了得網工業技術_下一代網絡移動性管理技術

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《下一代網絡移動性管理技術》對下一代網絡移動性管理技術理論及關鍵技術進行了深入細致的闡述，分別從繫統融合架構、垂直切換算法以及移動性管理協議三方面闡述下一代網絡移動性管理技術的相關研究及解決方案，並對廣泛應用的蜂窩網絡與無線局域網融合繫統以及近年來受到廣泛關注的車輛自組織網絡的移動性管理相關技術進行了詳細闡述。本書由柴蓉等編著。

內容簡介

下一代網絡移動性管理技術從下一代網絡移動性管理的概念、特點、主要研究內容及技術挑戰入手，對移動性管理的基本理論、支持無縫移動性的融合網絡架構、異構網絡垂直切換及網絡選擇機制進行了介紹，並詳細闡述了網絡層、傳輸層、應用層的主要移動性管理協議及性能改進方案，後介紹了目前受到廣泛關注、並具有廣闊應用前景的車輛自組織網絡中移動性管理技術的主要問題及研究現狀。

下一代網絡移動性管理技術適合於下一代網絡以及移動性管理技術初學者，通信與電子工程專業、計算機專業研究生和高年級本科生閱讀參考，也可作為相關研究人員和工程技術人員的參考書。

前言
第1章緒論
1.1 下一代網絡概述
1.2 移動性管理技術概述
1.2.1 移動性管理的概念
1.2.2 移動性管理的分類
1.2.3 移動性管理研究主要內容
1.3 NGN中移動性管理技術概述
1.3.1 NGN中移動性管理需求
1.3.2 NGN中移動性管理主要內容
1.3.3 NGN移動性管理技術和算法設計要求
1.4 NGN中移動性管理的研究現狀
1.4.1 ITU-T研究狀況
1.4.2 3GPP研究狀況前言
第1章緒論
1.1 下一代網絡概述
1.2 移動性管理技術概述
1.2.1 移動性管理的概念
1.2.2 移動性管理的分類
1.2.3 移動性管理研究主要內容
1.3 NGN中移動性管理技術概述
1.3.1 NGN中移動性管理需求
1.3.2 NGN中移動性管理主要內容
1.3.3 NGN移動性管理技術和算法設計要求
1.4 NGN中移動性管理的研究現狀
1.4.1 ITU-T研究狀況
1.4.2 3GPP研究狀況
1.4.3 IETF研究狀況
1.4.4 國內研究狀況
1.5 NGN中移動性管理的困難與挑戰
1.6 本章小結
第2章移動性管理基礎理論
2.1 隨機過程理論
2.1.1 隨機過程的概念
2.1.2 隨機過程的統計描述
2.1.3 泊松過程及更新過程
2.1.4 隨機過程在移動性管理中的應用
2.2 排隊論
2.2.1 排隊繫統的組成
2.2.2 排隊繫統的評價指標
2.2.3 排隊模型的符號表示及分類
2.2.4 排隊論在移動性管理中的應用
2.3 多屬性決策
2.3.1 決策矩陣的規範化方法
2.3.2 屬性權重的確定方法
2.3.3 方案的排序與擇優
2.3.4 多屬性決策理論在移動性管理中的應用
2.4 馬爾可夫決策過程
2.4.1 馬爾可夫決策過程的定義
2.4.2 馬爾可夫決策模型的分類
2.4.3 馬爾可夫過程在移動性管理中的應用
2.5 模糊邏輯理論
2.5.1 模糊集合及其運算
2.5.2 模糊推理繫統
2.5.3 模糊控制理論在移動性管理中的應用
2.6 本章小結
參考文獻
第3章異構融合網絡垂直切換決策算法
3.1 垂直切換概述
3.1.1 垂直切換的概念
3.1.2 垂直切換的要求
3.1.3 垂直切換過程簡述
3.2 基於代價函數的垂直切換判決算法
3.2.1 算法基本思想
3.2.2 算法研究現狀
3.3 基於多屬性決策理論的垂直切換判決算法
3.3.1 基於簡單加權法的垂直切換判決算法
3.3.2 基於層次分析法的垂直切換判決算法
3.3.3 基於逼近理想解排序法的垂直切換判決算法
3.4 基於模糊邏輯的接入網絡選擇算法
3.4.1 算法流程
3.4.2 算法研究現狀
3.5 基於馬爾可夫決策過程理論的垂直切換判決算法
3.5.1 算法基本思想
3.5.2 算法流程
3.5.3 算法研究現狀
3.6 基於博弈理論的垂直切換判決算法
3.6.1 博弈理論基礎知識
3.6.2 算法簡介
3.6.3 算法研究現狀
3.7 本章小結
參考文獻
第4章異構無線網絡融合架構
4.1 標準化組織提出的融合架構
4.1.1 3GPP提出的網絡融合場景及繫統架構
4.1.2 ETSI提出的松耦合與緊耦合架構
4.1.3 IEEE提出的基於MIH的異構融合架構
4.2 異構融合架構相關研究
4.2.1 MIH在異構融合架構中的應用
4.2.2 基於移動性管理實體的繫統間融合架構
4.3 基於IMS的異構融合架構
4.3.1 IMS產生背景
4.3.2 IMS繫統結構
4.3.3 IMS在異構融合網絡中的應用
4.4 本章小結
參考文獻
第5章網絡層移動性管理協議
5.1 移動IPv4
5.1.1 協議概述
5.1.2 協議基本流程
5.1.3 協議小結
5.2 移動IPv6
5.2.1 協議概述
5.2.2 協議基本流程
5.2.3 協議小結
5.3 層次移動IPv6
5.3.1 協議概述
5.3.2 協議基本流程
5.3.3 協議小結
5.4 快速移動IPv6
5.4.1 協議概述
5.4.2 協議基本流程
5.4.3 協議小結
5.5 快速分層移動IPv6
5.5.1 協議概述
5.5.2 協議基本流程
5.5.3 協議小結
5.6 代理移動IPv6
5.6.1 協議概述
5.6.2 協議基本流程
5.6.3 協議小結
5.7 網絡移動性管理協議
5.7.1 協議概述
5.7.2 協議基本流程
5.7.3 協議小結
5.8 網絡層移動性管理協議在垂直切換中的相關研究
5.9 本章小結
參考文獻
第6章傳輸層、應用層移動性管理協議
6.1 主機標識協議
6.1.1 協議概述
6.1.2 協議功能實體及消息類型
6.1.3 協議基本流程
6.1.4 HIP在垂直切換中的相關研究
6.1.5 協議小結
6.2 移動流控制傳輸協議
6.2.1 SCTP概述
6.2.2 MSCTP概述
6.2.3 基於MSCTP的移動性管理
6.2.4 基於MSCTP的切換擴展及性能增強
6.2.5 協議小結
6.3 會話初始協議
6.3.1 協議概述
6.3.2 基於SIP的移動性管理
6.3.3 協議小結
6.4 本章小結
參考文獻
第7章車輛自組織網絡移動性管理技術
7.1 VANET切換場景及技術挑戰
7.1.1 VANET切換場景
7.1.2 VANET切換技術面臨的挑戰
7.2 VANET中的預切換方案
7.3 切換協議性能增強
7.3.1 MIPv6性能增強
7.3.2 NEMO性能增強
7.4 VANET移動網關機制
7.4.1 移動網關機制概述
7.4.2 移動網關發現
7.4.3 網關選擇與網關間切換
7.5 本章小結
參考文獻

在線試讀

第1 章緒論
1.1 下一代網絡概述
近年來，通信技術及網絡技術的快速發展已形成當今眾多接入網絡、核心網絡共存的局面。各類網絡技術特征不同，服務提供能力也有所不同，而人類對通信的理想目標，即任何人（whoever）在任何時候（whenever）和任何地方（ wherever）使用任何終端（ whatever）都可以與任何對像（whomever）進行包括實時語音、實時圖像在內的多媒體高速高質量的數據傳輸，對業務、網絡和終端的融合提出了要求。在此背景下，作為傳統電信網絡技術發展和演進的一個重要裡程碑，下一代網絡（next generation network ， NGN）的概念應運而生。
NGN 源於傳統智能網的業務和呼叫控制相分離的基本理念，並在統一的網絡體繫結構下實現承載網絡分組化、用戶接入多樣化等網絡技術思路。NGN 繼承了現有電信技術的優勢，以軟交換為控制核心、以分組交換網絡為傳輸平臺，可以同時提供話音、數據、多媒體等多種業務的綜合性的、全開放的寬頻網絡平臺體繫。
NGN 的接入網絡采用異構融合體繫結構，融合各種有線、無線通信技術，如用戶數字環路（ xDSL）技術、光纖接入技術、GSM 、GPRS 、3G 、4G 等蜂窩通信技術、WiMax 等無線城域網（ wirelessmetropolitan area network ， WMAN ）技術、802.11 無線局域網（wireless local network ， WLAN）技術、Bluetooth 、ZigBee 等無線個域網（ wireless personal area network ， WPAN）技術，為用戶提供“無處不在” 的安全、可控、無縫多業務接入，並呈現多角度、多層化的發展趨勢。在NGN 中，各種接入網絡共同連接到基於IP 的骨干網，並實現與其他接入網絡的互通，為用戶提供無縫服務。
圖1-1 所示為各接入網絡基於IP 核心網的融合。
NGN 的一個重要特點及目標是通過多種異構接入技術的融合，解決網絡應用中的便易性、可靠性、個性化等問題，滿足各類業務需求的高效可靠傳輸。NGN 中各種異構網絡融合共存，而各種無線或有線接入方式在網絡容量、信號覆蓋能力、數據傳輸速率、移動性管理能力等各方面互有優劣，任何一種接入技術都難以滿足各種終端用戶的差異化需求。在這種異構融合的網絡應用場景中，擁有多種網絡接口的異構融合終端將具備不同網絡技術的接入能力；而如何高效利用異構融合網絡的繫統資源，保持各種終端用戶都能夠選擇接入合適的網絡，並支持用戶在異構接入網絡之間的無縫漫遊，是NGN 的關鍵技術之一。
1.2 移動性管理技術概述
1.2.1 移動性管理的概念第1 章緒論

1.1 下一代網絡概述

近年來，通信技術及網絡技術的快速發展已形成當今眾多接入網絡、核心網絡共存的局面。各類網絡技術特征不同，服務提供能力也有所不同，而人類對通信的理想目標，即任何人（whoever）在任何時候（whenever）和任何地方（ wherever）使用任何終端（ whatever）都可以與任何對像（whomever）進行包括實時語音、實時圖像在內的多媒體高速高質量的數據傳輸，對業務、網絡和終端的融合提出了要求。在此背景下，作為傳統電信網絡技術發展和演進的一個重要裡程碑，下一代網絡（next generation network ， NGN）的概念應運而生。

NGN 源於傳統智能網的業務和呼叫控制相分離的基本理念，並在統一的網絡體繫結構下實現承載網絡分組化、用戶接入多樣化等網絡技術思路。NGN 繼承了現有電信技術的優勢，以軟交換為控制核心、以分組交換網絡為傳輸平臺，可以同時提供話音、數據、多媒體等多種業務的綜合性的、全開放的寬頻網絡平臺體繫。

NGN 的接入網絡采用異構融合體繫結構，融合各種有線、無線通信技術，如用戶數字環路（ xDSL）技術、光纖接入技術、GSM 、GPRS 、3G 、4G 等蜂窩通信技術、WiMax 等無線城域網（ wirelessmetropolitan area network ， WMAN ）技術、802.11 無線局域網（wireless local network ， WLAN）技術、Bluetooth 、ZigBee 等無線個域網（ wireless personal area network ， WPAN）技術，為用戶提供“無處不在” 的安全、可控、無縫多業務接入，並呈現多角度、多層化的發展趨勢。在NGN 中，各種接入網絡共同連接到基於IP 的骨干網，並實現與其他接入網絡的互通，為用戶提供無縫服務。

圖1-1 所示為各接入網絡基於IP 核心網的融合。

NGN 的一個重要特點及目標是通過多種異構接入技術的融合，解決網絡應用中的便易性、可靠性、個性化等問題，滿足各類業務需求的高效可靠傳輸。NGN 中各種異構網絡融合共存，而各種無線或有線接入方式在網絡容量、信號覆蓋能力、數據傳輸速率、移動性管理能力等各方面互有優劣，任何一種接入技術都難以滿足各種終端用戶的差異化需求。在這種異構融合的網絡應用場景中，擁有多種網絡接口的異構融合終端將具備不同網絡技術的接入能力；而如何高效利用異構融合網絡的繫統資源，保持各種終端用戶都能夠選擇接入合適的網絡，並支持用戶在異構接入網絡之間的無縫漫遊，是NGN 的關鍵技術之一。

1.2 移動性管理技術概述

1.2.1 移動性管理的概念

移動性管理技術初源於蜂窩通信應用中，主要解決移動終端在不同接入基站（base station ， BS）之間漫遊時的通信連續性問題。隨著通信技術、計算機技術和集成電路技術的發展，以及用戶對信息通信需求的不斷增加，用戶的移動性應用場景不斷擴展，移動性管理內容不斷充實豐富，其重要性也日益凸現。

移動性支持是指通信網絡中用戶或終端位置發生改變時能夠繼續通信連接，並實現位置信息的更新及管理的能力，也即，用戶的通信和對業務的訪問不受移動目標網絡接入點變化的影響。

1.2.2 移動性管理的分類

根據不同原則可對移動性管理進行如下分類：

（1）根據移動性支持的等級，其可分為遊牧移動性（ nomadicmobility）和無縫移動性（seamless mobility）。

遊牧移動性是指在移動過程中，移動節點（ mobile node ， MN）不需要與網絡保持連接。當終端改變網絡接入點時，將重新與網絡建立連接。遊牧移動性支持MN 在不同網絡間的漫遊或業務可攜帶性，但不支持切換，即當MN 改變網絡接入點時，用戶的會話將被完全終止並重新開始，無法保證業務會話的連續性，因此不適合於實時及丟包敏感的業務。

無縫移動性是指MN 在移動過程中改變其網絡接入點時，不會中斷當前會話，即支持其切換，適合實時性要求高及丟包敏感的業務。

無縫移動性的實現基於對正在進行會話的終端進行切換管理，並確保用戶向新網絡區域移動的過程中，由於切換時延和數據丟失引起的業務中斷小化。

（2）根據移動性的類型，其可分為終端移動性（ terminal mobili-ty）、個人移動性（personal mobility）、會話移動性（session mobility）和業務移動性（service mobility）。

終端移動性是指移動終端可在物理網絡覆蓋範圍內移動，在不同位置進行業務訪問的能力。

個人移動性是指個人身份標識可移動，通過一個的用戶ID ，用戶可在不同地域使用任何一個終端發起或接收一個會話。

會話移動性是指用戶或終端在移動過程中，當網絡接入點改變時仍然能夠保持正在進行的會話，即保持持續通信的能力。

業務移動性主要是指包含用戶簽約業務的用戶檔案的可移動性，包括更廣泛意義上的移動智能業務、虛擬歸屬環境等，即用戶可在不同網絡位置使用不同的終端訪問與歸屬地相同的業務，即支持跨服務域、跨運營商和跨終端的業務訪問能力。

（3）基於移動範圍和網絡拓撲結構，其可分為接入網內移動性與接入網間移動性。

1.2.3 移動性管理研究主要內容

移動性管理相關研究主要涉及移動性場景分析、移動性管理方法理論、移動性控制技術、決策算法、切換過程、協議、機制以及性能評估等，可以粗略地分為理論、方法、參量三個方面，如圖1-2 所示。

根據移動性管理的具體內容及目標，又可劃分為切換管理及位置管理，以下進行具體闡述。

1.切換管理定義及切換觸發因素

切換管理是指MN 在通信過程中根據特定決策執行接入點（ac-cess point ， AP）改變的過程。切換觸發的原因主要包括以下三點：

（1）由於用戶移動或無線信道特性導致來自當前AP 的信號強度或信號質量下降到繫統規定的門限參數以下，此時移動臺需切換至信號強度較強的鄰近AP 。

（2）當前AP 負載過重，即業務信道容量全部或者幾乎全部被占用，此時移動臺可切換至負載較低的鄰近AP 。

（3）當前小區/網絡性能惡化，難以滿足用戶應用的QoS 需求，用戶切換至性能更佳的小區/網絡。

2.切換管理分類

切換管理是指正在進行通信的移動終端在改變網絡接入點的情況下，依然保持通信連接不中斷。根據不同原則，切換管理可分為多種不同類型：

（1）根據切換涉及的管理域範圍，其可分為網內切換和網間切換。

（2）根據切換涉及的網絡類型，其可分為水平切換（或稱繫統內切換）和垂直切換（或稱繫統間切換）。

MN 在相同接入技術間的切換稱為水平切換，如全球移動通信繫統（global system for mobile communications ， GSM）內不同基站間的切換； MN 在不同接入類型、接入技術之間的切換稱為垂直切換，如GSM 與WLAN 間的切換。

（3）根據不同切換性能，其可分為快速切換、平滑切換和無縫切換。

快速切換是以小化MN 建立新的通信路徑的延遲為目的的切換。平滑切換是以小化丟包率為目的的切換。無縫切換則是兩者的綜合，即實現低延遲和小化丟包率，用戶業務能力、安全性等體驗無改變的切換。

此外，在蜂窩移動通信中，根據當前鏈路釋放與新鏈路建立的時間次序，切換還可分為硬切換、軟切換和更軟切換；根據切換前後涉及的頻率可分為同頻切換和異頻切換；根據切換的必要性可分為強制切換和非強制切換；根據是否允許用戶控制可分為主動切換和被動切換等。

3.切換基本過程切換過程

主要包括小區/網絡發現、切換判決和切換執行三個階段。小區/網絡發現階段， MN 搜索和發現當前可用的無線小區/網絡，完成各種切換相關信號的測量。切換判決階段， MN 根據所接收的信號強度和其他判決準則判決是否需要進行切換及具體切換執行時刻。

在存在多個可用候選小區/網絡情況下，還需確定切換目標小區/網絡。

切換執行階段，目標小區/網絡為切換請求分配網絡資源， MN 與目標小區/網絡建立連接，繼續進行信息傳輸，並斷開與原小區/網絡之間的連接。

4.位置管理

位置管理技術通過對MN 位置信息的管理，支持網絡發現了解MN 的當前位置及網絡連接點。位置管理主要涉及位置注冊、更新、位置數據的鋻權、位置信息查詢等操作，通常包含兩個階段，即位置

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