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文档简介

摘要 随着社会的发展和科学技术的进步,人们对于个人通信的需求也越来越强 烈,移动1 p ( m o b i l e i p ) 作为i i l t e m e t 的移动性支持技术,具备了利用各种可能 的网络技术,以实现任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类信息交 换的个人通信的目的,目前移动i p 技术正成为1 e t f 和i t u t 两大国际标准化组 织的研究和关注焦点,存在着广阔的应用前景。 作为一种移动性管理技术,目前移动1 p 存在多个亟待解决的问题: 第一,对多种不同的无线接入技术的支持足下一代无线移动网络的重要特 征之一,因此在下一代无线移动中需要提供一种能够支持多种无线接入网之间 互联互通的通用接入基础平台,而i p 技术被认为是实现这一平台最佳技术之一, 因而下一代无线移动网络中结合移动i p 的移动管理方案是一个值得深入研究的 问题; 第二,集中式的移动管理方案具有实现简单、维护容易的优点,但其缺点也 不容忽视,即区域中移动管理实体的单点故障会造成整个区域移动管理的灾难性 后果。面分布式移动管理方案克服了集中式方案的上述缺点,粟用多个区域移动 管理实体实现分布式区域移动管理,从而提高了网络的稳健性。分布式移动管理 方案很灵活,但是增加了实现的难度和各个管理实体之间联系的开销。它同按移 动用户在不同时间、不同的移动和呼叫特征作自适应的动态调整的动态移动管理 方案一起都是无线移动网络中移动性管理方案的发展方向; 第三,无线局域网是目前无线移动网络中一种主要的无线接入技术,可以 提供较高的网络速率和带宽,所以在一些热点区域和场合得到了广泛的应用。而 i p v 6 是未来互联网的发展趋势,因此如何在无线局域网中提供对i p v 6 的移动性 支持需要进行深入研究。 针对上述问题,本文着重在以下方面开展了研究工作,并取得了相应的研究 成果: ( 1 ) 提出了下一代全i p 无线移动网络中基于移动i p 的移动管理模型。由 于各种无线接入技术的发展,移动用户在这些异构网络之间漫游的要求越来越迫 切,而网络层的移动管理方案由于不依赖低层的无线接入技术,可以应用于各种 有线和无线网络中,为此本文提出了下一代无线移动网络中基于移动i p 的移动 管理模型,支持移动终端在异构网之间的无缝漫游和切换。 ( 2 ) 提出了区域注册移动i p 中一种分布式位置管理方案。该方案基丁二区域 东南大学博士学位论文 网络逻辑上分层的结构特点,提出了在流量负载不超出一定流量门限的前提下, 为移动节点选取不同层次上的外地代理f a 作为网关外地代理g f a 。通过对种 区域网络模型的研究,分析了不同层次上的f a 作为g f a 时的信令开销,并通 过仿真计算得出了采用分布式位置管理方案时区域注册移动i p 信令开销的数值 结果。通过分析比较说明该方案相比于区域注册移动i p 而言,可以节约l o 以 上的信令开销,并将有效流量分配由多个g f a 承担,当某个g f a 失效时将不会 影响其它g f a 工作,提高了网络的稳健性。 ( 3 1 提出了i e e e8 0 21 1 无线局域网中,结合移动1 p 低延迟切换策略的平 滑切换机制s h m t w 。该机制缩减了不适用于无线局域网的链路层触发,结合已 有的减少链路层、网络层切换时延的手段和代理缓存技术,在实现平滑切换的基 础上,进一步减少了切换时延,更好地接近无缝切换的要求。仿真实验表明,该 机制不仅有效降低了切换过程中丢包的发生,同时也减少了平均5 0 0 m s 以上的 切换时延,使t c p 的有效吞吐量提高了7 0 左右,极大地改善无线局域网中站 点的切换性能。 f 4 ) 在i e e e8 0 2 1 1 无线局域网的基础上对移动i p v 6 及其两种扩展方案 分层的h m i p v 6 和快速切换的f m i p v 6 的性能进行了研究,包括信令开销、切换 时延和丢包数等进行了深入地分析和比较,说明了在无线局域网的基础上, h m i p v 6 和f m i p v 6 相比于m i p v 6 在性能上都取得了一定的改善,阐述了影响 h m i p v 6 和f m i p v 6 在无线局域网中应用性能的因素,并概括了无线局域网中 i p v 6 移动性协议的发展和改进方向。 关键词:移动i p ,蜂窝网络,移动性管理,分布式位置管理,无线局域网,平 滑切换 l i a b s l 舟c t a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n dt h ea d v a l l c e m e n to fs c i e n c ea 1 1 dt e c h n 0 1 0 9 y , t h ed e m a n d so fp e r s o n a lc o m m u n i c “o nb e c o m ei n c r e a s i n g l yu 唱e n t m o b i l ei p w h i c hi su s e da sas u p p o r t i “gt e c h n i q u ef o r 山em o b m t yo fi n t e m e th a st 1 1 ea b i l i t yt o u s ev a r i o u sn e t w o r kt e c l l l l i c a l t of u l e l lt h eo b i e c tw h i c hm a k e 、:h o e v e rc o m m u n i c a t e w i t hw h o e v e re l s ea tw h e n e v e la r 】dw h e r e v e rt oe x c h a i l g ew h a t e v e ri n f 0 珊a t i o n a t p r e s e n t t h em o b i l ei pt e c h n i q u eh a sb e c o m ear e s e a r c hf o c u so f t h et w oi n t e l _ i l a t i o n a l s t a l l d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n s ,i ei e t fa i l di t u - la 1 1 dh a sa 、v i d e 印p l i c a t i o n p e r s p e c t i v e a sam o b i l i 妙m a n a g e m e n tp m g m m ,m o b i l ei ph a sm a n yq u e s t i o n st ob es o l v e d : f i r s t l mo n eo ft h ei m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i c so fn e x t g e n e r a t i o nw i r e l e s s ,m o b i l e n e t w o r k si st os u p p o r td i f r e r e n tw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y ,t h u si ti sc r i c a lt 1 1 a ta e n e r a la c c e s si n f r a s t r u c t u r em u s tb eo f f j r e db vn e x tn e x t g e n e r a t i o nw i r e l e s s m o b i l e n e t w o r k ss oa st os u p p o r ti n t e n v o r k i n i n t e r o p r a 【i n gb e t w e e nd i 丘r e n tw i r e l e s s n e t w o r k s i pt e c h n o i o g yi sc o n s i d e r e dt ob eo n eo f t h eb e s tc h o i c e st or e a l i z et l l i sg o a l s ot h em o b i l i t ym a n a g e m e n tp t o 铲啪o f 吐佗n e x tn e x t g e n e r “o nw i r e l e s 池o b 沁 n e t w o r k sw h i c hi sc o m b i n e dw j t hm o b i l ei pd e s e e st ob er e s e a r c h e dd e e p l y s e c o n d ly ,c e n t r a l i z e dm o b i l i t ym a n a g e m e n tp r o g r a l l lh 0 1 d st h ea d v a n t a g eo f s i m p l ei m p l e m e n t a t i o na n de a s ym a i n t e n a n c e ,b u tt h ed i s a d v a n t a g eo ft 1 1 i sp r o 酽锄 s b o u l d n tb en e e c t e d ,i e t h ed i s a b l eo fd o m a i nm o b i l i t ym a i l a g e m e n te n t i t yw i l l r e s u l tj ns e 订o u sc o n s e q u e n c eo fc o m m u n i c a t i o ni n t e m j p t i o no ft h ew h o l ed o m a i n c h a r g e db yt h a te n 6 t y t h ed i s 啊b u t e dm o b i l i t ym a l l a g e m e mp r o 酽a mc a l lo v e r c o m e t h ed r a w b a c ko fc e n t r a l i z e dm o b i l i t vm a i l a g e m e n ts t a t e da b o v ea n di m p r o v en e t w o r k r o b u g 【n e s st 1 1 r o u g hs e v e r a lm a l l a g e m e n te n t i t i e sa td i 行i r e n tl o c a t i o n so ft h ed o m a i n w h i c ht a k et h ed u t yo fd i s t r i b u t e dm o b i l i t ym a l l a g e m e m a l t l l o u 曲t h ed i s t r i b u t e d m o b i l i t ym a l l a g e m e n ti sv e r yn e x i b l e ,“w i l la d dt h es y s t e mr e a l i z a t i o nc o m p l e x i t y a n d1 e a dt oe x t r ac o s t sf b rc o i n m u n i c a t i o nb e t 、v e e nd i f r e r e n tm a n a g e m e n te n t i t i e s t h e d i g 【r i b u t e dm o b i l i t ym a l l a g e m e n t ,a sw e l la sd y n a i n i cm o b i l i t ym a l l a g e m e mp f o g r 砌 w h i c ha d 印t i v e l ya d j u s tt l l ec o n 打g u r a t i o na c c o r d i n gt ot h em l e so ft i m e - v a r y i n g m o b i l i t va n dc a l lc h a r a c t e r so fd i h b r e mm o b i l eh o s t s a c ta s 血ee v o l u a t i o nd r e c t i o n s o f f u t u r em o b i l i t ym a n a g e m e n tp r o g r 锄i nw i r e l e s s m o b i l en e t w o r k s t h i r d l v a sac h i e fw i r e 】e s sa c c e s st e c h n 0 1 0 9 yf o rc u e n tw i r e l e s “m o b i l e n e t w o r k ,w i r e l e s sl a nc a no 圩e r h i g hd a t ar a t ea n d h a sb e e nw i d e l yd e p l o y e di nh o t s p o ta r e a sf o rp u b l j ci n t e m e ta c c e s s a tt h es a m et i m e ,i p v 6i st h et r e n df o r t h ef u t u r e i i l 东南大学博士论文 i n t e m e ts oh o wt oa c h j e v et l l ei p v 6m o b i l i t ys u p p o r t i n gi nw i r e l e s sl a n n e e d st ob e 矗l r t h e rr e s e a r c h e d a c c o r d i n gt ot h eq u e s t i o n ss t a t e da b o v e ,t h i sp a p e rp u t se m p h a s i su p o ns e v e r a l a s p e c t sa sb e l l o w s 锄dg e t ss o m ec o r r e s p o n d i n gc o n l u s j o n s ( 1 ) a m o b i l i t ym a n a g e m e n tm o d e lb a s e do nm o b i l ei p f o rn e x t 。g e n e r a t i o n a l l i p - b a s e dw i r e l e s ss y s t e m si sp r o p o s e di nt 1 1 i sp 印e l w i t l lt h ed e v e l o p m e n to f w i r e i e s sa c c e s st e c h n o l o g y ,j th a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yu r g e n tt l l a tm o b i l eh o s t sm 锄 a c r o s sh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k s t h em o b i l i t ym a n a g e m e n tp r o g r a mo n n e n v o r k1 a y e ld u et oi t sa d v a n t a g eo fi n d e p e n d e n c eo fl o wl a y e r s ,i ed a t al i i l kl a y e r a n dp h y s i c a l l a y e lc a l lb ea p p l i e dt od i 位r e i nw i r ea n dw i r e l e s sn e t w o r k s t ot h e r e q u i r e m e n t s ,t h i sp 印e rp r o p o s e sam o b i l i t ym a l l a g e m e n tm o d e lb a s e do nm o b i l ei p f o rn e x t - g e n e r a t i o na l l - i p _ b a s e dw i r e l e s ss y s t e m s ,w h i c hc a i lr e a l i z ea n ds u p p o r tt l e s e 踟1 e s sr o a m i n ga 1 1 dh a l l d o f ro fm o b i j et e r 玎1 i n a l sa c r o s sh e t e m g e n e o u sw i r e l e s s n e t w o r k s ( 2 ) an o v e ld i s t r i b u t e dl o c a t i o nm a n a g e m e n tp r o g r 锄f o rm o b i l ei pr e g i o n a l r e g i s t r a t j o nj sp r o p o s e di nt h i sp 印e lt 1 1 i sp r o g r 锄,w h i c hi sb a s e do nl n i l i z i n gm e a d v a i 】t a g e so fl o g i c a l l yh i e r a r c h i c a ls t r u c m r eo ft 1 1 er e g i o n a ln e t w o r k ,p u t sf o a r d t h a tu n d e rt h ep r e c o n d i t i o no f t m 伍cl o a db e l o wt h ed e n n i t et r a 珩ct h r e s h 0 1 d ,f o r c i g n a g e n t sa td i f f e r e n t1 e v e l sc a nb ec h o s e nt oa c ta sg a t e w a yf o r e i g na g e m f o rm o b i 王e n o d e a 船rr e s e a r c h h go nar e 百o n “n e 附o r km o d e la n da i l a l y z h gs i g n a l i n gc o s t , n u m e r i c a lr e s u l t so fs i g n a l i n gc o s ta r ec a l c u l a t e dp r o v i d e dt h a t t h i sp r o g r a l l li sa p p l i e d t om o b i l ei pr e g i o n a lr e g i s 仃a t i o n a tt h ee n do f t h i sc h 印t e rc o n c e m e d ,i tc o m e st oa c o n c l u s i o nt h a tt 1 1 i sp r o g m mc a l lr e d u c es i g i l a l i n gc o s tb ya tl e a s t1 0 a n db ym e a n s o fd i 矧b u t i n gt 1 1 ee f f e c t i v et r a m ct os e v e r a lg a t e w a yf o r e i g na g e m s ,p o s s i b l e s e o u sc o n s e q u e n c e so fc o m m u n i c a t i o ni n t e m j p t i o nr e s u l t e d 丘o m 血ef 撕1 u r eo fo n e g a t e w a yf o r e i g na g e n t sw i l lb ea v o i d e d ,t h u st h en e t w o r kr o b l l s 协e s sw i l 】b e i m o r o v e d ( 3 ) t bs 0 1 v et l l ep r o b l e mo fh a n d o f rl a t e n c yi nt h ep m c e d u r eo fi e e e8 0 2 1 1 m o b i l eh o s t s h a i l d o f t 1 1 i sp a p e rp r e s e m se 目b c t i v em e a s w e st or e d u c eh a n d o f r 1 a t e n c yo f l a y e r - 2a n d1 a y e r - 3a f e ra i l a l y z m gt h eh a l l d o f r p r o c e d u r eo f m h i nw l a n c o m b i n e dw i t l l1 l l ea d v a n t a g e so f l o w 1 a t e n c yh a n d o f r m e c h a n i s mi nm o b i l ei p 蚪a 1 1 d m o b i l ea g e mb u 行e rt e c l l l l o l o g y ,as m o o t hh a n d o f fm e c h a n i s mw i t hb i d i r e c t i o n a l e d g et u n n e l ( s h m t w ) i sp u tf o r w a r dt h es i m l l l a t i o nr e s u l tj n d i c a t e st h a ts h m t w n o to n i yr e d u c e st h ep o s s i b 钉 t yo fp a c k e t1 0 s si nt h ep r o c e s so fh a i l d o 也b u ta l s o a v e r a g e l vl o w e r sh a n d o f rl a t e r l c ya b o v e5 0 0 m sa n de v i d e n t l yi n c r e a s e st 1 1 eg o o d p u t o ft c pa p p r o x i m a t e l vb v7 0 t h e r e f o r eb e n e re 虢c to fs e 跚l e s sh a n d o f ri s a c b i e v e d ( 4 ) i nt h e1 a s tc h a p t e r ,t h ea u t l l o rr e s e 盯c h e st 1 1 ep e r f 0 丌1 1 a n c eo ft ep r o g r 蜘s : a b s t r a c t m o b i l ei p v 6 h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6a n df a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6o nt h e b a s i so fw i r e l e s sl a n ,a n dt h e ni n d i c a t e st h a tt w op r o t o c o l s ,w h i c ha r eh m i p v 6a n d f m i p v 6 ,c o m p a r e dw i t hm i p v 6 ,h a v em a d es o m ei m p r o v e m e n ti np e r f o n l l a n c e a t l a s t ,t h ea u t h o rc o m e st oac o n c l u s i o na b o u tt h ep e r s p e c t i v eo ft h ed e v e l o p m e n ta n d i m p r o v e m e n t o f i p v 6m o b i l i t yp r o t o c 0 1 si nw l a n k e y w o r d s :m o b i l ei p ,c e l l u l a rn e 似o r k ,w i r e l e s sl a n ,m o b i l i t ym a n a g e m e n t , d i s t r i b u t e dl o c a t i o nm a n a g e m e n t ,s m o o t hh a n d o 行 v 图索弓 图2 1 图2 2 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 6 图6 7 图6 8 图6 9 图6 1 0 图6 1 1 图索引 蜂窝系统的组成结构8 分级蜂窝结构示意图11 宏移动和微移动行为2 9 i p 移动性协议分类 1 0 4 2 9 移动i p 的网络模型及分组路由3 0 区域注册移动i p 的网络模型3 3 h m i p v 6 的网络模型3 4 蜂窝i p 协议网络模型3 5 h a w a i i 协议网络模型3 7 h a w a i i 协议中的切换方案3 8 s m i p 的结构模型4 3 下一代全i p 无线网络中位置管理方案4 5 m i p r r 中的分层树状结构4 7 m i p r r 的分层区域网络模型4 8 m i p r rf a 代理公告中的c o a 地址域4 8 m i p r r 中家乡注册过程5 0 m i p r r 中区域注册过程5 0 同一驻留时间的总信令开销与乃的关系曲线5 3 不同驻留时间的总信令开销与以关系曲线5 4 总信令开销与l 的关系( 相同分组到达率) 5 6 不同分组到达率情况下的总信令开销与l 的关系5 7 总的信令开销与平均驻留时间l 关系曲线5 8 无线局域网中m h 切换过程6 1 信噪比和切换操作的关系一6 3 s h m t w 切换机制执行过程一6 6 s h m t w 中l 2 和l 3 切换流程一6 8 仿真用网络拓扑结构一6 8 s h m t w 切换中t c p 跟踪结果6 9 m i p 切换中t c p 跟踪结果7 0 切换中的丢包数一7 0 数据包到达和处理过程一7 4 h m i p v 6 无线网络模型7 5 无线局域网的蜂窝模型一7 6 在三层蜂窝网络中两维随机移动模型的转移图7 6 移动i p v 6 中的切换时序图8 2 h m i p v 6 中的切换时序图8 3 从p a r 接收到f b a c k 的f m i p v 6 切换过程8 5 未从p a r 接收到f b a c k 的f m i p v 6 切换过程8 5 信令开销、切换时延与平均a p 区域驻留时间关系8 7 信令开销、切换时延与平均a p 区域驻留时间关系8 8 信令开销、切换时延与平均a p 区域驻留时间关系8 9 图索弓 图6 1 2f b u 发送和l 2 l d 触发之问延迟与切换时延的关系9 0 图6 13地址确认延迟q 与切换时延的关系9 0 x 表索弓 表3 表4 表5 表6 表索引 m o b i l ei p v 4 与m o b i l ei p v 6 特性比较3 2 信令开销计算的参数值5 2 不同重叠时间下的t c p 吞吐量7 1 信令开销计算的参数7 9 东南大学博士学位论文 a d a d c a a p a r a s b a b e r b e t b b l a b l r b s b s s i d b u c d m a c h c i m s c i p c m r c n c o a c o t c o t i d a d d c a d c f d e d h c p d l m r r d n i a d m r f a f b a c k f b u f c a f m 6 f n a f t p g f a g l r g p r s g s m h a h a c k 缩略语 a g e n ta d v e r t i s e m e n t a d v e n i s e m e n ta g e n t c a c h i n ga g e n t a c c e s sp o i n t a c c e s sr o u t e r a 2 e n ts o l i c i t a t i o n b a s es t a t i o na 2 e n t b i te r r o rr a t i o b i d i r e c t i o n a le d g et u n n e l b o u n d a r yi n t e r w o r k i n gu n i t b o u n d a r vl o c a t i o na r e a b o u n d a r yl o c a t i o nr e g i s t e r b a s es t a t i o n b a s i cs e r v i c es e t ) b i n d i n gu p d a t e c o d ed i v i s i o nm u l t i d l ea c c e s s c o l l r e s p o n d e n th o s t c o l u m b i ai pm i c r o m o b i l i “s u i t e c e l l u l a ri p c a l l t o m o b i l i t vr a t i o c o r r e s p o n d e n tn o d e c a r e o fa d d r e s s c a r e o ft e s t c a r e o ft e s ti n i t i a t i o n d u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n d v n 锄i cc h a n n e la l l o c a t i o n d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n d e c i s i o ne n g i n e d v n a m i ch o s tc o n 6 r g u r a t i o n d i s t r i b u t e dl o c a t i o n m a n a g e m e n tf o rm o b i l e i pr e g i o n a lr e g i s t r a t i o n d o m l a n tm o d eh o s ta l e r t i n g d e l i v e n ,一t o m o b i l i t vr a t i o f o r e i p 皿a g e n t f a s tb i n d i n ga c l ( n o w l e d g e f a s tb i n d i n gu p d a t e f i x e dc h a n n e la l l o c a t i o n f a s th a j l d o f fm o b i l ei p v 6 f a s tn e i g h b o ra d v e r t i s e m e n t f i l et r a i l s f e rp r o t o c o l g a t e w a yf o r e i g na g e n t g a t e w a vl o c a t i o nr e g i s t e r g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e g 1 0 b a ls v s t e mf o rm o b i l e h o m ea g e n t h a n d o f fa c k n o l e d 2 e m e n t h a d d r h a w a h d b h m i p v 6 h o t h o t i h u t i a p p i c m p v 6 i p l 2 l 2 一l u l 2 一l d l 3 l 4 l a l a i l c o a l h a m a c m a h o m a - p n 队p 1 m c h o m h 口,r 脚 m i p v 6 m i p r r m n d 汴 m r m s f m t n a h o n a p n a r n c h o n c o a n l a n s o a p p a p a r x h o m ea d d r e s s h a n d o f fa w a r ew i r e l e s sa c c e s s i n t e m e ti i l f r a s t r u c t l l r e h o m ed a t a b a s e h a n d o f f1 1 1 i t i a t e h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 h o m et e s t c a r e o ft e s ti n i t i a t i o n h o m et e s t1 1 1 i t i a t i o n h e l s i n k iu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y i n t e ra c c e s sp o i n tp r o t o c o l i n t e m e tc o n t r 0 1t e 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