基于移动IP的路由优化和无缝切换的研究

摘要

移动IP是基于网络层提供移动支持功能的全方位移动解决方案，它具有可扩展性、可靠性和安全性，并使节点在切换链路时仍可保持在进行的通信。本文针对移动IP中的分组发送的“三角路由”问题和切换过程中通信中断、分组传输延时、分组丢失等问题，提出了路由优化方案和无缝切换方案。在此基础之上，使用了网络模拟器对这两个方案进行了仿真模拟，根据仿真结果对方案的网络性能进行分析、评估和验证。 为解决在标准移动IP中存在的“三角路由”和切换期间通信时延两个问题，本文在网路仿真器中实现了移动IP的路由优化(ROMIP)扩展以及平滑切换机制。为此，在网络仿真器中原有标准移动IP框架的基础之上，引入了绑定警告、绑定更新、绑定请求和绑定确认等绑定缓存管理消息，并使用后向型平滑切换机制来降低切换时延。仿真结果表明，相比较于标准移动IP协议，ROMIP明显地提高了数据带宽，降低了通信对端节点与移动节点之间分组发送的端到端时延。由于平滑切换机制的实现，通信切换时延降低了50％以上。此外，该方法具有对硬件的透明性和在软件实现上的简易性，因而为移动IP网络的实时通信研究工作提供了较强的实用价值。 本文所提出的无缝切换方案是适用于诸如机场侯机大厅、展览馆、议政厅、星级宾馆大堂等大型开放室内环境的无缝切换策略。在移动IP机制中，引入了决策实体(ControlEngine)，降低了域内传输信号量负荷与传输时延；重新设计和规划移动IP第三层管理消息协议，使移动节点在切换过程保持第二层的连接；在控制引擎CE中引入室内位置跟踪和移动类型检测算法，使决策实体具备智能决定移动节点该如何切换、何时切换、切换至何处的决策能力。在移动节点之中加入了信号强度模型，在接收能量低于阈值电压时作为初始移动切换的触发器，代替了传统的链路层的触发器。仿真结果表明：无缝切换方案(SMIP)与标准移动IP(MIP)相比，在一般情况的切换过程中，SMIP完全消除了切换延时，丢包率达到0％、无任何分组丢失现象；数据分组的端到端延时稳定，约为同等情况下MIP的75％；由于CE具备智能决策切换功能，即使在多接入路由器的复杂覆盖区域中的切换也能达到良好的切换性能。由于该方案完全消除了切换时延和丢包现象，因而为移动IP在无线通信的实时业务应用方面提供了一种有效的“无缝”切换策略。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1移动IP的研究背景

1.2国内外基于移动IP的路由优化和无缝切换研究发展现状

1.2.1路由优化研究与发展现状

1.2.2无缝切换研究与发展现状

1.3论文的主要工作及结构安排

1.3.1课题研究的意义

1.3.2本文主要工作

1.3.3本文结构安排

第2章移动IP的路由技术和切换技术

2.1移动IP

2.1.1移动IP协议的功能实体

2.1.2隧道和转交地址

2.1.3移动IP工作过程

2.2移动IP的路由技术

2.2.1单播、广播和组播路由

2.2.2移动路由器的操作

2.3移动IP的切换技术

2.3.1低延迟切换

2.3.2快速切换

2.3.3无缝切换

2.4本章小结

第3章路由优化设计、实现和仿真

3.1移动IP路由优化机制(ROMIP)

3.2路由优化设计与实现方案

3.2.1消息格式设计

3.2.2通信实体收发行为模块

3.2.3路由优化的平滑切换

3.2.4消息管理时序策略

3.3路由优化实现流程

3.4仿真及性能分析

3.4.1仿真拓扑场景

3.4.2仿真结果与性能分析

3.5本章小结

第4章无缝切换方案的设计和实现

4.1方案假设前提以及设计目标

4.2子网域内控制引擎CE的引入

4.2.1控制引擎引入的目的

4.2.2控制引擎的功能

4.3无缝切换方案的协议框架

4.3.1无缝切换消息设计

4.3.2无缝切换消息时序策略

4.4无缝切换协议流程

4.5切换算法

4.5.1室内覆盖区域定义

4.5.2位置跟踪算法

4.5.3移动类型检测算法

4.6本章小结

第5章无缝切换方案的仿真及性能分析

5.1 NS网络仿真器原理

5.2仿真参数理论计算

5.2.1理论覆盖半径以及最小重叠距离

5.2.2实际覆盖半径

5.2.3移动类型检测最小周期

5.3仿真拓扑场景设计

5.4仿真流程

5.5仿真结果性能分析

5.5.1路径A(a-＞b-＞c)仿真结果与性能分析

5.5.2路径B(a-＞b-＞d)仿真结果与性能分析

5.6无缝切换方案仿真结论

5.7本章小结

第6章结束语

参考文献

致 谢

附录：代码清单