未来移动通信系统中多网络融合的关键技术研究

摘要

未来的移动通信系统将是一种基于全IP技术、支持多种无线接入方式和无缝漫游功能的异构融合网络。由于各种网络的体系结构和底层技术存在差异性，不同的接入网络采用了不同的移动性管理技术、业务质量保证机制以及认证、授权和计费（AAA，Authentication，Authorization and Accounting）方案，这些传统的单一网络中的解决方案不能有效的支持异构网络间的协同工作，多网络融合仍然面临着诸如保证服务质量和安全性、提高无缝移动的用户感知、提高融合网络整体性能等难题。为满足未来移动通信系统中多网络融合的发展需要，在任何环境下为用户提供最佳连接，保证无缝的高效可靠的服务，提高融合网络的整体性能和效率，必须设计开放、高效、与接入技术无关的动态服务质量（QoS，Quality of Service）保证机制、自适应移动性管理方案以及快速移动AAA认证方案，本文针对这三个方面进行了深入研究，主要工作和创新点如下：
　　 （1）提出了一种分级移动IPv6（HMIPv6，Hierarchical MobileIPv6）框架下基于位置管理的动态QoS预留方案（RM-DQR）。通过周期性测量小区间的历史切换强度或历史业务流量强度，动态自适应地将历史切换强度/业务流量强度较大的邻居小区划归到同一移动锚节点（MAP，Mobility Anchor Point）管理域内，从而在重新进行QoS预留时，能够有效的将重建路径控制在域内范围。所提出算法能够有效减少系统QoS信令开销和QoS路径重建时延。
　　 （2）针对分级移动IP结构存在的负荷集中和单点故障问题，提出了一种基于分级移动IP的自适应移动性管理方案，包括自适应的MAP选择方案和高效的MAP故障发现和恢复机制。自适应的MAP选择方案基于分布式MAP结构，通过采用二层触发机制提供的底层信息，基于策略自适应地选择MAP来有效地进行MAP负荷分担。提出了高效的MAP故障发现和恢复机制，采用互联网控制信息协议（ICMPv6）消息来发现MAP故障，减少了故障发现时间，利用主备用绑定信息加快了MAP故障恢复的过程。理论上分析了自适应移动性管理方案的性能，并同标准的分级移动IPv6协议进行了比较。数值和仿真结果表明，自适应移动性管理方案的MAP可靠性、分组丢失率以及MAP故障发现和恢复时间都得到了优化。
　　 （3）通过分析现有的移动IP和AAA的融合方案不足，提出了一种增强型的AAA认证方案（E-AAA，Enhanced AAA）。该方案中引入快速分层移动IPv6的思想，给出了具体的切换密钥生成和管理方案，该方案的提出，保证了切换过程的安全性。E-AAA方案的提出，在保障切换安全的基础上，进一步地解决了切换过程中由于引入认证过程而造成的过大开销，不仅使得在域内的认证开销得到了降低，而且域间的开销同样得到了进一步地降低。
　　 （4）提出了一种适用于3GPP-WLAN融合网络的融合AAA的最优部署方案。首先给出了一种融合认证架构，并且基于该融合认证架构进行理论分析和仿真。仿真结果表明，通过合理地设置认证矢量组的AV数目、发起AV请求的次数以及每个AV可以使用的重认证次数，可以使得系统开销降低到最小。该方案的提出，将对未来移动IPv6商业部署时，相关AAA设施部署提供理论指导。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 选题背景

1.2.1 未来移动通信系统

1.2.2 异构网络融合的关键技术

1.2.3 异构网络融合面临的挑战

1.2.4 国内外研究现状综述

1.3 主要工作和创新点

1.3.1 博士研究生期间的主要工作

1.3.2 论文的主要工作和创新点

1.4 论文的组织结构

1.5 本章小结

1.6 参考文献

第二章 HMIPV6下基于位置管理的动态QoS预留方案研究

2.1 引言

2.1.1 NSIS基本原理

2.1.2 区域位置管理的相关研究

2.2 HMIPv6下基于区域位置管理的动态QoS预留方案

2.2.1 分布式区域位置管理模型

2.2.2 算法流程描述

2.2.3 算法的数学描述

2.3 系统性能分析

2.3.1 信令开销分析

2.3.2 系统时延分析

2.3.3 时延抖动分析

2.4 仿真实验

2.4.1 仿真场景及参数设置

2.4.2 仿真结构及分析

2.5 本章小结

2.6 参考文献

第三章 自适应移动性管理方案研究

3.1 引言

3.1.1 移动IP 存在的问题

3.1.2 分级移动IP基本原理

3.1.3 分级移动IP存在的问题

3.2 自适应MAP选择方案

3.2.1 分布式MAP结构

3.2.2 基于二层处罚机制的MAP选择方案

3.2.3 基于策略的MAP选择算法

3.3 高效的MAP故障发现和恢复机制

3.3.1 移动IP中HA的故障发现和恢复机制

3.3.2 MAP故障发现和恢复机制

3.3.3 性能分析

3.3.4 仿真和结构分析

3.4 全IP异构融合无线网络仿真平台

3.5 移动IP试验床

3.6 本章小结

3.7 参考文献

第四章 移动IP和AAA结合方案的优化研究

4.1 引言

4.1.1 AAA基本模型

4.1.2 移动IP中的AAA模型

4.1.3 EAP

4.2 移动IP网络环境中AAA认证优化方案

4.2.1 研究现状

4.2.2 方案描述

4.2.3 开销模型的建立和性能分析

4.2.4 仿真和性能分析

4.3 一种优化的基于EAP的切换认证机制

4.3.1 研究基础

4.3.2 联合协调的切换认证系统架构模型

4.3.3 域内切换的EAP重认证机制

4.3.4 域间切换的EAP预认证机制

4.3.5 性能分析

4.4 本章小结

4.5 参考文献

第五章 3GPP-WLAN中融合AAA相关问题研究

5.1 引言

5.2 相关研究基础

5.2.1 WLAN与3GPP异构网络容和架构

5.2.23GPP-WLAN融合网络中的EAP-AKA认证

5.3 融合AAA方案的最优部署策略

5.3.1 方案描述

5.3.2 理论分析

5.3.3 仿真和性能分析

5.3.4 结论

5.4 本章小结

5.5 参考文献

第六章 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

附录 缩略语

致谢

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