无线局域网络中移动IPv6技术的实现策略与性能优化

发布时间：2018-11-11 09:50

【摘要】：随着基于IEEE 802.11的无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)的广泛应用,配置了Wi-Fi接口的移动设备越来越普及。日常生活中的移动设备如智能手机和便携电脑等都配有Wi-Fi接口,而且具有Wi-Fi接口的无线传感器节点已经在物联网中使用。因此,如何保证这些配有Wi-Fi接口的移动设备在移动过程中保持与通信网络的连接不中断即移动性管理成为一个重要的研究课题。基于IEEE 802.11的无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)只支持链路层的移动性管理,但不支持网络层移动性管理。因此,在WLAN中,当移动节点(Mobile Node,MN)进入到新的子网时可能造成已经建立的连接中断。代理移动IPv6(Proxy MIPv6,PMIPv6)可以克服IEEE 802.11标准的上述不足。PMIPv6是一种基于网络的移动性管理协议,因具有不需要MN参与移动性管理相关信令的交互等优点,已被广泛应用。本文主要研究不同WLAN场景中的移动性管理,研究基础设施WLAN中PMIPv6协议的实现,旨在降低切换时延、减少丢包率和优化路由。本文的主要工作和创新如下:1.研究IEEE 802.11基础设施WLAN中PMIPv6的实现问题,针对一个移动接入网关(Mobile Access Gateway,MAG)管辖单一接入点(Access Point,AP)架构,提出了接入点分簇的PMIPv6实现方案,即基于扩展服务集(Extended Service Set,ESS)的PMIPv6实现架构,同时,设计了移动性管理策略及其关键信令的时序图。此外,针对正方形和正六边形基本服务集,推导了MN的ESS越界概率及MN进入到配置了MAG的AP覆盖范围的概率,进而分析切换时延。数值分析结果表明,在移动接入网关MAG和局部移动锚点(Local Mobility Anchor,LMA)之间传播时延较大时,所提方案在切换时延方面优于现有移动性管理方案。2.研究带无线局域网控制器(Wireless LAN Controller,WLC)的WLAN中降低切换时延和丢包率问题。随着WLAN规模增大,需要WLC对大量AP进行管理和配置。在带WLC的WLAN中,MAC(Medium Access Control)层功能由AP和WLC共同完成。在这种架构中,由于移动性管理信令需由AP转发给WLC处理,因此导致切换时延增大。针对该问题,我们应用MAG链降低带WLC的WLAN的切换时延。推导了MN穿越MAG区域概率的一般表达式并借助该公式对会话持续时间和MN逗留时间进行分析。在此基础上构建优化问题,通过求解该优化问题得到最优的MAG链长度。数值分析表明在WLC和LMA间的距离较大时,所提方案在切换时延方面优于已有方案。此外,所提方案还能降低由时延限制而造成的数据包丢失。3.研究如何将分布式锚点应用于带WLC的WLAN并利用双层指针进一步降低切换时延和优化路由问题。分布式移动性管理允许MN在会话开始时选择较近的接入路由器作为其锚点,因此,将分布式移动管理思想应用于带WLC的WLAN可以实现降低切换时延的目的。然而,对单个会话来说,锚点是固定的,MN经历多次切换时,切换时延大和路由欠优问题仍存在。鉴于此,我们利用双层指针推进解决上述问题,其中“低层指针”的作用是降低切换时延,类似MAG链;而“高层指针”通过向对端节点注册的方式实现动态地改变MN会话的锚点,达到优化路由的目的。此外,我们推导了所提方案和已有方案的切换时延公式,数值分析和仿真验证表明所提方案可以降低分布式移动性管理的切换时延。本文所提的多接入点分簇移动性管理策略、应用MAG链的多AP移动性管理策略和利用双层指针推进的分布式移动性管理策略分别适用于不同的WLAN场景。这些方案可以降低切换时延,可为其它无线网络环境中设计移动性管理方案提供借鉴。
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【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925.93

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