[硕士论文精品]下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究

北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构两络中两络接口选择策略的研究下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究摘要下一代无线通信系统将集成多种不同的无线接入网络RADIOACCESSNETWORK,RAN，而且系统将提供浏览器、网上购物、音乐下载、网上银行、文件传输、数据库访问等多种在线业务，与此同时用户终端设备也向多模方向发展，互联网业务和传统的移动业务可以在同一台终端上实现。可以预测在这种环境下，用户将不再需要长期依赖于某一种接入网络，而是可以随时随地按照一定的标准或个人偏好来选择特定的RAN承载不同的业务。因此我们需要一种网络接口选择机制，随时随地针对各类用户当前的需求，为其应用选择一个经济实用的接入网络。目前提出的网络接口选择策略在对用户需求方面的支持上存在一定的局限性，如没有考虑到应用需求描述语义的不确定性以及用户在服务质量和花销的取舍态度存在不同的偏好等等。本文针对以上两个缺陷提出了智能网络接口选择系统。智能网络接口选择系统包括两个主要模块。其中基于应用的网络接口选择模块利用模糊控制原理解决了应用需求描述语义的不确定性问题，基于用户的网络接口选择模块利用基于效用函数和消费盈余的算法实现了对用户不同偏好的支持。通过仿真验证，此智能网络接口选择系统可以支持用户在服务质量和花销的取舍态度上的不同偏好。同时，与传统的“永远选择最便宜网络”策略相比，智能网络接口选择系统的网络接口选择效率要优越得多，并且随着文件大小的增大，这种优势越来越明显。关键词无线异构网络网络接口选择模糊逻辑效用函数消费盈余北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中舟络接选择策略的研究NETWORK矾TEREACESELECTIONSTRATEGIYINNEXTGENERATION丑ETEROGENEOUSWLRELESSENRONM匪NTABSTRACTFUTUREWIRELESSANDMOBILECOMMUNICATIONSWILLOFFERAWIDERANGEOFSERVICESAVAILABLETOUSERSANYWHEREATANYTIMEDEVELOPMENTINWIRELESSACCESSTECHNOLOGIESANDMULTIHOMEDPERSONALUSERDEVICESISDRIVINGTHEWAYTOWARDSAHETEROGENEOUSWIRELESSACCESSNETWORKENVIRONMENTTHEVISIONISTHATUSERSWILLNOTBETIEDDOWNTOALONGTERMCONTRACTWITHONESINGLEOPERATORANDWILLINSTEADBEABLETODYNAMICALLYCHOOSEACCESSPROVISIONWHICHCANBESTSERVICETHEIRPREFERENCESFORTHECURRENTAPPLICATIONTHEEVOLVINGCOMPETITIVEMARKETPLACEWILLPROVIDEACHOICEOFACCESSNETWORKSINANYGIVENLOCATION,EACHOFFERINGDIFFERENTNETWORKTECHNOLOGIESWITHVARYINGCHARACTERISTICSTOTRANSPORTTHEUSERSCOMMUNICATIONSAPPLICATIONTHEREFORETHEREISANEEDTOHAVEMECHANISMSTODECIDEWHICHNETWORKISTHEMOSTSUITABLEFOREACHUSERATEACHMOMENTFOREVERYAPPLICATIONTHATUSETREQUIRESTHECONTRIBUTIONSOFTHISPAPERAREASFOLLOWS【1】DESIGNEDANDDEVELOPEDATWOPHASEINTELLIGENTNETWORKINTERFACESELECTIONMODELWHYTHISMODELHASBEENDIVIDEDINTOTWOPHASESTHEREARETWOMAINREASONSFORTHAT1THEREQUIREMENTSCOMEFROMAPPLICATIONSARECOMPARATIVELYLESSSTABLETHANTHOSECOMINGFROMUSERS，SOITISBETTERTOHANDLETWOKINDSOFREQUIREMENTSDIFFERENTLYONSOMELEVEL2USERBASEDNETWORKINTERFACESELECTIONSTRATEGYISINEVITABLYTIMEANDRESOURCECOSUMING，INVIEWOFTHERESOURCELIMITATIONONMOBILEENDDEVICEANDTHEHANDOVERTIMEDELAYWHICHISADMIREDTOBESHORT，ITISWORTHYTOMAKEALLEFFORTTODECREASETHENUMBEROFTHECANDIDATENETWORKSWHICHWILLBETHEINPUTOFUSERBASEDNETWORKINTERFACESELECTION4北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中时络接RN选择策略的研究MODELSONETWORKSWHICHAFAILTOMEETTHEREQUIREMENTSFROMAPPLICATIONSA坞REJECTEDINPHASEONEINTHISWAY,THECOMPLEXITYOFTHESTRATEGYINPHASETWOWILLBEREDUCEDALOT【2】PROPOSEDAUTILITYBASEDSTRATEGYFORNETWORKSELECTIONINTHEMULTIACCESSNETWORKSCENARIOUTILITYFUNCTIONSAREEXAMINEDWHICHEXPLOREDIFFERENTUSERATTITUDESTODSKFORMONEYANDDELAYPREFERENCESRELATEDTOTHEIRCURRENTAPPLICATIONCSCONSUMERSURPLUSBASEDALGORITHMISUSEDTOSELECTTHEBESTAVAILABLENETWORKFORTRANSFERRINGNONREALTIMEDATA,WITHUSERSPECIFIEDTIMECONSTRAINSWHENCOMPAREDTOANACALWAYSCHEAPESTALGORITHM,SIMULATIONRESULTSSHOWSIGNIFICANTPERFORMANCEGAINFORTHECSBASEDALGORITHMINTRANSFERCOMPLETIONTIME【3】DISCUSSEDABOUTHOWTOAPPLYTHISINTELLIGENTNETWORKINTERFACESELECTIONMODELTOTHENETWORKSCENARIOWHICHISDEVELOPEDBYDAIDALOSPROJECTWORKPACKAGE2BYTAKINGADVANTAGEOFCARDPROTOCOLRFC4066CANDIDATEACCESSROUTERDISCOVERYKEYWORDSSOH，1呵FUZZYLOGICUTILITYFUNCTIONNETWORKINTERFACESELECTIONSTRATEGYCOSUMERSUPLUS独创性或创新性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。申请学位论本人签名处，本人承担一切相关责任。日期坞丛L一关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后遵守此规定保密论文注释本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注2淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中同络接口选择策略的研究第一章绪论11论文背景论文基于对下一代无线异构网络融合技术的研究。目标是研究高效的可升级的异构网络融合技术，以保障异构网络环境下的优质通信。这里的异构网络包括相同管理域内的固定网络和移动网络，有线网络和无线网络，均衡网络和非均衡网络，自组织的网络和有基础架构的网络。工作内容是以下一代无线异构网络实验场景及需求为依托。对现有的网络技术、网络协议以及网络架构进行调研和评估，分析实验场景的可实施性，并在移动性管理、服务质量、安全性以及路由技术方面，提出能够满足实验场景需求的解决方案。对移动性管理技术的研究【L】主要有以下几个方面发现切换目标、网络接口选择、优化水平切换和垂直切换策略、分页技术、性能管理、广播技术以及安全问题等。本文致力于网络接口选择这一课题。未来的无线移动通信网络将随时随地为用户提供广泛的业务。无线接入技术以及多模终端设备的发展促成了当今的异构无线网络环境。下一代无线通信系统将集成多种不同的无线接人网络RADIOACCESSNETWORK，RAN，如无线蜂窝通信系统，无线局域网，卫星通信网络，蓝牙，WIMAX等。同时系统将提供浏览器、网上购物、音乐下载、网上银行、文件传输、数据库访问等多种在线业务。与此同时用户终端设备也向多模方向发展，互联网业务和传统的移动业务可以在同一台终端上实现。【2】第L页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究S晰I糖I妇图11基于业务的异构无线网络环境在这种基于业务的异构无线网络环境中，业务提供商和网络提供商将分离开来，可以预测用户将不再需要长期依赖于某一种接入网络，而是倾向于实时的动态的选择一个经济的，并且能为当前业务提供满意服务的网络。当今社会用户的通信业务种类繁多，共存于竞争市场的网络技术及特性也各不相同，因此我们需要一种机制，随时随地针对各类用户当前的需求，为其业务选择一个经济实用的接入网络。基于这个需求，本文将要设计并实现一种智能的网络接口选择系统，帮助不同用户选择一种适合自己实际情况和业务需求的接入网络。由于需要考虑的因素很多，有时还需要在利益发生冲突的时候做出权衡，因此这个选择系统需要有很大的灵活性，以适应多变的用户需求和业务特征。另外，考虑到无线信道的不稳定性，此系统将把用户端对不确定性和风险的容忍程度考虑进来，以弥补当今网络接口选择策略在用户需求支持方面的不足。12论文主要工作论文致力于下一代异构网络终端移动性管理方面的研究，主要的工作成果如下1，分析下一代无线异构网络的特点，阐述了研究网络接口选择策略的必要性，并对当前网络接口选择技术成果进行了总结和研究。2，针对无线网络选择存在不确定性的特点以及当今网络接口选择技术的局限性，提出了应用需求和用户需求分离的两阶段智能网络接口选择系统。第2页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中网络接口选择策略的研究3，结合CARDRFC4066CANDIDATEACCESSROUTERDISCOVERY协议，研究本文提出的模型及算法在实际网络环境当中的应用4，以智能网络接口选择系统为依托，针对权衡参数描述的不确定性，设计了基于应用的网络接口选择模块。此模块采用模糊逻辑推理方法对这些参数进行处理，根据处理的结果，对候选网络进行预选。5，以智能网络接口选择系统为依托，针对当前网络接口选择算法对用户需求支持度不高这一局限性，提出了以用户需求为中心的基于用户的网络接口选择算法。并利用仿真软件对算法的有效性进行验证。13论文的组织和结构论文的主要内容是设计一个智能网络接13选择系统，并在其中的模块中提出了新的算法。因此，论文的组织结构如下第一章，引言。介绍论文的项目背景、论文的主要工作和成果及本文的组织结构。第二章，智能网络接口选择系统的总体介绍。其中包括对当前网络接口选择策略的调查和分析，设计此智能网络接口选择系统的现实意义，以及此系统中主要模块的功能介绍。第三章，介绍了CARDRFC4066CANDIDATEACCESSROUTERDISCOVERY协议的工作原理和协议流程。并结合CARD协议，研究本文提出的模型及算法在实际网络环境当中的应用。第四章，基于应用的网络接口选择模块介绍。由于本章涉及到一个辅助研究的工具，因此首先对FUZZYLOGIC进行了简单介绍。然后说明了此模块中模糊逻辑系统的设计和参数的设置，最后对结果进行了说明。第五章，基于用户的网络接口选择模块介绍。本章是本文的重点部分。首先介绍了基于用户需求的网络选择算法的理论基础，即效用函数曲线形状和消费盈余公式的设计。然后详细介绍了基于用户的网络接口选择算法的流程。最后利用仿真工具对算法的有效性进行了验证，并与当前的网络接口选择算法进行了比较。仿真结果表明，与“永远选择开销最低的网络”这种算法相比，本文提出的引入效用函数的“消费盈余”算法在对用户需求的支持方面要优越得多。第3页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究第六章，论文总结。对智能网络接口选择系统的特点和存在的问题进行了综述，提出下一步应该完善的建议。第4页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中网络接口选择策略的研究第二章智能网络接口选择系统总体设计21网络接口选择技术的现状未来的无线移动通信网络将随时随地为用户提供广泛的业务。无线接入技术以及多模终端设备的发展促成了当今的异构无线网络环境。可以预测在这种环境下，用户将不再长期依赖某一个固定的运营商，而是倾向于实时的动态的选择一个经济的，并且能为当前应用提供满意服务的网络。当今社会用户的通信应用种类繁多，共存于竞争市场的网络技术及特性也各不相同，因此我们需要一种机制，随时随地针对各类用户当前的需求，为其应用选择一个经济实用的接入网络。基于这种现状，学者们开始对网络接口选择技术展开了研究。由于有线宽带数据网络的技术已经很成熟，计费也相对经济，所以用户可以以低廉的价格享受各种高质量的宽带服务。可是在无线网络环境中，情况会有所不同。无线信道的不稳定性以及各种接入网络技术的特性导致了各种无线接入网络在性能和计费方面的差异，而通常情况下用户无法在花销和性能方面兼得“鱼和熊掌”，因此在选择接入网络接口的时候用户需要在花销和性能之问做出权衡。在第四代异构网络中的垂直切换一文中，MCNAIR和ZHU提出了移动用户在多个通信会话中进行垂直切换的时候，其上下文中需要包含用户关心的网络性能参数，用来支持切换过程中的网络接口选择策略。当然这些参数同样可以帮助那些有多种网络接入能力的移动终端在最初进行网络选择的时候做出决定。大多数设计网络接口选择策略的工作者认为，无线接入网络的选择问题将成为无缝切换的挑战之一。如何设计网络接口选择架构【4】运用哪种网络接口选择策略帮助用户决定接入目标在多家乡移动终端的动态网络接口选择一文中，YLITALOETA1在终端提出了一种可行的网络接口选择架构。但是并没有具体说明要使用哪一种选择策略，只是提出了一个“永远选择最便宜网络”选择策略ALWAYSCHEAPESTAC。BIRCHER和BRAUN在无线网络中基于代理的服务发现和协商架构3】一文中又提出了一种基于代理的架构，其中包含了用户代理选择功能。用户可以通过比较得出性价第5页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选挥策略的研究比最优的网络服务，并与服务提供商协商以预先规定的价格为定制的服务预留网络资源。但是这篇文章并没有涉及到协商条款的具体细节，只是指出了他们是基于一些加权了的QOS参数，如网络时延、带宽、丢包率等等。在异构无线网络中运用策略的切换【5】一文中，HJWANG等作者描述了一种异构无线网络中的切换“策略”，用来选择切换发起的“最佳”时机和“最佳”目标网络。他们根据以下几个参数并通过特定的加权函数来计算使用某种网络的开销网络带宽、功率损耗和计费标准。网络带宽信息的获取有几种方法一方面可以在每个接入网络中加一个代理，专门负责估算和广播当前的网络负载；另一方面在商业网络中，可以利用此种网络的典型带宽值。一旦网络带宽确定下来，那么就用一种特定的加权函数来计算网络开销，如果经过计算有一种网络的开销一直很低，那么它就是目标网络。为了保持系统的稳定性以及负载均衡，此策略还采用了基于切换估算时间的随机等待的机制，以避免同时切换的发生。在这期间大量的文献都引用了异构无线网络中运用策略的切换一文中提出的计算网络开销的函数。直到CHERT等作者在垂直切换中的智能选择模型一文中提出了一种依赖于“得分函数”的智能模型。这个“得分函数”同样与分配到的带宽数据传输结束时间、电池功耗以及可用网络的计费机制密切相关，不同的是，这篇文章借鉴了MURPHY等作者在ATM网络中基于计费的网络带宽分配6】一文中描述的边际效应理念，把体现网络价值的函数效用形状用递增的凹函数即经济学当中的递减边界效应来表示。得分函数和简单的参数加权函数相比更加具有智能性，本文提出的基于用户的网络接口选择算法就是受到了这篇文章中用效用函数代替加权函数思想的启发。另外在这个案例中，网络带宽信息的获取也与前面的策略不同，是用一个探测工具来测量。异构无线网络中运用策略的切换和垂直切换中的智能选择模型这两篇文献中提出的网络选择机制都需要收集所有本地可用网络的带宽信息，这将不可避免的带来终端的能源损耗和时延，这些都是引入网络接口选择策略的代价。以上的研究对网络接口选择技术做出了杰出的贡献，它把网络选择过程中的用户需求提升到了一定的高度，并提出了可行的架构和策略。然而他们都有一个共同的局限性，就是没有充分体现用户需求的差异。实际上，不同用户由于消费观念和消费水平的不同，在网络性能和花销方面的取舍态度存在着差异，不仅如此，即使相同的用第6页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究户在不同的时问地点，也将有不同的需求。例如在咖啡厅带着笔记本消闲的客人，他可以接受花费较长的时间下载一张清晰的巨幅图片，满足他的视觉需求。相比之下一个拿着将要没电的手机的人，可能更需要以最快的速度打开一张网页，在手机断电之前取得需要的信息。可见，在网络接口选择过程中将用户区分对待是非常有必要的。可喜的是，在加速竞争的移动通信市场环境下动态的3G网络选择F7】一文中，我们看到了这种区分。LEBODIE等作者意识到设计基于用户的网络接口选择策略的必要性，并把网络价格机制视为一种拍卖。他们针对两种不同的用户使用了两种不同的策略，这两种用户一种追求低廉的服务费用，另一种则偏重于高信誉的网络提供商介绍到这里读者也许会有这种疑问网络接口选择算法似乎都是只关心用户的利益，那么如何保证网络的均衡以及网络资源的优化配置呢通常情况下，用户希望花比较少的钱，在可以接受的等待时间范围内，得到移动通信系统的服务反馈。如果用户觉得一个网络不够经济，那么他会尽量避免使用它，或者最小程度的使用它。经过市场调查，用户选择接入网络的时候，候选网络的计费机制会在很大程度上影响用户的决定，因此用网络计费模式来控制网络的流量将会是一个非常有效的方法。宽带口网络中计费概念综述8】。文提出了多种新型的无线接入网络的计费机制，主要目的都是从网络的总体利益出发，用计费机制辅助实现无线网络资源的合理分配。在多媒体应用在资源协商、计费、服务质量方面集成的自适应架构【9】一文中，微观经济领域中的效用函数再一次发挥了作用，被用来描述用户在几个参数面前权衡利弊时的偏好。有了这个效用函数，就可以将各种基于网络拥塞的价格机制进行量化比较了。不仅如此，在竞争的无线数据网络中资源管理的经济模型【10】一文中，效用函数还用来表示用户在网络计费和数据传输时延方面的考虑。只不过这个效用函数并没有用于基于用户的网络接口选择策略，而是用来帮助网络提供商了解用户行为，目的是挖掘有效的网络资源管理策略，使网络提供商的经济利益最大化，从而为他们争取到更高的市场份额。由此可见，基于网络资源和性能的无线网络接口选择在技术上并非空白，相反网络提供商为了各自的市场份额和经济利润，将继续深入的进行研究。以上就是本文对当前网络接口选择技术动态的综述。可以看出，网络接口选择技术可以大体分成两大类一类是基于网络总体状态的网络发起的网络接口选择技术，第7页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学颈士学位论文下一代无线异构舟络中孵络接日选择策略的研究另一类是基于用户参数的终端发起的网络接口选择技术。其中对网络发起的网络接口选择策略的研究更加关心网络选择的结果对网络的整体性能有什么影响，例如网络资源分配是不是合理，拥塞控制是不是有效，安全机制够不够完善，计费机制有没有竞争力等等，相对来说考虑的因素比较多，研究起来比较复杂。而终端发起的F回络接口选择策略则相对单纯的多，一般来说只需要考虑业务和用户本身的需求就可以了，不会去关心自己的选择对整个网络性能有什么样的影响【12】。然而即使如此，我们也无法实现终端的“永远最优”连接。在4G移动网络中实现“永远最优连接”算法复杂度的研究【LL】一文中，GAZIS等作者研究了基于用户参数的终端发起的网络接口选择技术中“永远最优连接”的算法复杂度。这种算法将会依据用户当前的处境，在所有可用接入网络中，为当前的应用选择一个或者几个接入网络。研究的结论是这种“最优”算法的复杂度被映射到一系列HPHARD问题。也就是说，由于无线网络中存在诸多的不确定性因素，“最优”的算法并不存在，我们必须寻求这类问题的有效的近似算法，力求找到相对优化的网络接口选择方案。基于上述调查和分析，本文将把重点放在对基于用户参数的终端发起的网络选择技术研究上。针对当今网络接口选择技术的不足，提出可行并且有效的优化方案。22研究智能网络接口选择策略的必要性当今社会宽带有线数据网络的技术已经很成熟，计费也相对经济，所以用户可以以低廉的价格享受各种高质量的宽带服务，基本没有太多选择的必要。即使面临着多种选择，由于有线网络的稳定性，网络性能参数也比较容易确定，选择算法实施起来会比较容易。可是在无线网络环境中，情况会有所不同。首先无线信道的不稳定性导致了无线网络参数的不确定性，因此选择算法复杂度被映射到一系列的NP_HAFD问题，从而加大了网络接口选择策略的研究难度。其次，无线接入网络技术的差异导致了网络性能千差万别有的网络数据传输速率很高，但是可靠性差强人意；有的网络有的网络虽然数据传输速率不高，可是可靠性非常优秀还有的网络在数据传输速率和网络可靠性方面都非常出色，当然也将价格不菲。可见在无线异构网络环境下，用户需要根据自己应用的需求以及消费能力慎重选择接入网络。综上所述可以看出，与有线网络相比，在无线网络环境中，网络接口选择策略是不可或缺的。第8页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北寨邮电大学磺士学位论文下一代无线异构两络中同络接口选择策略的研究另外，通过上述对无线网络市场环境的调查研究，我们发现无线网络接口选择策略的研究难点以及当今网络接口选择技术的局限性主要有以下两方面1无线信道的不稳定性以及权衡参数描述的不确定性2无线网络接口选择策略支持不同用户偏好的智能性本文提出的智能网络接口选择系统，目的就是针对无线网络选择存在不确定性的特点以及当今网络接口选择技术的局限性，提出可行并且有效的优化方案。23智能网络接口选择系统根据本章前两节的研究和分析，设计新型的网络接口选择系统的需求如下1此系统需要针对无线信道的不稳定性和权衡参数描述的不确定性设计相应的选择算法。2此系统要提供对不同用户选择偏好的支持，并且这种支持是智能的。3这个系统是有实用价值的，可以与下一代异构网络技术相融合。基于以上三点需求本节提出了智能网络接口选择系统的模型。此模型由基于应用的网络接口选择模块和基于用户的网络接口选择模块构成。如图所示图2一L智能网络接口选择系统模型把智能网络接口选择过程分成两个阶段有如下原因1基于应用的需求很多都是和无线网络性能参数相关的，而无线网络信道的不稳定性导致了网络性能参数的不第9页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究确定性。相比之下基于用户的需求是相对确定的。因此两种选择不适于利用同一种技术在同一阶段进行。2基于用户需求的网络接口选择算法要消耗终端的资源，考虑到无线移动终端资源的有限性，有必要在执行此算法之前对不符合应用需求的网络进行预筛选，从而减少算法的复杂度。由于此系统需要针对无线信道的不稳定性设计相应的选择算法，而模糊逻辑是处理不确定参数的有效的手段，因此基于应用的网络接口选择模块利用模糊逻辑系统对候选网络进行预选，预选的结果作为基于用户需求的网络接口选择过程的输入。在本文的第三章，将介绍关于利用模糊逻辑预选网络的详细过程。另外由于此系统需要提供对不同用户选择偏好的智能支持，因此基于用户需求的网络接口选择模块则采用本文提出的基于用户的网络接口选择算法，这个算法中引用了微观经济学中的“效用函数”这一概念，用来区别不同用户当前应用对花销和时延的不同要求。另外还利用“消费盈余”公式，在多种无线异构网络重叠的环境下，为用户选择一个合适的接入网络。关于基于用户的网络接口选择算法，在本文第四章将给出具体的介绍。最后关于此系统能否成功融合到下一代异构网络中，本文的第五章给出了详细的讨论。要回答这个问题，首先要分析智能网络接口选择系统所依赖的网络功能，即下一代异构网络的相关协议能否提供网络接口选择策略算法所需要的网络参数。在DAIDALOS项目文档中提到的CARD协议IUFC4066CANDIDATEACCESSROUTEFDISCOVERY，其主要目的之一就是为网络接口选择策略提供参数。而且协议中提到传递网络参数的相关的消息可以利用移动MV6协议的字段甚至快速切换协议的字段，这样一来，本文提出的智能网络选择接口技术完全可以与下一代异构网络移动性管理方面的主要技术相结合，共同实现多模终端在无线异构网络环境下的无缝移动24本章小结本章首先介绍了下一代无线异构网络的特征，阐述了研究网络接口选择策略的必要性。然后对当今网络接口选择技术进行了研究，分析了已有技术的局限性。最后针对此局限性，提出了应用需求和用户需求相分离的两阶段智能网络接口选择系统，第LO页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构两络中两络接口选择蘸略的研究第三章智能网络接口选择系统的实际应用前面提到论文是基于对下一代无线异构网络融合技术的研究。目标是研究高效的可升级的异构网络融合技术，以保障异构网络环境下的优质通信。工作内容是以下一代无线异构网络实验场景及需求为依托，对现有的网络技术、网络协议以及网络架构进行调研和评估，分析实验场景的可实施性，并在移动性管理、服务质量、安全性以及路由技术方面，提出能够满足实验场景需求的解决方案。下一代无线异构网络融合对移动性管理技术的研究主要有以下几个方面发现切换目标、网络接口选择、优化水平切换和垂直切换策略、分页技术、性能管理、广播技术以及安全问题等。为了支持即将来临的IP层切换，需要种机制来帮助移动终端解析探测到的可用网络的M地址，并得到与此网络接口相关的性能参数。因此移动性管理的任务之一就是定义并实现这样一种网络协议，来完成切换目标碑地址的解析和网络性能参数的收集，这个过程就叫做“发现切换目标”。这是网络接口选择过程的前一个阶段，可以为网络接口选择过程提供算法所需要的参数。本文致力于网络接口选择技术的研究，提出了智能网络接口选择系统。此系统的有效性可以通过网络仿真工具来证明第五章将对此进行介绍，本章将重点介绍智能网络接口选择系统的实用性，也就是此系统能否与下一代异构网络技术相融合，共同实现多模终端在无线异构网络环境下的无缝移动【16】。智能网络接口选择系统是一个相对独立的系统，只需要外界环境提供相关的网络参数就可以完成自身的功能。因此只要能说明智能网络接口选择系统所需要的参数，可以通过下一代网络中标准的网络协议得到，那么技术融合基本就没有什么障碍了。通过对移动性管理技术的研究，我们发现“发现切换目标”过程中的CARD协议231RFC4066CANDIDATEACCESSROUTERDISCOVERY的主要目的之一就是为网络接口选择策略提供参数，而且协议中提到传递网络参数的相关的消息可以利用移动IPV6协议的字段甚至快速切换协议的字段，这样一来，以CARD协议作为依托，本文提出的智能网络选择接口技术完全可以与下一代异构网络移动性管理方面的主要技术相结合，共同实现多模终端在无线异构网络环境下的无缝移动。第11页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中网络接口选择鲴咯的研究论文中的智能接口选择模块可以利用“发现切换目标”过程的CARD协议来得到所有可用网络的性能参数，因此本章将对CARD协议傲一个简单的介绍，并说明如何利用此协议规定的相关字段传递智能网络接口模块所关心的网络性能参数。31CARD协议基本原理为了支持移动节点从一个接入路由器到另一个接入路由器的口层无缝切换，移动终端需要“发现”所有候选路由器的标识以及性能，来决定切换的优先级。这个过程称为“候选接入路由器的发现”CANDIDATEACCESSROUTERDISCOVERYCARD。在口层切换过程中，最能符合用户及应用需要的候选路由器将被选作目标路由器，本节即将介绍的CARD协议就将协助移动节点完成切换之前的CARD过程。CARD协议主要有以下两个作用L、逆地址解析如果一个移动节点可以在决定向其他的可用接入路由器切换之前监听到新的接入点的第二层网络标识，那么就需要一种逆地址解析的机制。CARD协议可以帮助移动节点完成从接入点的第二层标识到接入路由器的口地址第三层标识的映射。为了得到候选接入路由器的口地址，移动节点将此接入路由器对应的接入点的第二层网络标识告知当前的接入路由器，当前的接入路由器将为移动终端提供此接入点所对应的接入路由器的口地址。2、发现候选接入路由器的性能候选接入路由器的性能信息可以帮助终端节点进行网络接口选择，他们将作为智能网络接口选择系统的输入信息。这些信息有些是静态值，有些则是随着时间变化的。关于性能信息在此协议文档中并没有严格的定义，此文档只是定义了性能参数容器的格式以及参数的编码规则。符合这些标准的性能信息可以通过相应的协议进行传输。在支持移动IP协议的网络中，性能信息可以通过MIPV4MLPV6传输；如果网络支持快速切换协议，性能信息甚至可以通过FMIPV6传输。正因为有下一代移动网络协议的支持，才保证了本文提出的智能网络接口选择系统的实用性。CARD协议的操作CARD协议允许移动节点把一个或者多个接入点的第二层网络标识转化成它们第12页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构弼络中网络接口选择簟略的研究对应的候选接入路由器的口地址。这些第二层标识是移动节点通过扫描发现的，是潜在的可用接入路由器。另外，CARD协议允许移动节点发现一些符合特殊性能指标的接入路由器，例如有特定带宽的接入路由器等等。不仅如此，CARD协议还允许接入路由器广播并且维护他们的本地候选接入路由器表10CALCAR乜BLE，本地候选接入路由器表中包含了候选路由器的性能信息。为了实现以上的操作，CARD协议在移动节点和当前连接的接入路由器之间，以及当前接入路由器和其他候选接入路由器之间，利用CARDREQUEST和CARDREPLY两条消息传送协议相关信息。如下图所示一一一一一一一一一LAARARCJUTDREQUEST一一一一一ICURRENTL一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ICARIIARI一一一一一一一一一一一一一一一一一LI一2AARARCARDREPLY一LI嘲一AR哪ARLICPARDREPLY3MC置DREQUESTF2阻V一一一。一一一一IMOBILEILNODEI一CARDINITTRIGGER1M图31CARD协议消息当移动节点扫描到新的可用接入点的第二层网络标识，或者出现CARD初始触发器的时候，移动节点可能会利用MNARCARDREQUEST消息向当前的接入路由器发送一个或者多个第二层网络标识。如果移动节点除了逆地址解析之外还想要它的当前接入路由器完成网络性能参数传递，那么它就会设置MNARCARDREQUEST消息当中的CFLAG。如果CFLAG没有被设置，那么接收MNARCARDREQUEST消息的接入路由器将只执行逆地址解析操作。移动节点当前的接入路由器根据本地候选接入路由器表把新接入点的第二层标识转化为口地址，然后利用MNARCARDREPLY消息把此信息返回给移动节点。如果MNARCARDREQUEST消息中要求传送网络性能参数，那么在MNARCARDREPLY消息中还将附上网络性能参数信息。对于ARARCARD协议，当路由器发现本地候选接入路由器表中的表项超时以后，会向对等的路由器发送ARARCARDREQUEST请求消息，然后对等的路由器将利第13页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学碛士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究用ARARCARDREPLY消息把请求消息中请求传递的信息发送到发出请求的路由嚣。为了支持移动节点获取候选接入路由器的地址和性能参数信息，在移动节点和当前接入路由器之间传送的CARDREQUE甜和CARDREPLY消息可能包含一个或者多个接入点的第二层网络标识以及相关联的候选接入路由器的口地址，有的时候，还会包含候选接入路由器的性能参数信息。一个候选接入路由器的性能参数信息被定义为一个列表，其中被一个表项都是一个属性数值对，这个列表被保存在消息参数的一个“性能容器”当中。候选接入路由器的性能参数信息可以帮助移动节点在进行球层切换的时候执行网络接口选择算法。当前的接入路由器会根据本地候选接入路由器表返回移动节点所关心的性能参数，如果本地候选接入路由器表中没有相关的性能参数信息，那么当前的接入路由器会给移动节点返回一条RESOLVERERROR信息另外，CARD协议还支持移动节点把自己对接入路由器性能参数的选择偏好告知给当前的接入路由器，这个选择偏好用一个属性ATTRIBUTE来表示，信息可以通过MNARCARDREQUEST消息中的相关参数来传送。移动节点当前的接入路由器将根据这些选择偏好信息对所有的候选接入路由器的性能参数信息进行一次过滤，只把符合移动节点选择偏好属性要求的候选接入路由器的性能参数信息以及网络地址信息回传给移动节点。不仅如此，CARD协议还支持移动节点把自己对接入路由器性能参数的特殊需求告知给当前的接入路由器。这些特殊需求用一个属性数值对ATTRIBUTEVALUEPAIR来表示，也是通过MNARCARDREQUEST消息中的相关参数来传送。移动节点当前的接入路由器将根据这个属性数值对，只把属性符合相关数值的候选接入路由器的性能参数信息以及网络地址信息回传给移动节点。通过以上两个消息参数，可以在满足移动节点对性能参数要求的前提下从一定程度上节省传送MNARCARDREQUEST和MNARCARDREPLY消息的网络开销，也可以减少信息处理的复杂度。比如说，利用选择偏好属性，一个移动节点可以告知它当前的接入路由器，它只对有IEEE8021LA接口相关的性能参数感兴趣可能是因为这个移动节点的底层硬件只能支持IEEE8021LA这种接入方式。那么此移动节点当前的接入路由器就将只把支持IEEE8021LA这种接入方式的候选接入路由器的性能参数信息和网络地址信息发第14页淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构罔络中同络接口选择策略的研究送给移动节点同理，利用特殊需求属性，一个移动节点可以告知它当前的接入路由器，它只需要QOS参数满足某个限定范围内的候选接入网络的信息于是，这个移动节点把此QOS属性以及此属性对应的参数数值发送给当前接入的路由器，当前接入路由器将根据这个QOS属性以及此属性对应的参数数值进行过滤，把符合条件的候选接入路由器的性能参数信息和网络地址信息传送给移动节点在以上两个过程中，选择偏好属性以及特殊需求的属性数值对是封装在相应的消息参数队列里然后再追加到MNARCARDREQUEST消息中进行传送的。移动节点当前的接入路由器收到这条MNARCARDREQUEST消息后，会解析选择偏好属性队列里的属性以及特殊需求队列里的属性一数值对，然后决定回传给移动节点的MNARCARDREPLY消息的内容。当然，如果设置当前的接入路由器不执行传递候选接入路由器的性能参数值，那么当前的接入路由器将忽略选择偏好属性和特殊需求属性这两个消息参数。最后，CARD协议还支持一些安全认证方面的机制，并有相应的消息参数，在本文中就不详细介绍了。32利用C自浓D协议传递性能参数上一节主要介绍了CARD协议的作用和基本工作原理，本节将对CARD协议的消息流程进行简单的介绍，并说明智能接口选择系统所需要的网络性能参数是如何传递的。除了单独传递MNARCARDREQUEST和MNARCARDREPLY消息之外，CARD协议还支持另一种消息传输模式，就是把CARD消息追加PIGGYBACKED到快速切换协议的消息流中进行传输。快速切换协议是下一代移动网络中的一个重要协议，因此与快速切换协议消息流的结合是把CARD协议应用到下一代移动网络当中的一个有效措施，也是本文提出了智能网络接口选择系统能够应用到下一代异构网络当中的一个重要条件。为了能在快速切换的移动碑协议FMIPV6中追加ICMP类型的CARDREQUEST和CARDREPLY消息，移动节点和路由器需要动态发现互传消息的对等实体是否有这种追加能力，可以利用MNARCARDREQUEST和MNARCARDREPLY消息的P字段以及性能容器这一消息参数来完成这个功能。第15页北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构同络中孵络接口选择策略的研究下图就是与FMIPV6消息结合的CARD协议消息流程图回囤NARASICARL1囤L一幽L一LLMSAIRCARDREQL坐塑叫IL卜删幽必1丽丽丽一IAEA蛆匝髓UPRRTADV|卜ARCARDPEPQ_1；JIINAR；SELECTIONI垒坚F坐，DISCONNECTFORWARD翌地CNECT。，。、II坠纽丛避趔幽JI|型幽蚴。晰盯脚|图32CARD协议消息流程图移动节点利用ICMP类型的CARDREQUEST消息的主体消息头向当前接入路由器发送第一条CARDREQUEST消息。如果移动节点支持协议追加，那么它将把P字段PFLAG置位，这样，当前接入路由器就知道移动节点的追加能力了为了告知移动节点自己的追加能力，当前路由器也会在CARDREPLY消息中把P字段置位。如果当前接入路由器不支持协议追加，那么以下的CARD消息将会以STANDALONE的方式传送，而不是以追加的方式。如果移动节点和当前的接入路由器都支持协议追加，那么以下的CARD协议消息将会作为快速切换协议消息流中的路由器代理请求消息ROUTERSOLICITATIONFORPROXYRTSOLPR和路由器广播消息PROXYROUTER第16页北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构两络中网络接口选择策略的研究ADVERTISEMENTPRRTADV的可选字段进行传送。快速切换协议和CARD协议都有逆地址解析的功能如果移动节点更倾向于使用快速切换协议的逆地址解析，那么就可以通过将A字段AFLAG置位来告知当前的接入路由器，只执行路由器性能参数的传递就可以，不用再进行逆地址解析了，逆地址解析由快速切换协议来完成。为了建立性能参数和候选接入路由器的对应关系，可以通过上下文标识CONTEXT如I。这个上下文标识将作为索引，指向路由器代理广播消息选项字段中的相关路由器的口地址。在此协议消息流中，本文提出的智能接口选择系统最为关心的网络性能参数是通过MNARCARDREQUEST和IVINARCARDREPLY消息中的SUBOPTIONS字段传送的。上面说过，移动终端需要的网络性能参数可以通过偏好属性以及特殊需求的属性数值对进行设置，性能参数则是通过性能容器传送的，具体的格式如下CARDREQUESTOL23OL234S6789O12357曩9O12345789O量一R4一一一一一一一一一一一一一一十一LT增。LN拈GTHIVE拍1PCLAIRI髓EW耐I一一一一一一一一一一一一一一ILIMLUENAO黼R、I。一4一一一一一一4一一一一一一一4I霉LIBOPTI删一一一一一一一一一一一CARDREPLY图33CARDREQUEST消息格式O王230L2345蓐78争0工23457孽90L23457E尊01一一一一4一一一一幸一七一一一一一4一一一44一一一一L譬抑EILENGLLALVER8IPIUILIRE8ERVEDI一一一一一一4一一一一一一一I8EQUENCE讯嫩RI一一一一4一一一一一一一一一一一4一一一一L8曲一OPCLON毒一一一一一一一图34CARDREPLY消息格式第17页北京邮电大学硕士学位论文下一代无线异构网络中网络接口选择策略的研究OL2LO土2喜摹79012喜57E，0125号E，01一一一4一4一一一4一LS蝻一鳓TI徽啪LSUBOPTI懒L棚LSUBO悱IONDATA。一一一一一4F鲥BOPTIONFYPL8BITIDMLTLFISROFTHETYPEOF。PTLON，HJUBOPTIONSDEFINEDINTHIGDOAJLSNTARE1ITDINTHETABLEBELOWTHETABLSALSOINDICATESWHICHINTERFACESTHEUBAPTII_VAL