異構網絡的垂直切換仿真建模及其性能評估

時間：2023-03-02 00:46:19 計算機應用畢業論文我要投稿

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關于異構網絡的垂直切換仿真建模及其性能評估

　　論文摘要：針對無線網絡的異構化趨勢，對WLAN和UMTS形成的異構網絡進行擴展，使其包含WLAN，WiMAX和UMTS3種網絡�；诮橘|獨立切換對擴展后異構網絡中的垂直切換進行仿真建模。評估切換時延、切換期間的丟包數目和網絡使用效率，結果表明，鏈路即將斷開(LGD)方式的切換時延小于鏈路斷開(LD)方式，且丟包數較少，網絡使用效率隨著功率強度門限系數的增大而降低。

　　論文關健詞：介質獨立切換；異構網絡；垂直切換

　　l概述

　　未來無線網絡將呈現異構特點，不同接入技術之問的切換稱為垂直切換。網絡層、傳輸層和應用層具有支持垂直切換的相關協議，如網絡層的移動IPv6及其擴展協議、傳輸層的移動流控制傳輸協議和應用層的會話初始協議。IEEE802．21標準提出介質獨立切換(MediaIndependentHandover，MIH)概念。
　　相關文獻對MIH進行研究，關注移動期間對服務需求的滿足以及IEEE 802．21標準如何使無縫技術問的切換成為可能。提出一個實現IEEE802．21MIH標準的框架，并通過802．11和802．16e的融合試驗評估其性能。評估了IEEE802．21標準提供的移動性支持機制和算法性能，建立UMTS和IEEE802．11的異構網絡場景模型。

　　2相關工作

　　移動IPv6中的功能實體包括家鄉代理、接入路由器、對端節點和移動節點。當移動節點從一條鏈路移動到另一條鏈路上時，獲取一個轉交地址，并向家鄉代理發送綁定更新消息，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。對端節點和移動節點可以采用雙向隧道和路由優化2種方式進行。介質獨立切換的思想是在低層和高層問引入一個新的協議層，該層具有MIH功能，通過與不同低層間的相互作用以及與遠端MIH功能的通信來屏蔽介質異構性，使高層無須了解低層網絡的差異，從而優化了移動節點在不同類型接入介質問的切換。MIH功能通過對低層、高層和對端定義的服務訪問點(ServiceAccessPoint，SAP)提供3種服務，即介質獨立事件服務、介質獨立命令服務和介質獨立信息服務。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，并使移動節點(MobileNode，MN)具有多接口特點和發現子網的功能。
　　實現M1H功能的關鍵組成部分有MIH代理、MIH接口信息、MIH用戶代理、MIH掃描、mihf-info，sessioninfo，m ih~ending—req。其中，MIH代理實現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，負責存儲關于MAC接口的信息；MIH用戶代理是MIH代理的子類，負責接收來自MIH代理的事件消息，并向MIH代理發送命令，接口(interfaceManagement，IFMNGMT)代理是MIH用戶代理的子類，MIPv6代理是IFMNGMT代理的子類，Handover類是MIPv6代理的子類；MIH掃描是MIH代理的子類，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功能的當前會話信息；mihpendingreq結構體負責存儲等待的請求消息。通過修改MAC層使其具有M IH—LINK—SAP功能，并能處理觸發事件。MIH—LINK—SAP被添加到MAC類中，實現MAC層對MIH的支持。
　　將多接口節點視為結合不同技術節點的虛擬節點，此類不同技術的節點是多接口節點的接口，稱它們為接口節點。位于上述不同技術節點的鄰居發現(NeighborDiscovery，ND)代理具有3層運動檢測功能，接入點(AccessPoint，AP)或基站(BaseStation，BS)周期性地發送路由器通告消息，以通知MN關于網絡的前綴信息。MN可以通過發送路由器請求消息來發現新網絡的AP或BS。

　　3．2切換流穗
　　MN在由UMTS，WiMAX和WLAN3種網絡部署的中移動，如圖1所示，

其運動場景包括：(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。本文主要考慮場景(2)。
　　在場景(2)的切換中，當MN快移出WLAN的覆蓋范圍時，WLAN接口基于功率強度門限觸發LGD(LinkGoingDown)事件，具體原理如下：假設只是第個接收數據包的功率，是無錯接收數據包的功率強度門限。若以下2個條件滿足：

　　其中，(≥1)是功率強度門限系數，則產生LGD事件，并向上依次傳給IFMNGMT代理和Handover代理，當產生該事件的概率達到某個設定值時，WLAN接口觸發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WiMAX接口發送流重定向消息，MIH代理發送LinkScan命令，向下傳給WLAN接IZl，WLAN接口發送探測請求消息，網絡側收到此消息后發送探測應答消息。網絡側的MIPv6代理發送流重定向確認消息，MN通過WiMAX接31接收數據流。當MN從WiMAX切換至UMTS時，切換流程與上述過程類似。

　　4仿真評估

　　使用仿真軟件NS．2進行仿真評估。網絡拓撲如圖1所示，將所有節點設置在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，并在其上建立一個恒定比特速率(ConstantBitRate，CBR)數據流，每個包的大小是500Byte，該數據流從第9S開始產生，在第250S結束。對場景(2)中MN的切換時延、丟包數和網絡使用效率進行分析。MN可通過2種方式進行切換，即LGD方式和LD方式。前者基于功率強度門限觸發LGD事件，后者在MN離開當前網絡信號覆蓋范圍，連續收到錯誤數據包的個數達到一個門限值時，觸發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，隨著網絡負荷的增加，LGD方式的丟包數在2-5之間，LD方式在7-10之問。對于從WiMAX切換到UMTS的情況，隨著網絡負荷的增加，LGD方式和LD方式都未出現丟包現象由圖3可知，隨著功率強度門限系數變大，MN在2種速度下的網絡使用效率都降低。對于從WLAN切換到WiMAX的情況，1rn／s時WLAN的使用效率比5m／s時略高對于從WiMAX切換到UMTS的情況，1m／s時WiMAX的使用效率與5m／s時接近，而在功率強度門限系數為1．2時，1m／時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

　　本文基于MIH對WLAN，WiMAX和UMTS3種異構網絡部署場景下的垂直切換進行仿真建模，并對MN從WLAN切換到WiMAX，再從WiMAX切換到UMTS時的性能進行評估，為相關研究提供了參考。

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