（通信与信息系统专业论文）ad+hoc网络的移动性管理策略的研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着人们对移动通信需求的增强，蜂窝移动通信系统得到了迅速普 及。但蜂窝移动通信网络的管理控制方式是集中式的，网络的运行要基于 预先架设好的网络设施。这两个特点使得蜂窝移动通信系统对有些特殊场 合来说并不适用，例如，战场上部队快速展开和推进、发生地震或水灾后 的营救。因此需要一种特殊的通信系统，这种通信系统的运行不能基于任 何预先架设好的网络设施，要能实现快速动态的自动组网，节点要能移动， 具有很高的抗毁性能。分层多跳无线网就是这样的一种网络。 本文所介绍的分层多跳无线网络是一种特殊的a dh o e 网络结构，这种 网络具有两种节点，移动用户和固定无线路由器移动用户发起和接受呼 叫，路由器负责网络组织和路由转发。路由器之间形成分级结构，而路由 器和用户之间形成类似蜂窝移动通信的结构，兼有a dh o c 网络和蜂窝移动 通信的优点。由于分层多跳无线网的使用特点，使得在它里面进行移动性 管理变得非常重要。本文对这种网络中的移动性管理进行研究，主要在宏 移动性管理上开展了一些研究工作 本文通过对接入骨干网的a dh o c 网络的几种典型宏移动性管理策略 进行详细的分析，提出了由两种机制融合而成的移动性管理机制它吸收 了两种宏移动性管理的优点，是一种适用于节点在高速移动时不断穿越各 子网情况下的代理级连的宏移动性管理策略，由于采取了代理级连的移动 性管理机制，使得移动节点在网络中快速穿越不同子网所引起的频繁的注 册开销得到了大幅降低；而由几个代理构成的一个逻辑家乡代理，解除了 传统移动性管理的用户和家乡网络、用户和家乡代理、家乡网络和家乡代 理之间的物理对应关系，这种用在地理上分布的多个管理实体构成一个逻 辑家乡代理组可获得高可靠性，弥补了传统的移动i p 中只能采用单个h a 所带来的脆弱性问题；同时计时器的引入也避免了移动节点在子网长时间 滞留所带来的传送数据信令开销的增加，减轻了网络的负担，提高了网络 性能。 关键字：分层多跳无线网，移动性管理，微移动，宏移动 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h e i n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t m o b i l e c o m m u n i c a t i o n ，t h e m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a sb e e nw i d e s p r e a dd e p l o y e d h o w e v e r , b e c a u s eo f t h ec e n t r a l i z e dm a n a g e m e n ta n dc o n t r o l ，t h eo p e r a t i o no ft h em o b i l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki sr e l i e d0 1 1p r e e x i s t e df i x e dn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e t h i sm a k e si tu n s u i t a b l ef o rs e v e r a ls p e c i a ls i t u a t i o n s ，s u c ha st h ee x p a n d i n g a n dp r o p e l l i n go f a r m i e si n b a t t l e f i e l d ，t h em a n a g e m e n to fr e s c u ew o r ka f t e r d i s a s t e r sl i k ee a r t h q u a k eo rf l o o dh a p p e n e d s on e t w o r k so fs p e c i a ls t r u c t u r e a r ei n t r o d u c e dw h i c hc a nb e r a p i d l yd e p l o y e dw i t h o u tr e l y i n g o n a n y p r e e x i s t e d f i x e dn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r ea n dc a na l s ob e a u t o m a t i c a l l y c o n f i g u r e da sw e l la sa d a p t e dt h e m s e l v e st ot h ed y n a m i cc h a n g i n go fn o d e l o c a t i o n o n eo ft h e s en e t w o r k si st h eh i e r a r c h i c a lm u l t i h o pm o b i l ew i r e l e s s n e t w o r k s ( h m w n ) ，a sr e s e a r c h e di nt h i sd i s s e r t a t i o n h m w no ft h i sp a p e rb r i n g i n gf o r w a r dc o n t a i n st w ok i n d so fn o d e s ，m o b i l e u s e r sa n di m m o b i l er o u t e r o n l ym o b i l eu s e r sc a nb es o u r c e sa n dd e s t i n a t i o n s o f u s e rd a t at r a f f i c ，a n do n l yr o u t e r sc a np e r f o r mt h ef u n c t i o n so f r o u t i n ga n d f o r w a r d i n g ，a sw e l la st h eo r g a n i z a t i o no ft h en e t w o r k t h ea r c h i t e c t u r eo f i m m o b i l et o u t e r sf o r m sa sm u l t i 1 e v e ln e t w o r k sw h i l et h ea r c h i t e c t u r e b e t w e e ni m m o b i l er o u t e r sa n dm o b i l eu s e r si ss i m i l a rt ot h a to f t h ee e l lm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s oh m w ni n h e r i t st h ea d v a n t a g e so fb o t ha dh o e n e t w o r k sa n dt h ec e l lm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s t h e s ec h a r a c t e r so f h m w nm a k ei t v e r yi m p o r t a n to fm o b i l i t ym a n a g e m e n t ，t h i sd i s s e r t a t i o n s t u d i e sm o b i l i t ym a n a g e m e n ti nh m w na n dp a y sa t t e n t i o nt om a c r om o b i l i t y m a n a g e m e n t a c c o r d i n gt or e s e a r c ht w ot y p i c a lm a c r om o b i l i t ym a n a g e m e n t so fa dh o c a c c e s sn e t w o r k s ，t h ec o o p e r a t i o no ft h et w oi sp u tf o r w a r dw h i c hc o n t a i n s a d v a n t a g e so ft h et w om a c r om o b i l i t ym a n a g e m e n t sa n di s s u i t a b l ef o r m o b i l i t ym a n a g e m e n to fa g e n tb a n d i n gw h e nm o b i l eu s e rf r e q u e n t l yc r o s s e s d i f f e r e n ts u b n e t w o r k s s i n c ea d o p t i n gs t r a t e g yo fa g e n tb a n d i n g ，r e g i s t e r c o s ti ss m a r t l yr e d u c i n gw h e nm o b i l eu s e ri nh i g hs p e e dm o v e m e n t a l s o b e c a u s et h em a c r om a n a g e m e n tm e t h o du s e saf e wa g e n t st oc o m p o s eal o g i c a l h o m ea g e n tt oo b t a i n h i g hs u r v i v a b i l i t y s o t h e p h y s i c a lc o u n t e r p a r t 重庆邮电大学硕士论文摘要 r e l a t i o n s h i p b e t w e e nu s e ra n dh o m en e t w o r k ，u s e ra n dh o m ea g e n t ，h o m e n e t w o r ka n dh o m ea g e n ti sr e l e a s e d b a s e do nt h el o g i c a lh o m ea g e n t c o m p o s e do fs e v e r a lp h y s i c a ld i s t r i b u t e dm a n a g e m e n te n t i t i e s ，t h em a c r o m o b i l em a n a g e m e n to b t a i n si t sh i g hr e l i a b i l i t y i ta l s os o l v e st h ep r o b l e mi n t r a d i t i o n a lm o b i l ei pt h a tt h ef r a n g i b i l i t yc a u s e db ys i n g l eh a a tt h es a m e t i m e ，t i m e ra v o i d st oi n c r e a s i n go fs i g n a lc o s tw h e nm o b i l eu s e rs t a y si no n e s u b n e t w o r ki nal o n gt i m e i naw o r d ，t h i ss t r a t e g yr e d u c e sb u r d e na n d i m p r o v ep e r f o r m a n c eo fn e t w o r k s k e y w o r d s ：h i e r a r c h i c a lm u l t i h o pm o b i l ew i r e l e s sn e t w o r k s ( h m w n ) ， m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，m a c r om o b i l i t y ，m i c r om o b i l i t y m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重宏 鲣盘盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：青霞 - 0 1 签字日期：如哆年臼占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆壑电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆噬虫太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：毒露 签字日期：，d 7 年石月 导师签名； 修坼 艿日签字日期： e c i 年6 月富日 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 移动计算与通信装置( 例如，蜂窝电话机、微型计算机、手持数字装 置、个人数字助理、可佩戴计算机) 的迅速增长正在推动信息社会的变革 我们正在从个人计算机时代( 即一个人一个计算装置) 过渡到随遇计算时 代( u b i q u i t o u sa g e ) 。在随遇计算时代，一个用户能够随时随地根据需要 同时使用多个电子平台访闯所需要的全部信息。随遇装置的特性决定了使 无线网络成为其互连的最简单的解决方法，因此，无线领域在过去的十年 里指数增长。移动用户可以使用其蜂窝电话机查阅电子邮件、浏览互联网； 携带有手提电脑的旅客可以在机场、火车站，以及其他公共场合进行网上 冲浪；旅客可以使用出租车上的全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ， g p s ) 终端来确定到达目的地的行驶路线；研究人员在参会时可以采用无 线局域网连接手提电脑的方式交换文件和其他信息；在家里，用户可以在 手持装置和台式电脑之间传输数据和文件。 移动装置不仅体积越来越小、价格越来越便宜、使用越来越方便、功 能越来越强大，而且运行的应用和网络服务越来越多，从而推动移动计算 设备市场的爆炸性增长。互联网和便携式计算机用户的暴涨又进一步推动 了移动装置的增长。 在移动装置的所有应用和服务中，网络连接和相应的数据服务毫无疑 问是移动用户最迫切需要的服务。当前，这些无线装置之间的大多数连接 通过固定基础设施服务提供方或者专用网络来实现。例如，两部蜂窝电话 机之间通过蜂窝网络中的和来建立连接，膝上型电脑通过无线访问点连接 到互联网上而基础设施网络提供了许多方法给移动装置获取网络服务， 这可能会花费大量的时间和很高的代价去建立必要的基础设施。而且，存 在这样的情况：在给定地理区域内没有用户需要的网络连接；例如，一个 考察队或者一个旅游团到达某个没有通信基础设施的区域如何保持联系 地进行各自的活动? 人们在灾后基础设施被毁条件下如何迅速地协调重 建? 此时，提供所需要的连接和网络服务就成为一种挑战。 军事作战的动态特性意味着战场军事通信不能依靠访问固定的、预先 建立好的通信基础设施。纯无线通信也存在局限性，无线信号易受干扰， 高于l o o m h z 的射频几乎不能进行超视距的传输。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 这些闯题首先涉及到移动问题；第二涉及到不需要基础设施支持的问 题；第三涉及到动态自组织组网问题；第四涉及到网络必须能够快速展开 的问题。为此，研究人员提出了不需要基础设施支持的无线a dh o e 网络解 决方案。即通过自动配置使移动装置相互连接，建立既灵活功能又强的 a dh o c 网络( m o b i l e a dh o c n e t w o r k ，m a n e t ) 这样，移动节点不仅能 够相互通信，而且还能够通过i n t e r n e t 网关节点接收i n t e r n e t 服务，有效地 将i n t e r n e t 服务延伸到没有基础设施的区域。 正是由于a dh o c 网络的这些特点，使得如何快速有效地组织和管理 移动终端一一移动性管理成为人们关注的焦点。而未来无线通信系统的移 动性管理主要朝采用多种自适应管理的终端、网络以及应用的无缝集成的 方向发展，最重要的特征之一是朝着全i p 核心网和非对称接入的体系发 展。因此移动性管理是无缝接入无线网络和服务的最重要的难题之一，是 自动支持移动终端漫游而不中断通信的基础技术 1 2 论文结构 本文共分为五章，各章的内容安排如下： 第一章介绍了a dh o c 网络的应用场景，以及研究a dh o c 网络及其移 动性管理的必要性。 第二章详细介绍了a dh o c 网络的结构特点和移动性管理技术。 第三章介绍了现存的多种单一式和接入骨干网的a dh o c 网络的移动性 管理策略，并对其进行了详细的分析。 第四章综合上述方案，提出了种新的接入骨干网的a dh o c 网络移动 性管理融合方案，对其工作机制进行了详细阐述，并对该方案进行了开销 和可靠性的数值分析，得出了本方案所特别引入的计时器的设定。 第五章总结了本文所做工作，并探讨了进一步的研究方向。 2 重庆邮电大学硕士论文第二章a d h o e 网络 第二章a dh o c 网络 2 1 什么是a dh o c 网络 a dh o e 网络，是一种由移动终端组成的、相互之间能够进行通信而无 基站支持的多跳无线网络。每个移动终端节点可任意移动，兼备路由器和 主机两种功能：作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由 器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发 和路由维护工作。在a dh o e 网络中，节点间的路由通常由多个网段( 跳) 组成，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往 通过多个中间节点的转发来实现通信。所以，它又被称为多跳无线网、自 组织网络、无固定设施的网络或对等网络。移动终端通过无线连接构成任 意的网络拓扑，这种网络可以独立工作，也可以与i n t c r n e t 或蜂窝无线网 络连接。在后一种情况中，a dh o c 网络通常是以末端子网( 树状网络) 的形 式接入现有网络。考虑到带宽和功率的限制，a dh o c 网络一般不适于作为 中间承载网络，它只允许产生于或目的地是网络内部节点的信息进出，而 不让其它信息穿越本网络，从而大大减少了与现存i n t e r n e t 互操作的路由 开销。 a d h o e 网络具有动态变化的拓扑结构，无中心、自组织的特点，可广 泛应用于那些不能或者不必架设基础设施的场合，如战场、紧急救援现场、 交互式的会议以及其它可以共享信息的商业场合等。 2 2 a dh o c 网络的特点 a dh o c 网络是种特殊的无线移动网络。网络中所有节点的地位平 等，无需任何预设的基础设施和任何的中心控制节点。网络中的节点不仅 具有普通移动终端的功能，而且具有报文转发能力与普通的移动网络和 固定网络相比，a dh o e 网络具有以下特点： 1 分布式控制 无线a dh o e 网络中的用户节点都兼备主机和路由功能，不存在一个网 络中心控制点，用户节点之间的地位是平等的，节点可以随时加入和离开 网络。任何节点的故障不会影啊整个网络的运行，网络路由协议通常采用 分布式控制方式，因而具有很强的可靠性和抗毁性。而在常规通信网络中， 由于存在基站、网控中心或路由器这样一类集中控制设备，用户终端与它 重庆邮电大学硕士论文第二章a d h o e 网络 们所处的地位不是对等的，从而影响了网络的可靠性和抗毁性。 2 网络自主性 无线a dh o c 网相对常规通信网络而言，最大的区别就是网络的布设或 展开无需依赖于任何预设的基础设旖。节点通过分层协议和分布式算法协 调各自的行为，节点可以快速、自动地组成一个独立的网络。 3 动态拓扑 a dh o c 网络是一个动态的网络。网络节点可以随处移动，也可以随时 开机关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。此外，无线传播条 件的快速改变，也导致了网络拓扑以不可预测的方式任意和快速地改变。 4 带宽限制和变化的链路容量 无线a dh o c 网络采用无线传输技术作为底层通信手段，其相对于有线 信道具有较低的容量：并且由于多路访问、多径衰落、噪声和信号干扰等多 种因素，使得移动节点的实际带宽与理论上的最大带宽值存在一定的差 距。 5 能量限制 移动节点依靠电池提供工作所需的电能。减少功耗将是影响网络协议 设计的一个非常重要的因素。 6 ，多跳路由 当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的多跳 转发。与固定网络的多跳不同，a dh o e 网络中的多跳路由是由普通的网络 节点完成的，而不是由专用的路由设备( 如路由器) 完成的。 7 有限的安全性 通常移动无线网络由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等原因， 会比有线网络更易受到安全性的威胁。这些安全性的攻击包括窃听、电子 欺骗和拒绝服务等攻击手段。 上述特点使得a dh o c 网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都 与普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别。 2 3a dh o c 的网络拓扑 拓扑可变的网络包含两种基本结构：集中式控制结构和分布式网络结 构集中式控制结构中普通节点设备比较简单，而中心控制节点设备较复 杂，有较强的处理能力，负责选择路由和实施流量控制。由于a dh o c 网络 中节点的能力通常相同，特别是在战场环境中，中心控制节点易被发现和 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章a d h o c 网络 易遭摧毁，使得a dh o c 网络不适合采用集中式控制结构，因此，a dh o c 网络一般采用分布式网络结构。 具体细分为：平面结构和分级结构。 2 3 1 平面结构 平面结构中，所有节点的地位平等，是一种完全分布式结构在该种 结构中源站和目的站之间一般存在多条路径，可以使用多条路径实现负荷 分担，也可以根据业务类型选择适当的路径，网络中所有节点是对等的， 所以比较健壮。而平面结构的最大缺点是网络规模受限。在平面结构中， 每一个节点都需要维护大量的拓扑和路由信息。由于节点的移动性，维护 这些动态变化的拓扑和路由信息需要大量的控制消息网络规模越大，路 由维护的开销就越大当网络的规模增加到某个程度时，所有的带宽都可 能会被路由协议消耗掉。所以平面式结构网络的可扩充性较差。 2 3 2 分级结构 分级结构中，网络被划分为群，每个群由一个群首和多个群成员组成， 这些群首形成了高一级的网络，在高一级网络中，又可以分群，再次形成 更高一级的网络，依次类推，如图2 1 所示为了实现群首之间的通信， 要有网关节点( 同时属于两个群的节点) 的支持。分级结构的优点是： 1 通过分群和引入相对的控制中心，使网络有较好的可扩充性； 2 分级结构是无中心和有中心模式的混合体，可以采用两种模式的技 术优势。 它的缺点是： 1 维护分级结构需要较复杂的群首选择算法； 2 群间的信息都要经过群首寻路，路由不一定是最佳 分级结构有较大的优势，体现在下面几个方面： 1 分级结构有较好的可扩展性。 2 分级结构通过路由信息局部化提高了系统的吞吐量。分级结构使路 由信息局部化，减小了路由控制报文的开销，并且容易实现网络的局部同 步 3 分级结构中节点的定位要比平面结构简单得多在平面结构中，想 知道一个节点的位置，需要在全网中执行查询操作。而在分级结构中，群 首想要知道自己群成员的位置，只要查询群首就可以得到节点的位置信 重庆邮电大学硕士论文 第二章a d h o e 网络 息。 渤m 垆”：? 麓 i ? ，# ，i n t e 啦e ； j ! 爱z ，二，一缘+ ，：m 。 ， 名：? “一j “ 图2 1a dh o c 网络分群 4 分级结构是无中心和有中心模式的混合体，可以采用两种模式的技 术优势。分级后网络被分成了相对独立的群，每个群都有控制中心。基于 有中心的t d v i a 、c d m l l 、轮询等接人技术都可以在分级的网络中使用。 基于有中心控制的路由、功率调整、移动性管理和网络管理等技术也可以 移植到a dh o c 网络中去。 2 4 移动性管理概述 传统的移动性指的就是终端移动性，也就是用户可以在移动中使用某 一终端，用户访问业务的接入点不是固定的，网络具有标识和定位终端的 能力。而移动性实际上具有多重含义，还包括个人移动性、会话移动性、 业务移动性等，这里主要讨论终端移动性。 在移动通信中，终端必然会从一个无线小区移动到其它无线小区甚至 跨越城市，这时就要发生越区切换问题，这些切换会带来一系列的终端重 新定位、终端重新建立通信链接等问题，相应的技术问题称为移动性管理 它是在移动节点的标识( 节点名) 及其地址( 节点相对网络结构的位置) 间提 供时变影射，是一种支持漫游用户到达一个新的服务区去接受服务的基本 技术，这些网络可以是i n t e r n e t ，i n t r a n e t ，a dh o c ，p c s 或者其混合的 6 重庆邮电大学硕士论文第二章a d h o e 网络 任何形式。而未来的移动通信系统要涉及多种网络的全球互连和互操作， 支持实时和多媒体业务，因而移动性管理更加复杂“2 。”。 目前的移动性管理技术专用性很强，不同的系统有不同方案，目前的 i n t e r n c t 主要是通过发展移动i p 或者s i p 两种协议来实现移动性管理【4 j ( 以 下将详细讨论) ，它们给其他网络的移动性管理提供了一个很好的参考标 准，对研究a dh o c 网络移动性管理也起到了很好的借鉴作用。但是移动 i p 需要对终端的核心协议栈做修改，从而限制了网络的完存性例，s i p 适 合实时应用但是不适合非实时的应用，而且需要新的传输层协议如s c t p 去适应业务流的改变，所以在进行a dh o c 移动性管理的时候，需要在此基 础上提出新的策略。 2 5 移动性管理的分类 1 按功能划分移动性管理包括两个部分：位置管理和切换管理。 位置管理：使通信网可以定位漫游终端以发送数据，包括编址、位置 注册以及更新、跟踪和寻呼等，主要内容是如何定位移动节点、跟踪它的 移动、更新位置信息等。位置管理分成两个步骤使得网络发现移动用户所 在附属结点，进行呼叫传递。第一个阶段为位置登记，在这个阶段移动终 端周期性的通知网络的新接入点，使得网络能够鉴别该用户和改变该用户 的位置记录文件；第二个阶段为呼叫传递，即网络被查询用户的位置信息， 传递移动主机的现有位置。 切换管理：在终端移动到新的区域时保持连通性，包括切换触发和产 生、新连接寻路、路由平滑切换等，主要是在数据传输期控制移动节点接 入点的改变。当一个移动终端不断移动和变换它的网络接人点时，切换管 理使得网络能够维持这个用户的连接切换管理包括三个过程：第一为初始 化，这个阶段用户、网络代理或变化的网络有条件的鉴别切换需求；第二 个阶段是一个新的连接产生，期间网络必须发现切换连接的新资源，执行 附加的路径操作这一任务由网络控制切换( n c h o ) 或移动辅助切换( m a h 0 ) 完成。第三阶段是数据流控制，数据从旧的连接路径转到新的连接路径是 根据已达成的服务保证之上建立的。 切换管理包括两种情况：小区切换和区间切换。其中小区内切换发生 在用户在一个小区内移动时，信号强度衰落低于一定门限值，导致该用户 的呼叫转移到同一基站的新的无线信道。小区间的切换发生在用户移动进 入邻近小区，所有到这个用户的移动终端连接必须转移到新的无线基站； 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章a d h o e 网络 当执行这种切换移动终端可以连接到多个相似的基站，使用信号的多样形 式去结合多重信令。这种切换被称为软切换；另一方面如果这个终端在同 一时间内只与一个基站相连，并在与目标基站相连后，立即清除与以前基 站的连接，这个过程被称为硬切换。切换管理涉及的问题有：有效而可行 的信息包处理，减少网络的信息负载，优化每一个连接路径，有效的带宽 分配，评估现有方法的标准化，提高无线服务连接的质量。 2 按移动范围划分移动性管理主要分为：兆移动、宏移动、微移动， 小移动、皮移动和纳移动。见表2 1 所示： 采用移动大小对移动性管理进行分类是为了区分不同的移动粒度在 相应的移动性管理方案产生的影响。例如，后三种一般不需要进行位置更 新而只考虑切换问题，微移动一般只需在域内进行位置更新而不对域外产 生任何影响，而兆移动一般要考虑垂直切换和位置管理策略以便处理非对 称网络结构和协议。这些分法与蜂窝大小的区分没有直接的对应关系，它 只是从网络的观点来看移动的粒度，例如，在一个重叠多种网络的地方， 即使节点移动 t t d , 或者静止也可能发生垂直切换。这里所谓的水平切换是 指在相同技术体制内的切换；垂直切换是指不同技术体制间的切换。 表2 1 移动性管理的分类 兆移动在不同的提供者或者技术体制之间的移动 宏移动在同一网内不同域间的移动 微移动同一域内不同位置区何的移动 小移动在同一位置区内不同接入点区之间的移动 皮移动在接入点内各分区之间的移动 纳移动一个接入点的逻辑信道之间的移动 2 6 目前主要使用的移动性管理技术 目前的移动性管理技术专用性很强，不同的系统有不同方案，在多网 互通和融合方面造成了很大困难，而且使用和维护成本也高，所以下一带 网络对移动性管理技术就有了较明确的要求：独立于接入技术，基于i p ， 支持q o s 和安全，支持终端移动性、用户移动性、服务移动性。而当前移 动性管理的研究主要集中在个人通信系统0 c s ) 和i n t e r n e t 两大阵营，这两 个阵营解决移动性管理的机制和涉及的管理实体不太一样，以下将对他们 进行分析对比 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章a d h o e 网络 2 6 1p c s 中的移动性管理 现今，比较完善的已大规模实用的移动性管理技术主要是运用在个人 通信系统( p c s ) 中。其主要机制是：移动用户经常活动的范围中，在某 一个位置区域进行。位置登记”，该位置区域就称为这个移动台的归属区。 归属区将把每个移动台的位置信息及用户识别码等送入移动交换中心 ( m s c ) 的原籍位置寄存器( h l r ) 中。每当移动台移出归属区而进入新 区时，移动台将自动向新的位置区域进行登记，向被访问区内的m s c 的 被访位置寄存器( v l r ) 报告原籍位置区号及自己的识别码等，并由被访问 m s c 将这一移动台新的位置信息通知它的归属区，使原籍m s c 的h l r 存 入变更后的位置信息，以便在移动用户被呼叫时，原籍m s c 能根据被呼 移动用户的位置信息决定应该呼叫的被访问m s c 区域。若- 归属区中h l k 的位置信息表明移动用户就在归属区，则移动用户就在归属区的m s c 的 管理下与外界通话若归属区中h l r 的位置信息表明移动用户正在外地， 则发给该用户的呼叫将被转给被访问区内的m s c ，再由被访问区内的m s c 处理移动用户与外界的通话。所以个人通信系统中的移动性管理主要是 m s c 依靠h l r 和v l r 对用户的位置等进行管理。但是，具体运营中的各 通信系统所采用的协议、系统、信令等都不尽相同，所以在实际的实现中， 目前的移动性管理技术是各种系统都有自己的一套方案，互相之间无法沟 通。虽然也有其它类型网络( 比如w l a n ) 支持移动，但是都不够完善， 没有大规模应用。 典型的g s m 的移动性管理的如图2 2 所示： 图2 2g s m 网络移动性管理结构图 g s m 中进行移动性管理包括两部分：位置管理和切换管理。其中位置 管理通常包括三个部分：位置登记、删除和寻呼用户。与位置管理相关的 重庆邮电大学硕士论文第二章a d h o c 网络 位置信息主要存放在h l r 和v l r 中。h l r 和v l r 相互通信，对用户进 行身份验证、更新、寻呼等操作而切换管理主要实现用户的小区选择和 链路的转移。 2 6 2i n t e r n e t 中的移动i p 与基于s i p 的移动性管理 i n t e r n e t 主要是通过发展移动i p 协议( m i p ) 和会晤产生协议( s i p ) 两 种协议来实现移动性管理，它们给其他网络的移动性管理提供了一个很好 的参考标准。前者是在网络层解决移动性管理问题，包括m i p v 4 和m i p v 6 两种协议，其机制基本类似，主要针对网络中的数据业务，从结构上看， 网络层最适于为传输和应用提供移动性；后者是在应用层解决移动性管理 问题，它是作为实时呼叫信令发展起来的，由于它在建立连接时屏蔽了下 层协议，所以不必考虑传输层协议对具体业务的影响，如面向t c p 的协议 只适于基于t c p 的应用，对t j d p 的业务和基于实时传输协议的应用就不能提 供移动性，因此，不必对移动主机的内核进行修改，同时它也是端到端的。 1 、移动i p 的移动性管理 在i n t e r n e t 上每个主机都分配有i p 地址，通过基于网络前缀的路由， i p 数据分组首先路由到i p 地址网络前级对应的网段，然后转发到目的主 机，因此，i p 地址不仅标识一台主机，也表示这台主机的物理网络位置。 而当移动主机在不同的网络间移动时，它的i p 地址已经不能表示其当时所 在的物理网络地址，发送给移动主机的i p 分组就不能被正确转发到目的节 点，移动主机因而不能正常地接入i n t e r n e t 获得网络服务。为了解决移动 问题，i n t e r n e t 工程任务组( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i e t f ) 提出 了移动i p ( m o b i l ei p ) ，作为对i n t e r n e t 上节点移动性的一个网络层的解决 方案。针对i p v 4 和i p v 6 ，主要的协议标准分别是r f c 3 3 4 4 和r f c 3 7 7 5 。 m i p 主要有三个功能实体：移动节点( m n ) 、家乡代理( h a ) ，外地代理 ( f a ) 。m n 只靠它的家乡地址( 也就是在家乡网段上的标识自己的i p 地 址) 就能随意的从i n t e r n e t 上有无线接口的子网链路接入i n t e r n e t ，甚至允 许m n 在移动时穿越不同的传输媒介；h a 是m n 归属的子网链路上的一 个代理，可以对节点进行管理( 比如负责找到m n 的位置等) ；f a 则是 m n 所访问的外地子网链路上的一个代理。 主要的工作机制如图2 3 所示：当m n 移动到外地子网时，从外地子 网的外地代理( f a ) 中得到一个外地转交地址( c o a ) ，而后m n 向h a 注册自己目前的转交地址。这时发绘m n 的数据包经过常规的路由后会被 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章a dh o c 网络 h a 截获，h a 再根据之前注册的转交地址，通过隧道把数据包传给f a ， f a 收到数据包后再传给m n 。当m n 向其他节点发数据包时，就使用一般 的路由方式，而不需要经过h a 。这就是m i p 移动性管理，它是i n t e r n e t 移动性管理最基本的机制，对其他网络的移动性管理也起了一个很好的借 鉴作用。 。 理嚣册鞴裆 图2 3 移动l p 的移动性管理 2 、基于s i p 的移动性管理 会话初始化协议( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，s i p ) ，它是i e t f 开发的 一个i n t e r n e t 标准。s i p 主要目的是为了解决i p 网中的信令控制，工作在 应用层，可以用来建立、修改、和终止会话( 会话是指用户之间的数据交 换，可以是各种不同的数据，比如普通的文本、数字化处理过的音频、视 频数据等) 。s i p 本身并不能提供语音传输等具体的服务，它只是一个可以 灵活的根据需要和其他协议一起协作的部件s i p 采用基于文本的方式( 使 用u t f 8 字符集，r f c 2 2 7 9 ) ，通过发送带有会话描述( 遵照会话描述协 议s d p 的规范) 的s i p 邀请消息来创建会话，参加者能够通过这种s i p 消 息交互进行媒体类型等会话所需的参数的协商 目前s i p 系统有两种实体：s i p 用户代理和s i p 网络服务器。用户代 理是代表用户执行动作的终端系统，是和用户直接交互的s i p 网络服务 器的主要功能是提供名字解析和用户定位在大多数情况下，呼叫发起方 只知道被叫的e m a i l 形式的地址、电话号码或者别的信息，用户代理客户 机就根据这些信息。决定利用哪个网络服务器来解析被叫的i p 地址。很多 情况下，为了解析一个名字，需要多个网络服务器的协同操作网络服务 器有代理服务器( p s ) 和重定向服务器( r s ) ，有的服务器还有注册功能。 由于s i p 只负责在应用层传送会话所需的信令，所以实现起来灵活简 单，可以跨平台，安装只需要简单的下载软件并安装到终端即可，不需要 l l 重庆邮电大学硕士论文 第二章a dh o c 网络 对终端的协议栈进行修改。所以，利用s i p 提供移动性管理是一个不错的 方法 m o b i l es i p ( m s i p ) 是在应用层使用s i p 来支持i p 的移动性假设每 个移动终端( m n ) 都属于某个家乡网络，在这个网络中有s i p 服务器负 责对移动性进行管理。当m n 改变所在位置时要向本地服务器进行注册( 注 册信息也会传到家乡服务器) 。注册时，m n 的身份由其s i p 地址进行标识， 所以不需要静态的i p 地址。 当通信端( c n ) 向移动到外地的m n 发起呼叫时，将根据m n 的地 址把i n v i t e 消息发送到对应域的服务器( m n 的家乡服务器) ，而家乡服 务器根据被配置的类型( p s 或r s ) ，做出不同的处理：p s 将继续向被叫 目前所在地址转发i n v i t e 请求，直到将消息发送到m n ；而r s 将向c n 返回m n 的正确位置信息，由c n 重新向m n 发送i n v i t e 请求。m n 收 到i n v i t e 请求后，发送响应消息，在两端协商好后会话建立，之后在c n 与m n 之间就建立起了数据流( 可以根据i n v i t e 中信息直接建立而不经 过服务器) 。其过程如图2 4 所示： 譬一聊m 一囤外地撒躺， 孓孑迤霜疑乒 圈2 4 基于s i p 的移动性管理 但需要指出的是，移动i p 需要对终端的核心协议栈做修改，从而限制 了网络的完存性，且存在入口滤波( i n g r e s sf i l t e r i n g ) 及移动代理不易 配置等问题；s i p 适合实时应用但是不适合非实时的应用，而且需要新的传 输层协议如s c t p 去适应业务流的改变，在处理协议消息时会引入较大的时 延，这对实时业务传输是非常不利的，而且它还需要在低层有支持检测网 络变化的能力所以在进行a dh o c 移动性管理的时候，需要在此基础上提 出新的策略 2 7 本章小结 本章首先介绍了a d h o c 网络的一些基本知识，包括网络特点以及拓扑 嚣 务飘乡家 囤黔 重庆邮电大学硕士论文第二章a d h o e 网络 结构，之后对移动性管理的基本概念进行了阐述，对研究a dh o c 网络比较 有参考价值的现有的用于p c s 和i n t e r n e t 网络中的移动性管理方法做了比 较详细的阐述，为之后详细介绍a dh o c 网络中的移动性管理做准备工作。 1 3 重庆邮电大学硕士论文第三章a dh o c 网络的移动性管理策略 第三章a dh o c 网络的移动性管理策略 无线通信技术的迅速发展以及便携式计算机和掌上电脑的日益普及， 使得人们迫切需要一种能够在特殊环境或紧急情况下快速组建，自由移动 的网络，无线a dh o c 网络就是适应这些特殊应用需求的网络。无线a dh o e 网络作为一种新型的无线移动网络，不需要固定基础设施支撑，能够自组 织、自管理，具有广泛的应用前景 在对a dh o c 网络的移动性管理研究之初，主要是针对其单一网络的移 动性管理的研究，方案比较少，一般根据网络的大小和结构而采取相应的 策略。如果网络结构规模较小，移动性管理则直接用路由算法来处理1 ( 如 3 1 节所述) ，路由表包含或可以发现所有目的的位置及其路由，但这种网 络结构不适合扩展。当a dh o c 网络作为一种接入网连接到i n t e r n e s 骨干网 中时，如图1 所示，它已不再是一个独立自治的网络了，其移动性管理的 研究就更为复杂“”。 3 1 单一的a dh o c 网络的移动性管理 由于a dh o c 网络的特点，基于h l 列m s c ，v l r 的蜂窝移动通信系统的 移动性管理和路由模式无法直接在a dh o e 中使用。在a dh o e 网络的两种 网络拓扑结构中，移动性管理均同路由协议结合起来进行研究，以下将分 别进行讨论 3 1 1 平面结构的移动性管理 对于平面结构的a dh o c 网络来说其路由协议大致分为两种类型：先 应式和反应式。 先应式路由协议又被称为表驱动( t a b l e d r i v e n ) 路由