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为数众多的流动网络用户迫切希望能够随时、随地接入网络,方便地获取、处理和交换资料,共享网络资源。而笔记本计算机和便携式计算机大量出现,为移动计算机网络的发展奠定了较好的物质基础,因此下一代的网络必然是移动的网络。随着移动通信和IP技术的快速发展,基于IP的移动网络技术脱颖而出,成为下一代网络研究的热点课题。移动IP技术---基于IP的移动互联网络技术的出现,使得人们一直梦想的无处不在的多媒体全球网络连接成为可能。但是要真正实现无处不在的全移动互联网还有两方面问题需要解决:一方面现有的移动通信采用的是电路交换方式,这种通信方式适合话音业务,但对IP类型的业务则是不适合的。另一方面因特网协议栈TCP/IP是假设终端系统是静态的情况下设计出来的,所以在现行的互联网协议下,移动终端接入IP网络,会出现许多问题。因此需要将移动无线网络与互联网深层融合,建立统一的支持移动的IP通信网络平台,形成移动互联网未来的结构。
本论文正是根据以上需求,以网络体系结构为研究框架,以移动网络接入的边界网关为研究着力点,分别针对链路层、网络层、传输层在移动无线网络与IP互联网深层融合中的若干问题,提出了解决算法和策略。本文的主要工作如下:
(1)将边界网关与平滑切换的代理合二为一研究,将无线链路的平滑切换问题扩展到接入边界网关的网络层解决。针对当前在链路层解决平滑切换的微移动协议中由单一网关接入IP核心网,使移动节点注册结构单一,网关负载不均衡,注册时间长,影响切换平滑性的问题,论文从注册结构出发,提出一种用软件控制网关注册的新的分布式的动态微移动结构,并设计了动态调整微观局网的算法。可根据移动主机进入微观局域网收到的首次注册信息,动态地选择微观移动的网关,调整微观局网结构。实验验证了本方法平衡了网关注册负载,减少了移动节点的跨网注册时间,对切换起到了平滑作用。
(2)针对移动节点在链路层切换时容易丢失数据和引起数据乱序的问题,设计了移动接入点网关缓存机制,将信息缓存分为网关代理和局部代理两级,局部代理动态形成,通过对两级代理的时序控制,使缓存任务得以分散,分布了网关负载。在缓存管理方面采用的单缓存十字链表的缓存结构,并设计了加权释放策略。实验验证了本文设计的机制有效地解决了切换时丢失数据和数据乱序的问题。
(3)针对网关的网络层没有对重负载的预处理过程,网络服务质量(OoS)的调节都是由移动终端进行,不能根据业务需求和网络资源状况,动态分级选择并调节Qos的问题,本文用分级映射表的方法建立了移动网与互联网QOS级别的映射关系,提出用最小子集选择的算法,解决多业务QoS级别融合问题。在自适应管理框架下提出了基于边界可控的面向移动网络业务的OoS分级自适应网络融合方案,设计了网关根据网络资源自适应调节QoS的策略,用分级协商来抑制用户盲目扩大自己需求的方法。并仿真验证了算法与策略的有效性。
(4)针对传输层协议TCP将由无线链路的高误码率和主机的移动切换引起的报文丢失,归咎于网络拥塞,引起源端TCP的错误推论,使移动网络传输性能严重下降的问题,设计了新的N-TCP实现机制。通过端到端检测来判断各种网络状态,建立测量值和网络状态之间的一个映射关系,并在源端通过综合计算报文到达延时差与RTT得到IDDT值,判别网络拥塞状况,采取相应的响应措施。用简洁的方法提高了TcP协议在移动网络中的性能。
(5)由于目前被用于网络仿真的平台NS2对移动互联支持的功能有限,需要对其扩展和增加。本文是在大量简化的基础上对NS2进行了有针对的扩展,使它能支持移动互联网络的测试。包括:移动系统的移动设备和基站的模拟、移动系统节点物理层的模拟、RRC层的模拟,其中物理层的模拟和RRC层的模拟是实现的重点,主要介绍了实例信道映射与管理功能的扩展方法。在该扩展平台上对本文提出的方案进行了分别测试,并用数据和图表证明了本文提出的各方案的有效性。