分布式移动性管理架构下的资源优化机制研究

发布时间：2017-03-30 06:14

  本文关键词：分布式移动性管理架构下的资源优化机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：移动互联网技术的迅猛发展与多媒体信息的日益丰富促使现今移动互联网用户数量与数据流量呈现爆发式的增长趋势。互联网内容提供商越来越倾向于将内容资源推向网络边缘进行部署,以降低传输延迟,获得更好的用户体验。传统的移动网络在架构上呈现了集中式部署的形式,随着数据流量的大幅增长与漫游行为的愈发频繁势必暴露出路由次优化、单点故障和扩展性低等问题。除此之外,随着越来越多的业务被迁移到移动终端上,数据传输安全问题也逐渐暴露出来,越来越多的窃听和劫持行为正在威胁移动用户在网络层面上的数据传输安全。学术界与工业界普遍认为移动网络应在架构层面上进行改进,采取分布式移动性管理的部署形式,并在网络层传输引入安全的传输机制,从根本上应对并解决移动网络发展所带来的挑战与困难。 分布式移动性管理架构及相关协议方法已成为移动网络发展与研究的关键点之一,在分布式移动性管理背景下的网络资源优化机制问题也长期受到学术界、工业界和标准化组织等各方面的关注。本文以分布式移动性管理架构下的资源优化机制为核心,结合移动互联网发展趋势,围绕移动网关资源、内容资源、地址资源、路由优化及安全传输机制展开研究,探索在未来移动互联网不同网络需求和场景下的资源优化及部署方法。本文的主要贡献及创新点包括： 1、根据内容镜像资源不断被推向网络边缘部署的趋势,本文首次提出了一种针对CDN网络内容边缘化部署的“多镜像资源迁移优化方法”。通过在CDN内容镜像服务器出口处部署NAT设备作为中间件,引入虚拟IP机制对镜像服务器资源进行抽象,使得移动终端在漫游过程中总可以持续不断地从拓扑距离最近的镜像上获取资源,从而解决由于现有路由优化操作所带来的镜像“死锁”问题。在传输层上配合迁移优化方法提出了一种全新的传输层移动策略——Mig_TCP。该方法通过在TCP状态机上增量式地添加Mig_Sent和Mig_Rcvd两个状态的方式设计了“迁移三次握手”机制,为具有相同属性和内容的镜像服务器提供了一种全新的会话初始化机制,进而在传输层为终端提供移动性支持。 2、考虑到迁移优化在网关信令协商和协议复杂度上的增加,网络对于移动性优化策略的提供应具有选择性与动态性,从而避免为无需网络层提供优化策略的终端与应用而浪费网络资源。根据未来移动网络服务多样化的发展趋势和动态移动管理的需求,本文提出了一种“可选择的网关资源优化策略”。通过使用定义选项的方法,在网络层引入对业务类型的感知能力,使得网络层的会话锚定与路由优化可以有选择地依照不同参量模式进行。既可以减少对无需移动网络优化应用的移动功能支持,又可以为不同移动支持需求度的用户与应用提供细粒度的网络层动态移动管理策略。该方法紧扣IETF标准化组织对于分布式移动性管理策略的规划与要求,符合未来移动互联网协议发展的整体预期和研究方向。 3、分析了现今IPv6网络中网络地址翻译技术的需求与局限性,结合迁移优化策略中对于地址资源的客观要求,首次提出了半状态非对称空间的IPv6地址翻译方法,即PANAT方法。该方法充分挖掘并利用IPv6巨大地址空间优势,实现任意长度前缀的IPv6地址进行相互转换,保证传输层校验和的中立性及翻译信息的存储最小化,大大提高了地址翻译效率和信息存储效率。PANAT不仅为迁移优化提供了地址翻译的支持,而且为未来移动互联网对IPv6巨大地址空间资源的充分利用提供了思路。 4、分析现今移动终端的功能特点及移动用户对于数据安全传输的需求,以及现有网络层数据传输安全的需求与局限性,本文提出了一种基于网络的地址跳变通信方法——NetHop。不同于基于主机的地址跳变传输方案,NetHop将安全功能和安全资源部署在了网络侧,优化网关功能,全面解放了端节点设备的限制,任何类型的操作系统和硬件配置的网络设备均可以使用NetHop方法所提供的安全资源对数据传输进行安全保护。端设备无需额外改造任何协议栈,仅需支持普通的IPv6接入功能即可。基于大地址空间资源的设计无需时间同步,具有优异的随机特性和欺骗性。NetHop方法重新部署了安全资源在整个移动网络中的分布位置,全面优化了网络层安全传输和网关功能,为用户获取安全资源提供了普适性的支持。 综上所述,本文在分布式移动性管理架构下的网关资源、内容资源、地址资源及数据资源的传输安全性展开研究,给出了一系列针对不同场景与问题的解决方案,为未来移动互联网资源优化配置提供了方向性的指引。
【关键词】：分布式移动性管理 路由优化 地址翻译 跳变通信 内容分发网络 资源优化
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP393.01;TP309.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-16
• 1.2 各方的研究关注16-17
• 1.3 主要研究工作与贡献17-18
• 1.4 论文创新点与研究意义18-19
• 1.5 论文组织安排19-21
• 第二章 分布式移动性管理研究现状21-37
• 2.1 不同层面的移动管理22-24
• 2.2 集中式移动性管理的缺陷24-28
• 2.2.1 次优化路由24-25
• 2.2.2 在网络演进架构中的劣势25
• 2.2.3 低扩展性与高昂的信令维护25-26
• 2.2.4 固定终端与移动终端相同处理26
• 2.2.5 过多MIP变种协议和扩展26-27
• 2.2.6 对端设备一致性的高度要求27
• 2.2.7 单点故障与攻击27-28
• 2.3 分布式移动性管理的部署层次28-31
• 2.3.1 核心网络层部署分布式28-30
• 2.3.2 接入网络部署分布式30-31
• 2.3.3 主机部署分布式31
• 2.4 分布式移动性管理的类型31-33
• 2.4.1 半分布式31-32
• 2.4.2 全分布式32-33
• 2.5 分布式移动性管理面临的挑战33-34
• 2.6 本文的研究重点34-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 对多镜像资源边缘部署的优化37-63
• 3.1 问题的引入37-39
• 3.2 迁移优化方法总体框架39-42
• 3.3 迁移优化协议过程42-49
• 3.3.1 会话初始化43-45
• 3.3.2 网关移交45-47
• 3.3.3 内容镜像切换47-49
• 3.4 高层协议的处理49-51
• 3.4.1 传输层协议49-50
• 3.4.2 应用层协议50-51
• 3.5 TCP迁移三次握手51-59
• 3.5.1 Mig_TCP协议过程51-53
• 3.5.2 Mig_TCP的仿真实验53-59
• 3.6 仿真与分析59-61
• 3.7 本章小结61-63
• 第四章 对资源优化操作的动态移动管理机制63-83
• 4.1 现有网关资源调配和路由优化方案63-70
• 4.2 移动选项及应用场景70-72
• 4.3 可选择路由优化协议流程72-81
• 4.3.1 以时间为参量进行更新切换72-73
• 4.3.2 以接入网关计数为参量进行更新切换73-75
• 4.3.3 以回避模式进行更新切换75-77
• 4.3.4 以黑名单模式进行更新切换77-78
• 4.3.5 以随机模式进行更新切换78-81
• 4.3.6 以协商模式进行更新切换81
• 4.4 本章小结81-83
• 第五章 接入网关对地址资源的优化机制83-113
• 5.1 IPv6环境中的NAT需求83-85
• 5.2 PANAT算法85-90
• 5.2.1 设计原则85-86
• 5.2.2 由内向外86-87
• 5.2.3 由外向内87
• 5.2.4 复杂度评估与讨论87-88
• 5.2.5 实例演示88-90
• 5.3 PANAT算法的改进90-98
• 5.3.1 设计原则91
• 5.3.2 由内向外91-92
• 5.3.3 由外向内92
• 5.3.4 数学解释92-95
• 5.3.5 实例演示95-98
• 5.3.6 改进算法的讨论98
• 5.4 系统实现与验证98-111
• 5.4.1 实验网络拓扑100-101
• 5.4.2 内外网间的连通性测试101-103
• 5.4.3 子网内的连通性测试103-104
• 5.4.4 应用层协议的连通性测试104-106
• 5.4.5 性能测试与评估106-111
• 5.5 本章小结111-113
• 第六章 基于PANAT的分布式移动跳变传输113-129
• 6.1 现有的跳变传输方法113-118
• 6.2 NetHop系统框架118-123
• 6.3 实例演示123-126
• 6.4 系统实现与讨论126-128
• 6.4.1 地址容量和地址冲突127
• 6.4.2 架构的安全性讨论127-128
• 6.5 本章小结128-129
• 第七章 总结与展望129-135
• 7.1 全文总结129-130
• 7.2 研究平台130-133
• 7.3 研究展望133-135
• 参考文献135-143
• 附录143-149
• 致谢149-151
• 攻读学位期间发表的学术论文目录151-152

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘慧生;王振兴;郭毅;;一种基于多穴跳变的IPv6主动防御模型[J];电子与信息学报;2012年07期

2 林楷;贾春福;石乐义;;分布式时间戳同步技术的改进[J];通信学报;2012年10期

3 林楷;贾春福;翁臣;;端信息跳变中的分布式时间戳同步技术(英文)[J];中国通信;2011年04期

  本文关键词：分布式移动性管理架构下的资源优化机制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：276417