基于网络的移动组播优化机制研究

【摘要】随着无线和移动通信技术的飞速发展,智能移动设备不断增加,移动数据量急速膨胀,催生了移动互联网业务的蓬勃发展,移动组播因其固有的高效组通信特性,能够大大节约网络资源,提高数据传输效率,满足用户日益增长的移动性需求,已得到普遍关注并成为一个研究热点。移动组播的发展依赖于移动性管理协议,并随着其发展而不断改进,因为移动性管理协议保证了移动节点在移动过程中仍然能保持上层应用的连续性,从而有力支撑了移动组播技术的发展。现有基于集中式和基于主机的移动组播机制存在着路由不优化、切换时延大以及单点失效等问题,而基于网络的移动组播机制缺乏组播源移动和分布式的解决方案,互联网工程任务组(IETF)对此也展开多年研究,但尚未有相关标准发布。本论文以此为契机,从移动性管理协议和组播协议两个方面出发,采取理论研究、仿真分析和实验测试相结合的方法,对基于网络的移动组播优化机制进行深入研究,提出了基于代理移动IPv6(PMIPv6)和基于组播侦听发现(MLD)代理的组播源移动解决方案,以及支持组播源移动和组播接收者移动的分布式移动组播机制,有效推进移动组播快速发展和实际应用。本文的主要工作和贡献如下：1.针对PMIPv6不支持组播源移动问题,本文通过扩展PMIPv6的信令消息和移动选项,增加相应组播转发状态,提出两种基于PMIPv6扩展的组播源移动支持机伟(?)——PMIP-BT和PMIP-DR,使得组播数据能够分别经过双向隧道和直接路由在PMIPv6网络中传输,同时保证组播源在移动情况下通信的不中断。理论分析结果表明本文所提的两种方案具有较小的协议开销,实验结果验证了其可行性,并对组播切换时延方面的性能做了评估,进而得出PMIP-BT机制适用于组播源切换较频繁且移动接入网关(MAG)距组播域较远的场景,而PMIP-DR机制则适用于组播源切换频率较低且MAG到组播域路径较优化的场景。2.通过扩展PMIPv6支持组播源移动需要修改现有移动性协议,从而提高了协议的复杂性,增加了部署实施的难度。针对该缺陷,本文提出两种基于MLD代理的轻量级组播源移动支持机制。这两种方案只需要在MAG上部署MLD代理功能实体,而不需要对PMIPv6做任何改动,即可支持PMIPv6网络中的组播源移动,因而便于部署应用。理论分析结果表明,本文所提方案较基于主机的方案在协议开销方面性能更优化。通过构建实验平台和仿真平台,对所提方案在组播切换时延和丢包方面的性能进行评估,得出两种方案适合于不同应用场景的结论。3.现有移动组播方案大多都基于集中式的移动性管理协议比如PMIPv6,其本地移动锚点(LMA)集中式的部署和管理,造成路由不优化、切换时延大、信令开销大以及不支持域间切换等问题,为此,本文提出一种基于前缀聚合的分布式PMIPv6移动组播优化机制。首先提出基于前缀聚合的部分分布式移动性管理协议,该协议将LMA进行分布式部署,使域间切换得以支持,通过对LMA的前缀进行管理使它们通告相同的聚合前缀到网络中,进而采用任播路由使数据可经由离移动节点拓扑最近的LMA进行传输,优化了数据传输路径,降低了数据传输开销和时延。在此基础上,又提出有效支持移动组播通信的机制,包括对组播源移动和组播接收者移动的支持。由于移动组播源的主LMA在其移动过程中可以随之发生变化,因而解决了基本组播源移动机制中的冗余路由问题和组播接收者移动中的隧道聚合问题,优化了移动组播性能。理论分析结果表明,该移动组播方案较其他方案在位置更新开销、数据传输开销、组播加入开销和路由条目可扩展性上都更具优势。4.集中式或部分分布式移动组播方案都存在集中式锚点,容易造成单点失效,这一问题随着移动终端数量及移动业务流量增加而更加凸显,难以有效适应未来发展需求。为此,本文提出一种基于多上游接口MLD代理的完全分布式移动组播优化方案。首先提出基于Chord的完全分布式移动性管理协议,在该协议中,不再存在集中式管理实体,而且通过引入Chord环对分布式的移动锚点及其前缀进行管理,保证了该移动性协议的健壮性。在此基础上,针对MLD代理在某些特定场景下不能很好支持移动组播的问题,又提出一种基于多上游接口MLD代理的分布式移动组播优化机制,通过在分布式移动锚点上部署多上游接口MLD代理,使得组播源移动和组播接收者移动都得以支持,并解决了基本组播源移动方案中存在的冗余路由问题,避免了组播接收者移动方案中的隧道聚合问题。理论分析和仿真试验结果表明,该机制在数据传输开销、隧道聚合以及路由优化等方面的性能都最占优势。本文提出的基于网络的移动组播优化机制具有很高的理论参考和实践应用价值,更为移动组播全方位部署应用奠定坚实基础,其中,基于MLD代理的轻量级组播源移动支持机制已被IETF接受为工作组草案,将很快作为RFC发布。
【作者】王利利；
【导师】张宏科；
【作者基本信息】北京交通大学，通信与信息系统，2014，博士
【关键词】代理移动IPv6；组播源移动；分布式移动性管理；MLD代理；移动组播；优化；

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