信息中心网络的移动性支持机制研究

摘要

为从根本上解决传统互联网原始设计的重大弊端，国内外学者相继开展了未来互联网理论和技术的研究工作，而具有资源利用率高、网络能耗低、动态性能好等诸多优势的信息中心网络，现已发展成为未来互联网研究领域中认可度最高、潜力最大的网络架构之一。作为一个新兴的网络架构，信息中心网络虽可通过节点对内容的缓存，缓解内容源或用户移动造成的不良影响。但是，在信息中心网络中，内容源或用户移动切换时，仍存在兴趣消息或数据消息丢失，移动切换时延较长，路由可扩展性降低，位置更新开销较大，用户移动切换体验较差，无法提供区分内容的移动性支持等一系列亟待解决的问题。为此，论文在信息中心网络架构下，提出了四种适用于不同移动切换支持需求场景的移动性支持机制，相关的创新工作具体如下:
　　1.为有效解决信息中心网络存在的内容源移动性问题，论文提出了一种基于位置标识的移动性支持机制。该机制可通过扩展兴趣消息和数据消息的消息格式，添加辅助兴趣消息路由寻址的位置标识及与内容存储器结构类似的兴趣存储器，避免内容源移动切换导致的兴趣消息的丢失，缩短内容源移动切换引入的移动切换时延，提高兴趣消息的寻址效率并维护路由的可扩展性。同时，论文在便携终端移动模型的基础上建立了一个内容源移动模型，详细地描述了内容源的移动切换行为，并从理论分析和仿真测试两方面比较了信息中心网络中的各种内容源移动性支持机制。结果表明:基于位置标识的移动性支持机制具有较低的移动切换成本，较小的移动切换时延和较短的内容获取时延。
　　2.为降低内容源移动切换时的能量消耗并节省宝贵的无线链路资源，论文提出了一种基于代理的移动性支持机制。首先，该机制扩展了接入路由器的基本功能，使其始终保持对内容源移动状态的监测，并代替内容源发起移动相关的信令交互流程。如此，内容源无需过多地参与移动支持相关的操作，亦无需在相对匮乏的无线链路上传输与位置更新相关的消息。其次，该机制规范了内容源位置表项的添加、更新与删除原则，可保证内容源位置表项正确地维护内容源的位置信息，并避免过期内容源位置表项浪费有限的存储空间。同时，论文采用流体流移动模型描述了内容源的域内移动切换行为和域间移动切换行为，设计了普适于各类移动性支持机制的三层网络分析模型，并首次从理论分析和仿真测试两方面比较了信息中心网络与现有互联网中的移动性支持机制。结果表明:基于代理的移动性支持机制具有较低的位置更新开销，较小的移动切换时延和较少的丢包数目。此外，论文设计了一种以基于代理的移动性支持机制为基础的子网移动支持方法，使得子网可以作为一个整体在信息中心网络中自由地移动。
　　3.为有效解决信息中心网络存在的用户移动性问题，论文提出了一种基于主动缓存的移动性支持机制。首先，该机制可通过接入路由器主动请求与缓存用户移动切换过程中未能获取的内容，避免用户移动切换导致的数据消息的丢失，缩短用户移动切换引入的移动切换时延，并提高用户的移动切换体验。其次，该机制设计了一种基于链路层有效信息的用户移动切换策略，可为用户确定触发移动切换支持相关进程的适宜时间，并为用户选择即将移动切换至的最佳接入点。同时，论文采用随机路点模型描述了用户的移动切换行为，并首次从理论分析和仿真测试两方面比较了信息中心网络中的各种用户移动性支持机制。结果表明:基于主动缓存的移动性支持机制具有较低的内容获取成本，较高的移动切换收益，较小的移动切换时延和较优的内容获取效率。
　　4.为满足终端对不同类型内容的不同移动切换体验等级需求，论文提出了一种区分内容的移动性支持机制。通过扩展接入路由器的基本功能，修改兴趣消息和数据消息的消息格式，并为不同类型的消息设置不同的转发优先级，该机制可在有效解决信息中心网络存在的用户移动性问题和内容源移动性问题的同时，为不同身份的终端和不同类型的内容提供不同等级的移动切换体验。此外，论文给出了评估系统容量和服务阻塞概率的方法，并以实际数据为基础，分析了终端身份、终端行为和终端能力对上述机制系统容量的影响，以及会话到达速率和终端数目对上述机制服务阻塞概率的影响。最后，论文设计了一种以区分内容的移动性支持机制为基础的QoS支持方法，使得信息中心网络可以为不同的内容提供不同QoS等级的服务。

目录

声明

致谢

摘要

主要缩略词对照表

1 绪论

1．1 信息中心网络概述

1．1．1 基本通信原理

1．1．2 研究现状汇总

1．2 移动性支持机制研究进展

1．2．1 信息中心网络中的移动性问题

1．2．2 传统互联网中的移动性支持机制

1．2．3 信息中心网络中的移动性支持机制

1．3 论文主要研究内容与贡献

1．4 论文组织结构

2 一种基于位置标识的移动性支持机制

2．1 基于位置标识的移动性支持机制

2．1．1 基本设计思想

2．1．2 消息处理流程

2．1．3 信令交互流程

2．1．4 内容源移动切换场景

2．2 理论模型与数据分析

2．2．1 内容源移动切换行为描述

2．2．2 网络分析模型

2．2．3 移动切换成本分析

2．2．4 移动切换时延分析

2．3 仿真测试与性能评估

2．3．1 仿真测试环境

2．3．2 移动切换成本的测试与评估

2．3．3 移动切换时延的测试与评估

2．3．4 内容获取时延的测试与评估

2．4 优势分析

2．5 本章小结

3 一种基于代理的移动性支持机制

3．1 基于代理的移动性支持机制

3．1．1 基本设计思想

3．1．2 代理服务器选择策略

3．1．3 内容源位置表项的添加、更新、删除原则

3．1．4 信令交互流程

3．1．5 内容源域内移动切换场景

3．1．6 内容源域间移动切换场景

3．2 理论模型与数据分析

3．2．1 流体流移动模型

3．2．2 三层网络分析模型

3．2．3 位置更新开销分析

3．2．4 移动切换时延分析

3．3 仿真测试与性能评估

3．3．1 仿真测试环境

3．3．2 域内移动切换性能的测试与评估

3．3．3 域间移动切换性能的测试与评估

3．4 可选优化设计

3．5 本章小结

4 一种基于主动缓存的移动性支持机制

4．1 基于主动缓存的移动性支持机制

4．1．1 基本设计思想

4．1．2 用户移动切换策略

4．1．3 信令交互流程

4．1．4 用户移动切换场景

4．2 理论模型与数据分析

4．2．1 用户移动切换行为分析模型

4．2．2 网络分析模型

4．2．3 内容获取成本分析

4．2．4 移动切换收益分析

4．3 仿真测试与性能评估

4．3．1 仿真测试环境

4．3．2 移动切换时延的测试与评估

4．3．3 内容获取效率的测试与评估

4．4 本章小结

5 一种区分内容的移动性支持机制

5．1 区分内容的移动性支持机制

5．1．1 基本设计思想

5．1．2 加速转发类内容的移动支持

5．1．3 确保转发类内容的移动支持

5．1．4 尽力而为类内容的移动支持

5．1．5 优势分析

5．2 系统容量分析

5．3 服务阻塞概率分析

5．4 可选优化设计

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果

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