基于網(wǎng)絡的移動組播優(yōu)化機制研究.pdf

1、隨著無線和移動通信技術的飛速發(fā)展，智能移動設備不斷增加，移動數(shù)據(jù)量急速膨脹，催生了移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的蓬勃發(fā)展，移動組播因其固有的高效組通信特性，能夠大大節(jié)約網(wǎng)絡資源，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，滿足用戶日益增長的移動性需求，已得到普遍關注并成為一個研究熱點。移動組播的發(fā)展依賴于移動性管理協(xié)議，并隨著其發(fā)展而不斷改進，因為移動性管理協(xié)議保證了移動節(jié)點在移動過程中仍然能保持上層應用的連續(xù)性，從而有力支撐了移動組播技術的發(fā)展?，F(xiàn)有基于集中式和基于主機的移

2、動組播機制存在著路由不優(yōu)化、切換時延大以及單點失效等問題，而基于網(wǎng)絡的移動組播機制缺乏組播源移動和分布式的解決方案，互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(IETF)對此也展開多年研究，但尚未有相關標準發(fā)布。本論文以此為契機，從移動性管理協(xié)議和組播協(xié)議兩個方面出發(fā)，采取理論研究、仿真分析和實驗測試相結合的方法，對基于網(wǎng)絡的移動組播優(yōu)化機制進行深入研究，提出了基于代理移動IPv6(PMIPv6)和基于組播偵聽發(fā)現(xiàn)(MLD)代理的組播源移動解決方案，以及支持組播

3、源移動和組播接收者移動的分布式移動組播機制，有效推進移動組播快速發(fā)展和實際應用。
　　本文的主要工作和貢獻如下:
　　1.針對PMIPv6不支持組播源移動問題，本文通過擴展PMIPv6的信令消息和移動選項，增加相應組播轉發(fā)狀態(tài)，提出兩種基于PMIPv6擴展的組播源移動支持機制——PMIP-BT和PMIP-DR，使得組播數(shù)據(jù)能夠分別經(jīng)過雙向隧道和直接路由在PMIPv6網(wǎng)絡中傳輸，同時保證組播源在移動情況下通信的不中斷。理論分析

4、結果表明本文所提的兩種方案具有較小的協(xié)議開銷，實驗結果驗證了其可行性，并對組播切換時延方面的性能做了評估，進而得出PMIP-BT機制適用于組播源切換較頻繁且移動接入網(wǎng)關(MAG)距組播域較遠的場景，而PMIP-DR機制則適用于組播源切換頻率較低且MAG到組播域路徑較優(yōu)化的場景。
　　2.通過擴展PMIPv6支持組播源移動需要修改現(xiàn)有移動性協(xié)議，從而提高了協(xié)議的復雜性，增加了部署實施的難度。針對該缺陷，本文提出兩種基于MLD代理的輕

5、量級組播源移動支持機制。這兩種方案只需要在MAG上部署MLD代理功能實體，而不需要對PMIPv6做任何改動，即可支持PMIPv6網(wǎng)絡中的組播源移動，因而便于部署應用。理論分析結果表明，本文所提方案較基于主機的方案在協(xié)議開銷方面性能更優(yōu)化。通過構建實驗平臺和仿真平臺，對所提方案在組播切換時延和丟包方面的性能進行評估，得出兩種方案適合于不同應用場景的結論。
　　3.現(xiàn)有移動組播方案大多都基于集中式的移動性管理協(xié)議比如PMIPv6，其本

6、地移動錨點(LMA)集中式的部署和管理，造成路由不優(yōu)化、切換時延大、信令開銷大以及不支持域間切換等問題，為此，本文提出一種基于前綴聚合的分布式PMIPv6移動組播優(yōu)化機制。首先提出基于前綴聚合的部分分布式移動性管理協(xié)議，該協(xié)議將LMA進行分布式部署，使域間切換得以支持，通過對LMA的前綴進行管理使它們通告相同的聚合前綴到網(wǎng)絡中，進而采用任播路由使數(shù)據(jù)可經(jīng)由離移動節(jié)點拓撲最近的LMA進行傳輸，優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸路徑，降低了數(shù)據(jù)傳輸開銷和時延。

7、在此基礎上，又提出有效支持移動組播通信的機制，包括對組播源移動和組播接收者移動的支持。由于移動組播源的主LMA在其移動過程中可以隨之發(fā)生變化，因而解決了基本組播源移動機制中的冗余路由問題和組播接收者移動中的隧道聚合問題，優(yōu)化了移動組播性能。理論分析結果表明，該移動組播方案較其他方案在位置更新開銷、數(shù)據(jù)傳輸開銷、組播加入開銷和路由條目可擴展性上都更具優(yōu)勢。
　　4.集中式或部分分布式移動組播方案都存在集中式錨點，容易造成單點失效，這

8、一問題隨著移動終端數(shù)量及移動業(yè)務流量增加而更加凸顯，難以有效適應未來發(fā)展需求。為此，本文提出一種基于多上游接口MLD代理的完全分布式移動組播優(yōu)化方案。首先提出基于Chord的完全分布式移動性管理協(xié)議，在該協(xié)議中，不再存在集中式管理實體，而且通過引入Chord環(huán)對分布式的移動錨點及其前綴進行管理，保證了該移動性協(xié)議的健壯性。在此基礎上，針對MLD代理在某些特定場景下不能很好支持移動組播的問題，又提出一種基于多上游接口MLD代理的分布式移動

9、組播優(yōu)化機制，通過在分布式移動錨點上部署多上游接口MLD代理，使得組播源移動和組播接收者移動都得以支持，并解決了基本組播源移動方案中存在的冗余路由問題，避免了組播接收者移動方案中的隧道聚合問題。理論分析和仿真試驗結果表明，該機制在數(shù)據(jù)傳輸開銷、隧道聚合以及路由優(yōu)化等方面的性能都最占優(yōu)勢。
　　本文提出的基于網(wǎng)絡的移動組播優(yōu)化機制具有很高的理論參考和實踐應用價值，更為移動組播全方位部署應用奠定堅實基礎，其中，基于MLD代理的輕量級組