（计算机应用技术专业论文）移动无线因特网中资源预约机制的研究与仿真实现.pdf

东北大学硕士学位论文 移动无线因特网中资源预约机制的研究 与仿真实现 摘要 信息革命所带来的机遇和挑战正在不断地改变着人们的生活。 在移动 无线因特网中随时随地高质量地享受网络服务己经成为人们迫切的要求。 但是，移动无线因特网特有的移动性和不稳定性等因素对问用户提供可靠 服务质量 q o s , q u a l i t y o f s e r v i c e ) 保证带来挑战， 固定因特网中许多机 制、协议需要重新考虑和细化设计。对于移动中的用户，提前从其切换的 h 标小ix到通信对端进行资源预约是保证其q o s 的有效于r, 所以， 传统 资源预约机制需要改进以适应技术发展和用户需求。 本文着重研究了移动无线因特网中的资源预约机制，目的不仅仅是支 持用户q o s保证，而且要考虑有限网络资源的高效利用。 通过分析、比较 和借鉴传统资源预约机制及己有的一些改进方法，将移动无线因特网中资 源预约过程划分为预测、预约和协商三个阶段。在此基础上，设计了两种 资n预约机制。第一种机制通过判断用户切换前的即时运动状态， 根据概 率模型进行预测，采用软/ 硬两种资源预约方式、软/ 硬两种资源抢夺策略 和q o s 协商机制。 第二种机制基于模糊决策树分析切换历史记录， 归 纳运 动预测规则支持柔性/ 刚性q o s 预约，分别提供相应的端到端q o s资源 预约算法。 对提出的上述两种资源预约机制进行了仿真实现和性能分析。 仿真结 果表明，同已有的资源预约机制相比，它们具有更强的速度适应性，资源 使用更加优化在一定程度上支持用户q o s 需求。 关键词 移动无线因特网 资源预约 服务质量 运动预测 q o s 协商 东北大学硕士学位论又人bs tra(-r r e s e a r c h a n d s i m u l a t e d i m p l e m e n t a t i o n o f re s o u r c e re s e r v a t i o n m e c h a n i s ms i n mo b i l e wi r e l e s s i n t e r n e t ab s t r a c t t h e c h a n c e a n d c h a l l e n g e c o mi n g w i t h i n f o r ma t i o n r e v o l u t i o n a r e m a k i n g p e o p l e s l i f e c h a n g i n g g r a d u a l l y . i t h a s b e e n t h e u r g e n t d e ma n d f o r u s e r s t o e n j o y t h e h i g h q u a l i t y n e t w o r k s e r v i c e a n y t i m e a n d a n y p l a c e i n m o b i l e w i r e l e s s i n t e rne t . b u t t h e a s p e c t s l i k e m o b i l i t y a n d u n r e l i a b i l i t y , e t c , o f m o b i l e w i r e l e s s i n t e r n e t b r i n g s o m u c h t r o u b l e t o t h e u s e r s q o s ( q u a l i t y o f s e r v i c e ) g u a r a n t e e s . ma n y m e c h a n i s m s a n d p r o t o c o l s o f f i x e d i n t e r n e t n e e d b e c o n s i d e r e d a n d d e s i g n e d c a r e f u l l y a g a i n . f o r t h e m o b i l e u s e r s , t h e a d v a n c e d r e s o u r c e r e s e r v a t i o n f r o m t h e t a r g e t c e l l o f h a n d o v e r t o t h e o t h e r e n d o f c o m m u n i c a t i o n i s a n e f f e c t i v e me t h o d t o g u a r a n t e e t h e u s e r s q o s , s o t h e i m p r o v e m e n t o n e x i s t i n g r e s o u r c e r e s e r v a t i o n m e c h a n i s m s i s b a d l y n e e d e d f o r t h e t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t a n d u s e r d e ma n d . i n t h i s t h e s i s , t h e r e s e a r c h ma i n l y f o c u s e s o n t h e r e s o u r c e r e s e r v a t i o n m e c h a n i s ms i n mo b i l e w i r e l e s s i n t e rne t . t h e a i m s a r e n o t o n l y t o s u p p o r t t h e q o s g u a r a n t e e s , b u t a l s o t o e f f i c i e n t l y u s e t h e l i m i t e d n e t w o r k r e s o u r c e . wi t h t h e a n a l y s i s , c o m p a r i s o n a n d r e f e r e n c e t o t h e t r a d i t i o n a l r e s o u r c e r e s e r v a t i o n m e c h a n i s m s a n d s o me i m p r o v e me n t m e t h o d s , t h e p r o c e d u r e s o f r e s o u r c e r e s e r v a t i o n i n m o b i l e w i r e l e s s i n t e r n e t a r e d i v i d e d i n t o t h r e e s t a g e s : p r e d i c t i o n , r e s e r v a t i o n a n d n e g o t i a t i o n . o n t h e b a s i s o f t h e m, t w o r e s o u r c e r e s e r v a t i o n m e c h a n i s m s a r e p r o p o s e d . i n t h e f r i s t m e c h a n i s m , p r e d i c t i o n i s ma d e b y d e t e r m i n i n g a n d a n a l y z i n g t h e i n s t a n t m o v e m e n t s t a t u s b e f o r e h a n d o v e r w i t h t h e p r o b a b i l i t y m o d e l ; s o f t / h a r d r e s e r v a t i o n , s o f t / h a r d d e p r i v a t i o n a n d t h e r e s e r v a t i o n . i n t h e n e g o t i a t i o n me c h a n i s m a r e a d o p t e d d u r i n g t h e c o u r s e o f s e c o n d me c h a n i s m, p r e d i c t i o n rul e sare h i s t o r y r e c o r d s a n a l y z e d b y u s i n g f u z z y r e s e r v a t i o n a r e s u p p o r t e d w i t h t h e e n d - t o - e n d d e c i s i o n t r e e g o t t e n w i t h t h e s o f t / h a r d q o s r e s o u r c e r e s e r v a t i o n a l g o r i t h ms i i i 东北大学硕士学位论文 abs r ract s u p p l i e d f o r t h e m r e s p e c t i v e l y . t h e s i m u l a t e d i m p l e m e n t a t i o n a n d d i s c u s s i o n a r e d o n e f o r t h e t w o p r o p o s e d r e s o u r c e r e s e r v a t i o n me c h a n i s ms . t h e r e s u l t s h a v e s h o wn t h a t , c o mp a r e d w i t h s o me e x i s t i n g o n e s , t h e y s a t i s f y t h e u s e r s q o s r e q u i r e m e n t t o s o m e d e g r e e w i t h m o r e a d a p t a b i l i t y t o v e l o c i t y v a r i a t i o n a n d m o r e e f f e c t i v e u s e a g e o f t h e n e t w o r k r e s o u r c e . k e y w o r d s mo b i l e w i r e l e s s i n t e r n e t , r e s o u r c e r e s e r v a t i o n , q u a l i t y o f s e r v i c e , mo t i o n p r e d i c t i o n , q o s n e g o t i a t i o n n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导 完成的 论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外， 不包含其他人己 经发表或撰写过的研究成果， 也不包括本人为获得其他学位而使 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己 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 夕 字 年 青 期 : 沙 。 “ 耳 么 “ “ ” 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、 使 用学位论文的规定: 即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， 允许论文被查阅和借阅。 本人同意东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流， 请在下方签名; 否则视为不 同意。 ) 学位论文作者签名 签 字日 期 : 21 - 才; a lti i.v 导师签名 签字 日期 1 ,;m 夕 犷 七 歹 、 夕 ， 夕 必 1 1 移动无线因特网 第一章绪论 1 1 1 移动无线因特网的演进 普遍存在的信息交换要求下一代网络支持“5 w ”，即使任何人( w h o e v e r ) 随 时( w h e n e v e r ) 随地( w h e r e v e r ) 能同任何人( w h o e v e r ) 实现任何方式( w h a l e v e r ) 的信息通信【l i ，同时新型的网络技术，如3 g 4 g 、卫星等的相互融合与互动演进使 得卜+ 代网络必然成为地面与天空、固定与移动网络的综合性的体化网络b3 j 。 近年来，移动无线通信与因特网是信息领域发展潜力最大的两个领域【4 ，客观j i 下 一代网络中需要对这两种技术进行结合，使信息的接入既不受信息源的限制又 不受接入者的位置限制，由此诞生了移动无线因特嘲【引，如图1 1 1 。它的出现使得 人们的日常工作与生活产生了巨大的变革，从此可以在移动中从因特网上自由地 获敬丰富多彩的信息。 图1 1 移动无线因特网 f i g1 1 m o b i l ew i r e l e s si n t e r n e t 移动无线通信和因特网的融合并不是简单的技术增强或补充，丽是在技术和 应用上都有了质的飞跃。在技术层面上，因特网通过t c p i p 协议，把分布在全世 界范围内的各种网络连接成一个松散结构的整体，并使得网络e 的各种设备可以 查苎查兰塑主堂竺堡兰至二二! 塑 进行联瓦通。而在应用层而上，随着用户需求的不断增长，无线应j j 从语音、 图像到多媒体通信逐渐升级，用户数量快速增长。移动无线囚特网就是存现有同 定凶特网的基础上，依照t c p i p 的结构，全方位有机地引入移动无线通信技术( 如 2 g 25 g 3 g 4 g 、w l a n 、w a t m 、a dh o c 、卫星等) ，支持更加迅捷、灵活、令面、 可靠的数据通信的网络体系，是f 一代网络的重要组成部分之一。 1 1 2 移动无线因特网的研究现状 移动无线因特网是个多层次结构、具有多种功能、能提供多种业务的动态 全i p 网络。当前，国际上很多重要组织、个人都在研究全i p 网络，虽然称呼各不 相同，但都可以归纳到移动无线因特网的范畴中。下面简要介绍一下儿个组织以 及他们的研究情况h7 ： 3 g i p ：3 g i p 是由运营商发起的一个组织，它旨在为第三代移动通信提供 基于全i p 的通用无线系统技术。目前已提出了一个基于u m t s 演进的全i p 刚结 构。 移动无线凼特网论坛m w i f ( m o b i l ew i r e l e s si n t e r n e tf o n t m ) ：它是另一个由 运营商发起的研究机构，提出了一种可以使i p 运行于多种无线接入网络( 如： w c d m a 、t d m a 、u m t s 或者c d m a ) 的统一平台，这样每出现一种新的无线 通信技术，就毋需建设个新的网络，只处理无线接口即可。 第3 代合作项目( 3 g p p ，t h i r d 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 规范了 基于g s m 的第3 代蜂窝系统，通常称之为u m t s 。目前，他们正致力于u m t s 向全i p 网演进的问题。 第3 代合作项目2 ( 3 g p p 2 ，t h i r d - 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 t2 ) ：3 g p p 2 是 另个标准开发组织。该组织的工作主要是规范基于i s 4 l 的第三代蜂窝系统，即 所渭的c d m a 2 0 0 0 。3 g p p 2 目前正在为c d m a 2 0 0 0 系统研究全i p 网络的技术规 范。 因特网工程任务组( i e t f ，i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) ：他们参与了因特 网结构演进和第一代因特网平滑操作的研究工作。实际上，i e t f 的工作不仅仅局 限于此，他们还在全i p 网络必不可少的协议、规范的开发中发挥了重大作用。 虽然不同的组织研究的侧重点有所不同，但它们都遵从几个共同的原则： ( 1 ) 使用统一的p 核心网： ( 2 ) 充分利用现有设备和结构，对其进行尽可能小的改变； ( 3 ) 多种独立的无线接口，适应不同用户对接入速率和移动速度的要求： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 进行互联互通。而在应用层面上，随着用户需求的不断增长，无线应用从语音、 图像到多媒体通信逐渐升级，用厂 数量快速增长。移动无线因特网就是在现有固 定因特网的基础上， 依照t c p / 1 p的结构， 全方位有机地引入移动无线通信技术( 如 2 g / 2 .5 g / 3 g / 4 g , wl a n, wa t m, a d h o c , 卫星等) ， 支持更加迅捷、 灵活、 个面、 可靠的数据通信的网络体系，是 卜 一 代网络的重要组成部分之一。 1 . 1 . 2移动无线因特网的研究现状 移动无线因特网是一个多层次结构、具有多种功能、能提供多种业务的动态 全i p网络。当前，国际上很多重要组织、个人都在研究全i p网络，虽然称呼各不 相同，但都可以归纳到移动无线因特网的范畴中。下面简要介绍一下儿个组织以 及 他 们 的 研 究 情 况 6 , 7 j . 3 g - i p : 3 g i p 是由 运营商发起的一个组织，它旨 在为第三代移动通信提供 基于全i p的通用无线系统技术。目 前己提出了一个基于u nit s 演进的全i p网结 构。 移动无线因特网论坛mwi f ( mo b i le w i r e l e s s i n t e r n e t f o r u m) :它是另一个由 运营商发起的研究机构，提出了一种可以使 i p运行于多种无线接入网络 ( 如: w c d m a , t d m a , u nit s 或者c d m a ) 的统一平台，这样每出 现一种新的 无线 通信技术，就毋需建设一个新的网络，只处理无线接口即可。 第3 代合作项目 ( 3 g p p , t h i r d - g e n e r a t i o n p a r t n e r s h i p p r o j e c t ) : 3 g p p 规范了 基于 g s m 的第 3代蜂窝系统，通常称之为 u nit s 。目前，他们正致力于 u nit s 向全i p网演进的问题。 第3 代合作项目2 ( 3 g p p 2 , t h ir d - g e n e r a t i o n p a r tn e r s h i p p r o j e c t 2 ) : 3 g p p 2 是 另 个标准开发组织。 该组织的工作主 要是规范基于i s - 4 1 的第三代蜂窝系统， 即 所谓的c d m a 2 0 0 0 o 3 g p p 2目 前正在为c d m a 2 0 0 0 系统研究全it网络的技术规 范。 因 特网工程任务组 ( i e t f i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) : 他们参与了因特 网结构演进和第一代因特网平滑操作的研究工作。实际上，i e t f的工作不仅仅局 限于此，他们还在全i p网络必不可少的协议、规范的开发中发挥了重大作用。 虽然不同的组织研究的侧重点有所不同，但它们都遵从几个共同的原则: ( 1 )使用统一的i p 核心网; ( 2 )充分利用现有设备和结构，对其进行尽可能小的改变; ( 3 )多种独立的无线接口，适应不同 用户对接入速率和移动速度的要求; 东北大学硕士字f 王 沦又 第一章绪论 ( 4 ) 使用i e t f 的m o b i l e i p 协议 ( 8 )解决网 络层切 换和全球 无缝漫 游问 题; ( o )用户都有唯一的i p 地址，以实现端到端i p , ( 6 )支持未来的1 p v 6 . 1 .2移动无线因特网的q o s 保证 1 . 2 . 1移动无线因特网的q o s问 题 移动无线因 特网中q o s 问 题主 要有以r 几个方面 19 1 ( i )无线链路对q o s 的影响 对于无线链路，一方面可使用的频带有限，在有限的频带基础上再高级的编 码方式也不能带来更多的带宽，虽然现有的蜂窝系统利用时空分布改进了频带使 用现状，但是相对于有线链路的可扩展性以及不断增长的用户需求，无线链路的 带宽远不能达到要求;另一方面无线链路易受到天气、地理环境和噪声等环境囚 素的影响，从而使得无线链路的出错率、带宽等参数极其不稳定，因此在移动无 线因 特网中一般较难提供q o s 的“ 硬” 保证， 这就要求业务能 够自 适应移动环境 的链路质量。 ( 2 ) 移动性对q o s 的影响 山于用户以及核心网络上的某些节点 ( 如卫星节点等)具有可移动性，网络 拓扑随之动态地变化着，因此难以提供一种有效的方式满足用户对 一 资源的需求; 同时， 移动环境下需要进行资源和相关特定q o s 参数的 转移， 而这种转移机制的 实现难度较大。 ( 3 ) 便携式终端特性对q o s 的影响 用户便携式终端设备的计算能力较差，人机交互界面及显示终端没有台式机 完善。同时，由于采用电池供电，必须考虑设备的功耗，便携终端的这些特性也 会对q o s 产生影响。 ( 4 )网 络安全对q o s 的影响 移动无线因特网中无线传播相对于有线传播更加容易受到破密技术的威胁 信息安全难以可靠保证，目 前对付这些威胁的办法是应用现有的链路层安全技术。 上述的 各因素对移动无线因 特网的q o s 保证提出了 更新更高的要求。 1 . 2 . 2移动无线因特网的q o s 参数 面向下一代网络，移动无线因特网 应具有承载多媒体的高速、实时、在线等 东北大学硕士字f 王 沦又 第一章绪论 ( 4 ) 使用i e t f 的m o b i l e i p 协议 ( 8 )解决网 络层切 换和全球 无缝漫 游问 题; ( o )用户都有唯一的i p 地址，以实现端到端i p , ( 6 )支持未来的1 p v 6 . 1 .2移动无线因特网的q o s 保证 1 . 2 . 1移动无线因特网的q o s问 题 移动无线因 特网中q o s 问 题主 要有以r 几个方面 19 1 ( i )无线链路对q o s 的影响 对于无线链路，一方面可使用的频带有限，在有限的频带基础上再高级的编 码方式也不能带来更多的带宽，虽然现有的蜂窝系统利用时空分布改进了频带使 用现状，但是相对于有线链路的可扩展性以及不断增长的用户需求，无线链路的 带宽远不能达到要求;另一方面无线链路易受到天气、地理环境和噪声等环境囚 素的影响，从而使得无线链路的出错率、带宽等参数极其不稳定，因此在移动无 线因 特网中一般较难提供q o s 的“ 硬” 保证， 这就要求业务能 够自 适应移动环境 的链路质量。 ( 2 ) 移动性对q o s 的影响 山于用户以及核心网络上的某些节点 ( 如卫星节点等)具有可移动性，网络 拓扑随之动态地变化着，因此难以提供一种有效的方式满足用户对 一 资源的需求; 同时， 移动环境下需要进行资源和相关特定q o s 参数的 转移， 而这种转移机制的 实现难度较大。 ( 3 ) 便携式终端特性对q o s 的影响 用户便携式终端设备的计算能力较差，人机交互界面及显示终端没有台式机 完善。同时，由于采用电池供电，必须考虑设备的功耗，便携终端的这些特性也 会对q o s 产生影响。 ( 4 )网 络安全对q o s 的影响 移动无线因特网中无线传播相对于有线传播更加容易受到破密技术的威胁 信息安全难以可靠保证，目 前对付这些威胁的办法是应用现有的链路层安全技术。 上述的 各因素对移动无线因 特网的q o s 保证提出了 更新更高的要求。 1 . 2 . 2移动无线因特网的q o s 参数 面向下一代网络，移动无线因特网 应具有承载多媒体的高速、实时、在线等 东北大学硕士字f 王 沦又 第一章绪论 ( 4 ) 使用i e t f 的m o b i l e i p 协议 ( 8 )解决网 络层切 换和全球 无缝漫 游问 题; ( o )用户都有唯一的i p 地址，以实现端到端i p , ( 6 )支持未来的1 p v 6 . 1 .2移动无线因特网的q o s 保证 1 . 2 . 1移动无线因特网的q o s问 题 移动无线因 特网中q o s 问 题主 要有以r 几个方面 19 1 ( i )无线链路对q o s 的影响 对于无线链路，一方面可使用的频带有限，在有限的频带基础上再高级的编 码方式也不能带来更多的带宽，虽然现有的蜂窝系统利用时空分布改进了频带使 用现状，但是相对于有线链路的可扩展性以及不断增长的用户需求，无线链路的 带宽远不能达到要求;另一方面无线链路易受到天气、地理环境和噪声等环境囚 素的影响，从而使得无线链路的出错率、带宽等参数极其不稳定，因此在移动无 线因 特网中一般较难提供q o s 的“ 硬” 保证， 这就要求业务能 够自 适应移动环境 的链路质量。 ( 2 ) 移动性对q o s 的影响 山于用户以及核心网络上的某些节点 ( 如卫星节点等)具有可移动性，网络 拓扑随之动态地变化着，因此难以提供一种有效的方式满足用户对 一 资源的需求; 同时， 移动环境下需要进行资源和相关特定q o s 参数的 转移， 而这种转移机制的 实现难度较大。 ( 3 ) 便携式终端特性对q o s 的影响 用户便携式终端设备的计算能力较差，人机交互界面及显示终端没有台式机 完善。同时，由于采用电池供电，必须考虑设备的功耗，便携终端的这些特性也 会对q o s 产生影响。 ( 4 )网 络安全对q o s 的影响 移动无线因特网中无线传播相对于有线传播更加容易受到破密技术的威胁 信息安全难以可靠保证，目 前对付这些威胁的办法是应用现有的链路层安全技术。 上述的 各因素对移动无线因 特网的q o s 保证提出了 更新更高的要求。 1 . 2 . 2移动无线因特网的q o s 参数 面向下一代网络，移动无线因特网 应具有承载多媒体的高速、实时、在线等 东北大学硕士学位论文第一章绪论 基木特性， 所以 它对用户所需要的实时多媒体通信具有特别的q o s 要求，同时在 考虑解决q o s问 题时所考虑的q o s 参数也有区别于 固定因特网 ， 因 此取表1 . 1 1 10 1 作为h 前评价移动无线因特网q o s 的 基本参数。 表 1 . 1 主要业务的q o s 要求 t a b l e 1 . 1 t h e q o s r e q u i r e m e n t s o f c h i e f o p e r a t i o n s 要 求 最人时延( s ) 最大延退抖 动( m s ) 速率( m b p s ) 平均吞叶量 ( mb p s ) 出错率 可接受的出 错率 话音0 . 2 5t 00 .0 0 5 - - 0 . 0 6 40 . 0 6 4 , 1 0 - 1, 1 0 - 2 活动图像0 . 2 51 01 0 0 1 0 0 0 1 0 01 0 _ 1 t o , 静止图像 1 无要求2- 1 02 -1 0t o - , 1 0 9 ) 长 缩后活动图像 0 . 2 5】 0 .0 2 -1 02 -1 0 1 0 1 0 9 数据 文 件1 无要求2 -1 0 02 - 1 0 00 0 实时数据0 . 0 0 1 -1无要求 1 01 0 00 1 .2 .3移动无线因 特网的q o s 保证策略 在固定因 特网中， 常见的 q o s保证策略有以 下几种14 1 : 集成服务 / 资 源预约 ( 1 n t s e r v / r s v p , i n t e g r a t e d s e r v i c e s / 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 ) 、区分服务 ( d i f f s e r v , d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e s ) 、多协议标签交换协议 ( mp l s , mu l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ) 、流量z程 ( t e , t r a f f i c e n g i n e e ri n g ) 、约束路由 ( c b r , c o n s t r a i n t - b a s e d r o u t i n g ) 和子网 带宽 管理 ( s b m, s u b n e t b a n d w i d t h m a n a g e r ) . 这些协议从不同的 层次上提供了q o s 的支持，图1 .2 是基于此的一种q o s 体系结 构 4 1 rs vp di f f s e r v cbr 一m p l s 一 至 上 一s b m一 图1 .2 q o s 体 系结 构 f i g . 1 . 2 q o s a r c h i t e c tu r e 针对移动无线因 特网中的q o s问 题， 继续沿用固定因 特网中的协议已 不合时 东北大学硕士学位论文第一章绪论 基木特性， 所以 它对用户所需要的实时多媒体通信具有特别的q o s 要求，同时在 考虑解决q o s问 题时所考虑的q o s 参数也有区别于 固定因特网 ， 因 此取表1 . 1 1 10 1 作为h 前评价移动无线因特网q o s 的 基本参数。 表 1 . 1 主要业务的q o s 要求 t a b l e 1 . 1 t h e q o s r e q u i r e m e n t s o f c h i e f o p e r a t i o n s 要 求 最人时延( s ) 最大延退抖 动( m s ) 速率( m b p s ) 平均吞叶量 ( mb p s ) 出错率 可接受的出 错率 话音0 . 2 5t 00 .0 0 5 - - 0 . 0 6 40 . 0 6 4 , 1 0 - 1, 1 0 - 2 活动图像0 . 2 51 01 0 0 1 0 0 0 1 0 01 0 _ 1 t o , 静止图像 1 无要求2- 1 02 -1 0t o - , 1 0 9 ) 长 缩后活动图像 0 . 2 5】 0 .0 2 -1 02 -1 0 1 0 1 0 9 数据 文 件1 无要求2 -1 0 02 - 1 0 00 0 实时数据0 . 0 0 1 -1无要求 1 01 0 00 1 .2 .3移动无线因 特网的q o s 保证策略 在固定因 特网中， 常见的 q o s保证策略有以 下几种14 1 : 集成服务 / 资 源预约 ( 1 n t s e r v / r s v p , i n t e g r a t e d s e r v i c e s / 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 ) 、区分服务 ( d i f f s e r v , d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e s ) 、多协议标签交换协议 ( mp l s , mu l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ) 、流量z程 ( t e , t r a f f i c e n g i n e e ri n g ) 、约束路由 ( c b r , c o n s t r a i n t - b a s e d r o u t i n g ) 和子网 带宽 管理 ( s b m, s u b n e t b a n d w i d t h m a n a g e r ) . 这些协议从不同的 层次上提供了q o s 的支持，图1 .2 是基于此的一种q o s 体系结 构 4 1 rs vp di f f s e r v cbr 一m p l s 一 至 上 一s b m一 图1 .2 q o s 体 系结 构 f i g . 1 . 2 q o s a r c h i t e c tu r e 针对移动无线因 特网中的q o s问 题， 继续沿用固定因 特网中的协议已 不合时 东北大学硕士学位论又 第一章绪论 宜。 必须在q o s 保证体系的基础上， 对已 有的q o s 模型进行改进， 将多种从不同 方面出发的q o s 策略有机结合起来，来满足移动无线因特网中用户的q o s 需求。 首先，mo b i l e if的发展进入了mo b i l e i p v 6的阶段。由于mo b i l e l p v 4 只提供 了移动终端漫游的能力， 缺乏q o s 的保证措施， 对十有q o s 要求的业务， 如实时 4 务，很难满足要求。mo b i l e i p v 6 不仅能够为mo b i l e i p的使用提供更多的if地 址，而且在i p v 6 的报头结构中，扩展了q o s 域，更好的 满足了q o s 保证需求。 还有相当多的研究是针对移动无线因特网对 i n t s e r v 和d i f f s e r v 这两种固定因 特网q o s 保证模型的改进而进行的。 i m s e r v 模型是基于单个流的方式，利用 r s v p在数据所经过路径上的路山器 和主机中建立并维护与该连接请求有关的资源预约状态。 它支持两种q o s 服务类 型 ， : 确保服务 ( g s , g u a r a n t e e d s e r v i c e ) 、 可控负载服务 ( c s , c o n t r o l l e d - l o a d s e r v i c e ) . g s 确保数据分组在规定的时间内到达接收端，并且当网络负载过重时， 不会被丢弃，它要求应用指定通信量参数 ( 如带宽、端到端延迟等) ，常用于需要 严格保证无丢失、准确达到的实时传输应用上;c s类似轻负载下的尽力型服务 ( b e s t e f f o rt ) l u l ， 它与尽力型的主要区别在于当网 络负载加重时， c s 流不会明 显 恶化。对i n t s e r v 模型的改进主要集中在资源预约机制的移动性改进上。 d i f f s e r v 模型的基本思想是将网络连接请求进行分类， 然后根据带宽管理标准 进行网络资源分配，其核心思想是 “ 边缘分类，内部转发” 。在d i f f s e r v 中，不仅 提供了尽力型服务，而且提供确保服务 ( a s , a s s u r e d s e r v i c e ) 和奖赏服务 ( p s , p r e m i u m s e r v i c e ) ， 它们所对应的分别是确保转发 ( a f , a s s u re d f o r w a r d i n g ) 和加 速 转发( e f , e x p e d i te d f o r w a r d i n g ) i l l . d i ff s e r v 没 有 信 令， 使用隐 式的 接 纳 控 制机制，不善于处理需要动态配置的服务质量参数。对它的改进主要是增加信令 协议，增加对移动性、高误码率、低带宽的支持和对移动终端能量的处理。 此外， 移 动 无线因 特网 的q o s 保 证策 略还 有 平 滑 快 速 切 换 技术 l 1 z 1 、 分 层移 动 性管 理 11 3 等。 它 们一 起 构成了 移动 无线因 特网 中 端 到 端q o s 保 证 体 系。 1 . 3移动无线因特网的资源管理 移动性问题是移动无线因特网的核心问题之一。围绕这一问题，移动无线因 特网的资源管理分为两个层面:无线资源管理和网络层资源管理。前者负责小区 之间移动切换时无线资源的分配和调整，具体包括接纳控制、切换控制、与空中 接口有关的基站选择、信道分配和功率控制等功能;后者负责在ip接入网和核心 网中动态申请释放端到端网络资源，以满足移动用户的业务需求。两种管理机制 东北大学硕士学位论又 第一章绪论 宜。 必须在q o s 保证体系的基础上， 对已 有的q o s 模型进行改进， 将多种从不同 方面出发的q o s 策略有机结合起来，来满足移动无线因特网中用户的q o s 需求。 首先，mo b i l e if的发展进入了mo b i l e i p v 6的阶段。由于mo b i l e l p v 4 只提供 了移动终端漫游的能力， 缺乏q o s 的保证措施， 对十有q o s 要求的业务， 如实时 4 务，很难满足要求。mo b i l e i p v 6 不仅能够为mo b i l e i p的使用提供更多的if地 址，而且在i p v 6 的报头结构中，扩展了q o s 域，更好的 满足了q o s 保证需求。 还有相当多的研究是针对移动无线因特网对 i n t s e r v 和d i f f s e r v 这两种固定因 特网q o s 保证模型的改进而进行的。 i m s e r v 模型是基于单个流的方式，利用 r s v p在数据所经过路径上的路山器 和主机中建立并维护与该连接请求有关的资源预约状态。 它支持两种q o s 服务类 型 ， : 确保服务 ( g s , g u a r a n t e e d s e r v i c e ) 、 可控负载服务 ( c s , c o n t r o l l e d - l o a d s e r v i c e ) . g s 确保数据分组在规定的时间内到达接收端，并且当网络负载过重时， 不会被丢弃，它要求应用指定通信量参数 ( 如带宽、端到端延迟等) ，常用于需要 严格保证无丢失、准确达到的实时传输应用上;c s类似轻负载下的尽力型服务 ( b e s t e f f o rt ) l u l ， 它与尽力型的主要区别在于当网 络负载加重时， c s 流不会明 显 恶化。对i n t s e r v 模型的改进主要集中在资源预约机制的移动性改进上。 d i f f s e r v 模型的基本思想是将网络连接请求进行分类， 然后根据带宽管理标准 进行网络资源分配，其核心思想是 “ 边缘分类，内部转发” 。在d i f f s e r v 中，不仅 提供了尽力型服务，而且提供确保服务 ( a s , a s s u r e d s e r v i c e ) 和奖赏服务 ( p s , p r e m i u m s e r v i c e ) ， 它们所对应的分别是确保转发 ( a f , a s s u re d f o r w a r d i n g ) 和加 速 转发( e f , e x p e d i te d f o r w a r d i n g ) i l l . d i ff s e r v 没 有 信 令， 使用隐 式的 接 纳 控 制机制，不善于处理需要动态配置的服务质量参数。对它的改进主要是增加信令 协议，增加对移动性、高误码率、低带宽的支持和对移动终端能量的处理。 此外， 移 动 无线因 特网 的q o s 保 证策 略还 有 平 滑 快 速 切 换 技术 l 1 z 1 、 分 层移 动 性管 理 11 3 等。 它 们一 起 构成了 移动 无线因 特网 中 端 到 端q o s 保 证 体 系。 1 . 3移动无线因特网的资源管理 移动性问题是移动无线因特网的核心问题之一。围绕这一问题，移动无线因 特网的资源管理分为两个层面:无线资源管理和网络层资源管理。前者负责小区 之间移动切换时无线资源的分配和调整，具体包括接纳控制、切换控制、与空中 接口有关的基站选择、信道分配和功率控制等功能;后者负责在ip接入网和核心 网中动态申请释放端到端网络资源，以满足移动用户的业务需求。两种管理机制 东北大学硕士学位论又 协调合作，共同完成移动中的资源管理 第一章绪论 1 . 3 . 1无线资源管理 将移动无线因特网中，无线资源管理的目 标是在有限的带宽条件下，优化无 线网络资源的利用，为用户提供q o s 保证。 其基本出发点是在网络连接请求分布 不均匀、信道特性因衰落和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线 传输部分和网络的可用资源，最大程度提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保 持尽u j 能小的信令负荷。 无线资源管理主要包括功率控制、信道分配、调度技术、切换技术、呼叫接 纳 控制 和 无线 资 源 预 约 等部 分 14 1 。 其中 对q o s 控 制 起重 要 作 用的 有 切 换 技 术、 呼 叫接纳控制技术和功率控制技术。 ( i )切换技术 在移动无线因特网中，切换是指用户在通信过程中从一个基站覆盖区 ( 小区) 移动到另一个基站覆盖区内，或者脱离一种技术的网络服务区进入另一种技术网 络服务区内，以维持用户通信不中断。切换技术一般分为硬切换、软切换、更软 切换 频率间 切换 和 系统间 切换 15 1 对于移动无线因特网来说， 用户移动性引 起的切换是影响q o s的 主要因素之 一用户通过接收到的路由广播前缀来判断自己所处网络的子网，当发现路山厂 播