泛在网环境下的移动性管理技术研究.doc

中国通信标准化协会课题编号：XXXX 泛在网环境下的移动性管理技术研究2012 年 3 月 研 究 报 告 要 点泛在网络是多种异构网络互相融合的产物，移动性管理技术对支持泛在异构网络的融合、保证业务层面的连续性、提供平滑无缝的用户体验具有重要意义。泛在网络环境下，现有的移动性管理技术不能很好的适应泛在网络的特殊需求；例如，在存储和计算资源受限的泛在网终端上，由于对标准的TCP/IP协议栈进行了轻量化的精简，使其并不能很好地支持已有的IP移动性管理协议；另外，泛在网终端的移动性频度和通信模式也与传统的移动终端具有较大差别；这种情况下，也需要对已有移动性管理协议进行优化。泛在网络环境下，泛在网与传统的移动通信网也有互相融合的趋势；例如，在移动通信终端上集成了传感器节点的泛在网络终端正在出现；这种情况下，如何对多接口多模终端的移动性管理支持也成为重要的研究课题。泛在网络环境下，终端群是基于业务相关性、地域相关性、管理需求等属性形成的多终端的集合，是一个松散临时的网络组织。终端在群内部成员之间进行交互，同时能够与群外部的终端进行通信，支持群广播。研究在终端群移动场景下完成平滑切换和协同业务的移动性管理技术也是一个重要的研究课题。本研究课题针对泛在网络的环境，展开移动性管理相关技术研究。具体研究内容包括：1）对已有移动性管理技术在泛在网络环境下的适用性进行分析，在此基础上明确泛在网对移动性管理产生新的需求。2）研究适用于泛在网的移动性管理框架及关键技术。结合泛在网移动性管理需求分析和泛在网特征，研究并给出满足这些需求的关键技术（如：泛在网环境下的弱移动性、子网移动性环境下协议信令优化机制、路由优化机制、终端群移动性场景下的无线资源管理、业务连续性技术及移动中继技术、跨域移动性管理框架、多终端协作安全跨域切换协议、异构网络移动性管理技术、多接口终端移动性管理、标识位置分离等技术等），以及泛在网架构下的新型移动性管理协议。泛在网技术工作委员会 网络工作组研究单位：中国移动 工业和信息化部电信研究院 中国联通 北邮项目完成人： （宋体，四号，加黑）项目参加人： （宋体，四号，加黑）完成日期： 年 月 日（宋体，四号，加黑）目 录一、概述5二、移动性管理相关研究情况62.1 移动性管理技术概述62.1.1 信息通信网的移动性管理62.1.2 自组织网络移动性管理82.2 主要标准化组织移动性管理研究概述92.2.1 3GPP92.2.1.1 3GPP网络接入和非3GPP网络接入的融合架构92.2.1.2 面向低移动性的移动性管理优化102.2.2 IETF112.2.3 ITU-T142.2.4 IEEE17三、泛在网环境下移动性管理需求分析183.1泛在网环境下的移动性场景183.2 泛在网环境下对移动性管理产生的新的需求19四、泛在网环境下移动性管理涉及的关键技术244.1 群组移动性244.2 弱移动性254.3移动性管理优化284.4 多接口多模终端的移动性管理284.5 跨域移动性284.6子网移动284.7异构网络移动性324.8 自组织网络的移动性管理324.9 扁平化网络的移动性管理334.10 D2D场景下的移动性管理37五、泛在网环境下移动性管理标准化需求分析和建议395.1 概述395.2 泛在网络移动性管理关键技术标准化建议39泛在网环境下的移动性管理技术研究一、概述移动性管理技术是移动通信和移动计算中重要问题之一。3GPP、IETF、ITU-T、IEEE等诸多国际标准化组织都将移动性管理作为非常重要的一个方面进行研究。但是泛在网络环境下，由于泛在网的新场景、新特性和新需求，现有的移动性管理技术不能很好的适应泛在网络的特殊需求。从感知延伸层来看，在存储和计算资源受限的物联网终端上，由于对标准的TCP/IP协议栈进行了轻量化的精简，导致其并不能支持已有的移动性管理协议；物联网终端的移动性频度和通信模式也与传统的移动终端具有较大差别；海量终端、低移动性终端、群移动终端等新的场景，也需要对已有移动性管理协议进行优化或是设计新的移动性管理协议。从网络层来看，感知延伸网与传统的移动通信网、互联网及行业专网也有互相融合的趋势。例如，在移动通信终端上集成了传感节点的泛在网络终端或泛在网网关正在出现。移动性管理对接入网、核心网的影响，异构融合网络的移动性管理，多接口多模终端的移动性管理支持也成为重要的研究课题。从应用层来看，应用与接入技术无关、业务的连续性是泛在网业务的共同需求。例如，对移动的病人的不间断监护、大型交通工具的调度及管理、多媒体通信时多种媒体流的平滑迁移等需要移动性管理支持。总之，泛在网络中的移动性管理并非一项独立的技术，涉及终端、网络、业务等各个层面，并与无线资源管理、无线接入控制、会话控制等其他技术密切相关，相互交织。移动性管理技术对支持泛在异构网络的融合、保证业务层面的连续性、提供平滑无缝的用户体验具有重要意义。二、移动性管理相关研究情况2.1 移动性管理技术概述移动性管理技术的研究背景经历了由移动通信网络到互联网、到异构融合网络、再到泛在网络的演进。其中，各接入网络的关系从独立到融合再到协同，终端形态也从单模终端到多模终端再到协同终端，相应地，移动性管理技术更加丰富多样。本节将泛在网络分为信息通信网和传感器网络两部分，分别介绍相关的移动性管理技术和协议。2.1.1 信息通信网的移动性管理本节按照其所属的协议层次，分别简要介绍现有的典型移动性管理技术。（1）链路层移动性管理链路层能够提供且只限于提供IP子网范围内的移动性，如果没有其他的移动性方案进行配合，用户无法从一个IP子网移动至另一个IP子网。蜂窝移动通信网内的移动性管理、WLAN网络内部的移动性管理，都是由链路层技术实现的。蜂窝移动通信网的移动性管理是链路层移动性管理技术的典型代表。其中，根据用户位置的不同，分为归属网络和拜访网络，采用两层位置数据库结构，实现位置信息的管理，移动台（SIM 卡）中也存储与移动用户相关的位置信息。能够支持多种切换类型，例如，根据切换发生的原因，切换类型包括：救援切换、边缘切换、业务量切换；根据切换过程中是否先断开信道，切换类型包括：硬切换（Hard handoff）、软切换（soft handoff）和更软切换（softer handoff）。（2）网络层移动性管理传统IP协议是面向固定网络设计的，常常假设一台主机有一个固定的IP地址，这个IP地址即作为这台主机的标识。但严格意义上讲，IP地址是标识一个使用IP协议进行通信的网络接口，也即标识这台主机网络接入点的位置。当主机在不同的接入网络间移动时，它的IP地址已经不能正确标识其当前网络接入点的位置，发送给该主机的IP分组不能被正确转发。网络层移动性管理技术正式针对上述问题，提供独立于下层协议和物理传输介质的终端移动性和网络移动性。根据移动性涉及的范围，网络层移动性管理技术分为支持宏移动性和微移动性两大类。支持宏移动性的协议以移动IP协议（MIPv4/MIPv6）为典型代表，支持微移动性的协议包括MIP的扩展协议MIP-RR、HMIPv6以及PMIPv6、HAWAII、CIP等。从技术思想上，网络层的移动性管理方案可分为基于主机和基于网络两类，移动IP协议（MIPv4/MIPv6）和代理移动IP协议（PMIPv6）分别是其典型代表。它们的基础协议能够提供终端移动性支持，随着前述的研究背景演进，近年来扩展了对网络移动性、流移动性的支持。另外，也有大量研究致力于优化网络层的切换性能，如：降低切换时延的快速切换和降低切换过程中丢包的平滑切换。（3）传输层移动性管理通常情况下，采用四元组形式唯一地标识一个TCP连接，即。当移动节点因移动改变了网络接入点，获得了新的IP地址，已有的TCP连接就将被断开。传输层的移动性管理技术，就是要使移动节点在移动过程中IP地址发生改变的情况下，仍然能够使用已有的连接，而不需要与通信对端重新建立连接。基于上述出发点，提出了很多不同的传输层移动性管理机制，提供不依赖于网络基础设施的、端到端的移动性支持。根据不同的移动性支持方法和功能，传输层移动性管理技术可以分为四类：（1）基于网关的传输层移动性机制：在移动节点和通信对端之间插入一个网关节点，原有的连接就被拆分成两部分，利用这种拆分实现对移动性的支持。例如，MSOCKS、I-TCP、M-TCP等。（2）连接迁移协议：通过提供传输层的连接迁移机制实现对移动性的支持。例如：Freeze-TCP、TCP-R等。（3）传输层切换协议：只支持传输层的切换但没有位置管理功能。例如：mSCTP、R2CP等。（4）完整的传输层移动性管理技术：兼有位置管理、连接迁移和切换控制功能。例如：TCP-Migrate、SIGMA等。传输层移动性管理的典型技术是mSCTP（mobile SCTP）协议，它是带有动态地址重配置扩展的流控制传输协议（SCTP，Stream Control Transport Protocol协议。mSCTP因其多家乡性和动态地址重配置特性，在传输层实现端到端的移动性支持。多家乡性是指mSCTP端点可以有多个IP地址，mSCTP选择其中一个地址为主地址，用于当前的数据传输。动态地址重配置特性，是指在关联建立以后仍具有动态增加、删除地址和修改主地址的能力。在移动节点的移动过程中，先将新获得的IP地址添加到地址列表中，作为备用地址；随着进一步的移动将该地址改为主地址；之后，动态删除不可用的旧地址，从而实现无缝切换。后来，mSCTP也被扩展支持多连接特性，也即实现多条可用路径的并行数据传输。（4） 应用层移动性管理应用层技术除了支持终端移动性外，还具有一定的个人移动性、会话移动性和业务移动性支持。在应用层进行移动性管理，可以屏蔽底层的接入网络差异，能够提供更好地高层移动性支持，能够根据业务的需求变化部署所需要的服务，而不需要对网络基础设施进行改变，从而具备了很大的灵活性以及扩展性。SIP（Session Initiation Protocol）协议是应用层支持移动性的典型协议，对终端移动性、会话移动、个人移动性、业务移动性等各种移动性目标均有支持。SIP支持的终端移动性指的是允许一个SIP移动终端设备可以在不同的IP子网之间移动，分为呼叫建立前的移动性和呼叫过程中的移动性两种场景，前者由基于re-INVITE消息的SIP切换实现，后者由基于注册服务器的重定向实现。SIP支持的个人移动性是指允许用同一个逻辑地址通过不同的终端访问到某个用户。SIP支持的业务移动性是指允许用户使用不同的SIP终端，通过不同类型的网络，或不同运营商的网络，根据用户的唯一身份标识，获得某种网络服务2.1.2 自组织网络移动性管理自组织网络原来只是特指无线自组织网络（Ad hoc网络），广义的自组织网络包含其他具有明显自组织特性的网络，如P2P网络。自组织网络不需要网络基础设施，具有如下特点：网络拓扑结构动态变化；无严格的控制中心，网络中各节点即是终端也是路由器；多跳组网，当自组网中的节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，进行通信时，需要通过中间节点的多跳转发；有限的传输带宽；节点的资源有限，需要考虑节能机制；临时组建，安全性较差等。自组织网络的移动性管理与其网络结构、网络规模以及是否与其他网络（蜂窝、Internet等）交叉融合密切相关。自组织网络的网络结构可分为平面结构和分级结构两大类。在平面结构中，所有节点在网络中的地位和功能都是平等相同的，因此又被称为对等式结构。在平面结构中，所有的节点地位平等，而且通信范围相对较小，实现起来会比较容易，成本也会相对比较低。但在节点数目很多，当有大量节点移动的情况下，平面网络结构具有控制开销大、路由经常中断等缺点。而在分层结构中，网络被划分成一到多个簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，这些簇头形成了高一级的网络，并且负责簇间数据的转发。分层结构，由于簇成员的功能简单，不需要维护复杂的路由信息，大大减少了网络中路由控制信息的数量，并且网络规模不受限制，具有很好的扩充性。但由于分层结构导致了网络复杂化，且簇间的信息都要经过簇头，不一定是最佳路径，可能增加报文的延迟，并且集中转发点的簇头可能成为网络的瓶颈。当网络规模较小采用平面式的组网方式时，一般把移动性管理和路由协议、拓扑管理以及组网算法结合起来。查询某个目的用户直接通过路由表或者发起路由查询请求来完成，而用户位置的更改则直接反映到路由表和路由的改变，这种方式关注节点的位置管理而不是切换管理，而且不适合扩展。现有自组织网络路由协议可分为先应式和反应式两种。先应式路由协议典型代表有DSDV（destination sequence distance vector routing protocols）、CGSR（group Capitel off switch routing protocol）、WRP（Wireless Routing Protocol）、FSR（Fisheye State Routing Protocol）、HSR（Hierarchical State Routing protocol）等；反应式路由协议典型代表有AODV（Ad hoc networks on-demand distance vector routing protocols）、DSR（Dynamic Source RoutingProtocol）、TORA（Temporary Ordered Routing Algorithm）、ABR（Associativity Based RoutingProtocol）、SSR（Signal Stability-Based Adaptive Routing protocol）等。当网络规模较大时，一般采取对节点进行分簇的办法，分群的目的是把大网络分成几个规模较小的网络，方便网络的管理，这样对群内的用户管理可以通过簇首来完成，实现一种近似的有中心的管理，只不过这个中心是随着网络的拓扑变化而动态变化的。分级后网络被分成了相对独立的群，每个群都有控制中心。很多基于有中心的技术都可以在分级的网络中使用。基于有中心控制的路由、移动性管理、网络管理技术也可以移植到自组织网络中来。与其他网络的交叉融合是自组织网络的应用趋势，这种趋势要求自组织网络的移动性管理结合传统有网络基础设施的网络的移动性管理。目前自组织网络的应用范围包括公共移动通信系统、传感器网络、车辆之间的自组织通信、WLAN、蓝牙以及在Internet框架下的移动自组织网络。2.2 主要标准化组织移动性管理研究概述2.2.1 3GPP2.2.1.1 3GPP网络接入和非3GPP网络接入的融合架构3GPP在EPC架构中定义了3GPP网络接入和非3GPP网络接入的融合架构，主要规范在3GPP TS23.402中进行定义。融合架构中，支持终端在3GPP网络和非3GPP网络之间的移动性管理。如下图所示，非3GPP网络可以分为可信的非3GPP接入（Trusted No-3GPP IP Access）和不可信的非3GPP接入（Untrusted Non-3GPP IP Access）。可信的的非3GPP网络通过S2a接口接入EPC网络中，S2a接口可以基于PMIP或GTP协议。非可信的非3GPP网络首先通过ePDG接入到EPC网络，终端和ePDG之间通过IPSec进行保护。ePDG通过S2b接口与EPC网络连接来支持到3GPP网络的移动性管理，S2b接口使用PMIP协议。非可信的非3GPP网络还可以通过S2c接口与EPC网络连接来支持移动性管理，S2c接口使用DSMIPv6协议。图1 3GPP网络接入和非3GPP网络接入的融合架构2.2.1.2 面向低移动性的移动性管理优化未来MTC终端的数量与现有传统终端相比，将呈数量级的增长。虽然这些终端可能相对静止同时产生的业务数据流量也比较小，但每个终端却产生与传统终端几乎相同的信令数量，因此，当将来大量的MTC终端与网络进行信令交互时，势必会对网络产生巨大的冲击，致使网络产生过载和拥塞。为了应对这一变化，随着物联网的发展，弱移动性MTC终端对网络产生新的需求，3GPP提出针对弱移动性管理的方案，解决弱移动性设备的移动性管理过于复杂的问题，如简化相应的移动性管理流程，如附着、去附着、安全，位置区管理、空闲态寻呼和连接态切换等。3GPP SA2在SA1对MTC优化需求研究和标准化的基础上，在2009年9月SA #45全会启动了R10阶段SI项目Network Improvements for Machine-Type Communications (NIMTC)来深入研究MTC通信对3GPP网络的影响及网络实现MTC通信的优化方案。为了对弱移动性设备的移动性管理进行优化，3GPP在TR23.888中在以下几个方面提出相应解决方案：l 在配置区域内寻呼l 逐步寻呼l 在报告区域内寻呼优化的周期性 LAU/RAU/TAU 信令2.2.2 IETF移动IP(MIP)是IETF提出的网络层移动性系列标准。MIP在IP 网络中支持节点移动的技术，基本协议包括MIPv4和MIPv6，移动节点(MN)改变接入点时，不必改变其IP 地址，仍能实现通信，即实现了跨越不同网段的漫游功能。在MIP体系中，引入四种功能实体：移动节点MN（Mobile Node）、家乡代理HA（Home Agent）、外地代理FA（Foreign Agent）、通信节点CN（Correspondent Node）。其中MN为移动终端；HA位于家乡网络，负责记录MN的当前位置，并将发往MN的数据转发至MN的当前位置；FA位于外地网络，为MN提供路由服务、并向移动节点的HA注册其新的接入点。FA和HA合称移动代理(MA， Mobile Agent)。FA是MIPv4中特有的结构实体，MIPv6体系没有FA；CN为与MN通信的对端节点。在MIP中还引入了一些新的术语，主要包括转交地址、隧道、代理公告、注册、移动绑定等。这里仅对最重要的两个概念进行阐述。注册(Registration)：移动节点访问外地子网时，向其家乡代理登记其在外地子网获得的COA的过程；移动绑定 (MobilityBinding)：反映移动节点的家乡地址与其当前的CoA之间的对应关系的表项，还包括其生存时间 (Lifetime)等。除了基本协议，IETF在IP移动性管理方面的研究包含移动信令优化、子网移动性、基于网络的本地移动性、移动自组织网络、安全和管理等其它方面。研究成果按技术方向总结如下：1)MIPv4MIPv4的成果涵盖了IPv4网络中支持节点移动性研究的主要方向，具体内容包括:移动IPv4协议的标准化及修订(RFC3344，RFC5944)；移动IPv4协议的管理信息库，移动IPv4中的低时延切换(RFC4881)和快速切换(RFC4988)，以及区域位置注册(RFC4857)；移动IPv4支持VPN（RFC4093）等等。一些关注移动IPv4协议优化、扩展、安全性，支持AAA服务，以及部署等方面问题的草案也正在讨论之中。2 ) MIPv6MIPv6（RFC3775）每个MN都设置有一个固定的家乡地址HoA，这个地址与其当前接入互联网的位置无关。当移动节点在家乡链路时，其工作方式如同位置固定的主机，移动IPv6 不需要进行任何特别的操作。移动节点在外地网络获得转交地址后，需要向家乡代理申请注册，为移动节点的家乡地址HoA和转交地址CoA在家乡代理上建立绑定，使得家乡代理能够把只知道其家乡地址的节点发来分组转发到移动节点的当前位置，其中被绑定的转交地址称为主转交地址。MIPv6是建立在移动IPv4的基础上实现对节点移动性的支持，在新功能和新服务方面提供更大的灵活性。MIPv6的研究以增强移动IPv6协议的移动性支持能力为目标，解决移动IPv6协议制定和测试中出现的问题。除了基本协议，MIPv6的研究内容包括：对家乡链路重编号、家乡代理发现、路由优化等工作的进一步细化：提出增强IPv6基本移动性的技术，如改进家乡代理的可靠性，带有安全机制的路由优化等；探索在防火墙，组播路由等环境中移动IPv6的应用问题；以及移动IPv6协议安全性的扩展，支持AAA服务等等。3 ) MIPv6移动信令优化移动心灵优化的目标是要降低协议信令开销，优化切换性能，减小移动节点切换时延，降低分组丢失等。该技术方向的成果包括:n 层次型移动IPv6 ( HMIPv6 )HMIPv6协议（RFC5380）通过引入一个新的网络功能实体移动锚节点(MAP. Mobility Anchor Point)实现了对外地接入网络内部的区域管理。MAP的功能类似于一个外地区域家乡代理，相对于HA隐藏了移动节点在外地接入网络内部移动的情况，减少了网络中的注册信令负荷，改善了移动节点的切换性能。n 移动IPv6快速切换(FMIPv6)FMIPv6协议（RFC5268）中，通过链路层检测移动节点的运动，并通过预配置移动节点将要到达网络的相关信息，减小移动节点的切换时延和数据包丢失率，提高移动IP协议性能。此外，该工作组还进一步给出了无线局域网中部署移动IPv6快速切换机制的建议。 4 ) 子网移动性子网移动性（NEMO，RFC3963）主要研究对网络移动性的移动性管理问题。通常可移动的网络是边缘网络，不负责为其他网络转发流量，通过移动路由器(MR, Mobile Router)连接到互联网，并作为一个相对稳定的整体随着移动路由器的移动改变网络接入位置。NEMO基本协议实质是对MIPv6协议的扩展，将MR下节点的移动性管理功能集中在MR上，通过MR在HA处注册网络前缀信息、HOA及COA，每个MR与其HA建立双向隧道，所有进出NEMO移动网络的数据都经过隧道进行传输，MR下节点发出的数据在MR处封装，发往MR的数据在HA处封装。NEMO的研究是基于具有基础支撑网络的体系结构，而对于类似自组织网络中的路由问题并不涉及。NEMO工作组要求解决方案应尽可能的对网络内部节点保持透明，目前已提出了采用移动路由器与家乡代理之间双向隧道方式，扩展移动IPv6协议支持网络移动的基本方案，进一步优化的研究还有待开展。对于IPv4网络中支持移动网络的研究也已经开始。5 ) 基于网络的本地移动性基于网络的本地移动性（Network-based Localized Mobility Management,NETLMM）研究和定义移动终端在接入网中移动时降低终端复杂性到最小的协议,并遵循如下框架：骨干网中的移动管理锚点维持着移动节点的路由信息，该路由指向移动节点目前依附的接入路由器，发往移动节点以及移动节点发出的包都要经过该锚点。当一个移动节点从一个接入路由器移动到另一个时，接入路由器会向锚点发送一个路由更新。移动节点只需要拥有一般的移动性功能（如移动检测）将自己的移动告知接入路由器，不需要参与本地移动性管理。基于网络的本地移动性管理协议独立于任何特定的广域移动性管理协议。主要成果：PIMPv6（RFC5213）,PMIPv6 MAG-MN接口，PMIPv6的IPv4支持(RFC5844)，MIPv6和PMIPv6的互操作，PMIPv6安全和管理相关(RFC4832)。NETLMM关注的是为接入网内的移动节点提供IP连通性和可达性。NETLMM工作模式不需要为移动节点提供本地移动性管理支持，独立于全局移动性管理协议。结果就是主机在一个有限区域的接入网内不需要改变其IP地址。然而当移动节点在不同的NETLMM接入网间移动时需要全局移动性管理协议支持全局移动性。此外，IETF正在研究基于PMIPv6的增强，包括本地化路由、批量刷新绑定时间、LMA重定向、逻辑接口和流移动性、PMIPv6的RADIUS扩展等。此类研究限定在网络侧，不会改变主机侧的IP协议栈相关操作。目前，除RFC6279(PMIPv6本地化路由问题阐述)外，其它讨论均处于draft阶段。6）移动自组织网络IETF的MANET(Mobile Ad hoc Network)工作组致力于研究开发在因特网框架下的移动自组织网络技术规范，推动这些技术成为因特网标准。这个工作组在之前的工作中开展了广泛的研究，探讨了适合自组网的路由和性能，完成了一批移动自组织网络的路由、消息格式、性能等方面的协议。7）其它IETF同时关注其它相关问题，如HIP工作组关注身份位置分离技术， multimob（Multicast Mobility）工作组关注组播移动性、Hokey（Handover Keying）工作组关注切换密钥管理。以下几个RFC与移动IPv6的安全和管理有关。 RFC 4285移动IPv6认证协议 RFC 4295移动IPv6管理信息库 RFC 4283移动IPv6(MIPv6)的移动节点识别选项 RFC 4877 移动IPv6 IKEv2运行和修订IPsec架构全局移动性和本地移动性的互操作、多接口及流移动性、分布式移动性管理是IETF的研究热点。值得一提的是， IETF正在开展分布式移动性管理（DMM ：Distributed Mobility Management）研究工作，通过将移动性锚点分布、动态地部署到距离用户更近的网关位置来提供更优化的移动性管理，以支持并引领下一代移动性管理技术的演进方向。DMM 一方面提供分布式的移动性锚点支持，对分布式部署锚点的路由等进行优化；另一方面提供更加智能的移动性管理，只为需要移动性管理的终端和用户业务提供动态的移动性管理支持。最终的目标是保证移动互联网和用户的距离不要太远。另外IETF还针对传输层移动性和应用层移动性进行研究和标准化，传输层如SCTP、应用层如SIP。2.2.3 ITU-TITU-T 移动性管理相关的研究由Q22/13负责，并且已经发布的多个移动性管理相关建议。1）移动性场景分类（注：参考Q.1706/Y.2801）n 分类方式一根据移动对象来分类，如下表所示： 表1 移动性场景分类，根据移动对象分类移动性类别说明终端移动性同一个终端设备移动，网络识别和定位那个终端的能力网络移动性由一套固定的或移动的节点互相组网的网络，依靠网络本身的移动，它作为一个单元改变它连接到相应网络的点的能力个人移动性在不同的地点，用户改变用于网络接入的终端的那些场景下的移动性业务移动性为特定的业务所应用的移动性，即移动体使用特殊（签约）业务的能力，它与用户的位置及为那个应用所使用的终端无关n 分类方式二根据业务连续性来分类，如下图所示：图2 移动性场景分类，根据业务连续性分类业务连续性：移动体在当时的状态下，如用户的网络环境和业务的会话状态下，保持正在进行中的业务的能力。包括无缝切换和切换。其中 无缝切换：它是在业务连续性的前提下的一个移动性的特殊情况，因为它保留了给移动体移动期间和移动以后提供业务的能力，对它们的业务级协议没有任何影响。 切换：给移动体移动期间和移动以后提供业务的能力，但对它们的业务级协议有某些影响。业务不连续性：提供业务的能力与移动体的环境改变无关，但是，不能保持正在进行中的业务。包括游牧性和便携性。 游牧性：用户在移动状态下改变它们的网络接入点的能力。当改变网络接入点时，用户的业务会话完全停止，然后再重新开始，即业务没有连续性或没有使用切换。假设正常的使用模式是用户在连接到不同的接入点以前，先切断它们的业务会话。 便携性：当用户从一个地点移动到另一地点时，将用户标识符或地址分配给不同系统的能力。n 分类方式三根据移动范围可以将泛在网移动场景分成以下几类： 1）场景一：不同广域网间的移动性通常这种移动性总是伴随着两个接入网间的移动性管理问题，另外，不同广域网间的移动性管理还必须处理不同移动终端在不同的核心网上进行切换的移动性管理问题，会涉及到网络与网络间的接口，通常包括不同广域网间用户的授权和服务的协商。2）场景二：接入网间的移动性包括同一类型接入网间的移动性管理、不同类型接入网间的移动性管理。3）场景三：接入网内的移动性终端在接入网内部移动时的移动性管理。4）场景四：延伸网内的移动性泛在网将出现多种类型的感知延伸网，如传感器网络、车载网络、家庭网络等，当泛在网终端或端节点的移动范畴局限在延伸网内部时，涉及的移动性管理和移动性优化问题。2）移动性管理框架（注：参考Y.2018、Y.2760、Q.1707/Y.2804、Y.SMF ）ITU-T将移动性管理研究基于NGN展开，具体移动性管理框架分成两个层面展开研究，一是在传送层面实现的移动性管理，一是在业务层面实现的移动性管理。n 传送层面移动性管理框架传送层面移动性管理框架如下图所示，传送平面移动性管理控制框架是针对终端在不同接入网（AN之间移动时的移动性管理机制）。图3 ITU-T传送平面移动性管理控制框架主要功能模块是MMCF（移动性管理控制架构），MMCF包含两个功能实体，即MLM-FE（移动位置管理功能实体）、HCF（切换控制功能）。其中MLM-FE在基于网络的移动性情况下，负责代替UE发起位置注册；在基于主机的移动性情况下，管理分配给UE的永久IP地址和临时地址之间的绑定；或者在基于网络的移动性情况下，管理分配给UE的永久IP地址和隧道低端地址（lower tunnel end point）之间的绑定。HCF提供切换控制，并提供保证会话连续性，提供切换控制，并在切换过程中提供必要的控制，如减少数据包丢失、降低切换时延等。n 业务层面移动性管理框架业务层面移动性管理框架如下图所示，该移动性管理框架是基于IMS的机制，移动性管理功能部件在会话控制功能实体和传送功能实体之间提供面向移动性的协作。移动性管理功能主要分为两部分，位置管理功能和切换控制功能，其中呼叫会话控制功能用于提供位置管理，包括接收和响应用户终端发起的位置注册，位置更新以及位置查询，并维护用户终端的位置信息。切换控制功能用于为NGN用户提供无缝的移动性，负责传送切换过程中业务层位置管理功能模块与传送层移动转发功能（MF）模块之间的信息。图4 ITU-T业务平面移动性管理控制框架注：其他规范都可以看作MMCF在互通、VPN、组播、P2P等特定场景下的实例化。2.2.4 IEEEIEEE 802工作组中与泛在网及移动性管理相关的工作组主要包括802.15.4及802.21。其中，802.15.4标准主要制定无线个域网的物理层和MAC层标准。其目标是为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10米左右的低速连接，主要应用于传感器网络。 IEEE 802.15.4网络根据应用的需要可以组织成星型网络，也可以组织成点对点网络。在星型结构中，所有设备都与中心设备PAN网络协调器通信。在这种网络中，网络协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星型网络适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。 与星型网不同，点对点网络只要彼此都在对方的无线辐射范围之内，任何两个设备之都可以直接通信。点对点网络中也需要网络协调器，负责实现管理链路状态信息，认证设备身份等功能。点对点网络模式可以支持ad hoc网络允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据。IEEE802.21工作组主要制定介质独立切换（Media Independent handover）的相关标准，其目标是在MAC层和IP层之间定义一个中间层，为上层移动性管理协议提供优化手段。802.21定义的服务包括介质独立事件服务（MIH Event Service）、介质独立切换命令服务（MIH Command Service）、介质独立切换信息服务（Information Service）。其中，介质独立事件服务定义了网络底层的一些事件信息，比如网络接口的启动与关闭，信号强度的变化等，并将这种事件信息发送给本地或者远端的MIH用户；介质独立命令服务则将上层MIH用户的控制命令传递给本地或者远端的网络底层进行执行；介质独立信息服务则为移动节点提供了某个地理位置的网络分布等信息以辅助终端进行网络发现和选择。三、泛在网环境下移动性管理需求分析3.1泛在网环境下的移动性场景泛在网环境下存在各种各样的移动性场景，本报告主要考虑和研究的移动性场景如下图所示，后续针对移动性场景的需求分析和关键技术研究主要结合了这些移动性场景。图5 泛在网环境下的移动性场景1）场景1： 核心网（CN）间的MM泛在网终端在移动过程中附着到不同核心网上所涉及的移动性管理问题，如：用户授权和服务协议的协商等。2）场景2： 接入网（AN）间的MM泛在网核心网内不同接入网间的移动性管理问题。接入网间的移动性管理可以进一步分为两种子类型：1）同一类型的AN间的移动性管理；2）不同类型的AN间的移动性管理。3）场景3：自组织网内的MM主要指泛在网内智能通信末梢节点以自组织方式组网，同时这些智能通信末梢节点发生移动情况下的移动性管理问题。4）场景4：终端转接下的MM主要指终端通过近距离方式接入到其他终端，借助其他终端进行数据包的转发。终端和转接终端可能都会发生移动，但应不影响心想你的传送，这种场景下的涉及到的移动性管理。5）场景5：多连接下的MM多模终端和网络之间可以同时建立起多个连接，在这种情况终端移动所涉及到的移动性管理问题。3.2 泛在网环境下对移动性管理产生的新的需求1）弱移动性和移动性管理优化相当数量的泛在网终端设备接入网络后位置是固定的，或者仅在很小的范围内移动。随着泛在网中物-物通信的出现，传感器网络与移动通信网络将紧密结合，形成分层移动M2M网络。这类终端处于泛在网架构的感知层延伸层，由于对移动性的需求比较低，可以把这类终端的移动性管理归结为弱移动性管理。对于具有低移动特性的MTC设备，典型的应用场景如下：不频繁移动，并且只是在小范围内移动，例如：家庭健康检测器。不频繁移动，但是可能在大范围内移动，例如：移动售货机一般情况下不移动，例如：固定地点的水表。弱移动性管理需求：A） 采用移动通信技术的终端，优化其移动性管理相关的信令已达到降低通信开销的目标。B） 动态的定义较长的周期性位置更新时间以降低信令开销。C） 弱移动性泛在网终端设备位置相对固定，可以通过动态配置寻呼区域来优化泛在网设备终接的连接过程，解决弱移动性设备的移动性管理过于复杂的问题。2）子网移动性管理随着多模移动终端的发展以及各种形态延伸网的出现和发展，用户接入网络的终端形态也发生了变化，如车载网中的终端群、部署于移动实体上的无线传感器网络，而不再限于单个移动终端接入网络的方式。泛在网络环境下，由于各种延伸网络的接入（如汽车网、自组织网络），除了需要考虑用户终端或某个点的移动性之外，还需要考虑对移动子网的支持。移动子网是指泛在网的终端节点组成网络，作为一个整体进行移动，并且动态地改变其接入到网络的接入点。在子网移动的过程中，负责和外部网络进行互联的节点可能发生变化，与外部网络的附着点可能发生变化，网络内部的拓扑结构也可能发生变化。在这种场景下，若对每个设备分别进行移动性管理显然是非常复杂，因此需要将所有这些移动的终端看作一个整体，作为一个子网统一进行管理，同时针对移动子网的特点设计新型的网络移动性管理方案，可以节省无线资源，降低移动性管理协议带来的网络开销，提高网络的整体性能。泛在网络环境下移动子网具有如下特征：n 从移动子网导致的变化看，负责和外部网络进行互联的节点可能发生变化，与外部网络的附着点可能发生变化，网络内部的拓扑结构也可能发生变化；n 从移动子网涉及的终端范围看，可能是原有群整体移动，也可能是群中部分终端移动；n 从移动子网的触发原因来看，可能是终端物理位置变化引起的，可能是终端加入或退出引起的，还可能是网络的某种调度策略引起的。3）多连接情况下的移动性管理泛在网络环境下，除了传统移动场景下发生在不同接入下的业务切换，为了满足综合业务接入的需求，需要考虑如何组合各种接入能力，例如不同的业务流可以通过不同的接入技术同时传送到终端；相同业务流的不同部分也可以采用不同的接入技术同时传送给终端。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流寻找最合适的网络。通过对接入资源的充分利用，可以提供更好的QoS、提升资源的利用率、提高网络的可靠性。多连接技术通过对多个网络连接进行协同，来有效增加网络连接的可靠性、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和更灵活的用户体验。多连接技术可带来的优势包括：普适泛在接入，即终端一直保持在线状态；提升网络和业务服务的可靠性；实现网络传送资源的负载均衡；实现带宽聚合，可以为用户或应用提供更高的带宽；等。多连接下的移动性管理需要考虑移动下的多连接绑定、IP流的绑定和切换。多连接下的移动性管理需要识别属于同一移动终端的所有网络接口，记录每个接口的IP位置标识，将这多个IP位置标识同时与其用户标识进行绑定，以保证这多个网络接口同时可用。例如移动IPv6协议中，通过BID选项将多个转交地址与一个家乡地址进行绑定，此外，为了达到负载平和，还需要提供下行链路数据分发机制。多接口移动节点应具有将其IP数据流动态绑定到某一接口，并根据需要来在接口之间迁移数据流的能力。在主机移动过程中，垂直切换的力度由网络接口级的切换转变成为数据流级的切换，为不同的数据流选择各自最为合适的网络接口来进行路由，实现基于数据流的链接控制。4）泛在网络环境下异构网络移动性管理异构移动性管理是为了让用户无论在任何地方、使用任何终端、在任何状态下都能感受到网络提供的一致性的和统一性的服务。异构无线网络的整合具有强大的技术推动力和商业驱动力。从技术角度看，即从“不同的无线技术，不同的网络技术”向“不同的无线技术，相同的网络技术”发展，无线泛在网的目标之一就是整合不同网络的资源。从商业价值的角度看，异构网络的整合有利于不同网络之间的协作互补。用户在移动过程中可能需要不同异构网络之间协作提供对移动性的支持，如泛在延伸网和延伸网之间、泛在延伸网和核心网之间、接入网内部不同接入方式之间，不同接入网之间、接入网和核心网之间、核心网和核心网之间。异构网络类型的多样性、移动性场景的多样性、网络移动性管理机制的多样性，增加了泛在网环境下移动性管理的复杂性。泛在网的异构移动性管理应和具体的传送技术无关，这样移动管理控制功能可以构建在各种接入技术或传送网络之上，更具有通用性和普适性。异构移动性管理主要包括位置管理功能、切换控制。随着终端、网络和业务应用的IP化，现在针对异构移动性管理的研究热点基本上集中在基于IP技术的移动性管理。同时移动性管理能力通常和具体的网络相结合，作为网络提供无缝服务的能力增强，所以不同的标准组织和机构通常从不同的网络出发，对移动性管理进行研究，但面向跨接入网移动性管理的研究的目标和方向都是如何实现与具体接入方式无关的移动性管理，另外通用性的移动性管理框架也是研究方向之一。5）自组织网络移动性管理各种无基础设施网络的广泛应用也带来了移动性管理中新的研究内容。无基础设施的无线通信网络中，除了移动节点本身，没有任何基础设施，常见的技术包括移动ad hoc 网络以及以之为基础的无线传感器网络等。它们都具有无中心、网络拓扑动态变化和自组织的特性，移动节点的这种对等性给移动性管理提出了新的挑战：由于缺乏集中式实体，现有的一些成熟的、但依赖于集中式实体的移动性管理技术都不适用。需要考虑一些特殊需求，如：面向移动ad hoc网络节点的位置管理、对高速变化的网络拓扑具有快速反应能力、自适应能力的拓扑管理等。同时还需要考虑传感器节点的能量受限特性。同时，这些无基础设施网络还将与其他网络相结合，如移动传感器网络与IPv6 网络、蜂窝网络、WLAN 的结合等，这又对现有的移动性管理技术提出了新的挑战。下图给出了泛在网移动性场景示例，也是本报告的研究重点和主要范畴，本报告将侧重研究泛在网络环境下网络层和感知延伸层涉及的移动性管理问题。图6 泛在网移动性管理研究侧重点6）扁平化网络的移动性管理移动通信网是泛在网络的重要组成部分，移动通信网为泛在网提供了移动条件下随时随地接入网络的能力。随着互联网的快速发展，移动通信网与互联网逐渐融合，形成移动互联网，移动网络与互联网的界限逐渐模糊。从移动通信网的网络架构发展演进来看，移动网络架构正向着扁平化的方向演进。在2G/GPRS时代，终端要连接网络需要经过BTS、BSC、SGSN、GGSN四层；在LTE时代，终端只需要经过eNB、SGW、PGW三个层次即可连接网络。图 7 移动网络架构演进现有的移动性管理协议的共同特点是都需要一个移动性管理锚点，所有的流量都要经由移动性管理锚点进行转发，这种架构导致了如下几个问题：（1） 流量迂回所有的流量都需要流经网络中的移动性管理锚点，而移动性管理锚点通常位于网络中较高的层次位置，而用户访问的内容有肯能位于网络的边缘，例如：CDN、Cache的广泛部署导致内容源越来越接近用户和网络边缘。如果所有的流量都流经集中锚点，路由的迂回不但会给运营商的传输网络造成压力和浪费，也会影增加网络访问时延从而影响用户体验。（2） 锚点静态，缺乏优化现有的移动性管理协议中，锚点的分配通常在网络的接入过程中完成，一旦网络为终端分配了一个锚点，则通常在会话过程中不会发生变化。而且对所有的业务网络都提供了移动性管理的支持。然而，在现有的移动互联网业务中，很大一部分业务都是无需网络提供移动性管理支持的。比如，基于浏览器的业务占据了现阶段移动互联网业务的很大比例，一般基于浏览器的业务在发生网络切换时可以通过刷新浏览器来