SUPANET多粒度QoS控制機(jī)制及其移動(dòng)性管理技術(shù)研究.pdf

1、上一世紀(jì)九十年代中期制訂IPv6協(xié)議以來，IPv6就被國際上普遍視為下一代Internet(Next Generation Internet，NGI)的代名詞。由于它沿襲現(xiàn)有Internet的體系結(jié)構(gòu)，無法從根本上解決Internet面臨的高速交換、服務(wù)質(zhì)量保障、安全可靠與易管理、以及移動(dòng)性四大挑戰(zhàn)。直到2006年美國全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境(Global Environment forNetwork Innovations，GENI)公開表明

2、“有30多年歷史的Internet已經(jīng)成為制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要因素，必須研究全新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(Clean SlateArchitecture，CSA)”之后，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界才能逐步從IPv6就是NGI的立場(chǎng)上轉(zhuǎn)變過來。但是，迄今為止，在“什么是CSA和如何實(shí)現(xiàn)NGI”的問題上，國際上尚無定論。
　　 西南交通大學(xué)“四川省網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)重點(diǎn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”從2001年成立之日起，就把研究NGI的體系結(jié)構(gòu)作為實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向。考慮到未

3、來骨干通信子網(wǎng)將以DWDM為代表的光通信技術(shù)為主，而接入通信技術(shù)將以包括無線通信技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)并存的現(xiàn)實(shí)，很難像OSI/RM設(shè)想的那樣將所有網(wǎng)絡(luò)都采用統(tǒng)一的層次結(jié)構(gòu)。因此，實(shí)驗(yàn)室提出了“骨干通信子網(wǎng)優(yōu)先，向外延伸次之”(Backbone Substrate First，Outwards Extension Second，BSF-OES)的下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略。2003年實(shí)驗(yàn)室提出了“三維以太城域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)”框架，2004年更名為“單層

4、用戶數(shù)據(jù)交換平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)”(Single-layer User-data switching Platform Architecture，SUPA)，作為通用的骨于網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。SUPA的研發(fā)目標(biāo)在于構(gòu)建高速、高效、安全和服務(wù)質(zhì)量可保障的核心骨干通信子網(wǎng)。SUPA充分利用“帶外信令”(Out-of-band Signaling)概念，將“控制與管理”功能與“用戶數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)”功能相分離，進(jìn)而將用戶數(shù)據(jù)平臺(tái)(U-平臺(tái))簡化為單層結(jié)構(gòu)。SU

5、PA的U-平臺(tái)為用戶數(shù)據(jù)提供面向連接的“虛線路交換”(Virtual Line-Switched)服務(wù)。作為骨干網(wǎng)，SUPA的U-平臺(tái)通過其安全的、多粒度的隧道服務(wù)(Tunneling)將外部接入網(wǎng)(Internet、Ethernet或無線網(wǎng)絡(luò))的用戶數(shù)據(jù)(幀、分組或其他形式的數(shù)據(jù))進(jìn)行封裝和傳輸。
　　 本論文反映的工作是在實(shí)驗(yàn)室前期有關(guān)SUPA框架，特別是服務(wù)質(zhì)量保障框架的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究和完善了SUPA的多粒度服務(wù)質(zhì)量控

6、制機(jī)制，以及當(dāng)Internet和異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)作為SUPANET接入網(wǎng)時(shí)，研究其服務(wù)質(zhì)量可保障前提下的移動(dòng)性管理技術(shù)。本文的主要研究工作包括：
　　 (1)針對(duì)如何在SUPANET原有機(jī)制上支持多粒度QoS的問題，首先分析了SUPANET面向虛通道的QoS保障機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上，分別定義了細(xì)粒度虛通道(FineGranularity Virtual Tunnel，F(xiàn)GVT)、平均數(shù)據(jù)率保障粗粒度虛通道(Average Datara

7、teGuaranteed CGVT,ADG-CGVT)和盡力而為粗粒度虛通道(Best Effort CGVT，BE-CGVT)，組成了多粒度虛通道(Multi-GranularVitrual Tunnel，MGVT)機(jī)制。然后研究了業(yè)務(wù)流映射機(jī)制，定義了業(yè)務(wù)流與MGVT的映射規(guī)則；提出了CGVT的一種資源自適應(yīng)算法，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明資源自適應(yīng)算法能夠有效地提高資源利用率。最后，在多粒度虛通道機(jī)制、業(yè)務(wù)流映射機(jī)制以及虛通道資源自適應(yīng)機(jī)制

8、的基礎(chǔ)上，提出了基于SUPANET的多粒度QoS控制框架模型。
　　 (2)針對(duì)如何在SUPANET多粒度QoS控制機(jī)制基礎(chǔ)上，解決SUPANET與Internet互聯(lián)時(shí)產(chǎn)生的移動(dòng)性管理問題，首先分析了該環(huán)境下存在的虛通道切換問題，分別設(shè)計(jì)了FGVT、ADG-CGVT以及BE-CGVT的切換方式，并在FGVT的切換方式研究中，提出了虛通道重建(Virtual Tunnel Rebuilding，VTR)，虛通道延伸(Virtua

9、l TunnelExtension，VTE)和先擴(kuò)后建(Extension First Rebuilding Second，EFRS)的虛通道切換方式，仿真實(shí)驗(yàn)表明，EFRS的綜合性能優(yōu)于VTR和VTE。最后，在對(duì)MIPv6、FMIP以及基于SIP的移動(dòng)性管理方案進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，分別研究了MIPv6、FMIP以及SIP移動(dòng)性方案與上述三種虛通道切換方式的融合機(jī)制。
　　 (3)針對(duì)如何在SUPANET多粒度QoS控制機(jī)制基礎(chǔ)上

10、，解決SUPANET與異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)選擇問題，首先利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)對(duì)3GPP業(yè)務(wù)類別進(jìn)行了QoS權(quán)重分析，設(shè)計(jì)了一種基于業(yè)務(wù)類別的區(qū)分加權(quán)網(wǎng)絡(luò)選擇算法(Differentiation Weighted Network Selection Algorithm，DWNSA)，經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，DWNSA與平均權(quán)值算法相比，能夠在保障業(yè)務(wù)QoS需求的前提下，有效地平衡候選網(wǎng)

11、絡(luò)的負(fù)載。然后，提出了一種基于虛通道資源的網(wǎng)絡(luò)選擇算法(ResourceofVirtual Tunnel based DWNSA，RVT-DWNSA)，并定義了該算法中的多粒度虛通道參數(shù)，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了RVT-DWNSA的有效性。
　　 (4)最后，在對(duì)ITU-T定義的下一代網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理框架模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了SUPANET多粒度QoS控制機(jī)制下的移動(dòng)性管理框架模型，定義了基于該框架模型的位置管理功能模塊和切換控制