下一代全IP无线网络移动性管理研究

论文摘要

近年来,为了适应无线互联网的需求,3G和LTE等移动通信技术开始逐渐向IP化演进,同时基于IP的移动宽带无线接入技术802.16迅猛发展,这些技术成为无线通信技术领域的热点。而无线通信网的重要特点在于大量用户在覆盖范围内自由地移动切换和漫游,这要求网络具有良好的移动性管理性能。因此,全IP网络中的移动性管理问题就显得特别重要。本文在深入分析下一代无线网络移动性管理研究发展趋势的基础上,针对全IP网络中基于移动IP协议的移动性管理研究方向:HMIPv6微移动性管理、HMIPv6宏移动性管理、基于网络的区域移动性管理、PMIPv6域间切换管理以及Adhoc网络移动性管理等,进行了深入的研究。本文的主要工作如下:首先,论文分析了移动IP的特点,并对FMIPv6快速切换管理和微移动性管理协议进行了分析。虽然HMIPv6微移动性管理协议可以通过减少注册信息的数量和传输距离来减少切换时延,但它并没有改进标准MIPv6移动检测和配置IP地址所造成的延迟,所以其切换延时仍然较大。本文提出了一种微移动性管理路由优化方法Enhance-Micro-HMIP,并使用NS仿真工具对该方法进行了仿真论证。其次,本文对目前关注较少的HMIPv6宏移动性管理方法做了分析,针对其长时延、高丢包率,以及不能适用于时延敏感业务的缺陷,提出了一种优化的低延迟宏移动性管理方法Enhance-Macro-HMIP。通过数学分析和仿真分析表明本方法可以将宏移动性管理大幅减少切换时延和数据包丢失数量,证明本方法相较HMIPv6协议可以获得更优的移动性管理性能。同时还研究了无线接入点的接入路由器路由广播周期对切换性能的影响,求得了本方法的最佳路由广播周期。第三,论文讨论了目前基于终端的全局移动性管理协议的特点,分析了其不能满足未来移动性对于低时延、低复杂度、易于管理的要求。介绍了基于网络的区域移动性管理协议的特点,并且针对移动终端局部的小范围的移动需求,提出了一种基于网络的区域移动性管理域内切换方法F-PMIPv6。该方法将快速切换的思想引入PMIPv6协议中,采用预测切换模式,通过底层交互,预测MN的切换,提前配置局部锚节点和移动接入网关的地址,快速完成三层切换,这样在链路断开之前就做好了三层切换准备,从而减少了区域内网络切换的延迟时间。经过对该方法的切换时延和位置更新代价的性能分析,将其与目前比较热门的PMIPv6协议进行比较,论证了本方法可以减少切换时延,降低位置更新代价。第四,论文针对目前关于PMIPv6域间切换管理的研究空白,首次提出了一种基于PMIPv6的域间切换移动性管理方法。通过由对端通信节点（CN）所处位置决定的三种网络结构的深入分析,并结合PMIPv6路由优化草案,分别针对性地设计了当MN在不同的LMA域间切换时的移动性管理方法。经过对三种方法的位置更新代价、数据分发代价和总代价的性能分析,将其与已经形成标准的HMIPv6协议进行比较,论证了本方法可以达到更优的性能。第五,本文分析了Adhoc和MIPv6混合网络移动性管理面临的问题,提出了一种缓存相邻援助代理快速分层平滑切换管理方法BFH-NAA。该方法利用了NAA方法的优点,采用了分层切换的方法,并且在移动节点的前接入点中设置缓存,用快速切换的方法来实现平滑切换,在前后两个接入点路由器之间建立数据包隧道,可以在NAA和CN绑定更新完成之前,将前接入点缓存的数据包直接通过新接入点和NAA发送给移动节点MN,有效地减少了切换过程中造成的切换时延和总切换代价。通过性能分析比较,证明本方法可以获得比MIPv6和NAA方法更好的移动性管理性能。

论文目录

摘要

ABSTRACT

附录缩写词说明

第1章.绪论

1.1.概述

1.2.下一代全IP无线网络

1.3.下一代全IP无线网络移动性管理研究背景

1.3.1.全局移动性管理

1.3.2.基于网络的区域移动性管理

1.3.3.Adhoc网络移动性管理

1.4.论文的主要工作和创新之处

第2章.移动IP微移动性管理路由优化

2.1.引言

2.2.FMIPv6快速切换管理

2.3.微移动性管理方法分析

2.4.微移动性管理路由优化方法Enhance-Micro-HMIPv6

2.5.仿真分析

2.6.本章小结

第3章.HMIPv6宏移动性管理研究

3.1.引言

3.2.HMIPv6宏移动性管理方法

3.2.1.相关研究背景

3.2.2.HMIPv6宏移动性管理方法

3.3.优化的HMIPv6宏移动性管理方法

3.3.1.HMIPv6切换优化方法信号处理流程

3.3.2.安全性考虑

3.4.数学分析

3.4.1.切换时延分析

3.4.2.切换丢失数据包数量

3.4.3.最佳路由广播周期分析

3.5.仿真分析

3.6.本章小结

第4章.基于网络的区域移动性管理

4.1.引言

4.2.研究背景

4.3.基于网络的区域移动性管理协议PMIPv6

4.3.1.PMIPv6协议简介

4.3.2.PMIPv6域内切换管理方法

4.4.改进的域内切换管理方法F-PMIPv6

4.5.安全性考虑

4.6.F-PMIPv6切换方法性能分析

4.6.1.切换延迟时间

4.6.2.位置更新信令代价

4.7.性能分析结果

4.7.1.切换延迟时间结果分析

4.7.2.位置更新信令代价结果分析

4.8.本章小结

第5章.基于PMIPv6的域间切换移动性管理研究

5.1.引言

5.2.基于网络的区域移动性管理域间切换管理方法

5.2.1.域间切换场景分类

5.2.2.路由切换场景1域间切换管理机制

5.2.3.路由切换场景2域间切换管理机制

5.2.4.路由切换场景3域间切换管理机制

5.2.5.消息格式

5.2.6.安全性考虑

5.3.性能分析

5.3.1.位置更新代价

5.3.2.数据分发代价

5.3.3.性能分析结果

5.4.本章小结

第6章.Adhoc混合多跳接入网络移动性管理研究

6.1.引言

6.2.Adhoc网络移动性管理研究现状

6.3.相邻援助代理NAA方法

6.3.1.相邻援助代理NAA的特点

6.3.2.NAA的选择

6.3.3.NAA方法存在的问题

6.4.缓存相邻援助代理快速分层平滑切换管理BFH-NAA方法

6.4.1.BFH-NAA方法的切换管理过程

6.4.2.BFH-NAA方法的优点

6.5.切换性能分析

6.5.1.切换时延分析

6.5.2.位置更新代价

6.5.3.数据分发代价

6.6.性能分析结果

6.6.1.切换时延结果分析

6.6.2.切换代价结果分析

6.7.本章小结

第7章.结束语

7.1.论文主要成果

7.2.下一步工作展望

参考文献

致谢

博士期间发表和录用的文章

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