（电路与系统专业论文）无线移动互连网服务质量保证的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

a 原t l1 人1 坝l 州允7 l 付论文 无线移动互连网服务质量保证的研究 摘要 过去几年中，笔记本电脑的数目迅速增加，因特网也有了迅猛的发展。 因特网与移动网的飞速发展使得人们越来越迫切的要求将因特网与移动网 结合起来为移动用户提供丰富的业务，移动互联网是下一代网络发展的趋 势之一。移动i p v 6 是移动互联网的基石，是一个为移动主机传送信息的解 决方案，它平滑了异类子网间的越区切换，提高了i p 电话等业务的质量。 目前，如何保证i p v 6 移动网络的服务质量成为电信界日益关注的焦点， 必须保证移动主机的快速无缝切换，移动性管理成为保证服务质量的一个 不可缺少的极其重要因素。 本文概述了移动i p v 6 技术，指出了现有的q o s 体系结构在移动i p v 6 网络中存在的问题，并详细分析了移动i p v 6 网络移动性管理的解决方案。 阶层式移动i p v 6 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，h m i p v 6 ) 的网络结构提供了 一个移动主机的管理机制。利用移动锚点( m o b i l i t y a n c h o rp o i n t ，m a p ) ，来 减少在区域外的家乡代理服务器( h o m ea g e n t ，h a ) 和通信节点 ( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c n ) 与移动主机( m o b i l en o d e ，m n ) 之间的移动i p v 6 绑 定更新( b i n d i n gu p d a t e ，b u ) 信息的传递。如果m n 数量多且有复杂的移动 特性，单一的m a p 仍会因此负载过重。多阶层式移动i p v 6 ( m u l t i l e v e l h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，m h i p v 6 ) ，让不同移动特性的m n 能选择到合适 的m a p 。但是m n 无法判断，应该注册到覆盖范围较大，具高移动性管理 t 太原理1 人学硕 研究! 七学伉论文 的m a p ，或是覆盖范围较小的m a p 中。这可能导致：( 1 ) m n 的频繁再注 册、( 2 ) m a p 负载不平衡的情况发生。因此本论文提出以移动主机的历史移 动特性( 切换次数单位时间) 的分类得出各m a p 的进入门限值，做为之后 m n 选择m a p 的参照，以注册到适合的m a p 及配合m a p 最大负载调整 机制，并结合r o u t e rr e n u m b e r i n g 的u s e p r e f i x 控制信息，以达n - ( 1 ) 支持m n 进入m a pd o m a i n 时，能适当地依m n 移动特性及m a p 的负载状 况选择一个其适合归属的m a p ，( 2 ) 减少在m n 、h a 和c n 间b i n d i n g u p d a t e 信息传递，( 3 ) 达到m a p 的负载平衡。 关键字：移动因特网，服务质量，移动性管理，移动i p 太原理1 人1 予硕 究生7 何沦文 r e s e a r c iio nq u a l i t yo fs e r v i c eg u a r a n t e e i nw i r e l e s sm o b i l ei n t e r n e t a b s t r a c t i nt h el a s tf e wy e a r sw eh a v es e e na ne x p l o s i o ni nt h en u m b e ro fn o t e b o o k c o m p u t e r sa n di nt h eg r o w t ho fi n t e m e t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e i n t e m e ta n dm o b i l en e t w o r k s ，t h e r eh a v eb e e ng r e a td e m a n d sf o ri n t e g r a t i n gt h e i n t e r n e ta n dm o b i l en e t w o r k st op r o v i d ea b u n d a n ts e r v i c e sf o rm o b i l eu s e r s m o b i l ei n t e r a c ti so n eo ft h et r e n d so ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s m o b i l e i p v 6p r o v i d e st h ef o u n d a t i o nf o rm o b i l ei n t e r n e tw i t has o l u t i o nf o rm o b i l eh o s t s t ot r a n s m i ti n f o r m a t i o nw h e nh a n d o v e rh a p p e n s r e c e n t l y , h o wt oa s s u r e q u a l i t y o fs e r v i c eo fai p v 6m o b i l en e t w o r k h a sb e e nb e c o m i n gt h ef o c u so ft e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l dm o r ea n dm o r e f a s t s e a m l e s sh a n d o f fo f m o b i l en o d eh a st o b eg u a r a n t e e d m o b i l i t ym a n a g e m e n t h a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta n de s s e n t i a le l e m e n t si n g u a r a n t e e i n g q u a l i t yo f s e r v i c e i nt h i sp a p e r , t h em o b i l ei p v 6t e c h n o l o g yi so u t l i n e d t h e nt h ei s s u e so f q o si nm o b i l ei p v 6n e t w o r ki sd i s c u s s e d ，a n ds e v e r a la p p r o a c h e sa b o u tt h e i s s u e so fq o ss u c ha sa n dm o b i l ei p v 6p r o t o c o la n dm o b i l i t ym a n a g e m e n ta r e a n a l y z e d h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( h m i p v 6 ) u t i l i z e sam o b i l i t ya n c h o rp o i n t ( m a p ) f 太原理1 人学硕 研究生中侮论文 t or e d u c et h ec o n s i d e r a b l en u m b e ro fb i n d i n gu p d a t e s ( b u ) a m o n gt h em o b i l e n o d e ( m n ) ，c o r r e s p o n d e n tn o d e s ( c n ) ，a n di t sh o m ea g e n t ( h a ) w h e nt h em n f r e q u e n t l ym o v ea m o n gt h ea c c e s sr o u t e r s ( a r ) h m i p v 6i sm o r ee f f e c t i v ei na w i d ea r e an e t w o r k h a v i n gam u l t i l e v e lh i e r a r c h ya r c h i t e c t u r e h m i p v 6a l l o wt h e m nt os e l e c tt h e i ro w nm a p , b u tam nc a n n o tk n o ww h e t h e ri th a sa h i g ho ra l o wm o b i l i t yc h a r a c t e r i s t i ci nam u l t i l e v e lh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( m h i p v 6 ) n e t w o r k t h e r e f o r e ，t h em nc a n n o tc o r r e c t l ys e l e c ta na p p r o p r i a t em a et h i s m a yc a u s et h a t ( 1 ) f r e q u e n tr e r e g i s t r a t i o n so fm n ，( 2 ) l o a dc o n c e n t r a t i o na ta p a r t i c u l a rm a r i nt h i sp a p e r , an o v e lm o b i l i t ym a n a g e m e n ts c h e m ei sp r o p o s e d b yu s i n gt h em o v e m e n th i s t o r yo fm n sa n dd y n a m i cl o a dm a n a g e m e n t m e c h a n i s mc o m b i n e dw i t hr o u t e r r e n u m b e r i n gm e c h a n i s mt o s e l e c ta l l a p p r o p r i a t em a p i nm h i p v 6n e t w o r k e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h i ss c h e m e a c h i e v e st h a t ( 1 ) am nc a ns e l e c ta na p p r o p r i a t em a p a c c o r d i n gt ot h em o b i l i t y t y p eo f t h em ni nt h em h i p v 6n e t w o r k ( 2 ) t h ef r e q u e n tr e r e g i s t r a t i o n so fm n a r er e d u c e d ( 3 ) t h el o a do fm a pi sb a l a n c e d k e yw o r d s ：m o b i l ei n t e r n e t ，q o s ，m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，m i p i v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体。均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：趁11 i ：型 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名：步i 尘! 良日期：塑! ：12 导师签名： 1 1 研究背景 第一章绪论 现有的互联网基于i p v 4 协议，这一协议的成功促成了互联网的迅速发展。但是， 随着用户数量的不断增长以及应用要求的不断提高，i p v 4 的不足逐渐显现出来，其中最 突出的问题就是不断增加的用户数与缺乏的i p v 4 地址空间之间的矛盾。另外，用户在 服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 、移动性和安全性等方面的要求也促使人们开发新一代 i p 协议。 为了彻底解决互联网的地址危机，i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 在2 0 世纪 9 0 年代中期提出了下一代互联网协议i p v 6 。除了拥有超大的地址空间外，i p v 6 还考 虑了i p v 4 未能解决好的一些问题，其性能优势主要体现在提高网络的整体吞吐量、改 善服务质量、更好地支持安全性、移动性和组播等方面。欧美的研究机构很早便建立了 i n t e r n e t 2 ，6 b o n e ，6 n e t 等1 p v 6 实验网，我国对i p v 6 的研究始于1 9 9 8 年c e r n e t ( 中国 教育与科研网) 加入6 b o n e 。2 0 0 4 年3 月1 9 日，第一个全国性的下一代互联网，也是世 界上最大的纯i p v 6 实验网c e r n e t 2 开通。c e r n e t 2 以2 5 g b p s 一1 0 g b p s 的高带宽连接 全国2 0 个主要城市，为全国2 0 0 余所高校和主要科研机构提供下一代互联网的高速接 入。由此可见，无论是在中国还是在全球范围内，i p v 6 都在逐步取代i p v 4 成为新的网 际互联协议。 互联网的另一个发展趋势是无线接入和移动通信。随着移动通信技术的迅猛发展， 手机、掌上电脑、笔记本电脑等便携式移动设备被广泛应用；生活节奏的加快也使得人 们需要在移动过程中办公。于是，用户希望在任何时候任何地点无需更改计算机配置就 能方便地访问互联网。然而，i p 协议并不支持网络节点的移动。为此，i e ”提出了移 动ip 【“2 1 和移动i p v 6 协议【3 】，在原来i p 协议的基础上使移动节点能够以固定的i p 地址 在互联网及局域网中不受任何限制地跨网段漫游。 移动通信应用的蓬勃发展正加速着i p v 6 的商业化进程。另一方面，i p v 6 及其相关 协议对节点移动性的特殊支持也使得移动i p v 6 更易于实现。因此，研究移动i p v 6 及其 太原理f 人。7 坝f 圳究生学位论文 关键技术具有重大的现实意义。 虽然移动i p v 6 己经成为下一代互联网的移动接入标准，但是它还存在以下不足： 移动i p v 6 不区分宏移动和微移动。移动节点每次执行切换都要向远程的家乡代理 和通信对端注册其新地址，频繁的切换会在骨干网引入大量的信令负载。若采用微移动 管理，对家乡代理和通信对端屏蔽移动节点在本地域内发生的切换，则可以大大降低注 册信令开销。 移动i p v 6 的切换延迟较大。移动节点切换到新的访问网络后执行的操作包括移动 的检测、新转交地址的配置，以及新转交地址的注册，这会造成很长的切换延迟，严重 影响了应用程序的通信质量。 因此，需要设计有效的移动管理机制改进移动i p v 6 的性能。一方面，引入合理的 网络体系结构区分节点的宏移动和微移动，以降低注册开销和注册延迟。另一方面，引 入低延迟的快速切换机制，降低总体切换延迟。为此，i e t f 提出了两个r f c 标准：“层 次移动i p v 6 ”1 4 1 ( h m ip v 6 ) 和“移动i p v 6 下的快速切换”【5 1 ( fm i p v 6 ) 。但是，这 两种协议尤其是h m i p v 6 的性能仍不理想。近年来有许多研究者从分析h m l p v 6 的性能 入手，提出了一些有效的改进机制1 0 - 1 2 。 除移动管理外，移动i p v 6 的主要关键技术还包括q o s 保证、组播支持和安全保障 等( 本文不涉及移动i p v 6 的安全问题) 。固定网络的q o s 解决方案包括综合服务模型【6 1 ( i n t e g r a t e ds e r v i c e ，i n t s e r v ) 和区分服务模型【”( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e ，d i f f s e r v ) 。其 中，i n t s e r v 模型以资源预留协议【8 】( r e s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c o l ，r s v p ) 为基础，能 够为用户提供端到端的资源预留，符合移动网络的q o s 要求。但是，现有r s v p 是为固 定网络设计的。当节点移动到新的网络时，它与通信对端之间的数据流的转发路径会发 生变化。在新的路径上重新执行资源预留，会造成数据流在相当长一段时间内无法获得 q o s 保证。为了缩短节点切换造成的q o s 缺失的时间，研究者们提出了m r s v p l 9 1 、 h m r s v p l l 3 】等方案扩展现有的r s v p 协议。 1 2 无线移动互连网及其服务质量 i n t e r a c t 和移动通信，作为迈向信息社会的两个重要标志，分别对应着对大量信息 资源的有效访问和随处漫游的个人通信。随着移动用户数量的飞速增长。无线网络己成 为互联网的重要接入形式，信息的移动性也成为人们迫切的需求。移动互联网的发展将 2 太原理l 人学硕十研究生学位论文 是下一代互联网的必然方向。如何结合它们的技术优势，在不受信息源的限制和用户访 问时地址限制的同时，以统一的标准向用户提供无处不在的信息网络服务，己成为网络 界和电信界共同关注的焦点问题。 目前，无线网络通信通常是基于无线电波、微波或者其它介质，无线链路在很多方 面和有线链路不同。总的来说，无线传输中的误码率、带宽和越区切换是三个主要问题。 高误码率：无线链路受到干扰和障碍时会出现较高的误码率，连接可靠性较低，时 延较大：一个无线链路上的误码率大致为1 0 。6 或者更差，而一个光纤链路上的误码率为 1 0 。2 或者更好。由于误码导致的数据包丢失通常占到全部丢包的绝大多数，这和t c p 对拥塞引起丢包的假设存在很大的差异，导致传输的性能极大地下降。 有限的链路带宽：由于无线频谱和功率的限制，使得无线链路的带宽较小，而带宽 成本则相对较高，对于实时的多媒体业务而言，很难保障必需的性能指标。 切换引起的问题；一个基站的覆盖范围是有限的，当移动主机从一个区域漫游到另 一个区域时( 切换) ，存在地址可预见性差、频繁切换、路由重新注册、呼叫暂时中断等 问题：引起正在传输的数据的丢失和时延的增加。 此外，无线环境下还存在上行链路和下行链路的带宽和时延的不对称问题和小传输 窗口的问题。和有线链路相比，无线链路更不可靠，这也导致了一些业务在传输过程中 的性能下降。而相应的流量控制技术也没有充分考虑移动无线环境的特点，无法适应移 动用户对服务质量保证的需求。 1 2 1 移动性对q o s 保证的影响 移动性是下一代移动无线i n t e m e t 的主要特点之一，用户终端的频繁移动会影响用 户业务的连续性，因此，用户在移动的情况下如何保证其连接的持续性，也就是移动性 管理( m o b i l i t ym a n a g e m e n t ) 问题是为用户提供有q o s 保证服务的一个重要前提”。从 技术的角度来看，移动性管理包括地址管理( l o c a t i o nm a n a g e m e n t ) 和切换管理( h a n d o f f m a n a g e m e n t ) t 】，地址管理主要负责有关移动主机地址信息的注册与更新，切换管理主 要是研究移动主机从一个接入点移动到另一个接入点时如何保持正在进行业务的连续 性：从工作协议的层次上来看，移动性管理可以在应用层、网络层、链路层以及网络与 链路层联合等不同层次来进行。应用层移动性管理与网络所采用的底层技术无关，当前 有关应用层移动性支持的研究相对较少，主要是对会话初始协议( s e s s i o ni n i t i a t i o n p r o t o c o l ，s i p ) t 1 8 】的移动性支持的研究。大部分有关移动性管理的研究集中在网络层和 链路层。通常，网络层移动性管理的解决方案可以划分为两大类：宏移动性 ( m a c r o m o b i l i t y ) 和微移动l 峰( m i c r o m o b i l i t y ) 川。宏移动性相关的协议主要是移动i p v 4 或i p v 6 协议【2 3 】及其相关改进方案的研究。微移动性相关协议主要包括移动i p 的区域注 , 盼( r e g i o n a lr e g i s t r a t i o n ) 协议【2 】、分级移动i p v 6 协议【2 i j 、蜂窝i p ( c e l l u l a ri p ) 协议【2 2 】、域 内移动性管理协议( i n t r a d o m a i nm o b i l i t ym a n a g e m e n tp r o t o c o l ，i d m p ) 2 2 , 2 3 】以及 h a w a i i ( h a n d o f f a w a r ew i r e l e s sa c c e s si n t e m e ti n f r a s t r u c t u r e ) 2 4 l 等。链路层的移动性管理 主要是针对特定的无线通信系统( 比如w c d m a 、无线局域网等) 来讲的，所以，相应的 移动性管理解决方案也是和具体所使用的无线技术联系在一起的。下一代移动无线 i n t e m e t 将是多种无线接入技术相融合的网络( l t 女n ，3 g 和w l a n 技术的整合f 2 5 ，2 6 】) ，用 户在基于不同无线接入技术的网络问进行漫游，或者说异类网络之间进行垂直切换 ( v e r t i c a lh a n d o 时，会用到相应链路层的移动性解决方案1 2 7 1 。移动性管理还会涉及到网 络层和链路层之间的跨层设计和层间信息交互的问题。以移动i p 协议的切换管理为例， 采用跨层设计的方法，通过链路层反馈信息( 比如，信号强度的信息) 可以减少运动检测 所引入的时延，从而可以减少移动i p 在切换时延，如移动i p v 6 快速切换协议中所采用 的第二层触发机制【2 8 1 。另外，链路层的信号强度信息也可以用来进行移动主机的地址跟 踪，这样也可以改善移动i p 切换性能，如无缝切换移动i p 协议( s e a m l e s sh a n d o f f a r c h i t e c t u r ef o rm o b i l ei p , s - m i p ) ”1 。 1 _ 2 2 无线链路特性对q o s 的影响 下一代移动无线i n t e m e t 的另一个主要特点就是无线链路的不稳定特性。移动无线 i n t e r n e t 通常是一个融合有线和无线链路的混合网络。一个端到端的连接大部分是经由 有线网络来传送，只是在网络的最后一跳会是无线链路，但正是由于单跳无线链路的不 稳定特性，为端到端q o s 的保证带来了巨大的困难。无线链路带宽不稳定的特性，需要 对传统i n t e m e t 的相关协议进行修正，以适用于无线传输环境。从网络分层的角度来讲， 相关的研究主要集中在：无线环境下传输层协议( 主要是t c p 协议) 的改进、无线网络 m a c 层q o s 保证、链路层动态信道分配和无线资源管理协议等。无线环境下传输层协 议的改进主要是无线t c p l 3 0 , 3 1 1 及相关协议。通常在无线网络中，信息传送的差错是由信 道特性较差所造成的，而t c p 协议会将其解释为拥塞，并启动拥塞控制机制，这样会 导致t c p 协议性能的下降，因此需要对传统的t c p 协议进行修正。相关研究成果大体 可以分为三类1 3 2 l ：端到端( e n d t o e n d ) 方案、分割连接( s p i l t c o r m e c t i o n ) 方案和链路层 太原理j 人学硕十研究生学位论文 ( l i n k - l a y e r ) 方案。端到端解决方案主要包括选择确认( s e l e c t i v ea c l c n o w l e d g e m e n t ， s a c k ) l 3 3 1 ，s m a r t 算法【3 4 l 等：分割连接方案如间接t c p 协议( i n d i r e c t t c p , i - t c p ) 1 3 5 1 、 移动t c p 协议( m o b i l e t c p , m t c p ) t 3 7 1 等；链路层方案如s n o o p 协议等。无线网络 m a c 层协议可以分为集中式m a c 协议和分布式m a c 协议 4 4 1 ：在下一代移动无线 i n t e m e t 中，无线接入侧的q o s 保证研究主要是针对各种不同无线接入技术的m a c 层 协议来展开的。近年来，由于无线局域网技术的成熟以及相关标准的不断完善，针对i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网m a c 层q o s 的保证成为一个研究热点。无线局域网中的q o s 保证机 制主要依赖于m a c 层协议的工作方式与队列调度算法的结合。i e e e8 0 2 1 1w l a n 标 准包括了基本的媒体接入协议一分布式协调功能( d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o n f u n c t i o n , d c f ) 和可选的点协调功能口( p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，p c f ) 机制，而d c f 机制只用于支 持尽力而为的数据传输。作为可选工作方式的p c f 是基于轮询方式口( p o i l i n g ) 的协议， 该方式的主要目的是为实时业务提供无冲突的接入方式。但是在p c f 模式下。竞争时段 ( c o n t e n t i o np e r i o d ，c p ) 和非竞争时段( c o n t e n t i o n f r e ep e r i o d ，c f p ) 之间的协作会引起不 可预知的b e a c o n 延时，因此，p c f 机制在提供q o s 保证方面，仍旧会存在一些问题。 因此，i e e e 制定了8 0 2 1 1 e 草案4 0 1 ，来对d c f 和p c f 两种模式进行q o s 保证的支 持。8 0 2 1 l e 草案中定义的增强型分布式协调功n 1b ( e n h a n c e dd c f , e d c f ) 对d c f 机制进 行了改进，引入了业务流分类的概念，可以在分布式网络环境下，提供区分q o s 保证。 同时，为了扩展p c f 的查询机制，1 e e e8 0 21 1 e 还定义了混合协调功能似( h y b r i d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，h c f ) 机制。 目前，针对上述移动无线i n t e m e t 的两大特点，理论界除了从网络的不同层次展开 相应的研究外，还有对于应用于传统i n t e r n e t 中的两大服务质量保证体系结构集成 服务( i n t e g r a t e ds e r v i c e ) 1 4 1 1 和区分服务( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e ) t 4 2 】的改进研究。对于集成服 务模型的研究，主要是针对传统资源预留协议( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，r s v p ) 协议 【4 3 “4 1 不适用于移动无线环境的特点提出了若干r s v p 协议的改进方案。如针对网络移动 性的特点，提出了移动r s v p ( m o b i l er s v p , m r s v p ) 1 4 “，分级移动r s v p ( h i e r a r c h i c a l m r s v p ) t 46 】等方案。区分服务模型的q o s 体系结构多用于核心骨干网络，由于d i f l s e r v 机制本身缺少简单有效的带宽资源管理方案，因此不适用于基于i p 的无线接入网络， 针对这一问题，文献1 47 】提出了一种丢弃优先权( d r o pp r e c e d e n c e ) 方案，该方案通过采用 赋予切换数据包高优先级的方法来保证用户频繁移动过程中实时业务的q o s 。 太原理1 人 ：l 贞r f 究生学位论文 综上所述，下一代移动无线i n t e r n e t 中的q o s 保证问题将涉及到网络的各个层面。 从以网络为中心的角度来看，主要包括m a c 层的q o s 保证机制、网络层的移动性管理 与q o s 保证，以及控制平面的协议与算法。对于m a c 层q o s 的保证研究，本文没有 涉及；对于网络层的q o s 保证问题，我们主要针对移动i p v 6 网络的地址管理问题进行 了研究：在网络的控制平面，我们对信令协议m p l s 进行了研究，主要研究m p l s 协议与移动i p 整合网络性能的改进与分析。 1 3 本课题意义 最近几年来，i n t e r n e t 的应用得到了飞速发展，连入网络的主机和用户逐年呈指数 增长。与此同时，移动计算机网络业务已逐渐成为人们日益关注的话题。在网络中提供 移动性支持可使网络用户在任何时刻、任何地点通过网络发送和接收各种数据，实现人 们提出的“a n y t i m e ，a n y w h e r e ，m o b i l e n e t w o r k s i n y o u r p o c k e t ”的愿望。 移动通信技术提供了随时随地接入网络进行通信的能力。移动互联网就是移动通信 和i n t e r n e t 两者相结合的产物，实现了用户在移动的情况下访问和使用i n t e m e t 上的资源， 其协议的基础就是移动i p 协议。随着i p v 6 协议的制定，移动i p 的发展也进入到了移动 i p v 6 的阶段1 4 ”，移动i p v 6 协议为颓一代i n t e r n e t 的无线用户提供了移动支持，但在移动 切换、q o s 、安全等方面仍不能满足实际应用的需要；尤其是移动节点的切换问题，对 通信中的性能造成了很大的影响，是确保移动网络正确工作的关键，对于保证在无线网 络中通信的q o s 等其他要求也有着重要的意义，已经成为网络技术研究的前沿问题。对 该领域进行深入而广泛的研究将为无线移动网络的应用提供重要科学依据。这项研究不 仅具有重要的社会和经济意义，也具有十分重要的战略意义。 1 4 研究工作 在本论文中反映的主要研究工作如下： 1 ) 对移动i p v 6 进行深入地学习和研究，并在n s 2 下实现和仿真分析了m i p v 6 技术。 2 ) 对服务质量进行了较深入地学习和研究。特别是移动性管理相关问题。 3 ) 对n s 2 仿真软件进行了较深入地学习和研究，着重学习研究了无线链路切换模拟 仿真部分。 6 太原理一1 人学硕十训f 究生学位论文 第二章通信q o s 分类和 生能参数 多年来，从三网融合到下一代网络，人们对在电信网中构建统一的基于i p 技术的 承载网络寄予了很高的期望。然而，实际情况却不尽如人意。虽然i p 网络以其固有的 带宽分配灵活、带宽利用率高等特点在通信网络中扮演了日益重要的角色，但其q o s 保证能力不足的问题始终是个严重的瓶颈，制约了i p 网络在电信运营领域内发挥更 大的作用。与此同时，随着电信技术的进步和电信市场竞争的日趋激烈，大量的业务类 型丰富的应用开始需要由分组网络承载。不同的应用有不同的服务质量需求，这无疑进 一步增加了实现分组网络q o s 保证的难度。正因如此，众多国际标准化组织、国内外研 究机构都对如何实现i p 网络承载业务的q o s 保证投入了巨大的热情，并取得了可喜的 阶段性成果。 一般来说，产生q o s 问题的原因是业务流量对网络资源的需求和网络实际能够提供 资源之间的不匹配。当业务对网络资源的需求超过了网络实际供给能力时，业务的服务 质量将不能得到有效保证。为了实现网络端到端的q o s 保证，至少需要解决以下问题： 实现网络资源的最大利用： 有效支持在网络业务端到端范围内高度分布的智能和多种应用类型： 有效支持网络业务端到端范围内的多个管理域的协同工作； 实现在网络业务端到端范围内多种网络技术和q o s 控制机制的并存和互操作。 2 1q o s 概述 今天，服务质量这一术语不仅在传统的电信领域里得到了广泛的使用，还逐渐扩展 应用于基于分组的宽带、无线和多媒体等服务领域。与此同时，通信网络和通信系统的 设计和规划也越来越多地考虑到用户应用的端到端性能需求。然而，人们在使用q o s 术语时，术语本身却经常没有被有效地定义，使用上也往往不够严谨，甚至出现错误。 有关质量( q u a l i t y ) 概念的定义最初出现在i s 0 8 4 0 2 标准中：质量是有关实体的一组特 性的总和，这些特性反映了该实体满足其被明确规定或隐含需求的能力。随后，2 0 0 0 年发布的i s 0 9 0 0 0 取代了i s 0 8 4 0 2 ，并将质量定义为一组固有属性对需求的满足程度。 7 太原理1 人亨坝 究生学何论文 标准化组织在e 8 0 0 中是这样描述的：服务质量是一种服务性能的综合体现，这种服 务性能决定了网络在多大程度上满足业务用户的要求。从根本意义上说，q o s 指网络对 业务性能要求的支持能力。这里的性能要求是特定于不同业务的，即不同的业务有不同 的性能要求。例如，远程医疗强调业务提交的准确性，但对业务端到端的时延和分组的 时延变化( 如抖动) 要求不高：与之相对应的是，i p 电话要求有尽可能小的抖动和时延性 能。 对于通信网中的服务质量，上述性能要求可以用性能参数来描述，例如可以包括： 业务可靠性、时延、抖动、吞吐量和数据丢失率等。这些性能参数的详细描述见表2 1 。 性能参数 描 述 业务可靠性 指用户与用户或用户与通信网络问业务连接的a r 券性，包括建立时间、保持时间等。 时延 又称延迟，指在两个参考点间，业务流量从发送到接收的时间间隔。 时延抖动 指同一个业务流量中的小i j s j - 组，昴嘲络承载石传输时延的变化。 吞吐量 指一个网络中数据包的传输速率，这一参数a ，以用平均速率或峰值速率来表示。 数据丢失率 指业务在网络中传输时，a ，允许的最大数据丢失率。数据丢失是由网络拥塞引起的。 表2 - 1 性能参数描述 t a b l e2 - 1p e r f o r m a n c ep a r a m e t e rd e s c r i p t i o n 与q o s 相对应的一个概念服务类别( c l a s so fs e r v i c e ，c o s ) ，它是指为特定业务流量 是提供的一组可用的服务特征，它的对象是一组具有相似性能要求的业务流。相对而言， q o s 具有更高的精确性，它能对业务服务过程中所表现出的各种性能进行具体、准确的 描述。 实际上，通信服务质量所涉及的主要评估标准并不仅限于表2 1 中所描述的5 种， 为了全面而准确的描述通信服务的服务质量，人们又定义了通用的q o s 模型、描述通信 服务质量的框架矩阵，并提出了评估q o s 的4 个视角。 2 1 1 通用的q o s 模型 通常，我们可以将q o s 定义划分成3 个方面来理解：服务固有的q o s 、用户感知的 q o s 和用户评价的q o s 。这3 个方面自上而下构成了通用的q o s 模型，如图2 一l 所示。 此模型也i t u ( i 薹i 际电信联盟) 和e t s i ( 欧洲电信标准协会) 组织定义q o s 时所采用的方 法。 服务固有q o s 属于和服务特性相关联的技术方面的范畴。因而，服务固有q o s 是 由传送网络设计的优劣，以及网络接入、终止和连接的提供情况所决定的。除了其他一 a 原理| 人学硕l 研究生学位论文 些必要的工作外，通过适当地选择传送协议、q o s 保证机制和相关参数的数值，就能够 得到特定应用所要求的q o s 。对服务固有q o s 的评价需要通过比较对可测量的用户所 期望的性能特性来实现。用户对q o s 的主观感知评价不会影响服务固有q o s 的等级。 通用模型1 t u 甩t s i 方法 用户评价的 q o s 用户感知的 q o s 服务固有的 q o s 图2 - 1 通用q o s 模型 f i g u r e2 - 1g e n e r a lq o sm o d e l 用户感知q o s 反映了用户对使用特定服务的体验。它受到观察到的服务性能和用户 期望相比较后的比较结果的影响。反过来，用户个人对q o s 的期望经常受到用户对相似 电信服务的体验和其他用户观点的影响。因而，对于不同的用户，具有相同固有q o s 特性的服务会得到不同的评价。实际上，仅仅确保特定的服务( 网络) 性能参数还不足以 保证能够满足用户的q o s 要求，而这些服务的用户也不会关心服务究竟是如何提供的。 服务提供者提供的q o s 必须在反映固有q o s 特性的同时，还反映一些对用户有意义的， 以及和特定用户群体期望相关联的非技术参数。用户感知q o s 包括q o s 的4 个视角。 只有当用户决定是否继续使用电信服务时，服务提供者才能知道相应服务的“用户 评价q o s ”。这一决定取决于被感知q o s 、服务价格，以及服务提供者受理用户抱怨和 服务问题的响应情况。在这里，对客户提供服务时的服务态度是影响被感知q o s 等级水 平的一个重要因素。 q o s 定义所包含的3 个方面( 固有q o s 、用户感知q o s 和用户评价q o s 的用户满意 程度可以分别考虑。首先，它是网络提供者的职责，并依赖于网络体系结构、规划和管 理。其次，它是工程师、设计人员和网络运营者处理的一个重要的技术问题。针对提供 的特定服务来相应调整固有q o s 性能的合理使用，同时结合适当的市场分析，对于确保 高水平的被感知q o s 是非常必要的，这是服务提供者的责任。广告和市场效果也会影响 被感知q o s 。被评价q o s 主要依靠服务提供者的收费策略，以及可信赖的用户服务人 员和技术支持水平。 太原胖1 人予硕 研究生学位沦文 2 1 2 描述通信服务质量的框架 1 通信服务质量的描述框架 在上述q o s 定义的基础上，人们发现还需要将那些受应用影响的服务功能和这些功 能执行时用来评估服务质量的不同标准关联起来。1 9 8 8 年l o 月，r i c h t e r s 和d v o r a k 在 发表于i e e e 通信杂志上的一篇文章中提出了一个通信服务质量的描述框架，并很好地 实现了服务功能和服务质量标准之间的关联。该框架随后被欧洲共同体电信工程师联盟 【f e d e r a t i o no f t e l e c o m m u n i c a t i o n se n g i n e e r so f t h ee u r o p e a nc o m m u n i t y , f i t c e ) 采用，并 加以进一步提炼，使其具有更好的实用性。 实践已经证明，这一框架对于在部署或使用一个新业务之前，评估用户的q o s 标准 是非常有用的。f i t c e 研究发现，根据业务所需要的q o s 粒度，可以推导出多达4 3 个 评估q o s 的标准( 对于基础话音业务，至少有1 3 个重要的评估标准) 。 2 q o s 的4 个视角 上面所提到的框架提供了任何服务必须支持的通信功能质量的标准。进而这一定义 可以从以下4 个不同的角度进行描述： 用户的q o s 需求； 服务提供者计划提交的q o s ( 即计划口标提交的q o s ) ； 服务提供者达到的q o s 即服务提供者实际获得或提交的q o s ) ； 用户感知的q o s ( 即用户实际测得的q o s ) 。 这就是q o s 的4 个视角。 ( 1 ) 用户的q o s 需求 用户的q o s 需求陈述了用户对特定业务所要求的质量水平，这一要求可以使用非技 术语言来表述。站在用户的角度，他们不会关心其所需的业务是如何实现的，也不会关 心网络内部设计的任何细节问题，他们关心的是最终能够获得的端到端服务质量。从业 务用户的角度，服务质量的描述应符合以下原则： 集中于用户可感知的服务效果，而不是获得该效果的网络内在的原因； 不依赖于网络内部设计时所做的相关假设的准确性： 应尽可能考虑站在用户角度的对服务质量要求的所有方面； 服务质量应由服务提供者向用户明确承诺，有时应采用协议或合同的形式； 应采用和网络类型无关的术语来描述