无线异构网络环境下的MIPv6集成切换框架

0 引言
当装备有多种网络接入设备的移动节点在无线异构网络中 漫游时 , 根据切换的网络类型进行划分 , 可将移动节点的网络切 换分为水平切换和垂直切换两种。水平切换是指移动节点在采 用同一技术的网络内部不同子网 之间进行的切换 ; 垂直切换是 指移动节点在采用不同技术的网络之间所进行的切换 [ 1] 。 对于具有多种网 络接口的移动节点 , 同构子网和异构子网 是具有相同地位的备 选网络。如图 1 所示 , 移动节点在漫游过 程中 可 以选 择进 入 802. 11g 网络 , 也可 以选 择 进入 G PRS 网 络。前者发生的是水 平切换 , 而后 者则发 生垂直 切换。可 见 , 异构网络环境下的 移动 IPv6(M IPv6) 切换研 究应 将水平 切换 与垂直切换结合起来 , 为移动节点提供一个集成的切换解决方 案。针对这一问题 , 本文提出了无线异构 网络环境 下的 M IPv6 集成切换框架 , 使移动节点 在网络 侧实体 的支持下 , 当 切换事 件触发时能够根据相 关网络信息自主选择切换目标网络 , 并无 缝地进行水平 及垂 直切 换 , 为移 动节 点上 层应 用提 供优 化的 M IPv6 移动性支持。
Integrated handover framew ork for heterogeneous w ireless net w orks inM IPv6
W E IW e,i LOU Y i hua , W ANG Jian ba i
(S ta te K ey Labora tory of S of t w are D eve lopm en t E nvironm en t , B eihang Un iv ersity, B eijing 100083, Ch ina )
Ab stract : A handov er fra me w ork for hete rogeneous w ire less netwo rks in M IPv6 w as proposed, integrating M I P v6 hor izonta l handover and vertica l handove r , w hich a llo w ed mob ile nodes to se lect the targe t netwo rk for handover w ith the support o f net w ork entities . In orde r to m i prove the handover perfor m ance of standardM IP v6, a protoco l for horizonta l handover and vertica l handover was designed for the fra me w ork, and experm i ents w ere opera ted. K ey words : M IP v6; hor izonta l handover ; v ertica l handover ; heterogeneous netwo rks
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计 算 机 应 用 研 究
第 25卷
以及为 MN 的切换执行提 供网络 侧支持。物 理位 置上彼 此邻 近的多个无线子网划 分为一个域 , 域的范围可以参照自治系统 ( au tono m ous syste m, A S) 的组织
[ 2]
3 网络事件处理
如前所述 , M N 切换控制模块需要处理来自 M I H 链路层事 件服务的网络事 件包括新链路发现、 链路将断、 链路参数改变、 新信号发现、 链路已断和链路已连接六种。针对每一种网络事 件 , 本文设计了一套相应的事件处理流程。以处理流程相对简 单的 S igna l_D etected( 新信号发现 ) 事件为 例 , 说 明 M N 的切换 控制模块如何对 网络事件进行处理。 a)M N 的事件检测 模块检测 到 S ignal_D e tected 事件 , 说明 在某网络接口上 检测到了新的网络信号 , 事件检测模块将其发 往切换控制模块 。 b) 切换控制模块首先判 断发现新信 号的是 否是当 前使用 接口。若是 , 转至流程 c) ; 若不是 , 转至流程 e) 。 c) 切换控制模 块比 较新 发现 信号 与当 前所 用网 络信 号。 若新发现信号差于当前 所用网 络信号 , 处 理流程结 束 ; 若新发 现信号优于当前所用网络 信号 , 切换控制模块从当前子 网 PO S 处获取新发现信 号对应网络的相关网络信息 , 包括网络协议类 型、 位错误率、 包丢失率、 网络带宽、 信号强度等。 d) 切换控制模 块向 切换 执行 模块 发送 水平 切换 命令 , 指 示后者执行自 M N 当 前使 用网 络至 新发 现网 络的 水 平切 换。 切换完成后 , 切换控制模块更新网络信息表中当前使用接口项 为切换目标网络 , 处理流程结束。 e) 切换控制模块比较新发 现信号与 该接口 当前连 接网络 信号。若新发现信号 差于当 前连接网 络信号 , 处理 流程结 束 ; 若新发现信号优 于该接口当前连接网络信号 , 切换控制模块从 当前子网 PO S 处获取新发现信号对应网络的相关 网络信息。 f) 切换控制模 块依 据相 关 网络 信息 对新 发现 网络 和 MN 当前使用网络 ( 其相关网络信息记 录在网络信 息表中 ) 进行切 换决策。 g ) 若决策选出的最优网络是 M N 当前使 用网络 , 切换控制 模块使用新发现 网络的相关网 络信息更 新网络 信息表 中对应 的接口项 , 并将该备用接口 连接至 新发现 网络 ; 如决策 选出的 最优网络是新发 现网络 , 切换控制模块向切换执行模块发送垂 直切换命令 , 指示后者执行自 M N 当前 使用网络至新发现网络 的垂直切换。切换完成后 , 切换控制模块更新网络信息表中当 前使用接口项为 切换目标网络 , 处理流程结束。 与新信号发 现事件处理流 程相似 , 在处 理新链 路发现、 链 路将断和链路 参数改 变事 件时 , 根据 切换 决策 的结 果 , MN 切 换控制模块可能 会向切换执行模块发送水平或垂直切换命令 , 指示后者执行水 平或垂直切换。
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PO S 体系结构设计 PO S 的体系结构设计如图 3 所示。其中 : 网络信 息管理模
块负责本子网和相邻 子网网络信息的获取、 维护以及对发自本 子网 MN 或相邻子网 POS 的网络信 息请求 进行回应 。切换支 持模块负责对 M N 的水 平及 垂直 切换 行为 提 供支 持 , 包 括为 M N 提供切 换关联信息 , 在 M N 切 换过程 中为 MN 缓存 转发数 据包等。远程消息管理模块 负责 PO S 与 M N 间 以及相 邻子网 PO S 间交互消息的接收、 发送和管 理。
2 系统架构
本框架内包 括移动节点 (M N ) 、 服 务访问 点 ( PO S) 和信息 服务器 ( IS) 三种实 体。其中 : PO S 和 IS 是位 于网 络侧的 切换 支持实体。每个无线子网 中部署一个 POS, 它既可以部署在接 入路由器上 , 也可为减轻接入路由器的负担而部署在独立设备 上 , 负责为 M N 的切换决 策提供 被请求 子网的 相关 网络信 息 ,
1 介质独立的切换服务
异构网络环 境下 M IPv6 切 换技术研 究所面 临的一 个主要 障碍在 于 不 同 低 层 网 络 介质 间 的 差 异。 为 解 决 这 一 问 题 , IEEE 于 2004 年成立了 802. 21 工作小组 来研究介质 独立的切 换服务 (M I H ), 其工作内容是开发 制定出 能够向 高层 ( 链路层 以上 ) 提供链路层 ( 包括 I EEE 802、 3GPP、 3GPP2 等 系列 ) 智能 和其他相关网络 信息的标准规范 , 从而辅助优化在异构网络之 间进行的切换。 MI H 将整个系统从功能的角度 分为网 络侧和 终端侧 , 其 思想是引入一个 新的协 议层 MI H layer 。它介 于网络 层与 数据链路层之间 , 通过 与不同 低层介质 间的相 互作用 以及与 对等 M I H 层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 , 简 化 了 网 络 的 操 作 和 管 理。对 于 高 层 而 言 , MI H 只需定义统一 的 服务 访问 点 ( M I H _SAP ) 以 获 得对 M I H 功能实体各种服 务的访问。本文采用 M I H 提供的链 路层事件 服务作为系统的 低层网络触发事件 , 从而屏蔽不同低层网络介 质间的差异。
进行划分。每个域 内部署一
个 IS, 负责为发出 询问的 POS 提供其他子网 PO S 的地址 信息 , 以完成不同子网 POS 间的邻居发现。 2 1 MN 体系结构设计 M N 体 系结构设计如图 2 所示。其中 : 事件 检测模 块负责 获取由 M I H 链路层事 件服 务提供 的网 络事件 , 包 括 L ink_D e tected( 新链路 发现 ) 、 L ink _G o ing _Down ( 链 路将 断 ) 、L ink_Pa ram eter_Change ( 链 路 参 数 改 变 ) 、S igna l_D etected ( 新 信 号 发 现 )、 L ink_D o w n( 链路已断 ) 、 L ink _U p( 链路 已连接 ) 等。切换 控制模块负责对事件 检测模块获取的网络事件进行处理 ; 如需 要 , 切换控制模块根 据从 POS 处获 取的相 关网 络信 息进 行切 换决策 , 并依据决策的结果发送水平切换或垂直切换命令给切 换执行模块。切换执行 模块遵循 本文设 计的水 平及垂 直切换 协议完成 MN 在不同子网 间的切 换。远程消 息管 理模块 负责 M N 与 POS 间交互消息 的接收、 发 送和管理。图 2 中 MN 仅配 备了两个异构网络接 口 , 实际环境下允许 MN 有多个接口。
第 25卷第 4期 2008年 4月
计 算 机 应 用 研 究 Application R esearch oA pr . 2008