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IPv6网络路径容量与移动性研究

唐军  
【摘要】:自二十世纪九十年代下一代互联网的核心协议-IPv6诞生至今,人们对它的期待与日俱增。由于IPv6拥有几乎无限的地址空间、简化的头部和便捷的地址自动配置机制等优点,这对于目前困扰人们多年的地址匮乏、端到端特性缺失等问题来说,无疑是一种非常好的解决方案。目前很多研究机构都非常关注IPv6的发展动态,同时也开展了大量针对下一代互联网的理论研究工作,这些研究一方面完善了下一代互联网协议的功能、修正了其中的一些错误,另一方面也无形中推动了它的商业化。 与其它前沿领域相同,下一代互联网在逐步走向人们生活的过程中也存在着一些需要完善和改进的问题。比如在分组转发速率急剧上升的同时,如何准确地评估相关网络性能参数;在移动用户快速运动的场景中,如何为其提供高速且不间断的互联网接入服务等。本文结合IPv6相关基础理论,对IPv6网络端到端性能估计和IPv6移动性管理进行了研究。论文取得的主要创新性成果如下: 1.提出了一种基于分片机制的IPv6网络端到端路径容量测量方法,论证了该容量参数在实际中的应用。分析了分组离散对路径容量测量算法的影响,进而得出减小分组源端离散是提高路径容量测量准确度的重要举措这一结论;通过分析IPv6源端分片机制,发现利用该机制产生的测量分组间隙明显小于连续发送策略,在此基础上结合PMTU发现机制及特殊类型0路由首部的设计,设计了具体的路径容量测量方案。最后在实际网络中对所提方案与经典的pathrate工具进行了分析对比。 2.提出了一种基于冗余路由信息和预缓存策略的改进方案,有效地提升了FMIPv6(Mobile IPv6Fast Handover)协议在预测失败情况下的切换效率。该方案主要从两个方面对FMIPv6进行了改进:一方面将可能到达的下一跳路由器范围扩大至所有邻居接入路由器,提出了冗余切换路由表的概念并将其应用于接入路由器,以辅助移动节点的切换;另一方面为了减少由错误切换所导致的分组丢失数量,提出了一种预缓存策略,根据历史平均切换延迟的大小在接入路由器上设置缓存,在转发数据分组的同时将其副本放入该缓存,以保护在切换过程中到达MN的数据分组。然后划分出四个应用场景,从理论角度对所提方案与FMIPv6在各个场景中的切换延迟与分组丢失数量进行了分析对比,并给出了所提方案的算法开销。 3.研究了PMIPv6(Proxy Mobile IPv6)协议的工作原理及其应用前景,发现与移动节点相关的所有流量,无论是上行还是下行都需要经由本地移动锚点进行转发,当通信双方位于同一个PMIPv6域时,这种方式将严重影响分组传输效率。针对这一问题提出了一种针对PMIPv6协议的本地化路由(Localized Routing,LR)机制。首先制订了统一的本地化路由发起规则,然后根据网络中移动性实体连接方式的不同划分出四个不同的应用场景,针对每个场景不同的拓扑结构分别设计具体的本地化路由策略。接着从理论角度对比分析了所提机制与IETF所提出的本地化路由协议(Localized Routing Protocol,LRP)的效率,主要考察LR响应时间,发现在大多数场景中,所提方案的响应时间小于LRP,并且解决了LRP在某些场景中未能给出解决方案的缺陷。 4.提出了一种基于k-时距加权最近邻预测的切换方法,解决了FPMIPv6(Fast Handovers for Proxy Mobile IPv6)协议不能很好地支持NETLMM(Network-based Localized Mobility Management)的缺陷。该方法改变了FPMIPv6中基于节点的预测机制,由移动接入网关代替移动节点完成预测、移动性管理等相关操作。首先将移动接入网关视为一个机器学习系统,通过引入切换知识库的概念,将所有历史切换经验存于其中。然后利用基于网络的定位技术获取即将进行切换的移动节点的到达角度信息,并在切换知识库中查找与切换点最近的k条经验,通过对这些经验进行时间和距离的双重加权处理判断移动节点最有可能的切换目的地,同时仍然采用预缓存策略来保护移动节点的数据分组。接着针对该算法实时开销较大的问题,提出了基于特种投影的优化方案,通过将移动接入网关的覆盖区域按照切换经验划分成特定的判决区间,以提高实时预测的效率。接着在不同的场景中对所提方法与FPMIPv6的切换延迟和分组丢失数量进行了分析对比。


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