高速移动子网的切换与漫游关键技术研究

摘要

随着Internet服务以及网络技术的不断发展，越来越多的应用系统被迁移到有线网络或者无线网络环境中，人们的生活与工作也越来越依赖网络。高带宽、低延时、灵活接入以及可移动性成为网络发展的新目标。移动网络的终端设备不仅可以是单个节点，更可扩展为一些移动的小网络，即移动子网。移动子网需要提供更高速度、更高带宽的接入方式。因此，移动子网的整体接入机制很有研究价值。 移动子网的整体接入首先要解决移动子网在不同接入点之间的快速切换和无缝切换问题，减少因切换时链路中断造成的数据丢失；其次要解决移动子网在不同IP网络间的漫游，使之在不中断数据传输、不改变自身IP地址的条件下仍能接入不同的网络。本文研究的移动子网切换与漫游关键技术可解决上述问题。 本文首先全面分析了各种无线和移动网络中的单个移动节点在接入点或基站间的切换机制，然后研究了网络层的移动性解决方案，主要包括可用于网间漫游的移动IP协议以及对它的各种改进。现有技术主要针对单节点的移动漫游通信，无法对移动子网的整体漫游提供支持。本文研究了可支持移动子网整体切换与漫游的关键技术，论文的主要研究成果包括： 1）提出了在单无线链路中切换的触发时机决策算法。通过AP的实际分布位置、无线信号衰减规律，以及STA的移动规律和移动位置确定移动和漫游的切换时机进行切换触发，可以减少切换延迟；提出独立于各种应用的数据链路缓存算法，修改节点的无线驱动模块，保存在链路切换期间网络层交付的数据，待切换完成后重新发送，进一步减少切换过程中的丢包，提高无线链路的服务质量。 2）提出在遵循IEEE802.11协议的无线网络中基于双链路实现软切换的DSH机制。设计了可支持双链路切换的无线信道分配机制，并针对小尺寸STA的特点确定了应用DSH的无线信道分配方式；通过全局信号量协同双链路的工作，确定两条链路各自的切换触发时机，确保两条链路不同时进入切换状态，在任何时刻均存在一条可以提供稳定数据传输服务的链路，提高移动传输的可靠性。DSH机制只要求对STA进行功能扩展，不需要修改AP的底层通信机制，在DSH中可以使用支持IEEE 802.11协议的任何AP产品，使DSH机制有较好的通用性。 3）提出IMIP-RS机制，扩展了移动IP协议，使之可以支持移动子网的整体漫游。IMIP-RS可克服移动IP协议仅支持单个节点漫游的限制，通过家乡代理、外区代理和网内选路代理的服务，结合隧道技术、STA/AP网关技术等实现了多跳的移动IP，可实现高速移动子网的宽带接入。在底层硬件采用IEEE 802.11g标准时，采用TCP传输应用的最高数据传输率可达29Mbps；在要求快速响应的低吞吐量应用中，最大响应时间小于10毫秒。 4）在自行研制的STA和AP设备上验证了上述关键技术。综合应用上述单链路快速切换与链路缓存算法、基于双链路的软切换DSH机制和基于扩展移动IP的子网整体漫游IMIP-RS机制，设计并实现了基于无线局域网可支持高速移动子网漫游的通信平台MP-RRS的原型系统。MP-RRS可在轨道交通控制系统的数据通信子系统上应用，经实际测试验证了MP-RRS中各项关键技术的可行性。测试结果显示，通过MP-RRS可实现高速移动子网的宽带接入，在军事和民用领域有着广阔的应用前景。 基于上述关键技术的可支持高速移动子网漫游的通信平台已在江苏省重大成果转化专项“城市轨道交通列车自动控制系统”项目得到应用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录、注释表

声明

第一章　 绪论

第二章　 高速移动子网的切换与漫游研究现状

第三章　 基于切换时机决策和缓存的单链路快速无缝切换机制

第四章　 基于双链路的软切换机制

第五章　 基于扩展移动IP的子网整体漫游机制

第六章　 支持高速移动子网漫游的通信平台的设计与实现

第七章　 总结与展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文