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关于异构网络的垂直切换仿真建模及其性能评估

2013-09-29 02:24

　　摘要：针对无线网络的异构化趋势，对WLAN和UMTS形成的异构网络进行扩展，使其包含WLAN，WiMAX和UMTS3种网络。基于介质独立切换对扩展后异构网络中的垂直切换进行仿真建模。评估切换时延、切换期间的丢包数目和网络使用效率，结果表明，链路即将断开(LGD)方式的切换时延小于链路断开(LD)方式，且丢包数较少，网络使用效率随着功率强度门限系数的增大而降低。

　　论文关健词：介质独立切换；异构网络；垂直切换

　　l概述

　　未来无线网络将呈现异构特点，不同接入技术之问的切换称为垂直切换。网络层、传输层和应用层具有支持垂直切换的相关协议，如网络层的移动IPv6及其扩展协议、传输层的移动流控制传输协议和应用层的会话初始协议。IEEE802．21标准提出介质独立切换(MediaIndependentHandover，MIH)概念。
　　相关文献对MIH进行研究，关注移动期间对服务需求的满足以及IEEE 802．21标准如何使无缝技术问的切换成为可能。提出一个实现IEEE802．21MIH标准的框架，并通过802．11和802．16e的融合试验评估其性能。评估了IEEE802．21标准提供的移动性支持机制和算法性能，建立UMTS和IEEE802．11的异构网络场景模型。

　　2相关工作

　　移动IPv6中的功能实体包括家乡代理、接入路由器、对端节点和移动节点。当移动节点从一条链路移动到另一条链路上时，获取一个转交地址，并向家乡代理发送绑定更新消息，以注册转交地址。家乡代理收到此消息后，回复绑定确认消息。对端节点和移动节点可以采用双向隧道和路由优化2种方式进行。介质独立切换的思想是在低层和高层问引入一个新的协议层，该层具有MIH功能，通过与不同低层间的相互作用以及与远端MIH功能的通信来屏蔽介质异构性，使高层无须了解低层网络的差异，从而优化了移动节点在不同类型接入介质问的切换。MIH功能通过对低层、高层和对端定义的服务访问点(ServiceAccessPoint，SAP)提供3种服务，即介质独立事件服务、介质独立命令服务和介质独立信息服务。SAP包括MIH—LINK—SAP和MIH—SAP。

　　3仿真建模与切换流程

　　3．1仿真建模

　　为了仿真基于MIH的垂直切换机制，使用扩展的NS一2．29。它具有MIH功能和MAC层对MIH的支持作用，并使移动节点(MobileNode，MN)具有多接口特点和发现子网的功能。
　　实现M1H功能的关键组成部分有MIH代理、MIH接口信息、MIH用户代理、MIH扫描、mihf-info，sessioninfo，m ih~ending—req。其中，MIH代理实现MIH功能，它负责与低层、高层及远端M1H功能通信；MIH接口信息是MIH代理的子类，负责存储关于MAC接口的信息；MIH用户代理是MIH代理的子类，负责接收来自MIH代理的事件消息，并向MIH代理发送命令，接口(interfaceManagement，IFMNGMT)代理是MIH用户代理的子类，MIPv6代理是IFMNGMT代理的子类，Handover类是MIPv6代理的子类；MIH扫描是MIH代理的子类，负责处理扫描请求；mihfinfo结构体负责远端MIH功能的信息；session—info结构体负责与远端MIH功能的当前会话信息；mihpendingreq结构体负责存储等待的请求消息。通过修改MAC层使其具有M IH—LINK—SAP功能，并能处理触发事件。MIH—LINK—SAP被添加到MAC类中，实现MAC层对MIH的支持。
　　将多接口节点视为结合不同技术节点的虚拟节点，此类不同技术的节点是多接口节点的接口，称它们为接口节点。位于上述不同技术节点的邻居发现(NeighborDiscovery，ND)代理具有3层运动检测功能，接入点(AccessPoint，AP)或基站(BaseStation，BS)周期性地发送路由器通告消息，以通知MN关于网络的前缀信息。MN可以通过发送路由器请求消息来发现新网络的AP或BS。

　　3．2切换流穗
　　MN在由UMTS，WiMAX和WLAN3种网络部署的中移动，如图1所示，

其运动场景包括：(1)先从UMTS切换到WiMAX，再从WiMAX切换至WLAN；(2)先从WLAN切换到WiMAX，再从WiMAX切换到UMTS。本文主要考虑场景(2)。
　　在场景(2)的切换中，当MN快移出WLAN的覆盖范围时，WLAN接口基于功率强度门限触发LGD(LinkGoingDown)事件，具体原理如下：假设只是第个接收数据包的功率，是无错接收数据包的功率强度门限。若以下2个条件满足：

（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）

　　其中，(≥1)是功率强度门限系数，则产生LGD事件，并向上依次传给IFMNGMT代理和Handover代理，当产生该事件的概率达到某个设定值时，WLAN接口触发LD(LinkDown)事件，并向上分别传给IFMNGMT代理、Handover代理和MIPv6代理。MIPv6代理通过WiMAX接口发送流重定向消息，MIH代理发送LinkScan命令，向下传给WLAN接IZl，WLAN接口发送探测请求消息，网络侧收到此消息后发送探测应答消息。网络侧的MIPv6代理发送流重定向确认消息，MN通过WiMAX接31接收数据流。当MN从WiMAX切换至UMTS时，切换流程与上述过程类似。