（计算机软件与理论专业论文）宽带无线移动环境下的资源预留方案.pdf

! 璺壁兰丝查查堂堕! 堂丝丝塞! 堕 摘要 侄计算机网络技术和无线通信技术高速发展的今天，人t o 、j 已不再满足予仅通过同定和有 线垃接的网络访问i n t e r n e t ，随时随地访问因特网并获得满意的多媒体服务，已成j , j 通信 服务提供者和使用者的理想目标。无线移动网络是实现这一目标的理想途径，但是无线移动 网络的高误码率和移动性等特点，常常使得通信的服务质量无法保证，严重情况r 挺至导致 通信中断。解决这一问题的有效方法是实现资源预留和适当的资源管理，然而为l 嗣定网络而 设计的资源预留协议a v p 在无线移动环境下i 薹行存在着很多的局限| 生，因而不能直接h 1 1 无线移动网络中。 本文提出了一种在蜂窝无线移动环境f 对r s v p 协议进行扩展的设计方案。该方案遵循 3 g p p 2 提出的基_ 丁 e t f 协议的无线i p 体系结构，借助该体系结构下移动i p 协议扩展的支 持，对固定网络的r s v p 协议进行扩展而成。该方案的基本思想是通过隧道预留技术建抗从 通信对端到移动节点当前位置的主动预留路径，并通过移动预测和被动预留技术来尽可能提 高移动：再点切换到新的蜂窝后继续保持有效通信的概率。该方案将在网络模拟平台n s 一2 上 进行测试和验证。 本文共分七章，第一章对课题的研究背景进行了简要介纲：第二章概要介绍了资源预留 的研究现状：第三章讨论了r s v p 扩展协议的设计思想：第四章是本文的重点分别从土、 被动预留的建立和预留路径切换等方面详细描述了r s v p 扩展方案的主要内容：扩展厉的 r s v p 消雇、处理规则将在第五章作深入介绍：第六章简要介绍了网络模拟平台n s2 的功能羊 原理，提出了在n s 一2 上实现本扩屣方案的一些设想：第七章总结全文并指出p 一步的i 。作。 附录包含了关于n s 一2 的进一步介 f j 0 关键字：蜂窝无线移动呙3 g p p 2 规壶桑r s v p 协波扩磊，移动丽i 隧道预留，被动预留 o k 中冈科学技术人学硕：卜学位论文 摘要 a b st r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ， p e o p l ea r en ol o n g e rs a t i s f i e dw i t ht h es o l ew a yo fa c c e s s i n g i n t e m e tt h r o u g hf i x e da n dw i r e d n e t w o r k si th a sb e e nt h ed r e a m b o a tf o rc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r sa n du s e r st oa c q u i r e s a t i s f a c t o r y i n t e r n e tm u l t i m e d i as e r v i c ea t a n y t i m e a n d a n y w h e r et h o u g hw i r e l e s s m o b i l e n e t w o r ka p p e a r st ob eag o o da p p r o a c ht or e a l i z et h i sg o a l ，i t si n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l i t y a n dh i g hp r o b a b i l i t yo ft r a n s m i s s i o ne r r o ru s u a l l ym a k et h ec o n t r o lo fq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) d i f f i c u l tr e s o u r c er e s e r v a t i o na n dp r o p e rr e s o u r c em a n a g e m e n th a sb e e np r o v e dt ob ee f f e c t i v et o s o l v et h ep r o b l e m ，b u te x i s t i n gr 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 ) c a n tb ea p p l i e di nw ir e l e s s m o b i l en e t w o r k sw i t h o u tm o d i f i c a t i o nd u et oi t sf n h e r e n ti i m i t a t i o n s a ne x t e n s i o nf o re x i s t i n gr s v pi nt h ec i r c u m s t a n c eo fc e l l u l a rm o b i l en e t w o r kb a s e do nt h e w ir e l e s si pa r c h i t e c t u r ep r o p o s e db y3 g p p 2a n dc o r r e s p o n d i n gm o b i l ei pe x t e n s i o nu n d e rt h e a r c h i t e c t u r e ，i sp u tf o r w a r di nt h i sd i s s e r t a t i o nt h em a i ni d e ao f t h ed e s i g ni st ou s ei pt u n n e l sa n d t h er e s e r v a t i o no v e rt h e mt oe s t a b l i s ha ne n d t o e n da c t i v er e s e r v a t i o np a t hf r o mc o r r e s p o n d i n g n o d et om o b i l en o d e ，a sw e l la s u s i n gm o b i l i t yp r e d i c t i o na n dp a s s i v e r e s e r v a t i o no nr e l a t e d w i r e l e s sl i n k st or a i s et h ep r o b a b i l i t yo fs e a m l e s sc o m m u n i c a t i o na f t e rh a n d o kt h ed e s i g nw i l lb e t e s t i f i e do nt h en e t w o r ks i m u l a t o rn s 2 t h i sd i s s e r t a t i o nc o n s i s t so fs e v e nc h a p t e r s ，c h a p t e r1 b r i e f l yi n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do f r e s e a r c hp r o j e c t ，a n dc h a p t e r2s u m m a r i z e st h es t a t eo fa r t si nt h er e s e a r c ho fr e s o u r c er e s e r v a t i o n c h a p t e r3 d i s c u s s e st h em a i ni d e ab e h i n dt h ed e s i g no fr s v pe x t e n s i o n b e i n gt h em a i np a r t o f t h ed i s s e r t a t i o n ，c h a p t e r4d e s c r i b e sa tl e n g t ht h ec e n t r a ld e s i g no fr s v p e x t e n s i o n ，i n c l u d i n gt h e e s t a b l i s h m e n to f a c t i v e p a s s i v er e s e r v a t i o na n dh a n d o f f o f p a t h sc h a p t e r5s p e c i f i e sd e t a i l e d l yt h e p r o c e s s i n gr u l e sf o re x t e n d e dr s v pm e s s a g e s a f t e rs u m m a r i z i n gt h ee l e m e n t a r yf u n c t i o n sa n d p r i n c i p l e so fn s 一2 ，c h a p t e r6g i v e sat e n t a t i v ep l a nt oi m p l e m e n tt h ed e s i g no nn s - 2t h el a s t c h a p t e rc o n c l u d e st h ed i s s e r t a t i o na n dp o i n t so u tt h ef u t u r ew o r k t h ea p p e n d i xi n c l u d e sm o r e u s e f u l i n f o r m a t i o na b o u tn s 2 k e y w o r d s ： c e l l u l a rm o b i l en e t w o r k r s v pe x t e n s i o n r e s e r v a t i o no v e ri pt u n n e l s 3 g p p 2s t a n d a r df r a m e w o r k m o b i l i t yp r e d i c t i o n p a s s i v er e s e r v a t i o n 中罔科学技术大学坝j 学位论文 第一章绪论 1 1概述 第一章绪论 计算机网络，尤其是因特网的飞速发展，极人地拓宽了人们的视野，丰富了人们的生活， 人与人之间的通信也越来越便利。但目前人们人多只能通过同定的网络接口访问吲特网，尚 不能做到在任何时间平地点随心所欲地上网。另一方面，新型网络应h j 的发展也使人仃j 4 ；再 满足于现有网络提供的数据报服务，而希望网络能够提供形式各异、丰富多彩的服务，特别 是多媒体服务。囚此，随时随地访问因特网并获得满意的服务，已成为通信服务提供者和使 用者的理想目标。 传统的因特网服务模型是向固定的终端用户提供尽力( b e s t - e f f o r t ) 的数据报服务， 显然为了向剐户提供移动多姒体服务，必须解决移动通信利服务质量( q u a l i t yo fs c i v ice ， q o s ) 的问题。 随着笔记本电脑、移动p c 、个人数字助理( p d a ) 等移动终端发备的大量生产与龄及， 人们己可方便地获得各种廉价而轻巧的手持没各；各种形式的无线通信技术的发鼹，特别是 c d m a ( 码分多址) 技术的开发和利用，很好地解决了用户住移动中通信的问题：而移动ip 协议的提出又解决了移动节点在移动过程中的路由问题，从而允许移动。1 ，点在移动过撑中也 可以不间断地访问冈特网，真正实现了随时随地的上网。但是移动i p 只解决了数据琏接的 问题，而并没有考虑服务质量，也就是说移动i p 也只能为移动川户提供尽力的数据报服务。 向冈特网服务模型中增加服务质量支持是因特网研究的另一个方向。这项研究最初是针 对1 刮定网络开展的，并提出了一个综合服务模型i n t s e r v 。i n t s e r v 采埘r s v pl r e s o u r c e r e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 作为信令协议，在数据流经过的路径上进行资源预留，辅以适当的 资源调度策略，该模型可保证每个流获得所需的服务质量。i n t s e r v 的核心思想就是以数据 流为单位进行资源预留和调度，这在固定网络中很容易实现然而在个移动网络中将面临 许多困难。比如，路径随着用户的移动不断发生改变，需要频繁地建立资源预留，如何减少 操作的延时和开销? 如果新的路径上没有足够的资源应当怎样来实现对用户的服务承诺? 将移动通信支持和服务质量支持有机地结合起来，向用户提供满意的多媒体服务，该目 标已在第三代移动通信系统i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t t o n a lm o b i l et e l e e o m m u n i c a t i o n 一2 0 0 0 ) 中明确地提出来。目前，针对i m t 一2 0 0 0 的标准化工作主要由3 g p p ( t h et h i r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 和3 g p p 2 ( t h er h i r dg 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 ) 两个 纽织在进行。3 g p p 采用日本和欧洲提出的w c d m a 无线接口提案，在电信网络的基本框架f 开展标准化工作：而3 g p p 2 采用美国提出的c d m a 一2 0 0 0 无线接口提案，在i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) r f c 系列文档的框架下开展标准化工作。这两个组织的标准化一【： 作以及国内外针对无线移动网络的服务质量研究都才起步不久，虽然已经对网络体系结构、 服务模型、资源预留模型、资源调度策略等问题进行了初步的探讨，提出了一些方案或设想， 但总的来说该项研究 _ 作仍处于探索阶段离最终的标准化还有相当长的距离。 尘旦型兰丝查查堂婴兰堂些丝皇! | 二! ! i 鱼 1 2 课题背景介绍 本文的研究一作是华为科技基金项目“宽带无线移动网络的服务质量研究”的一部分。 该课题项目旨在3 g p p 2 规范的基本框架r ，较系统地研究c d m a 无线移动网络中的服务质鞋 问题，包括综合服务模型、资源预留协议、资源管理与调度策略以及t c p 协议优化机制等， 并住网络仿真平台n s 一2 上进行测试平验证。本论文的研究上作是提出一种对r s v p 协议的扩 展方案，使其支持在c d m a 无线移动网络中的资源预留。 1 2 13 g p p 2 无线i p 体系结构 3 g p p 2 提出的基于i e t f 协议的无线i p 体系结构 1 如图1 一l 所示。 图l l 基于i e t f 协议的无线i p 体系结构 p d s n ( p a c k e td a t as e r v i n gn o d e ，分组数据服务节点) 、p c f ( p a c k e tc o n t r o 】f u n c t i o n ， 分组控制功能) 、b s ( b a s es t a t i o n ，基站) 和1 4 s ( m o b i l es t a r i o n ，移动节点) 是该文档 定义的四个功能实体，其中，p d s n 的主要功能是将无线分组数据业务接入同定因特网，p c f 的主要作用是在b s 和p d s n 间中继数据分组，b s 的主要任务是管理无线链路资源，而m s 是 分组数据服务的发起者与接受者。文档没有定义这些功能实体与实际物理节点的对应关系。 在文档“无线i p 网络标准” 2 中，3 g p p 2 将p c f 和b s 看作是无线网络( 1 酬，r a d i o n e t w o r k ) ；在i e t f 的草案文档“第三代无线网络中基于移动i p 的微移动管理协议” 3 也 将p c f 和b s 看作是一个无线网络节点。事实上，p c f 主要是为p d s n 缓存发往m s 的数据分 组，将p c f 和b s 放在不同物理节点上实现，其好处是当m s 在同一个p c fr 的不同的b s 问 切换时，只需更新相应的p c f 中的路由表，而不需要对p d s n 中的路由表进行修改从而减 ， 少p d s n 的切换处理开销，这个好处在网络内部b s 数量很多时较为明显。但是从研究与实验 的角度看，将p c f 和b s 放在同一个物理节点上实现比较简单，这种结构在网络规模较小时 也适用。此外，如果从资源管理的角度来看，p d s n p c f 和p c f b s 这两段路径都是同定线路， 它们的资源管理问题是一样的，因此从这个角度考虑也可以将p c f 和b s 合并到一起。 因此，本课题采用的无线i p 网络结构如图卜2 所示。 c j 国科学披术人学硕f ：学位论文 第一章绪论 i 2 2 服务模型 图卜2 本课题采用的无线i p 网络结构 i e t f 定义了区分服务和综合服务两种服务模型。 区分服务将所有业务划分成若干类，以类为单位进行资源管理和凋度，从而为不同的业 务类提供不同的服务质量。由_ 丁它以较粗粒度的类作为处理对象，并且不需要住路由器中保 留数据流的状态，因此其可扩展性好。但正因为它控制粒度粗也就不能精确保证每- 个流 所需的服务质繁。目前，关丁业务类的划分、每一类数据报的逐跳步行为( p e r h o pb e h a v i 0 1 ， p i f b ) 以及每一个服务类的实现方法部还没有明确定义。 综合服务以数据流为单位进行资源管理和调度，从而可以满足每一个数据流的服务需 求。目前综合服务模型包括以f 三种对单个流的服务承诺汞l 一种对集合实体的服务承诺，其 中前两种是对实时服务的服务承诺，第三种是对非实时服务的服务承诺，最后一种是对集合 实体的服务承诺。 ：确保质量的服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e ，g s ) g s 服务规范由r f c2 2 i 2 5 规定，它承诺只要用户的数据流不超出预先给定的业务 描述参数t s p e c ，网络可以为分组提供严格的端一端排队延迟上限( 数学保证) 。由r 矧 定网络中路径是不变的，这也意味着g s 服务能够保证分绢的最人端一端延迟。 控制负载的服务( c o n t r o l le dl o a ds e r v i c e ，c l ) c l 服务规范由r f c2 2 1 1 6 规定，它承诺只要用户的数据流不超出预先给定的业务 描述爹数t s p e c ，网络可以保证在任何情况下为该数据流提供类似r 在轻负载网元中尽 力业务流所获得的服务质量。 尽力服务( b e s te f f o r ts e r v i c e ，b e ) 也就是传统的数据报服务，用户不需要给出数据流的业务描述，网络也不保证其服 务质量。 受控链路共享服务( c o n t r o l l e dl i n ks h a r i n g ) 受控链路共享服务确保每一类集合实体可获得一个最小的带宽份额，它解扶在不同 的集合实体间按照一组指定的份额来共享链路集合带宽的问题。受控链路共享可以在保 证公平性的同时，充分利用带宽资源。 通过近儿年的研究，人们基本上形成了这样一个共识，即在核心网中伎刚区分服务，可 以简化协议处理，提高转发速度；而在企业网中使用综合服务，可以减小控制粒度，提供业 一3 一 、，|、 中同科学技术夫学颂上学位论文 第一章绪论 务可定制的服务质量。 在3 0 p p 2 的无线i p 体系结构中，一个( 或儿个) p d s n 覆盖的区域可以看成是一个企业 网。实际上，这也是一种既安全又便于管理的方案：一个企业网包含一个或儿个p d s n ，企 业网内所有的移动仉 都通过这些p d s n 接入到州定i p 网络( 核心网) 中。目前的3 g p p 2 规范是基丁移动i p v 4 协议定义的，它要求p d s n 担当外地代理的职责，为处r 外地链路的 m s 提供外地代理转交地址，并且充当这些m s 的缺省路由器。事实上，企业网同样需要一个 ( 些) 具有移动支持功能的路由器作为它的家乡代理，为那些游离往外、但以企业网为家乡 链路的移动冉点提供数据报的重定向服务。综合以上两点来看，将家乡代理和p d s n 放以企 、l p 网的网关上是最合适的，这样网关既担当家乡代理的角色，义担当外地代理的角色，还负 页管理所有进出的数据报，既安全又便丁管理。 按照这样的结构，那么端端的数据传输火体上可分为三段：源企业网、核心网、f j 的 企、世网，从源企业网网关到目的企业网网关之间属t + 核心网路径部分。我”j 所要研究的宽带 无线移动网络位丁企业网内，因此我们将采_ l ji e t f 的综合服务r s v p 模型米研究网络内部 的服务质量问题。 1 2 3 实验模型 股来说，端一端的数据传输需要经过核心网，而核心网一般采用区分服务模_ ，这就 涉及剑区分服务和综合服务这两种服务模型之间如何互操作的问题，这不属丁本课题的研究 范同。 对于实时多媒体通信来说，应用必须要求可预测的传输行为( 如延迟、吞吐量、可靠性 等) ，这样才能向用户提供可接受的应i l | j | 生能。在现阶段，综合服务模型能够更好地满足这 些要求，它可以提供的服务质量在建立多媒体连接时就可预知，并作为参数传递给终端_ l j 户， 以便终端用户可以自主确定所请求的端一端服务质量。 在本课题中我们不研究厩分服务，因此我t l j g 核心网抽象为具有一定带宽的物理链路， _ l j 丁连接各个企业网的网关，在端端的路径上使用统一的综合服务模型。因此，我们采川 的实验模型如图卜3 所示。 图卜3 本课题拟采用的实验模型 旦! ! ! 兰垫查叁兰塑! ：堂堕堡兰 墨三主窒塑旦坚型垫堕! ! ! 鉴 第二章资源预留的研究现状 2 1 资源预留协议r s v p 资源预留协议r s v p 9 是i e t f 提出的一种建立资源预留的协议标准，它负责为特定的 应_ l j 数据流向网络请求特定的服务质量。r s v p 协议是i n t e r n e t 综合服务模型的一部分，它 j 耋行于i p v 4 或i p v 6 之上，在协议栈中处于传输层的位置。值得注意的是，r s v p 协议本身 并不负责传送应用数据，只是为建立传输数据时所需的资源预留传递有关的控制信息，j ： 要作为一个后台的守护进程执行。从这个角度上看，它更类似于i c m p 、i g m p 等f n t e f n e t 控制协议，或者类似于路山协议。但准确地说，r s v p 本身并不是一个路由协议，它破设计 成与现在利将米的路由协议相适应。 r s v p 协议是面向接收方的，由接收方负责发起和维护资源预留，为单向数据流提供q o s 保证，r s v p 协议在路由器和主机中维护“软”状态，为动态成员关系改变和路由改变的自 适应提供支持，它还提供了穿过不支持r s v p 的路由器的透明操作。 r s v p 协议定义了一整套消息机制米完成o o s 请求、资源预留、预留路彳； = 维护、资源秆 放等功能，其中最主要的是p a t h 和r e s v 消息，其它消息都是由这两个基本消息演化而米。 p a t h 消息由发送方定期向接收方发送，在它所经过的节点上建立或刷新p a t h 状态：r e s v 消息在p a t i i 消息的传递路径上沿着相反的方向从接收方向发送方逐跳步地传递t 住所纾过 的仃点上建立或刷新r e s v 状态，进行接纳控制和资源预留操作。 r s v p 采用。软状态”的概念在预留路径的路由器和主机上对预留状态进行管理。软状 态分为p a t h 状态和r e a r 状态两种，由p a t l l 利r r e s v 消息建立和定期动态刷新。如果在清 除周期时间间隔内没有收到相应的更新消息、或者收到了显式的t e a r d o w n 消息，m 1 软状态 将被删除相关的预留资源将被释放。 由于在网络中数据报丢失是常见的事，所以r s v p 软状态的清除周期一般设置为若干个 刷新周期的长度这样节点上的r s v p 软状态可以容忍连续若干个刷新消息的丢失，不会冈 为某个刷新消息的丢失而轻易地释放资源。 因为r s v p 协议事先在数据流的传送路径上为其预留了一定量的资源，属于该流的数据 报在这条路径上可以获得所需要的网络资源，从而得到所期望的服务质量保证，因而能够很 好地保证数据流的传输质量，这是传统i p 协议汞1 其它的资源管理协议所无法比拟的优点。 r s v p 协议比较适用于那些对服务质量有较高要求的应用，如视频会议等实时应用。 与r s v p 相关的r f c 较多，其中r f c2 2 0 5 9 定义了基本的协议规范r f c2 2 0 9 1 1 0 定 义了对r s v p 消息的处理规则，r f c2 2 1 0 1 1 详细阐述了r s v p 在综合服务模型中的廊用和 r s v p 对象的复合规则。 中阁科学技术大学坝士学位论文 第一嚣资源顶留的”究虮状 2 2 移动工p 协议( 移动i p v 4 ) r s v p 的工作机制与其使用的路由机制是密切相关的，为了更好地研究r s v p 协议在移动 网络。p 的麻川，有必要了解移动i p 的工作机制。 移动i p | 力议 7 8 是一种在全球e 1 特网上提供移动功能的方案，它实质上提供了一种 ir 路山机制，使移动节点可以删一个永久的i p 地址连接到任何支持移动i p 的链路上，并 且 1 7 点移动过程中仍然维持已有的t c p 连接和u d p 端口绑定。 住移动i p 中有以下几个重要的概念： 家乡地址：这是“永久”地分配给某个移动。 点的ip 地址，就像分配给蚓定的口由器 或土机的地址一样。当移动节点切换链路时，它的家乡地址升不改变。 转交地址：这是移动节点连接在外地链路上时的相关i p 地址，每当移动n 点改换外地 链路时，它的转交地址也随之改变。 家乡链路：与移动节点的家乡地址具有相同网络前缀的链路。 外地链路：与移动节点的家乡地址具有不同网络前缀的链路。 为住现有网络中增加移动i p 支持，并不需要网络中每个节点都实现移动协议。移动i p， 定义了以下三种必须实现移动协议的功能实体： 移动j ，点( m s ，m o b i l es t a r i o n ) ：是指以一个永久的i p 地址连接剑任意一个网络接入 点上，并仍然维持现有全部通信的节点。 家乡代理( h a ，h o m ea g e n t ) ：是指有一个端口与移动节点家乡链路相连的路由器，它 通过家乡地址一转交地址绑定表中的转交地址项记录移动节点的当前位置，当移动1 ，点 位丁外地链路时通过隧道技术将发往移动节点的数据报转发剑相应的转交地士| | = j 二。 外地代理( f a ，f o r e i g na g e n t ) ：是指位于移动节点外地链路上的路由器，可为移动” 点提供转交地址，井帮助移动节点将转交地址通知它的家乡代理，同时也充当移动1 l 点 任外地链路上时的缺省路由器。 移动i p 的工作机制人致如下： 1 通过周期地组播或，“播一个称为代理广播的消息家乡代理和外地代理宣告它们与链路 的连接关系。 2 移动节点收到这些代理广播消息后，检查其中的内容以确定自己是连在家乡链路还是外 地链路上。当它连在家乡链路上时，移动节点就可像固定节点一样r ：作，即它不再利川 移动i p 的其它功能。下面的步骤假设移动节点连接在一条外地链路上。 3 连住外地链路上的移动节点需要一个转交地址，它可以从外地代理j 、播的代理r 播消息 中找到外地代理转交地址。 4 移动节点通过外地代理向家乡代理注册从3 ) 中得到的转交地址。为阻l r 服务拒绝攻击， 注册消息要求进行认证。 5 家乡代理或者是在家乡链路上的其它些路由器广播对移动节点家乡地址的网络前缀 的可达性，从而吸引发往移动节点家乡地址的数据报，家乡代理截获这样的数据报( 也 可能崩代理a r p ) ，并根据移动节点在4 ) 中注册的转交地址，通过隧道将数据报传送给 移动节龟， 6 在转交地址处，原始数据报被从隧道中提取山来送给移动节点。 6 中困科学投术人学硕卜学位论文第二章资源顶留的研究现状 7 相反，由移动竹点发出的数据报被直接选路到目的节点上，无需隧道技术。对所有来访 的移动节点发出的数据报米说，外地代理完成路由器的功能。 由此可见，移动i p 协议的实现主要包括以b _ - - 个方面的内容： 代理搜索：移动1 ，点通过发送代理请求消息和接收代理广播消息，米判定臼己当前所处 的位置并获得一个转交j l o , 自f ：。 注册：移动* 点通过注册请求消鼠向外地代理请求服务，并由外地代理通知1 j 点的家乡 代理，注册移动节点当前的转交地址。 数据报传送：当移动节点位于外地链路r ，数据报传送机制可对发往或发白移动1 7 点的 数据报进行正确的路由，并提供i p 封装和解封装服务。 2 3 r s v p 应用于无线移动网络需要解决的 问题 r s v p 是针对有线同定网络设计的，它假定通信两端位置同定，i p 地址不变，l ：问路由 器能够闱通常的i p 路由方法建立预留路径等。但是，无线移动网络与有线崮定刚络柏1 f 常 人的不同，将r s v p 协议应用_ i 二无线移动网络会出现不少问题，其中重点需要解决的问题囱： 如何在隧道中建立预留 当移动节点何丁外地链路时，所有发往该1 ，点的数据报都由家乡代理通过隧道转发 剑转交地址，再交给移动。1 y 点，r s v p 消息也不例外。但挂，一旦r s v p 消息被封装并送 入隧道后，隧道中的1 ，点就无法识别该消息也就不能对该消息进行处理，从而住隧道 这一段就无法建立起资源预留。退一步说，即使能够建立预留，当要求服务质苗的数据 报被封装进入隧道后，隧道中的节点也无法区分该数据报属于哪个流，从而不能使h j 为 它预留的资源，也就无法保证数据报在穿过隧道时获得所需要的服务质革。 如何适应无线链路的高误码率特点 无线链路的误码率和丢包率比有线网络高得多，且带宽资源非常有限，冈此移动1 ， 点和基站可能较长时间都收不到相互发送的r s v p 刷新消息，这会引起频繁的状态超时。 如何使r s v p 软状态具有更强的忍耐力，能够容忍较多的连续刷新消息的丢火，是一个 值得考虑的问题。 ： 如何适应频繁的路径变换 往移动网络中，移动节点与通信对端之间的路径随着节点的移动不断地发生变化， 从而不断地需要在新的路径上建立资源预留。如何在尽可能短的时间内以尽可能小的 处理开销调整预留路径，关系到通信的连续性问题。另外，为了保证通信的质量，应尽 可能在新的预留建立起来后再切换到新的路径上，这样，如何维护新、旧两条路释并平 稳切换也是需要认真考虑的。 如何适应提前预留的需要 当节点切换到新的链路需要在新的路径上重新建立资源预留时，如果新的路径上没 有足够的资源就会导致预留失败。为了提高切换成功的概率，在节点未来将要使埘的路 中国科学投术大学顺l 学位论文 第一章资源颅留的j j 究现：状 径上提前预留资源是一种有效的措施，但这就要求r s v p 能够支持提前预留，这是日前 的r s v p 协议所不能做到的。 2 4r s v p 协议扩展研究 针对r s v p 应用丁无线移动网络的问题，人们已经提山了一些解决的方案，主要思想就 是对r s v p 进行必要的扩展，增加其对新的运行环境的适应性。 2 4 1 隧道预留 针对r s v p 不能在隧道中建立预留的问题，i e t f 提出了，一种r s v p 扩展协议r s v po v e l i pt u n n e l s 1 2 。 该协议的基本思想是在隧道的入口和出e l 之间建立一个隧道r s v p 会话， 隧道的入口向出口发送p a t h i f i , 息，出口向入口发送r e s v 消息，从而建。、z 隧道预留。每个端 一端r s v p 会话都被映月十f i j - 个隧道r s v p 会话上，这两种会话之间通过一个会话联系对象米 建立绑定关系。 对r 不要求预留的数据分组以及端一端r s v p 控制消息，在进入隧道时采用常规的 i pi n i p 封装方式，即在i p 数据报外面再封装一个i p 报头，并用隧道的入1 5 和出口分别 作为包的源地* l k f h 目的地址，这一类数据报在隧道中被透明地传输。对r 需要预留的数据分 绸，在进入隧道时采用i p + u d p 封装方式，即在i p 包外面先封装一个u d p 报头，再封装一个 i p 报头，u d p 报头中的源端口号 = ；来区分不同的r s v p 会话，i p 报头中注明隧道的入e 1 * l i 出 口，这些数据报在穿过隧道时将会根据所属的不同r s v p 会话得f l j # g 应的调度处理。 r s v po v e ri pt u n n e l s 解决了在i p 隧道中建立预留的问题，但如果在移动网络中仪采 川这种方法来建立预留，那么当移动节点改变了转交地址需要重新建立预留时，一日新的路 释上没有足够的资源就会导致预留不能建立。 2 4 2 提前预留 为了提高移动节点在切换后成功建立预留的概率，人们提出了提前预留的概念即在移 动1 7 点未米可能使用的路径上提前预留资源。 1 ) m r s v p 文献 1 3 提出的m r s v p 就是体现这种思想的一种r s v p 扩展协议。b l r s v p 要求_ l j 户在发 起连接时给出未米可能访问的位置集合m s p e c ，并在这些位置上进行提前预留。为了防i r 提 前预留的资源被闲置，m r s v p 提出了主动预留与被动预留的概念。从通信对端到移动节点当 前位置的路径是主动路径，在这条路径上进行的预留是主动预留，数据报只在主动路径上传 输。从通信对端到移动节点未来位置的路径是被动路径，在这些路径上进行的预留是被动预 留。当移动节点没有到达时，被动预留的资源可以被其它流使用。 b l r s v p 使用代理( p r o x ya g e n t ) 进行预留，代理是具有m r s v p 能力的特殊路由器，是 移动节点的缺省网关，事实上就是移动节点的家乡代理( 如果在家乡链路上) 或外地代理( 如 果扫：外地链路上) 。移动节点当前位置的代理称为本地代理，m s p e c 中其它位置的代理称为 中国科学技术大学坝，l 学位论文 船一章资源预留的研究现状 远程代理。本地代理负责建立主动预留，远程代理负责建立被动预留，如图2 1 所示。 若发送者是移动节点，则连接建立时它的本地代理就称为发送锚( s e n d e ra n c h o r ) 。发 送锚同移动节点建立主动预留，与各远程代理建立被动预留，主、被动预留路径在发送锚合 寸f ，发送锚与接收端间建立主动预留。当移动节点到达个新的位置时，与新的代理建立主 动预留，新的代理同发送锚之间的被动预留变为主动预留，老的代理与发送锚之间的主动预 留变为被动预留。 若接收者是移动讧点，则选择它的家乡代理作为锚竹点( a n c h o r ) 。锚节点与移动节点 建立主动预留，与各远程代理建立被动预留，主、被动预留路径在锚节点合并，锚。博点与发 送端间建立主动顶留。当移动声点剑达一个新的传置时，与新代理建立主动预留，新代理同 锚1 ，点之间的被动预留变为主动预留，而老代理同锚节点间的主动预留变为被动预留。 m r s v p 的个问题是，除了主动预留是端一端预留外，被动预留都只到远程代理为【 ， 也就是说一旦移动节点到达一个新的何置后，它到新代理之间的这段路径是需要即时建立 预留的，如果这段路径上没有足够的资源就无法满足端一端服务质量需求。m r s v p 不能建立 端一端被动预留的原因是，移动i p 注册和r s v p 会话的建立与维护都需要移动节点的参与， 然而在一条未来路径上，移动节点并没有真正到达这个位置，因此它是无法完成这些过程的。 图2 - 1m r s v p 资源预留原理 2 ) m o b i l er s v p 文献 1 4 假定每个蜂窝都通过一个基站连接到同定网络上，基站同时充当相席蜂窝的外 中田科学技术大学硕1 一学位论文第二章资源预留的研究现状 地代理，各个基站之间有直接的线路连接，网络中每个1 7 点都支持移动i p 。基1 这样的网 络绵| f = i ，它提出了一种扩展的r s v p 协议，称为m o b i l er s v p 。 为避免在三角路由上进行资源预留，m o b i l er s v p 设计了一种四次握手的预留过程，发 送端首先获取接收端的转交地址，然后直接将p a t h 消息发送到转交地址，这样在通信对端 和移动节点的当前位置直接建立端一端预留，而不经过家乡代理。移动节点当前的外地代理 向所有邻居基站发送p a t t i 消息，这些基站向它回送相应的r e s v 消息，从而住当前外地代理 和所有邻居基站间建立被动预留，剪在邻居蜂窝内被动预留资源。 当移动节点切换到某个邻居蜂窝后，前一个外地代理必须记录移动。1 7 点当前的转交地 址，同时激活与n i - f 基站间的被动预留，将那些在切换期问仍然发往老的转交地址的数据报 发剑新的转交地址。当通信对端获得更新的移动绑定后，启动与移动1 y 电间新的m o b l ler s v p 迎接。当新的预留连接建立起米之后，前一个外地代理负责清除z i 其邻居基站的被动预留， 同时当前代理启动与其邻居基站的被动预留。 该方案要求每个节点都支持移动i p 功能( 包括同定终端) ，这是很难做剑的，也0 移动 i p 的殴计要求相违背，冈为移动i p 的设计要求之一就是移动支持功能只应限制在它定义的 三个功能实体上，对于其它的固定节点应不做任何要求。其次，由基站充当外地代理，当移 动节点在蜂窝间快速切换时会导致频繁的移动i p 注册，这是极其消耗时间的，因而不适i t j 1 ：微蜂窝和微微蜂窝网络结构。 3 ) 基于域的分级网络结构的预留方案 文献 2 4 提山了一种基tq o s 域和路由域的分级网络体系结构。文献假定每个蜂窝部通 过一个基站连接到同定网络上，路由器是进入高一级网络的网关。路由域是由管理指定的 个域，域间移动采川移动i p 进行路由，域内移动采h 本地路由表更新进行路由，外地代理 是外地路由域的网关。个路由域可以分成儿个q o s 域，q o s 域也是南管理指定的域。 主动预目路径为f a b s 。，( 当前b s )m s ，由j j i si _ r 能移动到b s 。的任阿一个相邻 蜂窝，冈此必须在这些蜂窝中进行被动预留。若b s 。与所有相邻的蜂窝部属 ：同个q o s 域，则只需在b s 。，剑这些相邻b s 的路径上及这些b s 的无线接口一卜进行被动预留：特有部 分蜂窝币b s 。不属丁同一个q o s 域，则到这部分蜂窝的被动预留路径是从f a 直接到这些蜂 窝的b s 。当m s 从个蜂窝( 记为c e l l ) 移动到一个相邻蜂窝( 记为c e l l ：，。) 时，若 c e l l 。与c o l l 属于同一个q o s 域，则只需将c e l l o l d - - c e l l 。、。之间的被动预留及b s 无 线接口上的被动预留改为主动预留( 这称为延伸路由) ，然后删除其它所有被动预留，并以 c e l l 作为当前蜂窝重新进行被动预留；若c e l l 。与c e l l “不属于同个q o s 域，则 将f a c e 】l 。的被动预留改为主动预留( 这称为部分重路由) ，其它处理与q o s 域内的移动 相同：若c e l l 与c e l l 。】d 不属于同一个路由域则需要变换f a ( 这称为重路由) ，并r 【： 新的路径上重新建立预留。 这种三个层次的路由结构实际上是在系统的可扩展性及减少切换延迟方面进 了r 一定 程度的折衷。但这种方案存在的问题是，当用户在同一个q o s 域内移动时，数据的转发路释 将随着用户的移动不断伸长，这不仅会增加数据报的转发延迟，也会浪费吲定网络的带宽。 其次，当移动节点切换链路时，与之相关的主、被动预留路径几乎都要改变，这大人增加厂 资源预留协议的复杂性和运行时的协议开销。 4 ) 基于移动预测的资源预留 在所有相邻的蜂窝内预留资源，不仅增加了预留协议的运行开销，也使得资源的利川牢 宝里型兰堡查叁兰型! 堂垡堡兰 笙三量塑塑堡垦塑竺丛壅! ! 堡 很低。事实上，这是完全没有必要的，因为在现实生活中 3 户并不是漫无目标地移动，他们 的移动通常还是有规律可循的，根据心户的移动历史往往可以预测h j 户r 一次会进入的区 域，只在这些区域里进行提前预留将可以提高资源的利用率和系统的运行效率。 文献 1 5 给出了这样