层重配置，也可能只包含其中某一层的重配置；可能进行完整替换重配置，也可能只进行局部重配置。重配置具体安装根据网络重配置管理服务器生成的终端重配置安装策略表选择重配置的内容和步骤；终端重配置安装按先重配置物理层，再重配置MAC层，最后重配置应用层的顺序执行，安装成功后，终端重配置控制器和重配置网络管理服务器互相交换软件安装成功信息，最后终端执行更新的配置。

有益效果：本方案设计的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构和控制方法，对端到端的终端重配置进行控制和管理，设计了重配置触发事件检测、决策、软件下载和安装等完整的终端重配置控制系统，改变了当前一种终端只能支持一种接入技术或只能支持预先配置好的有限种接入技术(多模)的情况，使终端能动态配置接入技术，具备支持多种接入技术的能力，并能根据具体使用场景、用户偏好、网络情况等灵活适配到合适的接入技术网络中。

本方案有效提高了终端适应移动技术快速发展的能力。对用户来说，无需更换终端设备，节省了用户费用；对网络运营者来说，可根据自己的策略对网络资源、AP/BS等作出灵活调整，此类调整并不会影响用户的通信。

附图说明

图1是终端重配置系统结构，

图2是终端重配置控制方法，

图3是重配置触发事件检测过程，

图4是重配置决定和接入技术选择过程，

图5是重配置软件下载过程的预备阶段，

图6是重配置软件下载过程的传输阶段，

图7是重配置软件安装与执行过程。

具体实施方式

本发明所述的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构如图1所示，由ARM、FPGA和DSP三类硬件组成。其中，ARM上装载终端重配置控制器和可重配置应用层软件，FPGA上装载可重配置物理层逻辑，DSP上装载可重配置MAC层软件。

ARM和FPGA之间配备了两种接口。一种是JTAG接口，终端重配置控制器通过该接口向FPGA下载需替换的物理层重配置文件。另一种是并行数据接口，终端重配置控制器通过该接口向FPGA传递重配置参数、接受FPGA的重配置执行结果反馈信息。当ARM的nGCS2向FPGA的CS引脚输出高电平时，ARM的8位地址线选中FPGA的低8位地址线，并通过FPGA低8位数据线进行数据交换。

ARM和DSP之间通过主机处理器接口(HPI)交互，终端重配置控制器通过该接口向DSP下载需替换的MAC层重配置模块、重配置参数以及接受DSP的重配置执行结果反馈信息。当ARM的nGCS1向DSP的

引脚输出低电平时选中DSP，ARM的低4位地址线作为控制线，ARM的8位数据线与DSP的8位HPI数据线进行数据交换，交换的数据包括控制命令、用户数据和下载软件，这三种交换数据通过标志位进行区分。

DSP和FPGA之间配备有地址总线和数据总线接口，通过该接口DSP向FPGA传送需发送的MAC帧，FPGA向DSP传送解调后的接收MAC帧。

终端重配置控制方法如图2所示。它包括重配置触发事件检测、重配置决定和接入技术选择、重配置软件下载和重配置软件安装与执行4个过程。

1.重配置触发事件检测

重配置触发事件检测过程如图3所示。重配置的触发包括终端触发和网络触发两大类。

终端触发包括：当前无线接入技术(RAT)的链路QoS(信号的能量、噪声、比特率、误码率)性能变差，有其它可用的RAT或其它可用RAT的性能好于当前RAT，用户通过人机命令改变用户文档(Profile)特定的信息。

网络触发包括：当前RAT的网络QoS(可用性、吞吐量、时延、时延变化(包括抖动和漂移)、丢失率、带宽要求等)性能发生变化，业务价格变化，网络侧AP/BS正在进行维修或者将进行重配置，用户与运营商合约改变使用户可用其它运营商的服务等。

终端重配置触发事件有多种情况，根据每种情况的紧急程度为其设定优先级。如果触发事件比较紧急，优先级高，直接触发重配置决定和接入技术选择过程，重配置决定和接入技术选择过程使用上次监测和发现过程得到的RAT物理层QoS信息。如果优先级较低，则先通知物理层进行接入技术监视和发现，获取网络的当前性能，以便能更好地选出替换RAT。这样做是因为接入技术发现需要花费一定的时间和资源，对于紧急事件、希望尽快切换的则省去发现过程，可以节省时间，当然选择结果可能未达到最佳。对于网络侧发送的紧急切换通知，也可以由网络侧指定切换RAT，和触发事件通知一起发送给终端，由终端决定是否同意切换。

重配置触发事件检测模块设有定时器，时间到时监测当前网络性能、查看是否有其它可用的RAT、或者其它RAT的性能是否好于当前网络的性能。监测当前网络的性能周期小于监测其它RAT性能的周期。

监测当前网络的性能包括接收信号的能量、噪声、比特率、误码率等。收到这些信息后，终端可以与先前设定好的门限值相比，如果不能满足某些要求，终端启动模式发现程序。

接入技术发现需要重配置网络管理服务器提供信息，包括当前区域和相邻区域可用的RAT信息、RAT使用的频率、支持的业务、重配置网络管理服务器的IP地址等。终端首先向网络侧请求上述信息，网络侧根据重配置标志(Reconfiguration classmark)选出候选RAT，并将相应的信息传送给终端。终端接收到RAT信息后，根据用户设置的偏好、终端设备支持的RAT类型等对RAT信息进行筛选。之后根据筛选后的RAT信息，通知物理层进行频谱扫描，查看是否有其它可用的RATs及其性能参数。

对于周期性发起的接入技术发现，如果有新的可用RAT，或其它RAT的性能好于当前RAT的性能，则触发协商。

2.重配置决定和接入技术选择

重配置决定和接入技术选择过程如图4所示。

首先根据当前正在使用的业务、用户设置的偏好和当前终端的重配置能力判断是否进行重配置。如果用户拒绝或所需条件不满足，则不进行重配置，拒绝重配置请求；如果用户同意重配置且重配置所需的条件满足，则与重配置网络管理服务器进行协商，获取网络的性能和费用信息，并结合用户已设置的偏好和终端当前的资源，选择出最合适的重配置接入技术。

协商的参数包括两部分：

1)网络能力协商：一部分网络能力信息由重配置触发事件检测模块提供，另一部分在协商阶段由终端与重配置网络管理服务器动态协商得到。

由重配置触发事件检测模块提供的网络能力信息有：当前可用的RAT、网络支持的业务、RAT可用的带宽、延时等网络QoS信息。

由终端与重配置网络管理服务器动态协商得到的信息有：网络负载、网络支持的QoS等级、与用户要求的QoS等级相应的费用。

终端与网络侧的业务价格协商采用拍卖协商的方式。不同的网络/RAT根据自己的策略告知终端业务价格，终端设备判断业务价格是否可接受。如果都不可接受，网络/RAT降低业务价格，终端重新判断是否有可接受的RAT。这样不断循环判断，直到有可接受的业务价格。如果网络/RAT已经不能再将业务价格降低，而终端仍未找到可接受的业务价格，则此次的协商失败。

2)终端能力协商：获得终端的动态参数信息，包括：终端的可重配置能力、剩余功率、可用内存、CPU使用情况等。

重配置决定和接入技术选择模块调用模式选择算法，根据网络能力协商结果、终端能力协商结果、用户偏好、重配置费用等得出一种最佳模式。如果选出的重配置接入技术正是当前使用的网络，则不需要重配置；如果是其它网络，则向重配置网络管理服务器发送RAT_REQUEST消息，消息中必须包含终端选出的无线接入技术名称。

如果终端调用模式选择算法后，发现没有适合终端的接入技术，终端向网络侧发送RAT_DECLINE消息，然后至少等待5秒钟重新进入检测和发现过程。

服务器收到RAT_REQUEST后，再次检查终端选择的模式的状态，如果该

模式可用，向终端发送RAT_ACK消息，消息中如果包含确认的无线接入技术，必须和RAT_REQUEST消息中的无线接入技术一致，并且指示网络无线资源管理器预留资源。

如果网络检查到终端选择的模式此时不可用(资源已占满)，向终端发送RAT_NACK消息。

终端如果收到RAT_ACK后，重配置决定和接入技术模块还需要再次根据用户的意愿，终端当前剩余的资源、重配置需要的资源、网络侧提供的资源等决定是否进行重配置。如果决定重配置，便准备发起软件下载。如果用户拒绝重配置，则放弃此次重配置，并通过人机交互界面告知用户。

如果收到RAT_NACK消息，重新触发检测和发现过程。

3.重配置软件下载

首先查询目标RAT在终端是否已存在，如果存在，只要激活即可，属于预装载静态重配置。如果不存在，则需要下载软件模块。

软件下载是实现重配置的关键技术，这里的下载是指远程空中下载的方式。下载过程分为下载预备和下载传输两个阶段。

1)下载预备阶段

重配置软件下载过程的下载预备阶段如图5所示，包括以下4个步骤：

下载建立：终端重配置控制器与重配置网络管理服务器建立连接，甚至可以通过简单的性能交互，来确定下载步骤，比如下载软件后不需要及时安装，或者不需要某些安全机制作保障。

相互认证：终端与服务器之间进行彼此的身份认证，服务器确保终端能够享受下载服务，而终端要确保服务器是安全的合法的下载设备。

性能交互：只有在相互认证成功后，终端设备才会把自己详细的性能列表和当前配置等告知重配置网络管理服务器。终端汇报的性能信息可能包括：硬件资源、操作系统、软件配置、显示能力、用户接口信息、预存储的软件模块等。

下载确认交互：重配置网络管理服务器得到终端设备的性能后，根据标准注册的模式配置寻找终端需要的软件模块，如果找不到相关的软件或参数，则终止下载，并向终端发送失败消息。如果找到，在真正下载前，服务器还要向终端做一次下载确认，消息中包括相应的软件描述、下载时间、费用信息等。终端收到此信息，要对软件进行确认(检查本地是否存在该软件模块)，同时对费用也要有所了解，如果同意下载，则向网络回复确认信息，否则拒绝下载。

2)下载传输阶段

重配置软件下载过程的下载传输阶段如图6所示。

在终端和重配置网络管理服务器之间定义了两个连接：“重配置控制连接”和“重配置下载连接”。“重配置控制连接”在整个重配置会话中一直打开，“重配置下载连接”用于实际的软件下载，当软件下载完毕后，便关闭“重配置下载连接”。

重配置网络管理服务器收到终端确认下载的消息后，将通过下载通道下载软件到终端。下载的软件每一段都要做正确性检验，软件下载完成后，还要对整个软件做一次正确性检验。在软件下载完成前，如果下载失败或中断，网络侧有能力标记中断点，而不需要整体重传，所以下载的软件分段应该进行编号。

网络侧进入下载传输阶段后，首先向终端侧发送SETUP消息，通知自己用于重配置下载连接的端口号，并用其与熟知的终端重配置下载连接端口号建立连接。

终端收到SETUP消息后，如果确认连接，回复SETUP_ACK消息，如果不想连接，回复SETUP_NACK消息，终端回到监测状态。

如果网络侧收到SETUP_ACK消息，便开始传送软件模块。

如果网络侧收到SETUP_NACK消息，则结束此次重配置会话。

终端侧收到网络侧SEND消息后，检测软件模块的正确性，如果正确发送ACK消息，表明软件分块正确接收，可以发送下一分块，如果错误发送NACK，要求网络侧重传上一分块。

如果网络侧收到ACK消息，发送下一分块，如果收到NACK消息，重发上一分块。

下载完毕后，网络侧向终端侧发送下载完成消息，消息中包含的信息应该有软件模块编号，每个软件模块的总块数，如果分块传输的话还可以有整个软件模块的检测序列。

终端收到消息完成消息后，检测软件模块的正确性，如果正确发送确认消息，如果发现模块错误，发送重新下载消息，要求重传相应的软件模块。

如果网络侧收到下载完成消息后，发送RELEASE消息，释放重配置下载连接。如果收到重下载消息，重发相应的软件模块。

4.重配置软件安装与执行

重配置软件安装与执行过程如图7所示。

如果软件下载完成，终端重配置控制器首先查询物理层、MAC和应用层是否可以开始重配置。如果已经可以开始重配置，终端重配置管理器收到确认信息。如果当前还未准备好，则延时后再对物理层、MAC和应用层进行查询。当终端已准备好可以重配置时，终端重配置控制器通知重配置网络管理服务器要开始进行重配置，以便网络侧为重配置作出支持，如数据包缓存。收到网络侧的确认后，终端重配置控制器通知重配置具体安装执行模块开始重配置。当重配置完成后，终端重配置控制器通知网络侧重配置完成。

安装分为两个阶段。在安装预备阶段，软件下载成功后，先贮存在安全区域，然后进行内部性能交互，检查是否有配置不匹配。检查成功后，终端向服务器索要安装许可，网络传输安装许可前，会先发送费用和许可协议。

在安装阶段完成协议栈、物理层调制解调软件模块、应用层相关软件的添加或替换。根据设备链路数的不同，有不同的配置方案。终端重配置控制器根据软件下载时下载的策略表选择重配置的内容和步骤。

1)多无线链路重配置：

设当前连接RAT使用的是无线链路A，无线链路B空闲。

物理层重配置。终端重配置控制器向物理层发送准备安装消息，如果物理层所需软件或参数未准备好，则在准备安装回复消息中通知终端重配置控制器需要传送的软件模块或参数；如果物理层已准备好，则发送准备安装确认消息。

终端重配置控制器收到准备安装确认后，保持当前无线链路A连接，通知物理层移除无线链路B原先RAT的软件模块；物理层移除无线链路B的软件模块后需向终端重配置控制器报告软件移除结果，如果成功移除则发送移除完成确认，如果失败，则需发送出错类型。

终端重配置控制器收到软件移除成功确认后，通知物理层开始无线链路B的安装。物理层安装后需向终端重配置控制器报告安装结果，如果成功安装则发送安装完成确认，如果失败，则需发送安装出错类型。

MAC重配置。终端重配置控制器向MAC发送准备安装消息，如果MAC所需软件或参数未准备好，则在准备安装回复消息中通知终端重配置控制器需要传送的软件模块或参数；如果MAC已准备好，则发送准备安装确认消息。

终端重配置控制器收到准备安装确认后，通知MAC移除无线链路B原先RAT的软件模块；MAC移除无线链路B的软件模块后需向终端重配置控制器报告软件移除结果，如果成功移除则发送移除完成确认，如果失败，则需发送出错类型。

终端重配置控制器收到软件移除成功确认后，通知MAC开始无线链路B安装。MAC安装后需向终端重配置控制器报告安装结果，如果成功安装则发送安装完成确认，如果失败，则需发送安装出错类型。

应用层重配置。如果应用层需要重配置时，执行的步骤与物理层和MAC层的重配置相同。先传送所需的软件模块和参数，再删除原先软件模块，最后安装新的软件。

终端重配置控制器通知应用层进行无线链路B上的模块调整；应用层调整完后，通知MAC进行模块调整；最后通知物理层进行模块调整。应用层、MAC和物理层需向终端重配置管理器报告调整结果。

完成后，需要用测试向量先进行测试，测试的向量是和软件一起下载到终端的。(检测安装成功后，终端会向网络侧发送成功信息，网络侧收到信息后，可以激活软件和收费。同时终端也会更新自己配置的数据库。)终端重配置控制器通知物理层激活无线链路B上的连接，无线链路B连接到网络。

终端重配置控制器通知MAC从链路A切换到链路B，激活无线链路B的MAC。停止从无线链路A发送请求，等到无线链路A的最后请求发送完后，停止无线链路A工作。

重配置控制模块通知物理层释放当前RAT。

重配置成功，通知重配置网络管理服务器完成重配置，安装结束。

2)单无线链路重配置：

终端重配置控制器首先通知物理层释放当前RAT。

之后，开始物理层重配置。终端重配置控制器向物理层传送所需的软件模块。当传完所需软件模块时，移除原先RAT的物理层配置；软件移除成功确认后，开始物理层安装。物理层安装结果需向终端重配置控制器报告，如果成功安装则发送安装完成确认，如果失败，则需发送安装出错类型。

完成物理层重配置，开始MAC重配置。终端重配置控制器向MAC传送所需的软件模块。当传完所需软件模块时，移除原先RAT的MAC配置；软件移除成功确认后，开始MAC安装。MAC安装结果需向终端重配置控制器报告，如果成功安装则发送安装完成确认，如果失败，则需发送安装出错类型。

应用层重配置。如果应用层需要重配置时，执行的步骤与物理层和MAC层的重配置相同。先传送所需的软件模块和参数，再删除原先软件模块，最后安装新的软件。

终端重配置控制器通知应用层进行模块调整；应用层调整完后，通知MAC进行模块调整；最后通知物理层进行模块调整。应用层、MAC和物理层需向终端重配置控制器报告调整结果。

完成后，需要用测试向量先进行测试。如果安装成功，则连接到新的RAT，通知重配置网络管理服务器完成重配置，安装结束。

至此，整个重配置过程结束，终端可以用新的无线接入技术与新的网络进行通信。值得注意的是，终端设备重配置后可能会工作异常，比如发射功率或频率不符规定，对其他设备产生影响，这时设备应具有能量自检测能力，一旦发现能量异常，就运行相应程序切断电源或恢复成默认配置。

Claims (7)

1.一种端到端重配置环境下终端重配置的系统结构，其特征在于：可重配置终端的系统结构由嵌入式微处理器ARM、数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA三个部件组成；其中，嵌入式微处理器ARM上装载终端重配置控制器和可重配置应用层软件，现场可编程门阵列FPGA上装载可重配置物理层逻辑，数字信号处理器DSP上装载可重配置MAC层软件，在终端重配置控制器的控制和管理下，可重配置终端完成物理层、MAC层和应用层的重配置；可重配置终端系统结构包括三组接口：嵌入式微处理器ARM和现场可编程门阵列FPGA之间的接口，嵌入式微处理器ARM和数字信号处理器DSP之间的接口，数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA之间的接口；

所述的嵌入式微处理器ARM和现场可编程门阵列FPGA之间的接口包括两种接口，一种是JTAG接口，终端重配置控制器通过该接口向现场可编程门阵列FPGA传递需替换的物理层重配置文件，另一种是并行数据接口，终端重配置控制器通过该接口向现场可编程门阵列FPGA传递重配置参数、接受现场可编程门阵列FPGA的重配置执行结果反馈信息，当嵌入式微处理器ARM的nGCS2向现场可编程门阵列FPGA的CS引脚输出高电平时，嵌入式微处理器ARM的8位地址线选中FPGA的低8位地址线，并通过现场可编程门阵列FPGA低8位数据线进行数据交换；

嵌入式微处理器ARM和数字信号处理器DSP之间的接口为主机处理器接口HPI，终端重配置控制器通过该接口向数字信号处理器DSP传递需替换的MAC层重配置模块、重配置参数并接受数字信号处理器DSP的重配置执行结果反馈信息，当嵌入式微处理器ARM的nGCS1向数字信号处理器DSP的

引脚输出低电平时选中数字信号处理器DSP，嵌入式微处理器ARM的低4位地址线作为控制线，嵌入式微处理器ARM的8位数据线与数字信号处理器DSP的8位HPI数据线进行数据交换，交换的数据包括控制命令、用户数据和下载软件，这三种交换数据通过标志位进行区分；

所述的数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA之间的接口是地址总线和数据总线接口，通过该接口数字信号处理器DSP向现场可编程门阵列FPGA传送需发送的MAC帧，现场可编程门阵列FPGA向DSP传送解调后的接收MAC帧。

2.一种端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法，其特征在于它包括由可重配置终端、接入点AP/基站BS、重配置网络管理服务器协同完成的重配置触发事件检测过程、重配置决定和接入技术选择过程、重配置软件下载过程和重配置软件安装与执行过程4个过程；所述重配置触发事件检测过程、重配置决定和接入技术选择过程和重配置软件下载过程分别由位于嵌入式微处理器ARM中的终端重配置控制器中的重配置触发事件检测模块、重配置决定和接入技术选择模块和重配置软件下载模块完成；重配置软件安装与执行过程由终端重配置控制器中的重配置软件安装与执行模块和可重配置物理层、可重配置MAC层和可重配置应用层共同完成。

3.根据权利要求2所述的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法，其特征在于：所述的重配置触发事件检测过程包括对三类触发事件的监测：监测用户通过人机命令改变会引起重配置的用户偏好、监测来自网络侧的重配置请求、以及监测无线接入技术的链路状况、信噪比QoS信息；当是前两种触发事件时，首先判断重配置触发事件的优先级，如果是紧急事件则直接进入重配置决定和接入技术选择过程，否则进行无线接入技术链路状况的监测和发现第三个触发事件；第三个触发事件可以由定时器发起，也可以由第一个触发事件、第二个触发事件发起，通过监测和发现，可得无线接入技术的链路QoS，将所得QoS值与预先设定的门限值进行比较，判断是否有可能触发重配置，如果可能则进入重配置决定和接入技术选择过程。

4.根据权利要求2所述的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法，其特征在于：所述的重配置决定和接入技术选择过程，首先根据用户设置的偏好和当前终端的重配置能力判断是否进行重配置；如果用户拒绝或所需条件不满足，则不进行重配置，拒绝重配置请求；如果用户同意重配置且重配置所需的条件满足，则与重配置网络管理服务器进行协商，获取网络的性能和费用信息，并结合用户已设置的偏好和终端当前的资源，选择出最合适的重配置接入技术；如果没有合适的候选接入技术，首先通知网络侧的重配置管理器，等待一定时间后，发起无线接入技术的监视和发现。如果选出的重配置接入技术正是当前使用的网络，则不需要重配置；如果是其它网络，首先通知重配置网络管理服务器选出的接入技术，如果网络侧不同意该候选接入技术作为重配置接入技术时，发起接入技术的监视和发现过程；如果网络侧同意该候选接入技术作为重配置接入技术，需再次判断用户是否同意协商的结果且所需的条件是否满足，有一条件不满足则结束此次重配置，否则判断是否需要下载重配置软件。

5.根据权利要求2所述的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法，其特征在于：所述的重配置软件下载过程包括预备阶段和传输阶段2个阶段，在预备阶段，终端重配置控制器查询数据库判断是否需要下载软件，当需要软件下载时，终端重配置控制器向重配置网络管理服务器发送下载请求，然后双方进行鉴权；如果鉴权成功，重配置网络管理服务器向终端重配置控制器请求性能配置列表；终端重配置控制器首先生成一张性能列表，包括终端的型号、性能、已存储的软件模块等，然后将终端性能列表上传至重配置网络管理服务器。重配置网络管理服务器选出终端重配置所需的软件模块，将下载列表发送给终端重配置控制器后，向终端重配置控制器发送下载交互选项；终端重配置控制器进行本地检查，判断是否同意进行下载，并向网络重配置管理服务器回复判断结果。

6.根据权利要求2所述的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法，其特征在于：所述的重配置软件下载过程包括预备阶段和传输阶段2个阶段，在传输阶段，重配置网络管理服务器和终端重配置控制器首先建立下载通道；下载通道建立成功后，根据下载列表下载所需软件模块，同时下载此次重配置的安装策略；下载完成后，终端重配置控制器向重配置网络管理服务器汇报数据检测结果，如果下载成功，则释放下载通道；如果下载失败，则重新下载。

7.根据权利要求2所述的端到端重配置环境下终端重配置的系统结构的控制方法，其特征在于：所述的重配置软件安装与执行过程，在软件下载成功后，先将软件贮存在安全区域，然后进行内部性能交互，检查是否有配置不匹配；检查成功后，终端重配置控制器向重配置网络管理服务器索要安装许可，重配置网络管理服务器在传送安装许可前，会先发送费用和许可协议，如果终端重配置控制器同意此次软件安装的费用和许可协议，则开始重配置。重配置可能包括物理层、MAC层和应用层三层重配置，也可能只包含其中某一层的重配置；可能进行完整替换重配置，也可能只进行局部重配置；重配置具体安装根据网络重配置管理服务器生成的终端重配置安装策略表选择重配置的内容和步骤；终端重配置安装按先重配置物理层，再重配置MAC层，最后重配置应用层的顺序执行，安装成功后，终端重配置控制器和重配置网络管理服务器互相交换软件安装成功信息，最后终端执行更新的配置。

Images