（计算机应用技术专业论文）移动ip网络中的组播路由协议研究.pdf

摘要 网络的发展趋势是结合移动和流媒体、提供端到端的基于i p 的解决方案。i p 组播 能够将相同的信息传递给多个接收者，在共享链路上只被传递一次，因此在将流媒体信 息传递给大量的用户时能够有效节省带宽资源。随着无线接入和移动通信网络的飞速发 展，很多移动用户也希望访问传统的h a t e m e t 服务，包括流媒体应用。因此，入们已经 做了大量的工作来提供有效的移动和组播支持，从而在下一代网络中提供基于口的移 动组播路由服务。 移动i p 是支持i p 移动的标准，它提供了两种基本的移动组播路由方案；双向隧道 和远程签署。双向隧道通过请求移动节点的家乡代理加入组播组来转发组播数据，家乡 代理和移动节点之间采用封装的隧道传递方式进行通信。该方法违背了i p 组播链路共 享的本质，使用了非最优的路由方式。远程签署方法充分体现了i p 组播所提倡的共享 链路特性，通过移动节点当前所在链路上的组播路由器加入组播组，为节点提供最优的 组播数据传递。但是，节点的移动会引发组播树的频繁重构，维护组播树的开销可能会 抵消采用i p 组播机制所能够节省的带宽资源。 本文在移动口路由协议发展思路的启发下，针对影响移动组播性能的关键技术进行 了深入分析。本文的主要贡献和创新点如下： ( 1 ) 针对层次移动管理模型处理单播路由表现出的灵活性，提出了一种自适应的层 次型移动组播路由方法，组播代理是动态选择的，根据移动节点的切换频率，选择不同 层次上的路由器作为组播代理，从而为长时间停留的节点提供最有效的路由，为频繁切 换的节点提供移动透明性，尽量避免了组播树的重构。事实上，i e t f 移动i p 所提出的 远程签署、双向隧道以及单播机制是层次型移动组搔方法的三种特例。在设计中针对节 点跨越不同域的情况，提出了一种平滑的组播代理切换机制，该机制允许组播代理转发 报文给域边界相邻的子网中的节点，这样，原来的组播代理就可以不问断地为移出域中 的节点提供组播服务，从而降低了域间切换所引起的中断延迟。 ( 2 ) 根据节点的运动状态，提供了两种不同的签署方式：基于域根路由器的签署方 式和基于外地代理的签署方式。如果节点快速切换，采取基于域根路由器的签署方式来 尽量屏蔽节点的微移动，从而降低重构的频率；如果节点移动地很慢。采取基于外地代 第1 页 摘要 理的签署方式为节点提供最佳的组播数据传递服务，为了支持快速切换，在域根路由器 上引入了一种软状态，在不需要为域内的节点提供组播服务时，域根路由器依然与父节 点交换着路由信息。此时如果有节点发生切换，处于软状态的域根路由器可以迅速恢复 为组播树节点。为移动的节点提供组搔服务。 ( 3 ) 一般地，节点的移动会导致组播树的重构，重构组播树的目的是为了给组播数 据的传递提供最短的路径，从而节省组播数据的传递开销。但是树重构操作会产生大量 的处理和传递开销，同样会给网络带来沉重的负担。针对树重构操作的利弊，提出了一 种区分节点状态的移动组播路由协议。根据组播代理是否在转发组播数据区分为活动和 空闲状态：在空闲状态下由于没有转发组播数据，因此扩大组播代理的服务范围，尽量 避免不必要的重构操作；在活动状态下要控制服务范围，以在组播数据传递开销和组播 树重构开销之间取得很好的折中。为了减少切换过程中的中断延迟。采用前向签署机制 借助先前的组播代理迅速恢复组播服务。 ( 4 ) 针对源特定的组播( s o u r c es p e c i f i cm u l t i c a s t ，s s m ) 服务模型中组播源的移动会导 致逆向转发检查错误、整个组播传递树都容易失效的问题，提出一种基于层次结构支持 源移动的源特定组播路由协议。在设计中组播数据和单播数据的传递是基于一个统一的 网络平台，这保证了与移动i p 协议良好的兼容性。s s m 通道由源节点当前的域外地代 理的i p 地址和组播组地址来标识，因此建立的是以域外地代理为根的最短路径埘。而 s s m 会话是由源的家乡地址来标识，它独立于源节点的移动，保证了会话的连续性。源 节点在域内移动时，s s m 传递树不会受到影响；在域问切换时，需要借助原来的组播树 一方面通知接收者订阅新的通道，另一方面传递组播数据直到没有倾听者存在 ( 5 ) 针对移动环境中，无线链路易于出错，节点移动容易产生不同步问题，提出了 一种基于域的组播传递方法来解决无线网络中的可靠性问题。借助层次结构，将无线网 络中的错误检测和错误恢复工作控制在域内完成，最小化了对组播传递树的影响。域根 路由器缓存到达的组播数裾，直到被域内的所有移动节点接收。如果缓冲区将要溢出， 域根路由器对最早没有被确认的报文请求确认来提高缓冲区的利用率。当很多节点几乎 同时丢失报文后，采用聚集的方式避免应答爆炸。节点发生切换时利用注册消息请求 域根路由器重传丢失的报文解决了不同步问题。 关键词：口组播，移动口，层次结构，移动管理，可靠性，协议，路由，无线网络 第1 i 页 a b s l l u c t a b s t r a c t 1 1 ”c u n - e r l tt r e n di nn e t w o r ke v o l m i o ni sd i r e c t e dt o w a r da ne n d - t o e n di p b a s e dn e t w o r k , w h i c hc o m b i n e sm o b i l n yw i mm u l t i m e d i a r i c hc o n t e n t ，i pm u l t i c a s tg a d - t r a n s m i tt h es a n l e i n f o r m a t i o nt os e v e r a ld e s t i n a t i o n s ，e n da v o i ds e n d i n gd u p l i c a t e dp a c k e t so nt h es a n l el i n k t h e r e f o r e ，i t si n h e r e n tn a t u r ei st oe f f i c i e n t l ym i n i m i z et h eb a n d w i d t hr e q u i r e dt od e l i v e r m u l t i m e d i ad a t at oal a r g es e to ft a r g e t e dr e c e i v e r s w i t ht h er a p i di m p r o v e m e n ti nb o t h w i r e l e s sa c c e 站t e c h n o l o g ya n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n m o r ea n dm o r em o b i l eu s e r sw i l l e x p e g tt oh a v ea l , e s st ot h es e r v i c e sa n da p p l i c a t i o n sa v a i l a b l ei nt r a d i t i o n a li n t e r a c t , a n d t h e s es e r v i c e sw i l ls u r e l yi n c l u d em u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s c o n s e q u e n t l y , m a n ye f f o r t sa r c b e i n gm a d et op r o v i d ee f f i c i e n tm o b i l i t ya n dm u l t i c a s ts u p p o r t , a n dt ob r i n gt h et w ot o g e t h e r i nt h en e x tg e n e r a ：t i o no fl pn e t w o r k s m o b i l e1 pi st h ep r o p o s e ds t a n d a r df o ri pm o b i l i t ys u p p o r ta n dp r o v i d e st w os c h e m e sf o r m o b i l eh o s t st or e c e i v em u l t i c a s td a t a ：b i d i r e c t i o n a lt u n n e l i n ga n dr e m o t es u b s c r i p t i o n i nt h e f o r m e rs c h e m e ，t h eh o m ea g e n t ( h a ) j o i n st h em u l t i c a s tg r o u po nb c h a l f o f m o b i l eh o s t s ，a n d i sr e s p o n s i b l ef o rf o r w a r d i n gm u l t i c a s td a t at om o b i l eh o s t sb yt h eu n i c a s tt u n n e l i n g t h i s s c h e m ec o m p r o m i s e st h el i n ks h a r i n go fi pm u l t i c a s ta n di l s e ss u b - o p t i m a lr o u t i n g i nt h e l a t t e rs c h e m e ，t h em o b i l eh o s tj o i n st h em u l t i c a s tg r o u pv i aal o c a lm u l t i c n s tr o u t e ro nt h e f o r e i g nl i n kb e i n gv i s i t ，t h u se n j o y i n gt h em a x i m u ma d v a n t a g eo f l i n ks h a r i n gi nt h em u l t i c a s t t r e e h o w e v e r , i tm a yi n c u rf r e q u e n tm o d i f i c a t i o n so ft h em u l t i c a s tt r e ed u et oh o s tm o b i l i t y , a n dt h et r e em a i n t e n a n c eo v e r h e a dm a yc o m p e n s a t ef o rb a n d w i d t hr e s o u r t c es a v e db yi p m a l t i c a s t 删sd i s s e r t a t i o ni n v e s t i g a t e sm a j o ri s s u e st h a ti n f l u e n c et h ep e r f o r m a n c eo fm o b i l e m u l t i e a s tr o u t i n gp r o t o c o l ，a n dp r o p o s e ss e v e r a li m p r o v e ds o l u t i o n sb yu t i l i z i n gt h ei d e a si n t h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ei i m u t i n gp r o t o c 0 1 n em a i nr e s e a r c hw o r ka n dc o n t r i b u t i o n sa a sf o l l o w s ( 1 ) b a s e do nt h eo b s e r v a t i o nt h a tt h eh i e r a r c h i c a lm o b i l i t ym a n a g e m e n tm o d e lb r i n g s m a n yb e n e f i t si nh a n d l i n gu n i c a s tr o u t i n g ，ah i e r a r c h i c a lm o b i l em u l t i c a s tm u t i n gp r o t o c o li s p r o p o s e d h it h i ss c h e m e t h em u l t i c a s ta g e n ti ss e l e c t e dd y n a m i c a l l ya n dc 锄b el o c a t e da t 第1 i i 页 a b s t r a c t a n yl e v e li nah i e r a r c h i c a ln e t w o r ko fr o u t e r sa c c o r d i n gt ot h eh a n d o f ff r e q u e n c yo fm o b i l e h o s t s t h u s i t 啪o f f e rt h em o s te f f i c i e n tr o u t i n gf o rt h em o b i l eh o s t st h a tr e s i d ea tan e t w o r k f o rar e l a t i v e l yl o n gp e r i o do f t i m e ，a n da v o i df r e q u e n tt r e er e c o n s t r u c t i o nf o rt h em o b i l eh o s t s t h a tp e r f o r mh a n d o f fq u i c k l y , a c t u a l l y , w ef i n dt h a tr e m o t es u b s c r i p t i o n , b i d i r e c t i o n a l t u n n e l i n g , w h i c hw e r ep r o p o s e db yt h e1 e t f ( i n t e r a c te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) m o b i l em a n du n i c a s tm e c h a n i s ma r et h es p e c i a lc a s e so fh i e r a r c h i c a lm o b i l em u l t i c a s t i na d d i t i o n ，w e p r o p o s eas m o o t hm u l t i c a s ta g e n th a n d o f fm e c h a n i s mw h e nm o b i l eh o s t sc r o s sd i f f e r e n t d o m a i n s t h i sm e c h a n i s ma l l o w st h em u l t i c a s ta g e n tt of o r w a r dm u l t i c a s tp a c k e t st ot h e m o b i l eh o s ta t t a c h e dw i t ha l e s sr o u t e rt h a ti sg e o g r a p h i c a l l ya d j a c e n tt oa c c c s sr o u t e r so nt h e b o u n d a r yo fi t sd o m a i n t h u s ，t h ep r e v i o u sm u l t i c a s ta g e n tc a nc o n t i n u es e r v i n gt h em o b i l e h o s tt h a tj u s tm o v e so u to fi t sd o m a i n , w h i c hm i n i m i z e st h ed i s r u p t i o no fm u l t i c a s ts e r v i c e w h e nam o b i l eh o s tc t o s s e sd o m a i nb o u n d a r i e s ( 2 ) a c c o r d i n gt oh o s t sm o v i n gs t a t u s , 柏，ok i n d so f s u b s c r i p t i o n , f l g ep r o p o s e d i f m o b i l e h o s t sp e r f o r mh a n d o f ff r e q u e n t l y , ad o m a i nr o o tr o u t e r - b a s e ds u b s c r i p t i o ni su s e dt oh i d e h o s t sm i c r om o b i l i t y , a n dr e d u c et h ea t t a i n e dh a n d o f ff r e q u e n c i e s i fm o b i l eh o s t sm o v ev e r y s l o w l y , af o r e i g na g e n t - b a s e ds u b s c d p f i o ni su s e dt oo f f e rt h em o s te f f i c i e n tm u l t i c a s td a t a d e l i v e r y t os u p p o r tf a s th a n d o f f , ad o m a i nr o o tr o o t e rm a i n t a i n san e ws t a t e 一一s o f ts t a t e i n s u c hs t a t e ，t h ed o m a i nr o o tr o u t e rd o e sn o tp r o v i d em u l t i c a s ts e r v i c e sf o rm o b i l eh o s t si ni t s d o m a i n , b mi ts t i l le x c h a n g e sr o u t i n gi n f o r m a t i o nw i t hi t sp a r e n tn o d e i ft h eh a n d o f fo fa m o b i l eh o s to c c u r s ，t h ed o m a i nr o o tr o u t e ri n s o f ts t a t ec a nr e = r u r nt oam u l t i c a s tt r e en o d e q u i c k l y , a n dp r e p a r em u l t i c a s ts e r v i c e sf o rt h em o b i l eh o s t s ( 3 ) i ng e n e r a l ，h o s t sm o b i l i t yc a r lc a t l s em o d i f i c a t i o no f t h em u l t i c a s tt r e e t h ep u r p o s e o fr e c o n s t r u c t i n gm u l t i c a s tt r e ei st or e m o v et r i a n g u l a rr o u t i n ga n do f f e ro p t i m a lm u l t i e a s t d e l i v e r y ，b u tt r e er e c o n s t r u c t i o na l s ol a y sh e a v y l o a d0 1 1t h en e t w o r ks i n c eal o to f p r o c e s s i n g a n dt r a n s m i t t i n go v e r h e a di sp r o d u c e d t h e r e f o r e ，w ep r o p o s eam o b i l em u l t i c a s tr o u t i n g p r o t o c o lw h i c hd i f f e r e n t i a t e sn o d e ss t a t e a c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o nw h e t h e rt h em u l t i c a s t a g e n ti sf o r w a r d i n gm u l t i c a s td a t ao rn o t , t h ei d l es t a t ei sd i s t i n g u i s h e df r o mt h ea c t i v es t a t e s i n c et h em u l t i e a s ta g e n td o e sn o tf o r w a r dm u l t i c a s td a t ai ni d l es t a t e ，w ee n l a r g ei t ss e r v i c e r a n g e t 0a v o i du n n e c e s s a r yr e c o n s t r u c t i o n 1 1 地m u l t i c a s ta g e n ti na c t i v es t a t ew i l lc o n t r o li t s s e r v i c er s l g et ot r a d eo f fi ：i e t w c e nt h eo v e r h e a do fm u l t i c a s td a t ad e l i v e r ya n dt h eo v e r h e a do f 第1 v 页 a b s 瞰c t 缸r n a i n t n a n c e t or e d u c et h ed i s r u p t i o nd u et oh o s t sh a n d o f f , ap r e v i o u ss u b s c r i p t i o ni s p r o p o s e dt or e s u m em u l t i c a s td e l i v e r yf r o mt h ep r e v i o u sm u l t i c a s ta g e n t ( 4 ) i nt h es o u r c es p e c i f i cm u l t i c a s t ( s s m ) m o d e l ，t h em o b i l i t yo f m u l t i c a s ts o u r c e sw i l l i n v a l i d a t et h es o u r c es p e c i f i ct r e ed u et ot h er e v e l - s ep a t hf o r w a r d i n g ( r _ o f ) c h e c kf a i l u r e w e p r o p e s eam u t i n gp r o t o c o lf o rs s m s o u r c em o b i l i t y0 1 1t h eb a s i so ft h eh i e r a r c h i c a lm o b i l e m a n a g e m e n ts c h e m e ，w h i c hp r o v i d e sau n i f i e dg l o b a la r c h i t e c t u r ef o rb o 血u n i a n dm u l t i c a s t r o u t i n gi nm o b i l ei p v 6n e t w o r k s t h es s mc h a n n e li si d e n t i f i e db yt h ep a i ro ft h ed o m a i n f o r e i g na g e n ti pa d d r e s sa n dm u l f i c a s tg r o u pa d d r e s s 胍t h es h o r t e s td e l i v e r yt r e ei sr o o t e d a tt h ed o m a i nf o r e i g na g e n t t of f f l $ u r ec o n s i s t e n c ya th i g h e rl a y e r s ，t h es s ms e s s i o ni s a n n o u n c e db yi n c l u d i n gt h eh o m ea d d r e s so f t h es o u r c e w h i c hi si n d e p e n d e n tt ot h es o u r c e s m o v e m e n t i fas o u 鹏m o v e si n s i d ead o m a i n , t h es s md e l i v e r yt r e ew i l ln o tb ei n f l u e n c e d i f t h e5 0 b r e ee n l e r si n t oan e wd o m a i n , i tr e l i e so nt h eo l dd e l i v e r yt r e et oi n f o r mt h er e c e i v e r s t os u b s c r i b et ot h en e wc h a n n e l0 no n ek m & a n dt of o r w a r dm u l t i c a s td a t au n t i ln ol i s t e n e r s e x i s to nt h eo t h e rh a n d ( 5 ) i nam o b i l ee n v i r o n m e n t , w i r e l e s sl i n k s 哪e r r o r - p r o n ea n dh o s t sm o b i l i t ) rm a y c 卸峨o u t - o f - s y n cp r o b l e m w ep r o p o s ead o m a i n - b a s e dm u l t i c a s td e l i v e r yt oe f f i c i e n t l yd e a l w i mt h er e l i a b i l i t yi s s u e si nw i r e l e s sn e t w o r k s i tu 淞ah i e r a r c h i c a la r c h i t e c t u r et od e a lw i t h t h ep r o b l e m so fl o s sd e t e c t i o na n dl o s sr e c o v e r yl o c a l l y , w h i c hm i n i m i z e st h ei m p a c to nt h e m u i t i c a s td e l i v e r yt r e e ad o m a i nr o o tr o u t e r ( d r r ) c a c h e sm u l t i c a s tp a c k e tu n t i li ti ss u r e t h a ta l lt h em o b i l eh o s t s ( m r i s li nt h ed o m a i nh a v er e c e i v e di t i ft h ec a c h ei sg o i n gt o o v e r f l o w , t h ed r r d e m a n d sa c k n o w l e d g e m e n tf o rt h ef a s tp a c k e t st h a ta r en o ta c k n o w l e d g e d t oi m p r o v ec a c h e sa v a i l a b i l i t y w h e nm u l t i p l em - i sl o s ep a c k e t si nas h o r tp e r i o do f t i m e ，t h e a g g r e g a t e da c k n o w l e d g e m e n ti sg e n e r a t e dt oa v o i da c k ( a c k n o w l e d g e r n e n 0i m p l o s i o n d u r i n gh o s t sh a n d o i f , t h eo u t - o f - s y n cp r o b l e mi ss o l v e db yr e q u e s t i n gt h ed r r t or e t r a m m i t t h em i s s i a gp a c k e t s 妇o u g hr e g i s t r a t i o nm e s s a g e k e y w o r d s ：i pm u l t i c a s t , m o b i l ei p , h i e r a r c h i c a l r e l i a b i l i t y , p r o t o c o l ，r o u t i n g ，w i r e l e s sn e t w o r k s 第v 页 附件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： ? 严 日期：卿月谣日 附件五 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使甭学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 指导教师签名： e t l t j 。口刃1 年月1 z $ 日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着移动终端如个人数字助理( p d a ) 、笔记本以及手机的日益普及，传统的i n t e m e t 正在经历着改变，需要为移动用户提供服务。在不久的将来，移动设备就可以通过广泛 部署的无线网络随意访问i n t e r n e t 上各种类型的服务。i n t e m e t 正在扩展它的触角到一个 更加宽泛的领域，这给服务提供商和网络运营商提供了更多的商业机会，对于用户而言， 意味着以后的生活和工作将更加的便利。 目前，移动通信和无线网络已成为当代通信领域内发展潜力最大、市场前景最广的 热点技术。从发展历程来看移动通信已经经历了三代：从最初的模拟技术( 1 g ) 已经完 成了向数字技术( 2 g ) 的转变，目前正在发展的第三代以提供移动环境下的多媒体业务 和宽带数据业务为主，代表是u m t s 和i m t - 2 0 0 0 网络。国际电信联盟( r r u ) 已经在 研究制定第四代移动通信标准，并已达成共识：把移动通信系统与无线网络结合起来， 提供端到端的基于i p 的解决方案。其特征是结合了移动和流媒体传送，具有高速率， 支持服务质量管理和认证、授权、记账安全的i p 传输1 9 4 】。 同时，多媒体在网络中的应用也是越来越普遍，从视频会议到网络游戏到m t v ，已 经引起广泛的兴趣。这类应用的一个共同点是一次传输存在多个接收者，而i p 组播能 够将相同的信息传递给多个接收者，在共享链路上只被传递一次，因此是这类服务理想 的通信技术。随着移动终端和无线网络的迅猛发展，越来越多的移动用户希望能够访问 传统i n t e m e t 上的组播应用服务。比如说，通过组播的方式为手机用户提供气象信息或 路况信息，员工在旅行途中通过无线系统参加公司的视频会议等。组播服务将不再是固 定节点所独有的，它也能在移动环境下为用户提供一种有效的信息传递方式。 为移动节点提供组播服务，如何在节点切换到新的网络时维持组成员关系和组播转 发树，具有很大的困难。我们不仅要处理动态的组成员关系，还要保证原本“最优的” 组播传递树在组成员切换后的有效性f 3 7 1 。而且，如果组播源在网络间漫游，其地址将 会发生改变，整个组播传递树都要重构，从而导致大量的路由和处理开销，以及组播会 话的中断【2 4 】a 国际标准化组织t f 在移动口【1 】【2 】中定义了两种基本的移动组播方法：双向隧道 第一章绪论 和远程签署。双向隧道通过请求移动节点的家乡代理加入组播组来转发组播数据，家乡 代理和移动节点之间的通信是采用封装的隧道传递方式。如果节点距离家乡网络很远， 组播数据需要经由家乡代理来转发，路由效率非常低下，而且也违背了i p 组播的本质。 远程签署方法却充分体现了i p 组播所提倡的共享链路特性，它是由移动节点当前所在 链路上的组播路由器代表节点加入组播组，移动节点就像访问网络中的固定节点一样， 能够享受最优的组播数据传递服务。但是，节点的移动会引发组播树的频繁重构，维护 组播树的开销可能会抵消采用i p 组播机制所能够节省的带宽资源。因此，这两种基本 的方法还存在着很多的问题，需要经过不断的改进和完善才能得到实际的应用和推广。 针对两种基本方法所反映出来的问题，出现了很多的改进方法，大致上可以将这些 改进的方法分成四种类型。第一种类型是充分利用两种基本方法的优点，由c j e l g e r 等 人 2 8 j 及yh u h 等人0 5 1 提出的双重签署机制，实现在双向隧道和远程签署方法之间平 滑的过渡。每个移动节点需要维护一个永久的双向隧道签署以不断的接收组播数据，同 时在访问网络中还有维护一个临时的远程签署方式。节点在切换时依赖双向隧道签署来 减少报文的丢失，完成切换后转变为远程签署方式提供最优的组播传递，而原来的双向 隧道签署方式依然会保留。这种方法虽然能够降低节点切换过程中报文的丢失率，并且 为移动组成员提供最优的路由路径，但是，在不需要依赖双向隧道方式提供组播服务时， 家乡代理依然在接收组播数据，严重浪费了带宽资源。 第二种类型是通过为组播代理设定服务区以在组播树维护开销和组播数据传递开销 之间取得一种平衡，代表作有r l i n 等人提出的基于范围的移动组播方案 3 0 1 和y w a n g 等人提出的基于服务区的签署机铜1 1 3 2 1 。组播代理代表服务范围内的移动节点加入相应 的组播组，在服务范围内节点的移动不会引起组播树的重构，只有在节点移出了服务区， 才需要重构组播树。这些方法需要事先对服务区的大小进行配置，不能根据网络拓扑结 构、组成员数或节点运动特性进行动态的调整。 第三种类型是利用环境特征比如节点的移动特性、分布规律、组播树的物理位置等 等信息来改善协议的性能。j p a r k 等人 3 3 根据节点的移动特性来决定是否需要重构组 播传递树。只要在设定的时间内，不管节点移动地快或者慢，都不会引起组播树的重构。 等到超时，才考虑重构组播树。w 1 - l s u 等人 9 5 1 则是根据节点在网络中停留的时间和节 点到组播树的距离这两个因素决定是否重构组播树。只有在时间和距离都大于一个事先 设定的阈值，当前网络中的路由器才考虑加入组播组，直接为节点提供组播服务。否则， 节点切换后还是依赖原来的组播代理提供组播服务。s s h i n 等人 9 6 1 根据节点的移动速 率和服务范围内的节点数来动态调整组播代理的服务范围，从而改善协议的性能。但是， 2 第一章绪论 这些方法在密集模式下协议性能会受到影响，比如文献 3 3 】中提到的方法如果网络中的 节点数很多时，就很容易引发重构操作，与远程签署方式没有太大的区别，因此利用环 境特征时应该考虑可扩展性因素。 第四种类型就是借用层次移动管理思想。人们针对移动i p 协议的研究发现采用层次 移动管理模型可以有效提高点对点通信方式的性能【7 】【8 】【6 】。因此，很多人也考虑在移 动组播中引入层次结构。ts c h r n i d t 等人 4 8 1 提出了一种基于层次结构的移动组播方案， 域根路由器代表域内的节点加入相应的组播组，负责为它们提供组播服务。节点在域内 的移动不会引起组播树的重构，只有在域间切换才需要重构组播传递树。文献 3 4 】【3 6 】 4 4 】 等也都利用了这种思想来改进移动组播的性能。这些方法对组播传递树实现了微移动透 明性，而组播树分枝又延伸到节点当前所在的域，因而提供了近似最优的组播传递服务。 大部分的改进方法都是通过结合两种基本方法的优点来改善组播服务的性能，但是， 这些方法往往会引入新的实体，增加了协议的复杂性，难以与现有的网络体系结构相兼 容。在增强某些方面的性能时，可能牺牲了其它方面的性能，比如在解决双向隧道方式 中的隧道会聚问题时，可能会带来对漫游节点难以管理的问题，同时还引入了d m s p 切换问题【2 3 】【2 7 】。在提供最优的组播数据传递服务时。往往会产生大量的组播树重构 开销；在尽量避免组播树重构时，往往又导致了非最优的路由。而且切换中的延迟和丢 包问题如何控制，以及如何满足大量用户通信的需求等等，都是亟待需要解决的问题。 从目前移动通信与无线网络的发展趋势来看，整个世界范围都菲常重视移动m 路由 协议的研究【8 】【6 】，而移动组播能够在移动环境下有效节省带宽资源，成为这其中最重 要的一个研究方向。由于在移动i p 和i p 组播协议方面的研究越来越成熟，移动i p 组播 路由协议的发展正面临着新的突破。特别是在i p v 6 协议中明确表示所有节点都支持组 播功能，而且移动i p v 6 在l p v 6 协议体系中是一个必选的扩展报头 1 2 6 ，这为移动组播 的发展提供了良好的平台。相对于移动口v 4 而言，移动i p v 6 做了许多方面的改进工作， 包括提出了路由优化、完善了移动检测、加强了安全保护 2 】等等，这些改进必将促进移 动组播的不断完善。移动i p v 6 已成为了i p v 6 协议不可分割的一部分，而移动组播也将 会成为移动i p v 6 不可分割的一部分，它给人们描述了一幅在全球因特网上实现移动功 能的美好前景。 1 2 主要研究内容和创新点 本文深入讨论了现有的移动组播路由方法的特点和不足，在此基础上，借鉴移动口 第一章绪论 路由协议发展的思路，提出了相应的解决方案来改善移动组播路由协议的性能。本文的 主要工作和创新点如下： ( 1 ) 自适应的层次型移动组播路由协议 在标准1 层次型的移动i p v 6 ( h m l p v 6 ) 4 2 中，如果节点在访问网络中发现多个移动锚 点( m a p ) ，节点可以根据m a p 选项中的距离字段选择其中的一个m a p 进行注册。比如， 在节点快速移动时，可以选择距离最远的m a p 来注册避免频繁的重注册。这种思想被 借鉴到了移动组播路由协议设计中。根据节点在网络中的停留时间，选择距离合适的 m a p 为节点提供组播服务。如果节点停留时间短，距离最远的m a p 被选择作为节点的 组播代理以避免组播树的频繁重构；否则，选择距离最近的m a p 以享受近似最优的组 播传递服务。节点的移动往往有一定的连续性，因而，可以利用节点在前一网络中的停 留时间预测节点在新的网络中的停留时间，以这个期望的停留时间作为决策依据选择合 适距离的组播代理，从而改善协议的性能。 事实上，通过请求不同距离的路由器作为节点的组播代理，远程签署、双向隧道和 单播机制变成了这种方法的三个特例。另外节点在跨越不同的域时，提出了一种平滑的 组播代理切换机制，该机制允许组播代理转发报文给域边界相邻的子网中的节点，这样， 原来的组播代理就可以不间断地为移出域中的节点提供组播服务，从而降低了域问切换 所引起的中断延迟。 ( 2 ) 引入软状态机制的移动组播路由协议 该设计采用了两种签署机制来提供组播服务。如果节点快速切换