移动无线环境中IP组播协议的研究

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移动无线环境中IP组播协议的研究报告人：马辉导师：李星教授清华大学电子工程系2002年11月硕士研究生开题报告ResearchonIPMulticastinWirelessMobileEnvironments2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 索引背景和选题的意义相关领域关键技术简介相关领域研究现状的综述研究内容和计划2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 移动组播可能成为一个研究热点Jelger,C.，Noel,T.，“MulticastformobilehostsinIPnetworks:progressandchallenges”，IEEEWirelessCommunications,Volume:9Issue:5，Oct20022002年11月29日THU–E.E.-CERNET 背景和选题的意义背景MultimediaApplication需要组播移动Internet的发展，原来的应用纷纷扩展到无线网络中去，包括组播的应用无线网络自身的内在的特点也决定了它需要组播以上几点提出了对移动无线环境中组播的需求2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 移动Internet的发展及其对IP组播的需求ApplicationclassTypeofcommunicationsNumberofdevices,entitiesinvolvedPerformancerequirements(responsetime)CommentsMobileandlocationaladvertisingAsymmetricnon-real-timemulticastingPossiblythousandsAfewminutesMultiplemessagescanbesentwithoutrequiringamulticastsessionMobileauctions/interactivegamesReal-timemulticastingwithactiveuserparticipationSeveralSeveralhundredmsto1secondMulticastsessioncanbelongandinvolvemultipleusersindifferentnetworks;formobileauctions,securityiscriticalMobileentertainment/distanceeducationAsymmetricreal-timemulticastingSeveralSeveralhundredmsto1secondLongmulticastsession;substantialbandwidthrequirementsProactiveservicemanagementAsymmetricnon-real-timemulticastingFewMinutesMultiplemessagescanbesentwithoutrequiringamulticastsessionMobileinventorymanagement/productlocationandsearchUnicasting/multicastingSeveralSecondsIfmulticastingisn’tavailable,aseriesofunicaststepscanbeusedtocompletetransaction2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 选题的意义移动无线环境中IP组播的挑战Challenge1无线链路特点对组播可靠性和性能带来影响。高误码率和随机丢包特性动态特性以上两点对网络吞吐量和协议可靠性的影响，并且对上层协议，如传输层和应用层，提出更高的要求。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 选题的意义Challenge2移动特性对网络协议的影响组播路由协议有效性。组播路由协议的性能和开销。组播协议的设计和选择。组播路由协议的模式选择。组成员管理协议IGMP/MLD的有效性。作为发送者/接收者的移动组成员漫游时因切换导致的服务中断和数据损失。安全和Qos保障。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 索引背景和选题的意义相关领域关键技术简介相关领域研究现状的综述研究内容和计划2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 相关领域关键技术简介无线局域网技术Internet移动漫游管理技术和快速切换技术宏移（Macro-mobility）和微移（Micro-mobility）IP组播协议组成员管理组播路由2002年11月29日THU–E.E.-CERNET WLAN协议的分析802.11a802.11b802.11gStandardApprovedSept1999Sept1999StillinDevelopmentAvailableBandwidth580MHz83.5MHz83.5MHzFrequencyofOperation5.150-5.350GHz5.470-5.850GHz2.400-2.483GHz2.400-2.483GHzNon-OverlappingChannels13(U.S)19(Europe)33DataRateperchannel6,9,12,18,24,36,48,54Mbps1,2,5.5,11Mbps6,9,12,18,24,36,48,54MbpsMaximumUDPThrougthput(1500byte)30.9Mbps7.1Mbps16.4Mbps2002年11月29日THU–E.E.-CERNET WLAN单播和组播技术的对比单播组播和广播基本访问控制方式CSMA/CA+RTS/CTS仅遵守CSMA/CA的基本过程，无RTS/CTS有无MAC层确认机制有无数据包传播范围单个AP的覆盖范围内整个的扩展服务区组（ESS）内2002年11月29日THU–E.E.-CERNET MobileIPFAFAInternetHAMNEncap.CNIPTunnelDecap.FACOA(CorrespondentNode)（摘自RFC2002)2)Datagramisintercepted3)Datagramisbyhomeagentanddetunneledandistunneledtothedeliveredtothecare-ofaddress.mobilenode.+-----++-------++------+|home|=======>|foreign|------>|mobile||agent|B|agent|C<------|node|D+-----++-------++------+1)Datagramto/|/mobilenode|/4)Fordatagramssentbythearriveson|/mobilenode,standardIPhomenetwork|/routingdeliverseachtoitsviastandard||_destination.Inthisfigure,IProuting.+----+theforeignagentisthe|host|Amobilenode'sdefaultrouter.+----+MobileIPv4特点：三角路由MobileIPv6特点：取消了FA，并对三角路由优化以MobileIPv4为例，使用FACare-ofAddress时2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 多种组播路由协议的功能和特点名称密集/稀疏模式算法环境文献DVMRP距离向量组播路由协议密集模式RPM校园网，IntranetRFCl075MOSPFOSPF的组播扩展集密模式Link-State校园网、IntranetRFCl584CBTv2核心基础树版本2稀疏模式CBTIntranet，InternetRFC2189PIM—DMPIM密集模式密集模式RPM校园网、IntranetPIM—SMPIM稀疏模式稀疏模式RPM／CBTIntranet，InternetRFC2117RFC23622002年11月29日THU–E.E.-CERNET 索引背景和选题的意义相关领域关键技术简介相关领域研究现状的综述研究内容和计划2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 相关领域研究现状的综述A.IETF提出的两个基本的移动组播解决方案RemoteSubscription,RSBidirectionalTunneling,BTB.其它的研究工作MoMRBMoMDSRBMoMMobicast2002年11月29日THU–E.E.-CERNET RemoteSubscription,RSMRInternetHAMN1Sourceaddress=CLCOA特点：简单，路由最优组播树的重组频繁2002年11月29日THU–E.E.-CERNET BidirectionalTunneling,BTFAInternetHACNMN1NestedEncap.嵌套隧道IPTunnelIPTunnel以FACOA为例IGMPIPTunnel特点：不会引起组播树重组加入组播组的延时也很小三角路由隧道汇聚注：凡是有FA方案的都仅能用于IPv4。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET RSvsBT方案优点缺点RemoteSubscription(RS)路由最优的比BT的可扩展性好通常重新加入组播组的延时比BT长需要移动节点所在的外地网络支持组播BidirectionalTunneling(BT)通常加入组的延时比RS短不需要移动节点所在的外地网络支持1．引入了三角路由2．有限的可扩展性3．需要HA做额外的处理小结：有互补的优点和缺点，这成为了我们进一步研究的出发点，并且将它们有机的集合在一起，有可能产生优化的方案2002年11月29日THU–E.E.-CERNET MoM：MobileMulticast(1)TunnelConvergenceProblems（BT中的一个显著问题）2002年11月29日THU–E.E.-CERNET MoM:MobileMulticast(2)1.描述：选择一个HA作为指定组播服务提供者(DesignatedMulticastServiceProvider,略作DMSP)。DMSP负责将一份组播数据包使用单播隧道的方式发送到FA，再由FA在本地链路上分别转发给各个移动主机2.问题：属于作为DMSP的HA的所有移动主机移出FA所在的外地网络时，其它的移动主机会暂时接收不到组播数据。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET RBMoM:Range-basedMoM（1）2.描述：MulticastHA(MHA)设备负责组播数据包转发；起始的MHA被设定为HA，可以更换；MHA有服务范围(servicerange)。1.特点：MoM的改进；转发路由最优和减少组播维护开销的折衷；拥有最短转发树的RS和组播树重组开销很小的BT是它的两种极端的情况。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET RBMoM:Range-basedMoM（2）3.问题：RBMoM的性能与服务范围密切相关，但是它并不能给出一个合理的服务范围选取方法，怎么办？2002年11月29日THU–E.E.-CERNET DSRBMoM:DynamicServiceRange-BasedMoM1.特点：对服务范围选取进行了尝试2.描述：DSRBMoM定义了一个新的参数，叫动态服务范围(DSR)，作为满足最大允许传输时延的最大隧道长度；每一个MHA拥有自己的DSR。3.缺点：管理开销大；额外的网络和存储资源2002年11月29日THU–E.E.-CERNET MobiCast:Amulticastschemeforwirelessnetworks1.描述：若干个CELL编成一组，由一个区域FA(DFA)统一负责组播服务,移动主机通过DFA加入组播组。2.优点：1.继承了RS优点，确保了最优路由，避免了隧道会聚；2.与RS不同，在区域内组播成员的移动不会引起骨干组播树的重组。3.缺点：管理开销大；额外的网络和存储资源。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 各种移动组播方案演化过程2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 各种移动组播方案的比较和小结移动组播方案所使用的移动管理协议是否最优路由是否具有可靠性数据包的冗余量与组播路由协议的相关性移动切换时服务中断RS(1996)MobileIP是否无无关较大BT(1996)否否有无关无MoM(1997)否否有少量无关较小RBMoM(2000)否否有少量无关较小DSRBMoM(2001)否否有少量无关无MobiCast(2000)是否有少量无关较小问题：1.上述方案能解决问题吗？2.如何在实际的网络中验证?3.如何进行信服的仿真?2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 索引背景和选题的意义相关领域关键技术简介相关领域研究现状的综述研究内容和计划2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 研究内容和计划根据研究的侧重点，分为两个阶段第一阶段：研究的基础部分第二阶段：研究的理论分析部分2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 研究的基础部分无线环境中，组播的优势与特点：（这里的无线环境，主要是依靠无线局域网，802.11b/a/g）研究主要是分析在无线环境中，随着用户数的递增，组播与单播性能的对比。无线环境中，用户行为特征和应用的特点：依托清华大学校园网，组建大规模移动无线网络平台，对实际的数据提取和分析，并提取无线环境中，应用(如VoIP)的特点。基于CERNET和NSFCNET，对native组播的网络性能和用户行为进行分析：采集相应的组播树的拓扑结构，组成员的分布特点，组播的协议性能，开销等；并根据组播应用上的特点，提取组播源的分布特点，接收者的数目等等；进而研究节点数目与分布对相关的路有表，以及网络开销的影响。目前有三个部分的基础工作需要实现2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 研究的理论分析部分这一部分的主要工作是基于理论分析和仿真实现的。具体工作的设想分为两步：第一步，针对无线移动环境的特点，对现有的组播路由协议进行评估。第二步，针对无线移动环境的特点，设计新的能够有效支持移动的组播协议。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 预期的创新点（一）1．建立基于无线局域网的实验和演示环境，得出无线环境中，IP组播的优势与特点，并建立经验证的仿真模型。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 预期的创新点（二）2．针对无线移动环境的特点，对现有的组播路由协议进行评估,指出其问题和问题的严重程度。现有的组播协议的性能；组播转发树的抖动和效率；寻找协议失效的边界条件；协议性能恶化的曲线。2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 评估中可能采用的性能指标组播End-to-enddelayJointimeThroughputNetworkresourceusageOverheadtrafficpercentageTrafficConcentrationGroupleavedelaySizeoftheroutingtableNumberofrequiredtimers移动组播费用函数位置更新注册费用组播树更新费用数据传送费用组播服务中断时间组播数据流间断时间组播树的重组次数2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 预期的创新点（三）3.在各移动组播机制和相关协议的基础上，设计新的能够有效支持移动的组播协议。例如结合IPv62002年11月29日THU–E.E.-CERNET 研究的时间安排2002年11月论文开题论文开题2002年12月进一步研读和消化文献，尝试给出移动组播的评估模型，并搭建IEEE802.11b测试环境2003年1-2月实验分析在无线环境中，组播与单播随着用户数递增的性能变化；并利用ns2来构建相同的平台，并利用实测数据修正相关的仿真结果，为进一步仿真系统的研究提供基础2003年3-5月完成进一步仿真系统其它各方面准备工作，搭建评估在移动环境中现有组播路由协议的ns2平台2003年6-7月修正评估模型，用其对现有的组播路由协议进行评估，发现其问题2003年8-10月在现有的移动组播协议的基础上，结合我们的在真实环境和仿真中发现的问题，提出新的移动组播机制，仿真、分析，并将相关的成果提交标准化组织2003年11-12月撰写论文和论文答辩2002年11月29日THU–E.E.-CERNET 谢谢大家!2002年11月29日THU–E.E.-CERNET