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關(guān)于異構網(wǎng)絡(luò )的垂直切換仿真建模及其性能評估
論文摘要：針對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的異構化趨勢，對WLAN和UMTS形成的異構網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行擴展，使其包含WLAN，WiMAX和UMTS3種網(wǎng)絡(luò )�；诮橘|(zhì)獨立切換對擴展后異構網(wǎng)絡(luò )中的垂直切換進(jìn)行仿真建模。評估切換時(shí)延、切換期間的丟包數目和網(wǎng)絡(luò )使用效率，結果表明，鏈路即將斷開(kāi)(LGD)方式的切換時(shí)延小于鏈路斷開(kāi)(LD)方式，且丟包數較少，網(wǎng)絡(luò )使用效率隨著(zhù)功率強度門(mén)限系數的增大而降低。
論文關(guān)健詞：介質(zhì)獨立切換；異構網(wǎng)絡(luò )；垂直切換
l概述
未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將呈現異構特點(diǎn)，不同接入技術(shù)之問(wèn)的切換稱(chēng)為垂直切換。網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層具有支持垂直切換的相關(guān)協(xié)議，如網(wǎng)絡(luò )層的移動(dòng)IPv6及其擴展協(xié)議、傳輸層的移動(dòng)流控制傳輸協(xié)議和應用層的會(huì )話(huà)初始協(xié)議。IEEE802．21標準提出介質(zhì)獨立切換(MediaIndependentHandover，MIH)概念。
相關(guān)文獻對MIH進(jìn)行研究，關(guān)注移動(dòng)期間對服務(wù)需求的滿(mǎn)足以及IEEE 802．21標準如何使無(wú)縫技術(shù)問(wèn)的切換成為可能。提出一個(gè)實(shí)現IEEE802．21MIH標準的框架，并通過(guò)802．11和802．16e的融合試驗評估其性能。評估了IEEE802．21標準提供的移動(dòng)性支持機制和算法性能，建立UMTS和IEEE802．11的異構網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)景模型。
2相關(guān)工作
移動(dòng)IPv6中的功能實(shí)體包括家鄉代理、接入路由器、對端節點(diǎn)和移動(dòng)節點(diǎn)。當移動(dòng)節點(diǎn)從一條鏈路移動(dòng)到另一條鏈路上時(shí)，獲取一個(gè)轉交地址，并向家鄉代理發(fā)送綁定更新消息，以注冊轉交地址。家鄉代理收到此消息后，回復綁定確認消息。對端節點(diǎn)和移動(dòng)節點(diǎn)可以采用雙向隧道和路由優(yōu)化2種方式進(jìn)行。介質(zhì)獨立切換的思想是在低層和高層問(wèn)引入一個(gè)新的協(xié)議層，該層具有MIH功能，通過(guò)與不同低層間的相互作用以及與遠端MIH功能的通信來(lái)屏蔽介質(zhì)異構性，使高層無(wú)須了解低層網(wǎng)絡(luò )的差異，從而優(yōu)化了移動(dòng)節點(diǎn)在不同類(lèi)型接入介質(zhì)問(wèn)的切換。MIH功能通過(guò)對低層、高層和對端定義的服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(ServiceAccessPoint，SAP)提供3種服務(wù)，即介質(zhì)獨立事件服務(wù)、介質(zhì)獨立命令服務(wù)和介質(zhì)獨立信息服務(wù)。SAP包括MIH—LINK—SAP和MIH—SAP。
3仿真建模與切換流程
3．1仿真建模
為了仿真基于MIH的垂直切換機制，使用擴展的NS一2．29。它具有MIH功能和MAC層對MIH的支持作用，并使移動(dòng)節點(diǎn)(MobileNode，MN)具有多接口特點(diǎn)和發(fā)現子網(wǎng)的功能。
實(shí)現M1H功能的關(guān)鍵組成部分有MIH代理、MIH接口信息、MIH用戶(hù)代理、MIH掃描、mihf-info，sessioninfo，m ih~ending—req。其中，MIH代理實(shí)現MIH功能，它負責與低層、高層及遠端M1H功能通信；MIH接口信息是MIH代理的子類(lèi)，負責存儲關(guān)于MAC接口的信息；MIH用戶(hù)代理是MIH代理的子類(lèi)，負責接收來(lái)自MIH代理的事件消息，并向MIH代理發(fā)送命令，接口(interfaceManagement，IFMNGMT)代理是MIH用戶(hù)代理的子類(lèi)，MIPv6代理是IFMNGMT代理的子類(lèi)，Handover類(lèi)是MIPv6代理的子類(lèi)；MIH掃描是MIH代理的子類(lèi)，負責處理掃描請求；mihfinfo結構體負責遠端MIH功能的信息；session—info結構體負責與遠端MIH功能的當前會(huì )話(huà)信息；mihpendingreq結構體負責存儲等待的請求消息。通過(guò)修改MAC層使其具有M IH—LINK—SAP功能，并能處理觸發(fā)事件。MIH—LINK—SAP被添加到MAC類(lèi)中，實(shí)現MAC層對MIH的支持。
將多接口節點(diǎn)視為結合不同技術(shù)節點(diǎn)的虛擬節點(diǎn)，此類(lèi)不同技術(shù)的節點(diǎn)是多接口節點(diǎn)的接口，稱(chēng)它們?yōu)榻涌诠濣c(diǎn)。位于上述不同技術(shù)節點(diǎn)的鄰居發(fā)現(NeighborDiscovery，ND)代理具有3層運動(dòng)檢測功能，接入點(diǎn)(AccessPoint，AP)或基站(BaseStation，BS)周期性地發(fā)送路由器通告消息，以通知MN關(guān)于網(wǎng)絡(luò )的前綴信息。MN可以通過(guò)發(fā)送路由器請求消息來(lái)發(fā)現新網(wǎng)絡(luò )的AP或BS。
3．2切換流穗
MN在由UMTS，WiMAX和WLAN3種網(wǎng)絡(luò )部署的中移動(dòng)，如圖1所示，
其運動(dòng)場(chǎng)景包括：(1)先從UMTS切換到WiMAX，再從WiMAX切換至WLAN；(2)先從WLAN切換到WiMAX，再從WiMAX切換到UMTS。本文主要考慮場(chǎng)景(2)。
在場(chǎng)景(2)的切換中，當MN快移出WLAN的覆蓋范圍時(shí)，WLAN接口基于功率強度門(mén)限觸發(fā)LGD(LinkGoingDown)事件，具體原理如下：假設只是第個(gè)接收數據包的功率，是無(wú)錯接收數據包的功率強度門(mén)限。若以下2個(gè)條件滿(mǎn)足：
其中，(≥1)是功率強度門(mén)限系數，則產(chǎn)生LGD事件，并向上依次傳給IFMNGMT代理和Handover代理，當產(chǎn)生該事件的概率達到某個(gè)設定值時(shí)，WLAN接口觸發(fā)LD(LinkDown)事件，并向上分別傳給IFMNGMT代理、Handover代理和MIPv6代理。MIPv6代理通過(guò)WiMAX接口發(fā)送流重定向消息，MIH代理發(fā)送LinkScan命令，向下傳給WLAN接IZl，WLAN接口發(fā)送探測請求消息，網(wǎng)絡(luò )側收到此消息后發(fā)送探測應答消息。網(wǎng)絡(luò )側的MIPv6代理發(fā)送流重定向確認消息，MN通過(guò)WiMAX接31接收數據流。當MN從WiMAX切換至UMTS時(shí)，切換流程與上述過(guò)程類(lèi)似。
4仿真評估
使用仿真軟件NS．2進(jìn)行仿真評估。網(wǎng)絡(luò )拓撲如圖1所示，將所有節點(diǎn)設置在2200m~2200m的區域內。UMTS的NodeB是全覆蓋的，BS和AP的覆蓋半徑分別是1000m和50in。在CN和MN之間建立UDP連接，并在其上建立一個(gè)恒定比特速率(ConstantBitRate，CBR)數據流，每個(gè)包的大小是500Byte，該數據流從第9S開(kāi)始產(chǎn)生，在第250S結束。對場(chǎng)景(2)中MN的切換時(shí)延、丟包數和網(wǎng)絡(luò )使用效率進(jìn)行分析。MN可通過(guò)2種方式進(jìn)行切換，即LGD方式和LD方式。前者基于功率強度門(mén)限觸發(fā)LGD事件，后者在MN離開(kāi)當前網(wǎng)絡(luò )信號覆蓋范圍，連續收到錯誤數據包的個(gè)數達到一個(gè)門(mén)限值時(shí)，觸發(fā)LD事件。仿真結果如表1、圖2和圖3所示。
由圖2可知，對于從WLAN切換到WiMAX的情況，LGD方式的切換時(shí)延約為0．12S，LD方式約為0．32S。對于從WiMAX切換到UMTS的情況，LGD方式的切換時(shí)延約為0．03S，LD方式約為0．75S。
由表1可知，對于從WLAN切換到WiMAX的情況，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷的增加，LGD方式的丟包數在2-5之間，LD方式在7-10之問(wèn)。對于從WiMAX切換到UMTS的情況，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )負荷的增加，LGD方式和LD方式都未出現丟包現象由圖3可知，隨著(zhù)功率強度門(mén)限系數變大，MN在2種速度下的網(wǎng)絡(luò )使用效率都降低。對于從WLAN切換到WiMAX的情況，1rn／s時(shí)WLAN的使用效率比5m／s時(shí)略高對于從WiMAX切換到UMTS的情況，1m／s時(shí)WiMAX的使用效率與5m／s時(shí)接近，而在功率強度門(mén)限系數為1．2時(shí)，1m／時(shí)的使用效率大幅度降低，此現象是由仿真的偶然性造成的。
5結束語(yǔ)
本文基于MIH對WLAN，WiMAX和UMTS3種異構網(wǎng)絡(luò )部署場(chǎng)景下的垂直切換進(jìn)行仿真建模，并對MN從WLAN切換到WiMAX，再從WiMAX切換到UMTS時(shí)的性能進(jìn)行評估，為相關(guān)研究提供了參考。
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