高雨-博士开题报告(最终版)

SUPANET的移动性管理问题研究,专业：计算机应用技术指导老师：曾华燊博生研究生：高雨,2020/6/13,2,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,报告内容,课题研究意义及国内外研究现状,2,课题研究目标、研究内容及拟解决的关键问题,3,研究方法、技术路线、试验方案及其可行性研究,4,课题创新性,5,计划进度、预期进展和预期成果,6,2020/6/13,3,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究背景,2020/6/13,4,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究背景,SUPANET的提出,为了解决现有Internet面临的“高速交换、服务质量保障、网络安全和移动性问题的挑战”，四川省网络通信技术重点实验室针对OSI/RM和Internet体系结构存在的不足，为了进一步发挥“带外信令”思想的优势，提出了“单层用户数据交换平台体系结构”（Single-layerUser-dataswitchingPlatformArchitecture，SUPA）。,2020/6/13,5,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究背景,针对下一代网络的BSF-OES策略,在解决从现有的Internet向下一代Internet平滑过渡问题上，实验室提出了“首先以SUPA体系结构为基础建立能够应对上述挑战的Internet骨干通信子网，把现有各类网络视为接入网络，保持与现有网络，特别是Internet的互联互通性，待各类技术成熟后在逐步向用户端延伸”的BSF-OES（BackboneSubstrateFirst,OutwardsExpansionSecond）策略。,2020/6/13,6,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究背景,SUPANET的研究阶段,第一阶段,第二阶段,第三阶段,用户数据交换平台以EFTS为核心技术。信控与管理平台沿用Internet的5层体系结构。信控与管理平台的相关技术和对外互联技术。,形成“1+4”层SUPA体系结构。定义新的EPF帧结构及相关接口（UNI、NNI）。研究以SUPA为骨干网的移动性问题和SUPA安全性问题。,完善SUPA和EPFTS在高速交换、服务质量保障、安全性和移动性方面的相关技术。形成最终的“1+3”层SUPA体系结构。,2020/6/13,7,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究背景,本博士论文的研究背景是四川省网络通信技术重点实验室有关SUPA的研究，具体研究对象是实验室有关SUPA研究工作中第二阶段：“以SUPA为骨干网的移动性问题研究”。,2020/6/13,8,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究意义及国内外研究现状,2020/6/13,9,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,SUPANET面临的挑战,移动性,NGN面临的挑战,安全性,高速交换,服务质量保障,下一代网络（NGN）面临的挑战,2020/6/13,10,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,SUPANET面临的挑战,下一代网络面临的移动性问题,2020/6/13,11,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,SUPANET面临的挑战,以SUPANET为骨干网所面临的移动性问题,2020/6/13,12,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,SUPANET面临的挑战,SUPANET+HWN,骨干网路径的切换,切换前后骨干网路径的QoS,骨干网切换控制与接入网切换控制的时序,与异质无线网络（HWN）互联,以SUPANET为骨干网所面临的移动性问题,2020/6/13,13,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究意义,针对SUPANET移动性问题的相关研究甚少。移动移动多媒体应用将成为未来的主要发展趋势，NGN的移动性问题也已成为学术界和工业界当前研究的热点。因此，研究SUPANET域内的移动性支持机制，以及SUPANET与Internet互联、与异质无线接入网络互联时的移动性管理问题，是完善SUPANET框架的重要组成部分。,2020/6/13,14,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究意义,本课题的研究意义就在于：首次针对SUPANET的特定技术环境，研究其域内的移动性支持机制，以及与Internet和异质接入网络互联时的移动接入问题，设计相关的切换控制流程，并通过仿真实验进行验证，从而填补SUPANET在移动性研究方面的空白，为SUPANET在未来移动应用环境下的相关研究工作做好铺垫。,2020/6/13,15,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,Internet中各层的移动性管理技术研究现状分析,网络层的移动性管理技术（移动IP）优点缺点传输层的移动性管理技术（mSCTP）优点缺点应用层的移动性管理技术（SIP）优点缺点,2020/6/13,16,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,Internet中各层的移动性管理技术研究现状分析,但这些解决方案都基于IP提供的无连接报文交换服务，不需要考虑骨干网路径更新问题。SUPANET以经过固定路径的虚通道来承载业务数据，在这种情况下，接入路由器的切换，将引起虚通道的切换问题以及新虚通道的服务质量保障问题。因此，需要研究SUPANET的虚通道切换机制，并且，该虚通道切换机制必须能够支持已有的主流移动性管理技术，以便保证SUPANET与各种网络互联时的移动性管理技术兼容性。,2020/6/13,17,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,面向连接的交换机制下的骨干网路径切换技术研究现状,基于MPLS的移动性研究，特别是LSP切换/更新研究一直是Internet中面向连接的交换机制下路径切换研究的热点。2003年，ITU-T定义了基于MPLS的移动IP服务标准（Y.1281）。基于MPLS的移动IP服务存在的问题：LSP重建增加切换时延MPLS和移动IP具有各自的信令,2020/6/13,18,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,面向连接的交换机制下的骨干网路径切换技术研究现状,人们从限制LSP重建范围、尽量重用旧LSP的角度出发，提出了许多改进方案，可分为两类：LSP扩展层次化的移动MPLS,LSP扩展,层次化的移动MPLS,2020/6/13,19,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,面向连接的交换机制下的骨干网路径切换技术研究现状,尽管人们对基于MPLS的移动IP方案进行了大量的改进，但仍存在以下固有问题：MPLS是2.5层的技术，虽然能对数据进行分类，但不能直接提供物理层QoS保障。如果将节点的业务通过前传等价类（FEC）映射到一个唯一对应的LSP，那么每次节点切换接入网络，都将引起LSP的重建。MIP和MPLS具有独立的信令来控制地址的注册和LSP的建立，切换时延将由两种信令流程的时延共同来决定。SUPANET使用EFPTS为核心交换技术，能提供物理层的QoS保障，较MPLS更能保证业务流的QoS需求。,2020/6/13,20,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,跨层切换控制技术研究现状分析,切换过程可能带来以下几个问题：由于额外的切换信令，引起切换时延。由于移动终端在切换过程中不能收发数据，从而导致对端节点发来的数据包被丢弃。新的接入网络或新的传输路径无法满足当前业务流的QoS要求。为了降低切换时延和切换过程中的丢包率，并提高切换后接入网络和骨干网路径的QoS保障，人们对各个层次的移动管理技术进行了大量改进。,2020/6/13,21,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,跨层切换控制技术研究现状分析,但在NGN网络环境下，切换控制可能涉及多个网络、多个网络层次，不能单单只优化一个层次上的切换效率，需要进行跨层优化与流程协调。一般情况下，当二层切换完成后，才发生三层切换，为了提高切换效率，有必要将两个层次的切换并行进行。这就需要三层切换功能实体感知二层切换是否发生或是否即将发生，从而提前开始三层切换。,2020/6/13,22,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,跨层切换控制技术研究现状分析,目前，IEEE802.21被广泛用于支持切换控制的跨层操作。,IEEE802.21中MIH的服务,2020/6/13,23,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,跨层切换控制技术研究现状分析,人们提出了基于IEEE802.21跨层框架，来支持异质接入网环境下的跨层切换并提高QoS。为了降低以移动IP为基础的移动性管理方案的切换时延，提高切换效率，一些研究工作分别将IEEE802.21与移动IPv6，层次移动IPv6和快速移动IPv6进行结合。,2020/6/13,24,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,国内外研究现状,跨层切换控制技术研究现状分析,由已有研究工作可见，利用跨层技术优化切换流程，有利于提高移动性管理的性能。但是，已有工作都以基于三层用户交换平台的IP网络为骨干网，不能直接应用到以SUPANET为骨干网的环境中。因此，有必要针对SUPANET提供的面向连接的虚通道服务，研究跨层的移动性管理技术对整个端到端的切换流程进行优化，并且利用虚通道的时槽预留功能，保证切换后骨干网路径的QoS。鉴于IEEE802.21提供了异质接入网络背景下的通用服务和接口，本课题将利用其提供的介质无关切换功能，为优化切换流程提供服务。,2020/6/13,25,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究目标、研究内容及拟解决的关键问题,2020/6/13,26,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究目标,本课题的研究目标是：在Internet移动业务接入SUPANET骨干网的背景下，针对SUPANET的特定技术特点，研究网络的移动性管理问题，设计相关解决方案，最终提出一套能够与现有移动性管理技术兼容并且能够保障业务流QoS的移动性管理框架。,2020/6/13,27,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究目标,具体的研究目标,目标三,2020/6/13,28,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究内容（一）,针对目标一，研究与现有Internet移动性管理技术兼容，并易于与Internet以及异质无线接入网络互联的SUPANET通用机制。思路：未来的网络必然是全IP网络，因此，从网络层上以IP为基础互联，是最简单的选择。并且，能够与基于IP地址的移动性管理协议无缝兼容。,2020/6/13,29,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究内容（一）,SUPANET的DDQP工作机制,RAF,AMVT,TimeslotNegotiation,ACF,SCF,TSRF,AR,CS,CS,UE,ServiceData,DataFlow,SUPANET,VirtualTunnel,ControlSignaling,DataFlow,Links,AMVT:AdjustableMulti-typeVirtualTunnel,RAF:ResourceAdjustmentFunction,ACF:AccessControlFunction,SCF:ServiceClassificationFunction,TSRF:TimeSlotRequestFunction,UE:UserEndAR:AccessRouterCS:CoreSwitch,ADFMF,ADFMF:ApplicationDataFlowMappingFunction,2020/6/13,30,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,拟解决的关键问题（一）,针对研究目标一，笔者已提出了SUPANET的DDQP机制的基本功能框架，但是，部分功能的技术细节还有待进一步完善。比如，AMVT的虚通道如何建立，RAF如何调整虚通道的时槽资源，ADFMF的映射方式研究，这些都是待解决的技术问题。其中，“ADFMF的映射方式”是关系着如何实现SUPANET骨干网与其它接入网互联，并与现有移动性管理技术兼容的关键问题，是本课题针对DDQP机制要研究的主要问题。,2020/6/13,31,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,拟解决的关键问题（一）,多粒度/混合的QoS保障机制（有状态和无状态两大类，单流与合流两大类）,2020/6/13,32,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究内容（二）,针对目标二，在DDQP机制下，分别研究SUPANET的有状态业务流和无状态业务流的虚通道切换技术。思路：外部给予切换请求消息，SUPANET域内进行独立的虚通道切换。,2020/6/13,33,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,拟解决的关键问题（二）,其中待解决的关键问题包括：设计专有的虚通道切换机制（类型、协议、信令流程）针对业务流类别，确定合适的虚通道切换方式（端到端切换？路径中转？部分更新？）。,整条更换,路径中转,部分更新,2020/6/13,34,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究内容（二）,针对目标二，研究现有Internet移动性管理技术与SUPANET虚通道切换技术的兼容问题。,SUPANET骨干网路径切换,移动IP,SIP,mSCTP,2020/6/13,35,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,拟解决的关键问题（二）,其中待解决的关键问题包括：根据现有移动性管理技术（移动IP，SIP）的功能架构，对SUPANET信控平面相关实体的进行扩展。设计现有移动性管理信令与SUPANET虚通道切换信令的映射、转换方案。移动IP无状态业务流的切换SIP有状态业务流的切换,2020/6/13,36,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究内容（二）,基于DDQP的移动IPv6和快速移动IPv6扩展,FMIPv6“先应”模式下的扩展,FMIPv6“反应”模式下的扩展,2020/6/13,37,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,课题研究内容（三）,针对目标三，研究SUPANET与异质无线接入网络互联环境下的跨层切换控制技术，优化垂直切换流程，降低切换时延，提高切换效率。,切换流程,2020/6/13,38,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,拟解决的关键问题（三）,针对研究目标三，研究SUPANET与异质无线接入网络互联的环境下跨层切换控制技术。其中待解决的关键问题包括：如何让移动节点提前获取骨干网的相关网络信息（地址、QoS能力等）。如何优化二层切换、接入路由器发现、网络选择、地址配置、时槽请求等流程的执行时序。,2020/6/13,39,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,研究方法、技术路线、试验方案及其可行性研究,2020/6/13,40,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,研究方法,针对研究目标一，拟采取理论研究与仿真验证相结合的研究方法。针对SUPANET作为骨干网与异质无线接入网络互联时面临的移动性问题，分析基于SUPANET特定技术环境下的路径切换与传统Internet路径切换之间的差异，分析现有Internet移动性管理技术，提出SUPANET的DDQP机制，并通过仿真实验搭建DDQP机制的基本功能模型，验证该机制的正确性。,2020/6/13,41,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,研究方法,针对研究目标二，拟采取以理论分析为辅，以仿真实验进行性能分析为主的研究方法。首先，通过分析现有的移动性管理技术（移动IP和SIP）的信令流程，设计DDQP虚通道切换技术与现有的移动性管理技术融合的具体方式和信令扩展。在此基础上，通过仿真实验分析端到端虚通道切换、虚通道中转、虚通道部分更新三种切换方式的切换性能和QoS保障能力，从而针对不同类型的业务流、不同类型的移动性管理技术，选择适合的虚通道切换方式。,2020/6/13,42,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,研究方法,针对研究目标三，拟采用理论分析结合仿真实验的研究方法。在针对以异质无线接入网络为背景的现有跨层切换控制技术的研究基础上，分析接入网部分的切换流程与SUPANET骨干网部分的切换流程，研究利用跨层信息和信令对端到端切换流程进行优化方式，并利用仿真实验验证流程优化的有效性。,2020/6/13,43,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,技术路线,针对SUPANET与其它网络互联的问题，原有研究成果采用了SUPANET与其他网络在信控平面和用户数据平面紧耦合的方式解决互联问题。在本课题的背景下，为了简化SUPANET作为骨干网与多种异质无线接入网络互联的方式，提供灵活性，并与传统移动性管理技术兼容，笔者提出了SUPANET的DDQP机制，在网络层进行业务流与虚通道的映射，来解决SUPANET与异质无线接入网络互联的问题。,2020/6/13,44,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,技术路线,针对移动节点切换接入网时引起的骨干网路径更新问题，由于SUPANET采用了面向连接的用户数据交换平台，并且业务流对骨干网路径有QoS要求，因此，骨干网的路径更新不能沿用传统Internet移动性管理技术的解决方案。本课题在提出的DDQP机制基础上，利用虚通道切换来解决骨干网的路径更新问题，并扩展现有Internet移动性管理技术的信令流程来解决虚通道的QoS保障问题。,2020/6/13,45,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,技术路线,本课题通过研究跨层的切换控制技术来解决移动节点在异质无线接入网络之间切换时产生的垂直切换问题。针对接入网切换和骨干网路径切换的优化问题，本课题利用IEEE802.21的MIHF作为基本的跨层信息交互平台，研究基于快速移动IPv6和SIP的切换控制流程优化方案。,2020/6/13,46,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,试验方案,本课题的试验方案采用以网络模拟软件进行协议建模、仿真为主的基本思路。网络模拟软件以OPNET10.0为为主。（1）针对研究目标一，笔者拟使用OPNET10.0对提出的DDQP机制进行基本功能建模，实现接入路由器之间通过虚通道进行数据交换，实现异质网络通过DDQP进行互联，验证DDQP基本功能的正确性。（2）针对研究目标二，笔者拟使用OPNET10.0对扩展后的移动IPv6协议和SIP进行基本功能建模，实现移动节点切换SUPANET接入路由器时的具有QoS的端到端虚通道切换方案和虚通道中转切换方案，并通过比较切换时延、丢包率、切换前后的数据传输时延、抖动等参数，对两种虚通道切换方案进行比较。（3）针对研究目标三，笔者拟使用OPNET10.0对IEEE802.21的MIHF进行基本功能建模，在移动节点和SUPANET路由器中分别配置MIHF模块，实现跨层信息交互。并对设计的切换控制流程优化进行仿真，比较优化前后的性能。,2020/6/13,47,基于SUPA骨干网的网络环境中移动性问题研究,可行性研究,技术可行性：本课题基于SUPANET相关技术基础上进行移动性研究，SUPANET已有很多研究成果，为本课题的研究提供了众多技术支持；国内外对无线通信网络和Internet的移动性管理研究较多，提出了一些相关协议和机制，这些成果可以作为本研究的基础；IEEE802.21的标准即将出台，移动IP和SIP的相关机制也较为成熟，为本课题提供了可行性支撑。方案可行性：NGN的移动性管理问题是当前国内外研究的热点，已有一些值得参考的功能框架；国内外针对MPLS的移动性研究可作为本课题的技术参考；本人经过两年多的研究，对其中的主要研究问题研究得比较清楚，并有了初步的解决方案。,2020/