（计算机科学与技术专业论文）多连接技术研究及基于流的路径选择机制的设计与实现.pdf

11】iij髓l! 一，-1 iiiiiiii，iii。iiuiiiziiiih1iii3iii 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 璋盘勐 日期： 塑 ! ：至：2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：望巫三阜一 醐：堆上卜 北京邮电大学硕士研究生学位论文 多连接技术研究及 基于流的路径选择机制的设计与实现 摘要 随着无线通信技术的演进和终端芯片集成度的发展，终端装备有 多个网络接口已经成为一种趋势，异构网络环境下的多连接技术成为 了新的研究热点。多连接技术的研究目标是通过多个连接的协同工 作，来为终端提供更好的连通性、更为灵活的用户体验。多连接技术 的实现，需要终端、接入网、核心网和业务各个层面的共同配合，才 能对多连接应用场景给予充分的技术支撑。目前各国际标准化组织已 在此方面展开研究，并探索性地提出了一些解决方案，力求真正发挥 多连接技术所带来的各种新能力，如负载分担、带宽聚合等等。 本论文首先对目前多连接技术的各种定义、应用场景、技术优势 等进行了逐一阐述，在此基础上指出了本论文中多连接技术的定义， 然后详细介绍了多连接技术的发展历程，各国际标准化组织中多连接 技术的研究现状，包括相关工作组、研究内容和主要研究成果，并分 析、总结了多连接技术研究所面临的各种挑战、需要解决的主要问题? 以及目前尚存在的问题。 在上述讨论的基础上，本论文针对多连接的关键技术一基于数据 流的连接控制问题，提出了一种基于流的自治路径选择机制，综合考 虑当前运营商、网络、终端和用户的各种信息，来为多接口节点的数 据流选择当前最为合适的通信路径。最后，通过两个n s 2 仿真场景 来对提出的路径选择算法进行验证和分析。结果表明，路径选择算法 有助于提高多接口节点的性能，可以提供更好的用户体验。 关键词：异构网络环境多连接多接口自治网络路径选择 d e v a r e t e c h n o l o g yi nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n th a sb e c o m ean e w h o tr e s e a r c ht o p i c n eg o a li st op r o v i d eb e t t e rc o n n e c t i v i t ya n dm o r e f l e x i b l eu s e r e x p e r i e n c et h r o u g h t h ec o l l a b o r a t i o no ft h e m u l t i p l e c o n n e c t i o n s t or e a l i z et h eg o a l ，m o b i l et e r m i n a l s ，a c c e s sn e t w o r k s ，c o r e n e t w o r k sa n ds e r v i c e sn e e dt ob eh a r m o n i z e d c u r r e n t l y , s o m e e x p l o r a t o r ys o l u t i o n sh a v eb e e np u tf o r w a r db yd i f f e r e n ti n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n s ，i no r d e rt ou t i l i z et h en e wc a p a b i l i t i e s b r o u g h tb yt h em u l t i - c o n n e x i o nt e c h n o l o g y , s u c ha sl o a db a l a n c i n g ， b a n d w i d t ha g g r e g a t i o n ，a n ds oo n i nt h et h e s i sf i r s tt h eb a s i ct h e o r yo ft h em u l t i c o n n e c t i o nt e c h n o l o g y , i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o n ，s c e n a r i o sa n da d v a n t a g e so ft h em u l t i 。c o n n e c l ：i o n i sa n a l y z e d t h e nt h ec u r r e n tr e s e a r c ho nt h em u l t i c o n n e c t i o nt e c h n o l o g y f r o md i f f e r e n ti n t e m a t i o n a ls t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n si si n v e s t i g a t e d f i n a l l yw es u m m a r i z et h ec h a l l e n g e s ，m a i ni s s u e st ob es o l v e d ，a sw e l la s t h ee x i s t i n gp r o b l e m sr e l a t e dw i t ht h em u l t i c o n n e c t i o nt e c h n o l o g v o nt h i sb a s i so ft h ei n v e s t i g a t i o n w ef o c u so nt h ek e yt e c h n o l o g yo f m u l t i c o n n e c t i o n i pf l o w b a s e dc o n n e c t i o nc o n t r 0 1 ha u t o n o m i c f l o w b a s e dp a t hs e l e c t i o nm e t h o di sp r o p o s e d ，w h i c ht a k e sd i f f e r e n tk i n d s o fi n f o r m a t i o ni n t oc o n s i d e r a t i o n ，s u c ha si n f o r m a t i o nf r o mc u r r e n t o p e r a t o r , n e t w o r k ，t e r m i n a la n du s e r , i no r d e rt o s e l e c tt h em o s t a p p r o p r i a t ec o m m u n i c a t i o np a t hf o rt h ed a t af l o w so ft h em u l t i i n t e r f a c e n 北京邮电大学硕士研究生学位论文 n o d e se f f e c t i v e l ya n da u t o m i c a l l y f i n a l l y , t w os i m u l a t i o ns c e n a r i o sa r e i m p l e m e n t e du n d e rn s 2 t ov e r i f yt h ep e r f o r m a n c eo ft h ep a t hs e l e c t i o n a l g o r i t h m t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dp a t hs e l e c t i o n m e t h o dc a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h en o d ea n dp r o v i d eb e t t e ru s e r e x p e r i e n c e k e y w o r d s ：h e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t ，m u l t i c o n n e c t i o n ， m u l t i i n t e r f a c e s ，a u t o n o m i cn e t w o r k s ，p a t hs e l e c t i o n i i i 北京 图表目录 图1 1 异构多连接网络环境。1 图2 1 皿t f 中的多家乡5 图2 2 基于运营商的策略来划分口数据流。8 图2 3 因网络拥塞引起的l p 数据流的迁移。8 图2 4 因网络拥塞引起的口数据流的再次迁移9 图2 5 网络拥塞结束后口数据流的分发9 图2 6 用户离开w l a n 覆盖区，所有i p 数据流均迁移到3 g p p 接入9 图3 - 1 多连接技术发展历程。1 4 图3 2 移动i p v 6 协议的工作机制1 9 图3 3 流属性描述。2 1 图3 4 代理移动，、，6 协议的工作机制2 2 图3 53 g p p 和非3 g p p 接入时的系统架构。2 4 图3 6e p s 系统单接入情况下的多p d n 连接2 6 图3 7e p s 系统多接入情况下的多p d n 连接。2 7 图3 8n g n 功能架构2 9 图3 - 9n g n 中移动性管理与n g n 功能架构之间的关系2 9 图3 1 0n g n 中的多连接场景3 0 图4 - 1 覆盖网中固定和移动的多接口主机3 8 图4 2 自治路径选择系统。4 0 图4 - 3 基于流的路径选择算法4 2 图5 1m i h 参考模型一4 9 图5 2 多接口固定节点场景5 2 图5 3 多接口固定节点上流的重定向5 3 图5 4 多接口移动节点场景5 3 图5 5 无路径选择机制的移动节点的吞吐量。5 4 图5 6 带路径选择机制的移动节点的吞吐量5 5 表1 - 1 各种接入技术的主要特性2 表3 1m i p v 6 协议中的多转交地址注册一2 0 表3 - 2m i p v 6 协议中的流绑定2 1 表3 33 g p p 中移动性管理协议功能实体与网元之间的对应关系2 5 表4 1 数据流q o s 特性分类。4 2 表4 2 每个数字所代表的重要性4 4 表4 3 地址选择策略表4 6 表5 1 仿真场景2 中动态网络特性变化5 4 i v 摘要i 图表目录 目录 i v 第一章绪论 v 1 1 1研究背景。1 1 2论文的主要工作3 1 3论文的内容组织3 第二章多连接技术概述 5 2 1多连接技术的定义5 2 2多连接应用场景。8 2 3多连接技术优势。1 0 2 4多连接相关标准化组织简介1 1 2 5本章小结1 3 第三章多连接技术的研究现状分析 1 4 3 1多连接技术发展历程1 4 3 2i e t f 对多连接技术的支持1 5 3 2 1i e t f 工作组对多连接技术的推进1 5 3 2 2多接口主机的配置问题1 7 3 2 3移动i p 协议对多连接的支持1 9 3 2 4代理移动口协议对多连接的支持2 2 3 33 g p p 删s a e 中的多p d n 连接2 4 3 3 1i ：猖a e 系统架构2 4 3 3 2e p s 系统中的多p d n 连接2 5 3 4r r u tn g n 中的多连接2 8 3 4 1n g n 功能架构2 8 3 4 2n g n 中的多连接技术3 0 3 5多连接技术所面临的挑战3 1 3 5 1终端多个接口的同时使用3 1 3 5 2多连接情况下的移动性管理技术3 2 v 北京邮电大学硕士研究生学位论文 3 5 3多连接的管理和运营3 3 3 6 多连接技术需解决的主要问题3 4 3 6 1多条连接的管理3 4 3 6 2基于数据流的连接控制3 5 3 7本章小结3 6 第四章一种基于流的路径选择机制3 7 4 1 引言3 7 4 2相关技术研究3 8 4 2 1路径，接口选择3 8 4 2 2 自治网络3 9 4 3自治路径选择系统4 0 4 3 1信息收集模块4 0 4 3 2主决策模块4 1 4 3 3 决策执行模块4 1 4 4基于流的路径选择算法4 1 4 4 1流分类。4 2 4 4 2基于流的路径选择4 3 4 5本章小结4 6 第五章基于流的路径选择算法的仿真实现和性能分析 4 7 5 1n s 2 仿真环境4 7 5 1 1 n s 2 简介。4 7 5 1 2m m 模块。4 9 5 2 仿真模块修改一5 0 5 3仿真场景和结果分析5 2 5 3 1多接口固定节点场景5 2 5 3 2 多接口移动节点场景一5 3 5 4本章小结。5 5 第六章总结和进一步工作 参考文献 参与项目情况及其科研成果 5 6 5 7 参与工作6 0 学术成果。6 1 致谢。 v i 包括 是在 部署 带宽 使用 络协 的目 人， 图1 - 1 异构网络环境 无线通信技术的飞速发展给用户带来了更多选择，客观上提供了对泛在异构 网络支持的可能性，异构网络环境如图1 - 1 所示。每种网络都有各自不同的特性， 如l t e 具有高速的特点，g p r s 网络覆盖面积广泛，v p n 具有高安全性等，几 种典型接入技术的主要特性如表1 - 1 所示。用户为了获得某种网络特性而接入相 北京邮电大学硕士研究生学位论文 应的网络，当单一网络不能够满足用户的多样需求，或是用户需要同时获得几种 网络特性时，用户希望通过支持多种网络接入方式来提高终端可用性，就催生了 终端多连接的需求。若局限于同一时刻只能使用唯一的网络，不利于网络资源， 尤其是有限的无线网络资源的有效利用。 表1 - 1 各种接入技术的主要特性 网络覆盖范围数据速率开销 卫星 全球最大1 4 4 k b s商 g s m g p r s大约3 5 k i n9 。6 - 1 a 上慢急| s高 腿e8 0 2 1 6 a大约3 0 k i n 最大7 0 m b s中等 i e e e8 0 2 2 0大约2 0 k m 1 9 m b s局 u m t s2 0 k m 2 m b s 高 i e e e 8 0 2 1 l g 1 0 0 3 0 0 m 5 4 m b s低 h 口e r l a n27 0 3 0 0 m 2 5 m b s低 e e8 0 2 1 l a5 0 3 0 0 m5 4 m b s低 i e e e8 0 2 1 l b ( w i f i )5 0 3 0 0 m 1 1 m b s低 b l u e t o o t h1 0 m 最大7 0 0 k b s低 i e e e8 0 2 1 5 4 ( z i g b e e )1 0 7 5 m 最大2 5 0 k b s低 i e e e 8 0 2 1 l p ( w a v e ) 最大3 0 0 m最大5 4 m b s低 m w i 【a x最大2 0 k m 最大5 6 m b s 高 m5 0 k m 最大1 0 0 m b s两 同时，终端( 如笔记本电脑、移动电话等) 的迅速发展，也使多连接的需求 有了物理硬件保证。目前市场上的设备都装备有多个网卡，如笔记本电脑基本同 时内置有无线网卡和以太网卡，同时留有g p r s 、3 g 数据卡槽。 随着互联网接入技术以及移动设备的发展，人们接入互联网的方式迅速增 长，用户使用互联网获得服务的需求也越来越强烈。在这样的大背景下，多连接 技术成为一个非常具有现实意义的研究领域。将一个终端同时接入多个网络，可 以为用户提供无处不在的网络服务，可以为不同的应用数据寻找最合适的网络。 但是现在的网络只提供单一制式的接入，导致业务提供依赖于单一的网络质量。 即使运营商同时运营多种接入网络，节点也具有同时接入多种不同接入网络的能 力，如果不能对多连接的应用场景给予充分的技术支撑，还是不能充分利用终端 多连接技术的优势。不论是现在网络的运行机制还是终端现在使用的操作系统都 不能真正地支持多连接，所以在现在已有的条件下，要真正地实现多连接，终端 和网络都面临巨大的挑战。 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 多连接技术的研究目的，是通过多个网络连接之间的协同工作，来有效增强 网络连接的可靠性、提高网络资源的利用效率、提高端到端的吞吐量、保证会话 的连续性，以便为终端提供更好的连通性、更灵活的用户体验。目前，各大国际 标准组织、产业界的各大公司，以及很多国际知名高校、研究机构都已将异构网 络环境下的多连接技术作为重要研究内容，对多连接技术进行研究和标准化，力 求真正发挥多连接技术所带来的各种新能力，如负载分担、带宽聚合等等。 1 2论文的主要工作 本论文围绕异构网络环境下的多连接技术展开研究，在介绍多连接技术基本 概念和理论( 包括多连接技术的定义、应用场景、技术优势等) 的基础上，对i e t f 、 3 g p p 和1 t u t 这三个国际标准化组织中多连接技术的研究现状( 包括相关工作 组、研究方向和研究成果) 进行了深入的总结、分析和讨论，给出了多连接技术 研究所面临的各种挑战，需要解决的主要问题，以及目前尚存在的问题。 在对多连接技术的研究现状进行深入剖析的基础上，针对多连接的关键技术 一基于数据流的连接控制问题展开了进一步研究，提出了一种基于流的自治路径 选择机制。通过路径选择算法来权衡当前运营商、网络、终端和用户的各种信息， 为多接口节点的不同数据流选择最为合适的通信路径。最后，在n s 2 仿真环境 下，对固定节点和移动节点的多个接口之间i p 流的绑定和迁移进行了仿真验证， 并给出结论。 具体内容依托于欧盟第七框架e f i p s a n s 项目，以及中国移动通信研究院 合作项目“w i i s e 移动环境下的关键问题研究 ，长期深入跟踪各国际标准化组 织对移动性管理和多连接技术的研究进展，并积极参与其中，提交了多篇标准化 草案，将项目成果标准化。 1 3 论文的内容组织 第一章介绍了多连接技术的研究背景，分析了异构网络环境下多连接技术发 展的必要性，给出了多连接技术的研究背景和意义。 第二章对多连接技术进行了概述，给出了各国际标准化组织对多连接技术的 理解，以及本论文中的多连接技术的定义：然后，结合一个多连接应用场景，分 析了多连接技术的主要优势；最后，简要介绍了目前多连接技术相关的各国际标 准化组织。 第三章深入分析和总结了i e t f 、3 g p p 和i t u t 这三个国际标准化组织中多 连接技术的研究现状，包括相关工作组、研究方向和主要研究成果，给出了多连 接技术研究所面临的挑战，需要解决的主要问题，以及目前尚存在的问题。 3 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第四章针对多连接关键技术一基于数据流的连接控制问题展开深入研究，首 先阐明了多连接环境下路径选择问题的必要性；然后，简要阐述了路径选择问题 中的相关技术；最后，提出了一种基于流的自治路径选择机制，详细说明了相应 的路径选择系统和算法操作流程。 第五章在对n s 2 仿真环境和m m 仿真模块进行简要介绍的基础上，通过两 个仿真场景，来验证了多接口固定节点和移动节点上采用的路径选择算法的有效 性，并对算法进行性能分析。 第六章对本论文进行总结，提出了下一步改进和完善的建议。 最后列出了本人在硕士研究生期间的参与项目情况和科研成果。 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章多连接技术概述 通过多个网络连接之间的协同工作，可以有效增强网络连接的可靠性、提高 网络资源的利用效率、提高端到端的吞吐量、保证会话的连续性，为终端提供更 好的连通性、更灵活的用户体验。 本章在介绍多连接技术的各种定义的基础上，给出了本论文中多连接技术的 定义及其研究关注点；然后，通过一个多连接的具体应用场景，来详细说明了多 连接技术所带来的各种优势；最后，对多连接技术研究相关的各国际标准化组织 进行了简要介绍。 2 1 多连接技术的定义 多连接技术的主要目的，是通过多个网络连接的协同工作，来为终端用户提 供更好的连通性、更为灵活的用户体验。各国际标准化组织都纷纷开始展开了深 入研究，从不同的角度分析了不同网络环境下的多连接技术，但目前对多连接技 术还没有形成统一明确的定义。以下对多连接技术的各种定义进行逐一介绍。 1 i e t f 中多家乡多接口技术( m u l t i - h o m i n g m u l t i - i n t e r f a c e s ) i e t f 中的常用术语为多家乡多宿( m u l t i h o m i n g ) ，通常指一个终端主机 网络有多个可用的连接并行通信路径，也就是，一个移动的或者固定的主机有 不止一个全球地址或者接口。 图2 - 1i e t f 中的多家乡 i e t f 中的多家乡技术，基本上分为以下两大类，如图2 - 1 所示： 5 北京邮电大学硕士研究生学位论文 1 ) 站点多家乡( s i t em u l t i h o m i n g ) 站点多家乡，是指站点( 网络) 与其他网络之间有多条连接。出现该情况的 原因可能是一个站点有多个上层的互联网服务提供商( i s p s ) ，或者仅仅因为该 站点为所有的主机同时提供i p v 4 和i p v 6 地址。图2 1 中，接入网1 有两条网络 连接( 具有不同的i p v 6 前缀) ，接入网3 也有2 条网络连接( 一条为i s p2 提供， 另一条为i s p 3 提供) 。 2 ) 主机多家乡( h o s tm u l t i h o m i n g ) 主机多家乡，是指主机与网络之间有多条连接，一般也指主机有多个网络接 口，多个i p v 6 地址。图2 1 中，主机a 连接到三种不同的接入网1 、3 和5 ，主 机可以同时使用这多条连接来与其他节点进行通信。本论文第三章中i e t f 对多 家乡的支持，主要围绕主机多家乡展开。 此外，i p v 6 多家乡也可以在传输层支持，i e t f 定义的流控制传输协议( s t r e a m c o n t r o lt r a n s m i s s i o np r o t o c o l ，s c t p ) 【6 】和数据拥塞控制协议( d a t a g r a m c o n g e s t i o nc o n t r o lp r o t o c o l ，d c c p ) 【7 】均可以支持传输层多家性特性。这里的 传输层多家乡需要基于底层网络层多家乡特性的支持，每个s c t p d c c p 会话可 以使用网络层的多个i p v 6 地址。其实，传输层的多家乡，可以看作是端到端的 主机多家乡，也就是，基于i p v 6 主机多家乡特性，在两个端到端的主机之间建 立多家乡连接。如图2 - 1 中，终端主机a 和b 传输层之间可以有多条网络连接。 此外，对于可以通过多个接口同时访问网络的主机，i e t f 称之为多接口 ( m u l t i i n t e r f a c e s ) 一m 主机；i e t f 成立了m i f 工作组，讨论多接口主机在 实际运行中出现的一系列问题，并对现存的各种机制进行整理分析。 2 3 g p p 演进分组系统中的多p d n 连接( m u l t i p l ep d nc o n n e c t i v i t y ) 随着双模设备以及运行在之上的应用的多样化，多连接场景的应用和需求越 来越广泛，3 g p p 也开始着手研究3 g p p 网络架构对多连接技术的支持。 在3 g p pr 9 演进分组系统( e v o l v e dp a c k e ts y s t e m ，e p s ) 中也可以支持多 个p d n 连接，这里的p d n 连接( p d nc o n n e c t i o n ) ，是指口标识的用户设备( u s e r e q u i p m e n t ，u e ) 与分组数据网络( p a c k e td a t an e t w o r k ，p d n ) 之间的关联【8 】【9 】。 3 g p p 中的多个p d n 连接可以分为以下两种情况： 1 ) 单接入系统内的多个p d n 连接 3 g p p e p s 系统中的接入方式可以分为两大类：3 g p p 接入和非3 g p p 接入。 相应地，单接入情况下的多p d n 连接也可以分为两种情况：3 g p p 接入系统内基 于g t p 和p m i p 协议的接口上的多p d n 连接，或是非3 g p p 接入系统中基于p m i p 协议的接口上的多p d n 连接。这旱的多个p d n 连接，主要指p d n 网关与其他 网元之间的多个p d n 连接。 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 ) 多接入系统同时附着时的多个p d n 连接 3 g p p 主要讨论的是一种3 g p p 和一种非3 g p p 接入的同时附着时的多接入 p d n 连接( m u l t ia c c e s sp d nc o n n e c t i v i t y ) 。在3 g p p 特殊的网络环境中，又可 以分为两种情况：同时附着到同一个p d n ，或是附着到多个p d n 。 本文将在第三章详细介绍e p s 系统中多p d n 连接相关工作组和研究进展。 3 i t u tn g n 架构中的多家乡多连接( m u l t i h o m i n g m u l t i c o n n e c t i o n s ) n g n 中的i p v 6 多家乡( m u l t i h o m i n g ) ，是指通过多个网络接口和多个i p v 6 地址，主柳网络与网络之间有多条连接。r r u t 以i e t f 多家乡的各种研究成果 为基础，同样将n g n 中的多家乡分为站点多家乡和主机多家乡两大类：又从协 议层的角度，将n g n 中的多家乡分为网络层和传输层的多家乡。文献【1 0 】中详 细定义了基于i p v 6 的n g n 中的多家乡需求、使用模型、功能架构及应用。 此外，r r u t 还定义了n g n 中的多连接( m u l t i c o n n e c t i o n s ) ，是指两个多 个对等实体之间的同时多个连接的集合，所有的连接共同协作来为高层实体提供 服务。这里可以支持多种类型的连接，即多个物理链路，数据链路，i p 流、会 话。盯u - t 将多连接场景分为五大类一场景a 、b 、c 、d 和e ，其中场景a 和b 针对的是同种接入技术时的多频带和多接入点情况，场景c 、d 和e 针对的是多 种异构接入技术时的多接口情况【1 1 】。本论文将在第三章详细介绍n g n 中的多 连接课题、研究方向和研究成果。 4 本论文中的多连接技术( m u l t i c o n n e c t i o n s ) 虽然各标准化组织对多连接技术研究的出发点和侧重点不尽相同，所采用的 术语也不同，但其研究目的是相同的，就是通过多个网络连接之间的协同工作， 为终端提供更好的连通性、更灵活的用户体验。 本论文中的多连接技术，就是为终端提供多条网络连接的技术，也就是，终 端主机与网络之间具有多条可用连接( 多接口终端之间有多条并行的通信路径) 。 这里的多连接定义与i e t f 中的主机多家乡较为一致，终端主机具有多个网络接 口，可以通过这个网络接口来同时对网络进行访问。 本论文首先介绍了多连接技术的基本理论，包括定义、应用场景和技术优势， 并对i e t f 、3 g p p 和r r u t 三大国际标准化组织中多连接技术的研究进展进行了 详细的分析和总结，整理了多连接技术所面临的主要挑战，需要解决的主要问题 和目前尚存在的问题。在此基础上，本文针对多连接关键技术一基于数据流的连 接控制问题，提出一种基于流的自治路径选择机制，综合考虑当前运营商、网络、 用户和终端的各种信息，为多接口主机的不同数据流选择各自最为合适的通信路 径；并通过n s 2 仿真场景来对算法进行验证和分析。 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 2 多连接应用场景 本节通过一个具体示例来说明多连接技术的主要应用场景。其中用户通过 3 g p p 和w i _ , a n 两种不同的接入技术同时连接到核心网，并通过不同的接入系统 来接收不同的坤数据流，以提供更好的连通性。 麦克正在家休息，他同时处于3 g p p 和w l a n 覆盖范围之内。当前，麦克 正同在线好友进行多媒体会话，包括会话模式的v o l p 业务和会话视频业务。同 时，麦克还在进行w e b 网络浏览( 尽力而为) ，偶尔还要看看非会话视频模式的 网络视频剪辑。 基于运营商策略、用户的喜好、应用和接入网的特性，麦克的不同数据流通 过不同的接入网进行路由。麦克的v o l p 和会话视频流通过3 g p p 接入网来进行 路由，而尽力而为的w e b 流和非会话视频流则通过w l a n 网络进行路由。之后 下午2 点，麦克又从一个后备服务器上的f t p 下载学习资料( 尽力而为) ，此时， 麦克所有数据流的传输情况如图2 2 所示。 图2 - 2 基于运营商的策略来划分i p 数据流 由于b t p 下载量逐渐加大，w l a n 网络开始逐渐拥塞，因而将非会话视频 流迁移到3 g p p 网络。此时，麦克所有数据流的传输情况如图2 3 所示： 图2 - 3 因网络拥塞引起的i p 数据流的迁移 一段时间后，检测到w e b 浏览的哪服务器的响应时间开始增长，于是 将w e b 浏览数据流也迁移到3 g p p 网络。此时，麦克所有数据流的传输情况如 图2 4 所示： 8 图2 - 5 网络拥塞结束后i p 数据流的分发 麦克因事外出，w l a n 网络接入中断，3 g p p 成为唯一选择，于是将所有的 数据流都切换到3 g p p 网络( w e b 浏览和非会话视频) 。此时，麦克所有数据流 的传输情况如图2 - 6 所示： 图2 - 6 用户离开w l a n 覆盖区，所有i p 数据流均迁移到3 g p p 接入 从上述应用场景中可以看到，多接口终端的多个网络接口的同时使用，可以 为用户提供更为灵活的数据传输方式。当多接口终端上同时运行有多个应用流 时，可以为不同的应用流选择合适的网络连接。这里的应用流与网络接口之间的 映射关系，可能由于用户应用流的变化，网络负载状况的变化，移动过程中接入 技术的改变等原因。但无论终端、应用和网络因素如何变化，都可以保证用户应 用流的持续在线和高效传输，这也就是多连接技术的主要目的，即为终端提供更 好的连通性，更为灵活的用户的体验。 9 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 3 多连接技术优势 从以上多连接应用场景中，我们也可以看出多连接技术有非常多的好处f 1 1 ， 如一直保持在线，提高可靠性等，这些好处并非独立的，相互之间也会有所交叉， 共同为终端提供更好的连通性、更为灵活的用户体验。以下对其进行逐一说明： 1 ) 普适泛在接入( 直保持在线) 不同的无线技术有不同的覆盖范围，如i e e e8 0 2 1 l b 典型的覆盖范围为 1 0 0 m ，而g p r s 基站通常覆盖范围是l k m 。如果配置了卫星接入，即使在很大 范围内移动，也可以保持连接。多种不同的接入技术，可以提供一个扩展的无处 不在的覆盖范围，可以在任何时间和地点为主机提供永久性连接。 2 ) 可靠性( 或容错能力) 当终端的某一接口或是接入网变得不可用时，只要至少保持一条连接，用户 的所有数据通信连接就可以得到保证。这就意味着，可以建立两条不同的端到端 路径( 主路径和备用路径) ，通过备用路径对特定数据流进行复制，这样可以降 低分组丢包率，尤其是实时通信和突发业务。 3 ) 负载分担 当多个接口同时接入互联网时，节点可以同时经过多条通信路径来发送和接 收数据，可以通过对网络负载进行合理的分配利用，从而达到负载均衡的目的。 为了在节点的多个接入点之间分散数据流，可以基于费用、效率、策略、带宽和 延时等信息，为用户、应用提供选择最为合适的传输技术的能力。 4 ) 带宽聚合 多连接技术的使用可以为用户或应用提供更高的带宽。提供给用户或应用的 可用带宽会受到底层技术或一些策略的限制，这样连接到不同链路或i s p 的多个 接口可以扩大用户或应用可以使用的总带宽。 5 ) 会话连续性 泛在异构接入的主要目标之一，就是保证终端用户移动过程中的会话连续 性。切换控制是移动性管理技术中的关键控制功能，即主机在移动过程中，无论 接入点如何变化，出现的会话中止或数据丢失在某个阙值之下，以保证实时通信 业务仍然可以继续。 6 ) 流量工程 基于当前网络状态，对网络中的数据流进行有效地转发和路由。若当前某一 网络超负荷、变得拥塞，而用户启动一个优先级较高的应用，可以将该网络中的 某些数据流切换到其他网络，以缓和拥塞网络的负荷。只需要将数据流从一个接 口重定向到另一个接口，而不需要重新对流进行初始化。 l o 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 4多连接相关标准化组织简介 为了充分利用多连接技术带来的优势，对多连接的应用场景给予充分的技术 支撑，产业界的各大公司，以及很多国际知名高校、研究机构都已将异构网络环 境下的多连接技术作为其重要研究内容。许多国际标准组织也都在关注多连接技 术的发展和演进，包括互联网领域中的互联网工程任务组( t h ei n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i e t f ) f 3 】，致力于第三代移动通信( 3 g ) 研究的第三代 移动通信合作伙伴( 3 蚰g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，3 g p p ) 【4 】，以及致力于 下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) 研究的国际电信联盟电信标准部 门( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d i z a t i o n s e c t o r ，删t ) 【5 】等纷纷启动相关标准化工作，对不同网络环境中的多连接技 术进行了深入研究，以下分别介绍这三个国际标准化组织的组织结构。 1 ) i e t f i e t f 是一个由为互联网技术工程及发展做出贡献的专家自发参与和管理的 国际民间机构，成立于1 9 8 5 年底，其主要任务是负责互联网技术规范的研发和 制定。i e t f 汇集了互联网架构演化和互联网运作等业务相关的网络设计者、运 营者、服务提供商和研究人员，并向所有对该行业感兴趣的人士开放。目前，i e t f 已成为全球互联网界最具权威的大型技术研究组织。 i e t f 体系结构分为三类，一个是互联网架构委员会( 1 a b ) ，第二个是互联 网工程指导委员会( i e s g ) ，第三个是在八个领域里面的工作组( w o r k i n gg r o u p ) 。 i e t f 的实际工作大部分是在其工作组中完成的，这些工作组又根据主题的不同 划分到若干个领域( a r e a ) ，包括应用、通用、互联网、运营管理、路由、网络 安全、传输、实时应用和基础设施这八个领域。i e t f 产生两种文件，一个叫做 i n t e r n e td r a f t ，即“互联网草案 ，第二个是叫r f c ( r e q u e s tf o rc o m m e n t s ) ，它 的名字来源是有历史原因的，原来是叫意见征求书或请求注解文件，现在它的名 字实际上和它的内容并不一致。 随着移动技术的迅猛发展，手机、掌上电脑、笔记本电脑等便携式或移动设 备大量应用，用户希望在日常生活和商务环境中使用这些设备方便地上网。但原 来的i p 协议对网络节点的移动性支持不够，移动i p 就是在原来i p 协议的基础 上为支持节点移动而提出的解决方案。i e t f 在2 0 0 3 年成立了一批研究移动口 技术的工作组- $ u 定了移动聃4 协议【1 5 1 的m i p 4 工作组，制定了移动i p v 6 协 议 1 6 1 的m i p 6 工作组。同年，i e t f 成立了n e t l m m 工作组，研究制定基于网 络侧的移动性管理协议一代理移动i p v 6 协议( p r o x ym o b i l e1 1 6 ，p m i p v 6 ) 【1 7 ， 以解决基于终端侧的移动i