文摘

一个合适的网络模型和一些合适的绩效评估标准包括切换延迟和流动性管理成本提出了本文。在这个基本移动IP协议的性能和各种micromobility协议是全面比较和调查。研究结果表明,性能主要受两个因素影响路由更新方法的移动支持协议和移动网络参数。路由更新时间和流动性管理的成本micromobility明显短于移动IP协议。在所有研究micromobility协议,移动IP注册区域协议的路由更新方法的最佳性能。

1。介绍

移动IP协议(1- - - - - -3)是最基本的移动支持协议的互联网。随着网络的发展和应用,移动IP越来越暴露出严重的性能缺陷。因此,micromobility协议提出,如micromobility协议,移动IP注册区域(MIP-RR)协议(4,5),移动IP协议(CIP) [6,7),和夏威夷协议(8,9]。

切换是最基本操作的移动网络和移动支持协议研究的最重要内容。切换性能有至关重要的影响在移动网络的性能10- - - - - -13]。网络层切换延迟是最重要的指标来衡量流动性支持协议,和其他切换性能指标,例如,包丢失和应用程序吞吐量下降做切换时,都涉及到切换延迟。本文侧重于绩效评估的移动IP和各种micromobility协议网络层切换延迟。

确保移动支持协议的使用在实践中,我们相信其他性能指标,也就是说,移动性管理成本、切换性能一样重要。移动性管理成本的流动性支持进行了研究[14- - - - - -17]。文献[14]研究理论上的影响数据包到达时间间隔对流动性管理的成本micromobility协议和指出,影响其性能的因素是平均数据包到达时间间隔,而不是间隔时间分布的类型。文献[15)相比,移动IP的管理成本和micromobility协议主要是通过模拟方法。

在移动支持协议切换性能的研究中,我们提出了一个主意。首先提出了一个合适的网络模型,分析了切换性能的基础上,网络影响因素模型,并从理论上比较各种移动支持协议的切换性能。本文重点研究流动性管理成本的移动支持协议和流动性管理成本的分析和比较各种移动支持协议。

2。网络建模

无线接入网络由多个管理域(13]。和每一个管理域是通过GW(网关)连接到互联网。细胞模型采用管理域如图1。这是一个同心圆模型(通常使用六角模型是不计算本文采用简化)。模型有一个中心细胞(细胞层定义为0)。其他细胞分布在中心细胞层数为1,2,3,等等。有5个细胞层1。细胞层的数量()是两倍数量的细胞层。每个单元有五个相邻细胞。细胞在图层1层5 0相邻细胞,而细胞层(1)相邻细胞层2细胞层和2细胞层。BS(基站)函数的多分辨(移动路由代理)18)被设置在每一个细胞。我们的b层0网关的整个管理领域。与所有相邻的BSs有线连接。和它们之间的距离是1跳。

假设管理域的半径;肉类是均匀分布在细胞管理域。我们表示的概率MH发生在一个细胞层通过。所以是由

的公式,和表示层细胞的数量和细胞的数量在整个管理领域,分别。

假设的距离层细胞GW;然后MH-cells之间的平均距离,瓦是由

假设的概率MH执行五个相邻细胞的传递是相等的。的概率从层MH执行切换()层是

MH使用定期公告广播的数据包BS触发网络层切换;切换过程如下:在切换之前,通过老BS MH发送和接收数据。MH检测需要切换时,它与老BS断开连接,然后建立一个连接新BS。MH发送路由更新消息来更新自身的位置信息,当它接收到第一个宣布包新BS。完成后的路由更新,MH可以通过新的b发送和接收数据。

3所示。切换延迟

切换过程表明,网络层切换延迟由两部分组成:一个是运行时间从MH断开连接老BS MH接收第一个宣布包新BS,称为运动检测时间。第二个是MH的时间发送路由更新消息来更新自身的位置信息,称为路由更新时间。运动检测与链路层切换时间和BS广播消息数据包的周期,而不是移动支持协议。然而,路由更新时间我们将关注以下是由路由更新方法的移动支持协议。

路由更新时间由两部分组成。一个是路由更新包传输延迟。另一种是移动支持节点的路由更新包处理延迟。假设,在管理领域,路由更新数据包传输延迟的单位距离;路由更新包的总单向传输延迟在互联网;处理延迟/移动支持节点的路由更新包。我们首先比较了移动IP的路由更新时间和micromobility协议和不同的micromobility协议的路由更新时间。

3.1。比较与Micromobility移动IP协议

对于使用移动IP路由更新包从MH被传递给新BS GW,最后到达当地代理。应答数据包沿着相反的路径返回MH。我们表示路由更新时间。是

在上面的公式中,表示新BS和瓦之间的平均距离;从公式(2)和(3),我们可以得到这是

在使用micromobility协议(与两层移动为例),路由更新方法不同interdomain切换和intradomain之间切换。Interdomain移动IP切换一样处理;路由更新时间是

Micromobility协议被用来intradomain切换过程。MH的路由更新数据包传递给新的b,然后到达GW。应答数据包沿着相反的路径返回MH。我们表示路由更新时间。是

Interdomain切换发生只有当肉类是在管理域边界细胞。根据公式(1)和(3),MH interdomain传递的概率是

我们得到的平均路由更新时间micromobility协议从公式(6),(7)和(8):

比较移动IP协议的路由更新时间和micromobility协议,我们计算两者的比率如下:

我们把;当需要不同的值,比例路由更新的时间变化的计算和管理域半径的值。结果如图2。

图2显示,在任何情况下;这意味着引入micromobility协议是必要的,因为micromobility协议的平均路由更新时间明显短于移动IP。当很小,处于中等水平;作为的增加,迅速减少,很快达到最低;然后,进一步增加,逐渐增加缓慢。上面的变化趋势表明,micromobility协议的优点是管理域的大小有关;有一个最优可以作为一个因素来确定管理域的大小。图2也表明,下降,增加。更大的是,从本地网络MH越远,所以MH从本地网络越远,越明显的优点micromobility协议。micromobility协议结果节点的引入过程路由更新包的增加,所以,增加,引入micromobility协议减少的优势。

3.2。比较不同的Micromobility协议

我们比较MIP-RR的路由更新时间,国际马铃薯中心,和夏威夷intradomain切换的协议只有在情况,为micromobility协议全部采用移动IP协议interdomain切换过程。假设MH在一个在切换之前th细胞层的管理域();MH域内的数据包转发路径最优路径从瓦到当前的废话。

MIP-RR协议,路由更新包从MH被送往GW通过新的BS切换发生时,终止于十字架MRA(公共MRA的最低水平在两个新路线和旧路线MH) (6]。应答数据包沿着相反的路径返回MH。如果MH切换的th层()th层或()层,交叉MRA将新的b或旧的BS,分别。他们的路由更新时间计算如下:

如果MH切换发生在th层,假设交叉MRA的废话th层,然后路由更新时间

交叉的MRA的概率th层细胞可以通过管理域结构如下:

然后我们得到了路由更新时间内发生的MH切换th层是

根据公式(11),(14)和(3),我们可以得到MH在路由更新时间th细胞层的管理域:

CIP的协议,路由更新包从MH被送往GW通过新的BS切换发生时但应答数据包并不需要,所以路由更新时间之间的距离只有相关新BS和GW。路由更新MH切换时发生的层细胞th层()单元如下:

同样,CIP协议的路由更新时间当MH在层管理域的细胞

在夏威夷的情况下协议,路由更新包从MH被送到老b通过新的BS切换发生时,应答数据包沿着相反的路径返回MH。因为新旧BS BS总是直接连接到彼此在所有网络模型中,路由更新时间夏威夷协议切换发生时无关与MH的位置:

如公式(15)和(17),如果我们取代与细胞的平均距离MH定位GW,我们可以得到的平均更新时间MIP-RR协议和CIP协议。我们把;平均路由更新时间值()不同的micromobility协议时和分别取不同的值,如图所示3。

图3表明,增加CIP协议路由更新时间大幅增加;MIP-RR协议路由更新时间慢慢增加,收敛于一个固定的值虽然夏威夷协议路径更新时间是相同的。的增加,每个micromobility协议路由更新时间显示一个线性增长。CIP协议的斜率大于和增加而增加虽然MIP-RR协议和夏威夷协议的斜率较小,影响较小或没有影响。

CIP协议路由更新的时间远远大于MIP-RR协议和夏威夷协议在大多数情况下;这是因为CIP协议路由更新包需要不断送到GW,所以这条路线更新方法是不可取的。因为我们使用邻BS,所有互连结构网络模型,使夏威夷协议在最好的环境中工作,所以夏威夷协议路由更新时间是最短的图3,但对于其他网络结构(如严格的树结构)夏威夷协议路由更新时间将会增加。从图3,我们发现MIP-RR协议路由更新时间非常接近最优值的夏威夷协议和有一个明确的上限,这是一个非常好的特性,它可以保证切换的最大延迟。因此MIP-RR协议的路由更新方法具有最好的性能。

4所示。移动性管理成本

一般来说,流动性管理成本是指所有支持MH流动的成本,包括终端和流动性支持网络的节点处理成本和带宽成本和位置数据库存储开销。本文主要集中在信令开销带到网络为了支持肉类的流动性是一个重要的性能指标在测量移动支持协议的性能。

在下面的章节中,我们比较了信令开销只使用移动IP时引入层次移动和应用不同的micromobility协议时。首先我们给出以下定义。(1)路线的信令开销在管理领域更新数据包传输电缆连接在字节的值等于数据包大小距离跳数乘以链接。(2)由于无线链路带宽资源的限制,路由更新包的信令开销传输的无线链接倍的电缆连接。(3)假设距离GW MH的哈啤酒花和路由更新包的信令开销传输的无线连接倍的电缆连接,广域网带宽是昂贵的。(4)表示MH的切换频率。

4.1。比较与Micromobility移动IP协议

对于使用移动IP路由更新包从MH传递给通过瓦哈;应答数据包沿着相反的路径返回MH。为了保持路径信息,MH需要定期刷新消息发送到HA(使用路由更新包刷新)。我们表示刷新消息发送频率和路由更新包和应答数据包的大小和,分别。信令开销带到网络为了支持肉类的使用移动IP移动性

在上面的公式中,表示新BS和瓦之间的平均距离;从公式(2)和(3),我们可以得到:

在引入分层流动的情况下,路由更新包从MH传递给哈切换发生时,和信令开销带到网络使用移动IP的是一样的。intradomain切换,在最糟糕的情况下,来自MH的路径更新数据包发送到管理域GW和应答数据包沿着相反的路径返回MH。为了保持路径信息,MH需要定期发送更新消息哈。信令开销带到网络当interdomain切换和intradomain切换发生一次可以制定如下,分别为:

从公式(1的概率),MH interdomain切换可以计算如下:

因此带来的信令开销网络为了支持肉类的流动性引入层次移动

差异带来的信令开销网络为了支持肉类的移动当只使用移动IP与引入层次移动计算如下:

因为,所以,这意味着当只使用移动IP信令开销比引入层次移动在任何情况下。为了研究引入层次移动和micromobility协议的优势,我们把,次/秒,字节并计算出不同价值观和值的时候需要不同的值。结果如图所示4。

管理域半径的增加差异带来的信令开销,网络以支持肉类的移动当只使用移动IP引入层次移动也会增加,但增长率逐渐下降,最后收敛于一个固定的值的差异(的情况下、50和100,固定值是480,2400年和4800年,分别地)。这表明,当政府领域不大,越大的优点,引入层次移动。但在管理领域是非常大的情况下,这种优势是没有显示。此外,管理域之间的距离的增加GW,哈,显示了一个线性增长,这表明越远MH从本地网络,更多的优势引入层次移动显示。

4.2。比较不同的Micromobility协议

的信令开销的比较带来网络为了支持肉类的移动应用不同的micromobility协议时,如MIP-RR CIP,和夏威夷,因为他们采用了移动IP在interdomain切换情况下,我们只讨论intradomain情况的比较。

假设MH在一个在切换之前th细胞层的管理域();MH域内的数据包转发路径最优路径从瓦到当前的废话。有三种情况可能发生的(图5),切换概率描述的各种各样的问题是由公式(3)。

对于MIP-RR协议、信令开销带到网络为了支持肉类的流动包括两部分:一部分是由移动IP区域注册请求数据包和应答数据包用于建立新的路线。请求数据包从MH被送到GW通过新BS和结束交叉MRA(公共MRA最低水平的新的途径和MH)的老路线。应答数据包沿着相反的路径返回MH。另一部分是由绑定更新数据包和应答包用于删除旧的路线;绑定更新数据包被发送到b的新老废话;老BS数据包转发给GW方向和使用回复直到交叉MRA包一层一层地做出反应;交叉MRA MH最后发送应答数据包。我们表示区域注册请求数据包和应答数据包的大小和绑定更新数据包和应答数据包通过,,,,分别。

如果MH切换的发生th层()层(图5(一个)),新BS交叉MRA和新的废话直接链接到旧的废话;信令开销网络切换发生时

MH切换的情况下发生的th层()层(图5 (b)),旧的BS交叉MRA和新的废话直接链接到旧的废话;信令开销网络切换发生时

如果MH切换发生在th层,假设交叉MRA的废话th层细胞();信令开销网络切换发生时

交叉的MRA的概率th层细胞可以通过管理域结构如下:

根据公式(27)和(28),我们可以得到的信令开销带到网络内MH切换发生时th层:

我们得到了信令开销带到网络MH切换发生时的情况MH位于一个th细胞层的管理域和使用MIP-RR协议从公式(25),(26),(29日)和(3):

MIP-RR协议发送删除数据包路由到删除旧的路线明确。但CIP协议使用一个非常不同的路由维护策略;老路线不明确被删除,但将自动删除由于超时;出于这个原因,MH必须定期发送更新包防止路由信息被自动删除。CIP,尽管MH必须发送更新包和刷新包千瓦每切换发生时,MH使用数据包,而不是更新数据包并刷新包更新和刷新MH需要发送数据时的路线,以减少网络信令开销。设置需要发送的概率更新数据包并刷新包更新和刷新的路线,路由更新包的大小、下行数据包速率,路径信息超时时间和刷新周期比率。文献[13最好的刷新周期计算如下:

CIP的协议,路由更新包从MH被送往GW通过新BS切换发生时,但不需要应答数据包,因此带来的信令开销网络为了支持肉类的流动性之间的距离只有相关新BS和GW。网络带来的信令开销的定期刷新MH切换发生时th层细胞()层,()th层,th细胞层显示如下:

根据公式(32)和(3),我们可以得到的信令开销网络MH切换发生时th细胞层的管理域:

在夏威夷的情况下协议,路由建立MH的数据包发送到b通过新老BS切换发生时,应答数据包沿着相反的路径返回MH。这个过程完成新的路由信息的建立和删除旧的路由信息。设置路线建立数据包的大小。因为新的BS总是直接连接到旧的废话,所以带来的信令开销网络与MH的位置无关;它是

上面的公式中,如果我们替换与细胞的平均距离GW MH定位,并采取,次/秒,,,kbps,所有的路由更新包(包括回复数据包)有相同的60个字节的大小。我们可以计算出信令开销带到网络为了支持肉类的流动性,分别管理域半径改变时,应用各种移动支持协议。结果如图所示6。

图6表明CIP协议信令开销带到网络为了支持肉类的流动性的增加而增加,远远大于其他协议。这种现象是由CIP协议路由维护策略(经常发送定期刷新包)和路由更新方法(路由更新数据包发送到瓦而不是交叉MRA)。尽管MH使用数据包,而不是更新包和数据包更新和刷新刷新路由MH需要发送数据时减少网络信令开销,即使90%的路由更新包能通过数据包(偷偷的),信号的开销也很大(尤其是政府域范围在一个更大的情况下),所以CIP协议路由维护策略和路由更新方法是不可取的。

我们可以发现MIP-RR协议信令开销带到网络为了支持肉类的流动性的增加略有增加和一个明确的上限。但是夏威夷协议信令开销带到网络为了支持肉类的迁移是不受影响。同一管理域的大小,MIP-RR协议信令开销比夏威夷的协议。夏威夷协议使用相同的路由维护策略(删除旧的路线明确)MIP-RR协议,但MIP-RR协议路由更新方法发送路由更新包通过新BS和结束GW交叉MRA在夏威夷协议路由更新包被送到老b通过新的BS。后者可能导致nonoptimal路由,因此MIP-RR协议路径更新方法是更值得推荐。

5。结论

本文研究移动支持协议的网络层切换延迟和分析集中在路由更新时间的移动支持协议。结果表明,路由更新时间是与移动支持协议的路由更新方法。Micromobility协议路由更新包被只在管理域,所以路由更新时间远小于的移动IP协议。不同micromobility协议,CIP协议路由更新数据包应该被送到GW不断;路由更新时间是更大的。夏威夷协议路由更新包直接被送到老废话;路由更新时间被网络结构影响很大。MIP-RR协议的路由更新方法有最优的性能,因为路线更新数据包发送到GW方向和结束在十字架MRA。MIP-RR代表micromobility协议的发展方向。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由江苏未来的前瞻性研究项目在未来网络创新研究所(没有网络。BY2013095-1-16)和中国国家关键技术研发项目(没有。2013 bak06b03)。