全IP无线移动网络平滑切换的研究

摘要

该文对全IP无线移动网络中平滑切换的机制、数据包缓存策略、数据包转发策略以及软切换问题进行了深入的研究和论述.首先对全IP网络中的移动管理解决方案Mobile IP存在的问题进行了分析,对微移动协议的研究进行了较为全面的综述.针对移动切换的缓存转发过程中存在的数据包失序问题,提出了多径单流的缓存转发MPSSF.该方法利用了数据流的突发特性,将移动切换的路由更新延迟到一个合适的时点进行.在该时点处,旧转发路径上已经没有传送中的数据包,这样,新旧转发路径上的数据包流前后相继地合并成为一条没有失序的流.理论分析和实验表明,在适当的数据包到达强度范围内,路由更新可以在有限的时间内完成,较好地保证了TCP在移动切换过程中的拥塞窗口,提高了TCP的有效吞吐量.对于数据包缓存中存在的缓存资源占用多,重复包多的问题,提出了两阶段的数据包缓存策略.为进一步解决数据包缓存中重复包问题,提出了链路层数据包缓存策略.在无线链路层ARQ重发缓存的基础上,新增加一个二级缓存器,将重发缓存中移出但是所属数据包未完成发送的数据帧缓存起来.这样,所有未完成发送的数据包均保留在无线链路层中,在移动切换时得以从重发缓存和二级缓存中恢复出来.由于ARQ的作用,这样恢复出的数据包最接近于接收端的实际情况.模拟实验结果表明,链路层数据包缓存策略额外占用的缓存较少,通过改进ARQ协议可以使重复包的数量接近于零.最后对于全IP无线移动网络中软切换的问题进行了探讨,提出了面向移动节点的双播软切换方法.在移动节点具备两个无线接口的情况下,可以采用以移动节点为目标的双播实现IP层的软切换.提出的IP包序号选项和按序接收的双播数据流合并算法,与IP单播有较好的相容性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1移动通信系统的发展

1.2全IP无线移动网络

1.3本文结构

第二章背景知识

2.1第三代移动通信系统

2.1.1 IMT-2000

2.1.2 UMTS/WCDMA

2.1.3cdma2000

2.1.4 TD-SCDMA

2.2移动网络向全IP结构的演进

2.2.1 UMTS全IP结构的演变

2.2.2 cdma2000的全IP架构

2.3移动性管理

2.3.1移动性管理概述

2.3.2位置管理

2.3.3移动切换(Handover)管理

2.4移动IP

2.4.1移动IP概述

2.4.2移动IP与GPRS的移动管理比较

2.4.3移动IP在全IP移动网络中的应用

2.5 TCP的拥塞控制

2.5.1慢起动

2.5.2拥塞避免

2.5.3快速重传

2.5.4快速恢复

第三章微移动协议

3.1引言

3.2网络层移动切换时延分析

3.2.1全IP移动网络模型

3.2.2网络层移动切换过程

3.2.3 MIP移动切换时延分析

3.3微移动协议简介

3.3.1 CellularIP

3.3.2 HAWAII

3.3.3 EMA

3.3.4 IDMP

3.3.5 BCMP

3.3.6 RR

3.3.7 LLH

3.3.8 HMIP

3.3.9 FastIP

3.4域内路由设计

3.4.1集中式单CoA路由

3.4.2分布式单CoA路由

3.4.3集中式多CoA路由

3.4.4分布式多CoA路由

3.4.5域内路由设计小结

3.5快速移动切换技术

3.5.1降低移动检测时延(T1)

3.5.2降低建立网络连接时延(T2)

3.5.3降低移动注册时延汀3)

3.5.4快速移动切换技术小结

3.6平滑移动切换技术

3.6.1多播/双播

3.6.2缓存转发

3.6.3隧道转发

3.6.4平滑移动切换技术小结

3.7寻呼

3.7.1组播寻呼

3.7.2广播寻呼

3.8需进一步研究的问题

3.8.1快速无缝切换技术

3.8.2层间信令机制

3.8.3微移动路由协议

3.8.4 QoS保障

第四章MPSSF：多径单流缓存转发

4.1引言

4.2相关研究

4.2.1多流转发

4.2.2单流转发

4.3多径单流转发

4.3.1局部注册

4.3.2包缓存转发

4.3.3延迟路由更新

4.4局部往返时间

4.5路由更新时延

4.6数据包失序

4.7网络资源消耗

4.8数据包时延

4.9数值分析

4.9.1延迟更新时间

4.9.2失序数量

4.9.3网络资源消耗

4.9.4数据包时延

4.10对TCP性能的影响

4.10.1实验模型

4.10.2对TCP拥塞控制机制的影响

4.10.3对TCP有效吞吐量的影响

4.11讨论

4.12小结

第五章两阶段数据包缓存策略

5.1引言

5.2相关研究

5.2.1微移动协议

5.2.2数据包缓存策略

5.3两阶段缓存策略

5.3.1切换前阶段

5.3.2切换后阶段

5.4性能分析

5.4.1缓存占用时间

5.4.2缓存需求

5.4.3数据包丢失

5.4.4数据包重复

5.5数值分析

5.6小结

第六章链路层数据包缓存策略

6.1概述

6.2 WCDMA的RLC

6.2.1 RLC层的结构

6.2.2 RLC层的服务和功能

6.2.3 RLC实体(确认模式)

6.2.4 RLC的ARQ机制

6.3 CDMA2000的RLP

6.3.1 RLP协议过程

6.3.2基于NAK的ARQ机制

6.4链路层数据包缓存策略

6.4.1无线信道模型

6.4.2链路层重发缓存管理

6.4.3链路层数据包缓存策略

6.5模拟实验

6.5.1实验环境

6.5.2缓存占用

6.5.3重复包

6.5.4改进的ARQ性能

6.6讨论

6.7小结

第七章全IP无线移动网络的软切换

7.1 CDMA的软切换

7.1.1分集

7.1.2 RAKE接收机

7.1.3软切换

7.2相关研究

7.2.1 CDMA基础上的IP软切换

7.2.2端到端的IP软切换

7.2.3相关研究小结

7.3面向移动节点的双播软切换

7.3.1多穴移动节点

7.3.2数据包序号选项

7.3.3面向移动节点的双播

7.3.4双播数据流合并

7.4讨论

7.5小结

第八章结论与展望

参考文献

致谢

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