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文档简介
1、评估异构网络垂直切换仿真建模及其性能 摘要:针对无线网络的异构化趋势,对WLAN和UMTS形成的异构网络进行扩展,使其包含WLAN,WiMAX和UMTS3种网络。基于介质独立切换对扩展后异构网络中的垂直切换进行仿真建模。评估切换时延、切换期间的丢包数目和网络使用效率,结果表明,链路即将断开(LGD)方式的切换时延小于链路断开(LD)方式,且丢包数较少,网络使用效率随着功率强度门限系数的增大而降低。关健词:介质独立切换;异构网络;垂直切换1.概述未来无线网络将呈现异构特点,不同接入技术之问的切换称为垂直切换。网络层、传输层和应用层具有支持垂直切换的相
2、关协议,如网络层的移动IPv6及其扩展协议、传输层的移动流控制传输协议和应用层的会话初始协议。IEEE80221标准提出介质独立切换(MediaIndependentHandover,MIH)概念。相关文献对MIH进行研究,关注移动期间对服务需求的满足以及IEEE 80221标准如何使无缝技术问的切换成为可能。提出一个实现IEEE80221MIH标准的框架,并通过80211和80216e的融合试验评估其性能。评估了IEEE80221标准提供的移动性支持机制和算法性能,建立UMTS和IEEE80211的异构网络场景模型。2.相关工作移动IPv6中的功能实体包括家乡代理、接入路由器、对端节点和移动
3、节点。当移动节点从一条链路移动到另一条链路上时,获取一个转交地址,并向家乡代理发送绑定更新消息,以注册转交地址。家乡代理收到此消息后,回复绑定确认消息。对端节点和移动节点可以采用双向隧道和路由优化2种方式进行通信。介质独立切换的思想是在低层和高层问引入一个新的协议层,该层具有MIH功能,通过与不同低层间的相互作用以及与远端MIH功能的通信来屏蔽介质异构性,使高层无须了解低层网络的差异,从而优化了移动节点在不同类型接入介质问的切换。MIH功能通过对低层、高层和对端定义的服务访问点(ServiceAccessPoint,SAP)提供3种服务,即介质独立事件服务、介质独立命令服务和介质独立信息服务。
4、SAP包括MIHLINKSAP和MIHSAP。3仿真建模与切换流程31仿真建模为了仿真基于MIH的垂直切换机制,使用扩展的NS一229。它具有MIH功能和MAC层对MIH的支持作用,并使移动节点(MobileNode,MN)具有多接口特点和发现子网的功能。实现M1H功能的关键组成部分有MIH代理、MIH接口信息、MIH用户代理、MIH扫描、mihf-info,sessioninfo,m ihendingreq。其中,MIH代理实现MIH功能,它负责与低层、高层及远端M1H功能通信;MIH接口信息是MIH代理的子类,负责存储关于MAC接口的信息;MIH用户代理是MIH代理的子类,负责接收来自MI
5、H代理的事件消息,并向MIH代理发送命令,接口管理(interfaceManagement,IFMNGMT)代理是MIH用户代理的子类,MIPv6代理是IFMNGMT代理的子类,Handover类是MIPv6代理的子类;MIH扫描是MIH代理的子类,负责处理扫描请求;mihfinfo结构体负责远端MIH功能的信息;sessioninfo结构体负责与远端MIH功能的当前会话信息;mihpendingreq结构体负责存储等待的请求消息。通过修改MAC层使其具有M IHLINKSAP功能,并能处理触发事件。MIHLINKSAP被添加到MAC类中,实现MAC层对MIH的支持。将多接口节点视为结合不同技
6、术节点的虚拟节点,此类不同技术的节点是多接口节点的接口,称它们为接口节点。位于上述不同技术节点的邻居发现(NeighborDiscovery,ND)代理具有3层运动检测功能,接入点(AccessPoint,AP)或基站(BaseStation,BS)周期性地发送路由器通告消息,以通知MN关于网络的前缀信息。MN可以通过发送路由器请求消息来发现新网络的AP或BS。32切换流穗MN在由UMTS,WiMAX和WLAN3种网络部署的环境中移动,其运动场景包括:(1)先从UMTS切换到WiMAX,再从WiMAX切换至WLAN;(2)先从WLAN切换到WiMAX,再从WiMAX切换到UMTS。本文主要考虑
7、场景(2)。在场景(2)的切换中,当MN快移出WLAN的覆盖范围时,WLAN接口基于功率强度门限触发LGD(LinkGoingDown)事件,具体原理如下:假设只是第个接收数据包的功率,是无错接收数据包的功率强度门限。若以下2个条件满足:其中,(1)是功率强度门限系数,则产生LGD事件,并向上依次传给IFMNGMT代理和Handover代理,当产生该事件的概率达到某个设定值时,WLAN接口触发LD(LinkDown)事件,并向上分别传给IFMNGMT代理、Handover代理和MIPv6代理。MIPv6代理通过WiMAX接口发送流重定向消息,MIH代理发送LinkScan命令,向下传给WLAN
8、接IZl,WLAN接口发送探测请求消息,网络侧收到此消息后发送探测应答消息。网络侧的MIPv6代理发送流重定向确认消息,MN通过WiMAX接31接收数据流。当MN从WiMAX切换至UMTS时,切换流程与上述过程类似。4仿真评估使用仿真软件NS2进行仿真评估。网络拓扑如图1所示,将所有节点设置在2200m2200m的区域内。UMTS的NodeB是全覆盖的,BS和AP的覆盖半径分别是1000m和50in。在CN和MN之间建立UDP连接,并在其上建立一个恒定比特速率(ConstantBitRate,CBR)数据流,每个包的大小是500Byte,该数据流从第9S开始产生,在第250S结束。对场景(2)
9、中MN的切换时延、丢包数和网络使用效率进行分析。MN可通过2种方式进行切换,即LGD方式和LD方式。前者基于功率强度门限触发LGD事件,后者在MN离开当前网络信号覆盖范围,连续收到错误数据包的个数达到一个门限值时,触发LD事件。对于从WLAN切换到WiMAX的情况,LGD方式的切换时延约为012S,LD方式约为032S。对于从WiMAX切换到UMTS的情况,LGD方式的切换时延约为003S,LD方式约为075S。对于从WLAN切换到WiMAX的情况,随着网络负荷的增加,LGD方式的丢包数在2-5之间,LD方式在7-10之问。对于从WiMAX切换到UMTS的情况,随着网络负荷的增加,LGD方式和LD方式都未出现丢包现象由图3可知,随着功率强度门限系数变大,MN在2种速度下的网络使用效率都降低。对于从WLAN切换到WiMAX的情况,1rns时WLAN的使用效率比5ms时略高对于从WiMAX切换到UMTS的情况,1ms时WiMAX的使用效率与5ms时接近,而在功率强度门限系数为12时,1m时的使用效率大幅度降低,此现象是由仿真的偶然性
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