基于網(wǎng)絡(luò)的移動組播優(yōu)化機(jī)制研究.pdf

1、隨著無線和移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，智能移動設(shè)備不斷增加，移動數(shù)據(jù)量急速膨脹，催生了移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，移動組播因其固有的高效組通信特性，能夠大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，滿足用戶日益增長的移動性需求，已得到普遍關(guān)注并成為一個研究熱點(diǎn)。移動組播的發(fā)展依賴于移動性管理協(xié)議，并隨著其發(fā)展而不斷改進(jìn)，因為移動性管理協(xié)議保證了移動節(jié)點(diǎn)在移動過程中仍然能保持上層應(yīng)用的連續(xù)性，從而有力支撐了移動組播技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)有基于集中式和基于主機(jī)的移

2、動組播機(jī)制存在著路由不優(yōu)化、切換時延大以及單點(diǎn)失效等問題，而基于網(wǎng)絡(luò)的移動組播機(jī)制缺乏組播源移動和分布式的解決方案，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)對此也展開多年研究，但尚未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。本論文以此為契機(jī)，從移動性管理協(xié)議和組播協(xié)議兩個方面出發(fā)，采取理論研究、仿真分析和實(shí)驗測試相結(jié)合的方法，對基于網(wǎng)絡(luò)的移動組播優(yōu)化機(jī)制進(jìn)行深入研究，提出了基于代理移動IPv6(PMIPv6)和基于組播偵聽發(fā)現(xiàn)(MLD)代理的組播源移動解決方案，以及支持組播

3、源移動和組播接收者移動的分布式移動組播機(jī)制，有效推進(jìn)移動組播快速發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。
　　本文的主要工作和貢獻(xiàn)如下:
　　1.針對PMIPv6不支持組播源移動問題，本文通過擴(kuò)展PMIPv6的信令消息和移動選項，增加相應(yīng)組播轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，提出兩種基于PMIPv6擴(kuò)展的組播源移動支持機(jī)制——PMIP-BT和PMIP-DR，使得組播數(shù)據(jù)能夠分別經(jīng)過雙向隧道和直接路由在PMIPv6網(wǎng)絡(luò)中傳輸，同時保證組播源在移動情況下通信的不中斷。理論分析

4、結(jié)果表明本文所提的兩種方案具有較小的協(xié)議開銷，實(shí)驗結(jié)果驗證了其可行性，并對組播切換時延方面的性能做了評估，進(jìn)而得出PMIP-BT機(jī)制適用于組播源切換較頻繁且移動接入網(wǎng)關(guān)(MAG)距組播域較遠(yuǎn)的場景，而PMIP-DR機(jī)制則適用于組播源切換頻率較低且MAG到組播域路徑較優(yōu)化的場景。
　　2.通過擴(kuò)展PMIPv6支持組播源移動需要修改現(xiàn)有移動性協(xié)議，從而提高了協(xié)議的復(fù)雜性，增加了部署實(shí)施的難度。針對該缺陷，本文提出兩種基于MLD代理的輕

5、量級組播源移動支持機(jī)制。這兩種方案只需要在MAG上部署MLD代理功能實(shí)體，而不需要對PMIPv6做任何改動，即可支持PMIPv6網(wǎng)絡(luò)中的組播源移動，因而便于部署應(yīng)用。理論分析結(jié)果表明，本文所提方案較基于主機(jī)的方案在協(xié)議開銷方面性能更優(yōu)化。通過構(gòu)建實(shí)驗平臺和仿真平臺，對所提方案在組播切換時延和丟包方面的性能進(jìn)行評估，得出兩種方案適合于不同應(yīng)用場景的結(jié)論。
　　3.現(xiàn)有移動組播方案大多都基于集中式的移動性管理協(xié)議比如PMIPv6，其本

6、地移動錨點(diǎn)(LMA)集中式的部署和管理，造成路由不優(yōu)化、切換時延大、信令開銷大以及不支持域間切換等問題，為此，本文提出一種基于前綴聚合的分布式PMIPv6移動組播優(yōu)化機(jī)制。首先提出基于前綴聚合的部分分布式移動性管理協(xié)議，該協(xié)議將LMA進(jìn)行分布式部署，使域間切換得以支持，通過對LMA的前綴進(jìn)行管理使它們通告相同的聚合前綴到網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)而采用任播路由使數(shù)據(jù)可經(jīng)由離移動節(jié)點(diǎn)拓?fù)渥罱腖MA進(jìn)行傳輸，優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸路徑，降低了數(shù)據(jù)傳輸開銷和時延。

7、在此基礎(chǔ)上，又提出有效支持移動組播通信的機(jī)制，包括對組播源移動和組播接收者移動的支持。由于移動組播源的主LMA在其移動過程中可以隨之發(fā)生變化，因而解決了基本組播源移動機(jī)制中的冗余路由問題和組播接收者移動中的隧道聚合問題，優(yōu)化了移動組播性能。理論分析結(jié)果表明，該移動組播方案較其他方案在位置更新開銷、數(shù)據(jù)傳輸開銷、組播加入開銷和路由條目可擴(kuò)展性上都更具優(yōu)勢。
　　4.集中式或部分分布式移動組播方案都存在集中式錨點(diǎn)，容易造成單點(diǎn)失效，這

8、一問題隨著移動終端數(shù)量及移動業(yè)務(wù)流量增加而更加凸顯，難以有效適應(yīng)未來發(fā)展需求。為此，本文提出一種基于多上游接口MLD代理的完全分布式移動組播優(yōu)化方案。首先提出基于Chord的完全分布式移動性管理協(xié)議，在該協(xié)議中，不再存在集中式管理實(shí)體，而且通過引入Chord環(huán)對分布式的移動錨點(diǎn)及其前綴進(jìn)行管理，保證了該移動性協(xié)議的健壯性。在此基礎(chǔ)上，針對MLD代理在某些特定場景下不能很好支持移動組播的問題，又提出一種基于多上游接口MLD代理的分布式移動

9、組播優(yōu)化機(jī)制，通過在分布式移動錨點(diǎn)上部署多上游接口MLD代理，使得組播源移動和組播接收者移動都得以支持，并解決了基本組播源移動方案中存在的冗余路由問題，避免了組播接收者移動方案中的隧道聚合問題。理論分析和仿真試驗結(jié)果表明，該機(jī)制在數(shù)據(jù)傳輸開銷、隧道聚合以及路由優(yōu)化等方面的性能都最占優(yōu)勢。
　　本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)的移動組播優(yōu)化機(jī)制具有很高的理論參考和實(shí)踐應(yīng)用價值，更為移動組播全方位部署應(yīng)用奠定堅實(shí)基礎(chǔ)，其中，基于MLD代理的輕量級組