移動IP的切換與移動性管理研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與各種無線網(wǎng)絡必將融合成為全IP的移動互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。移動互聯(lián)網(wǎng)能夠提供對節(jié)點移動的支持，滿足人們在移動中獲取網(wǎng)絡信息的應用需求，具有廣闊的發(fā)展前景。因此，網(wǎng)絡層移動性支持的研究引起了人們廣泛的重視。
　　 因特網(wǎng)工程任務組(IETF)提出的移動IP是一種在互聯(lián)網(wǎng)上提供移動性支持的協(xié)議，它使移動節(jié)點可以使用一個固定的IP地址連接到任何鏈路上，在從一個子網(wǎng)切換到另一個子網(wǎng)時仍可保持正在進行

2、的通信。
　　 為支持節(jié)點在網(wǎng)絡中的移動性，國內(nèi)外研究人員做了許多重要的工作，使移動IP協(xié)議成為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊苿有灾С謪f(xié)議。但移動IP目前還處在研究階段，有許多地方還有待改進和完善。移動IP中的切換與移動性管理是下一代移動互聯(lián)網(wǎng)中亟待解決的關(guān)鍵問題，也是實現(xiàn)基于IP協(xié)議的移動計算業(yè)務的迫切需要。本文分析了移動IP的基本原理，總結(jié)了網(wǎng)絡層移動性管理的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，著重研究了移動IP中的切換與移動性管理問題。本文的主要工作和創(chuàng)新

3、成果如下：
　　 1.針對移動IP中節(jié)點進行子網(wǎng)切換時的呼叫接入控制問題，提出了一種基于動態(tài)閾值的呼叫接入控制策略(Dynamic threshold-based call admission control，DT-CAC)。
　　 在無線移動環(huán)境中有兩個重要的連接級QoS參數(shù)：切換呼叫掉線率與新呼叫阻塞率。CAC方案優(yōu)化的目標是在提高資源利用率的同時減小切換呼叫掉線率和新呼叫阻塞率。因中斷一個正在進行的切換呼叫比阻塞一

4、個新呼叫更為敏感，傳統(tǒng)的呼叫接入控制方案為減小切換呼叫掉線率，常導致新呼叫阻塞率過高。本文通過建立小區(qū)呼叫接入控制的馬爾可夫模型，限定切換呼叫掉線率與新呼叫阻塞率的比例關(guān)系，根據(jù)網(wǎng)絡負載狀態(tài)的變化對切換呼叫和新呼叫的接入閾值進行動態(tài)調(diào)整，在減少切換呼叫掉線率的同時限制新呼叫阻塞率的增加，從而在切換呼叫掉線率和新呼叫阻塞率之間取得平衡，仿真結(jié)果表明DT-CAC方案在切換呼叫掉線率、新呼叫阻塞率和系統(tǒng)資源利用率等方面具有較好的性能。

5、　　 2.針對無線移動IP環(huán)境中資源緊缺的問題，提出了一種基于報酬機制的動態(tài)優(yōu)化呼叫接入控制策略(Reward mechanism based dynamic optimization on calladmission control，RBDO-CAC)。
　　 RBDO-CAC方案基于馬爾可夫模型建立小區(qū)呼叫接入的報酬計算模型，根據(jù)系統(tǒng)平均報酬最大化的原則對小區(qū)的呼叫接入過程進行動態(tài)優(yōu)化。實驗結(jié)果表明：RBDO-CAC方案具

6、有以下優(yōu)點：(1)實現(xiàn)系統(tǒng)報酬最大化，使系統(tǒng)能夠接納盡可能多的呼叫請求，有效地提高系統(tǒng)資源利用率；(2)系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡負載情況動態(tài)計算呼叫接入閾值，可較好地適應網(wǎng)絡呼叫流量的動態(tài)變化；(3)可以有效降低系統(tǒng)的切換掉線率和新呼叫阻塞率，防止為優(yōu)先接納切換呼叫而造成新呼叫阻塞率的無限制增加。實驗表明，當小區(qū)的呼叫流量較大時，系統(tǒng)資源利用率可以提高6％左右，切換呼叫掉線率和新呼叫阻塞率可以降低8％左右。
　　 3.針對移動IP服務質(zhì)量保

7、證中的移動性管理問題，提出了一種新的端到端服務質(zhì)量保證方案(Link layer assisted mobile QoS，L2AMQ)。
　　 當有活動數(shù)據(jù)流的移動節(jié)點切換子網(wǎng)時，包含轉(zhuǎn)交地址(Care of Address，CoA)的流標識和會話標識將發(fā)生變化，且數(shù)據(jù)包的路徑將發(fā)生改變，先前預留的資源將不再可用，移動節(jié)點的服務質(zhì)量可能會因為在新的子網(wǎng)中缺少為移動節(jié)點預留的資源而明顯下降。L2AMQ結(jié)合分層移動管理與鏈路層輔助切

8、換機理，通過檢測鏈路層信號強度在移動節(jié)點即將進入的子網(wǎng)中建立提前預留，以加快QoS路徑的切換速度。當移動節(jié)點在各子網(wǎng)間切換時，L2AMQ通過建立提前預留和最小化數(shù)據(jù)包傳輸路徑的變化來減少Q(mào)oS路徑的切換延遲。L2AMQ還通過引入一個新的QoS對象，避免在分層移動管理中使用RSVP隧道，從而減小系統(tǒng)的額外開銷，節(jié)約系統(tǒng)資源。仿真結(jié)果表明，與現(xiàn)有協(xié)議相比，L2AMQ具有較低的預留阻塞率和會話丟失率。
　　 4.針對移動IP組播通信中

9、移動性管理問題，提出了一種基于移動預測的移動組播方案(Mobility prediction based mobile multicast，MPBMM)。
　　 因組播通信可以在網(wǎng)絡中實現(xiàn)“一到多”的通信，有效地節(jié)約網(wǎng)絡資源和移動節(jié)點的計算能力，在移動IP網(wǎng)絡中引入組播有著非常重要的意義。但是，移動組播協(xié)議不但要管理動態(tài)的組成員，且組成員的位置也是動態(tài)變化的，移動組播相對于固定網(wǎng)絡中的組播更為復雜。MPBMM方案在移動組播中結(jié)合

10、移動預測與分層移動管理的思想，當移動節(jié)點在組播會話的過程中在子網(wǎng)間漫游時，MPBMM通過移動預測縮減子網(wǎng)切換延遲和最小化組播數(shù)據(jù)包的丟失。MPBMM還通過分層移動管理，優(yōu)化組播數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，避免三角路由和隧道聚集問題。仿真實驗表明，MPBMM能夠減少組播數(shù)據(jù)包的丟失、減少子網(wǎng)切換延遲、減少組播樹重構(gòu)的頻率。當移動節(jié)點以不同的移動速度(5～25m/s)在子網(wǎng)之間進行切換時，其最大組播報文丟失率小于2‰，組播報文到達的最大時間間隔為11