移动性IP网络组播理论与技术研究

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1、北京交通大学博士学位论文移动性IP网络组播理论与技术研究姓名：沈波申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：张宏科20050801北京交通大学博士论文第l章绪论1．1引言第1章绪论近年来，随着移动IP【1捌技术的逐渐成熟，越来越多的人们开始通过移动lP设备接入到互联网中，以便在运动的过程中对网络进行访问。相对于没有基础设施的网络(如MANET，MobileAdHocNet、Ⅳork【M】)来说，在具有基础设施的网络中，移动用户的移动形式可以分为个体移动和群体移动两种。在个体移动中，终端的移动是个体行为，其与网络接入点问的连接是由移动终端进

2、行维护的；而在群体移动中，根据IETFNEMOQ里work丛obility)【7]定义的框架，其移动终端和子网组成的移动整体与网络接入点之间的连接是由移动路由器(MR，MobiIeRouter)来维护的，所以又称之为移动性IP网络，简称移动网络。但需要指出的是，在相对集中的移动终端整体移动时，如果各个移动终端还是分别与网络建立连接，则仍然属于个体移动的范畴。移动网络的主要应用形式包括唑个人网络(PANs，PersonalAreaNe柳orks)、部署在交通工具上的传感器或计算机网络、部署在公共运输工具(如公共汽车、火车、出租车、飞机和轮船等)上

3、的接入网络、通过移动路由器接入互联网的Adhoc网络和军队的战斗单元接入军事网络等。互联网络技术领域中的另一+个具有革命性的技术是IP组播技术⋯“。IP组播是一种优化使用网络带宽的路由技术，它允许IP数据流从一个数据源或多个数据源发送到多个数据接收目的地。采用组播技术，可以避免不必要的数据包复制，减少骨干网络的数据流量。移动网络以无线技术为接入手段，具有随时可能改变其附着的网络服务点的特点，该特点使得对移动网络所处位置的跟踪、保持连接和数据传输持续性等成为急需解决的关键问题【1“。这是因为在蜂窝网络中，虽然已经提出了多种有效的移动性管理方法Il

4、”，但由于IP网络具有许多与蜂窝网络不同的特征，因此解决IP层面的移动性管理和通信持续性的问题就不能延用蜂窝网络的方法；此外，目前的2G和3G系统等无线网络还无法提供对组播机制的有效支持【141，故IP组播仍将是支持点到多点和多点到多点应用的有效手段；特别是对于下一代网络来说，IP协议将在网络层对各种有线／无线技术进行融合，因此IP组播必须能够适应移动网络的要求。研究如何把IP组播技术与移动网络进行结合对rP组播提出了新的挑战。目前使用的IP组播协议，如DvMRP【15】、MosP一61、PIM．SMfl7】和cBT㈣等，都是在假设组播接收者和

5、发送者的位置固定不变的前提下提出的，它没有考虑节点北京交通大学博士论文第1章绪论在移动中发送和接收组播数据的情况，因此无法解决当节点位置发生改变后如何还能够对组播数据进行接收的问题。当前对移动组播的研究主要是针对解决组播接收者以个体方式移动中组播通信的持续性问题的，并且提出了许多方法。现有的方案如MIP．BT【1翔、MIP—Rs㈦]、MoM【191、RBMoM【20】、Mobicast【2l】和MMA【矧等大多存在着三角路由、隧道聚集、切换时延过长和丢包过多等问题【231。虽然存在问题，但在移动IP组播问题的研究上还是进行了许多有益的探索，并且

6、取得了一些重要成果。关于移动网络组播，目前研究的还比较少。由于移动网络具有整体运动的特点，当发生接入点切换时，移动网络内部的终端和子网的通信将全部受到影响。移动网络的这一特点，以及移动网络通过移动路由器与互联网连接的通信方式，使得用于单个移动终端的移动组播协议根本无法满足终端整体移动的要求。为了解决上述问题，本论文对移动网络中有关IP组播的一些关键理论和技术问题进行了研究。1．2论文选题背景与意义1．2．1选题背景IP组播是20世纪90年代初期发展起来的互联网路由技术，最初是专门针对点到多点的数据传输设计的。随着无线技术的发展，人们也把对IP组

7、播的研究转向了朝着如何支持移动的方向上发展。下面对当前IP组播、移动IP组播和移动网络上的IP组播的研究内容与发展现状进行简要综述。(1)IP组播传统的IP网络是典型的点到点通信模式，因而所用的传输协议是为完成点到点的通信而开发的。对于点到多点和多点到多点的应用，传统的单播技术会带来网络资源的急剧消耗、网络拥塞和网络延时等问题。在“固定”的IP网络中，解决这一问题的有效技术就是IP组播技术¨仉15砌·“五61。所谓IP组播(IP．multjcast)，就是指把数据发送给网络上指定的一组接收者【27】，它与向单个接收者发送数据(单播：unicas

8、t)或向一个给定网络上的全部接收者发送数据(广播：broadcast)的机制不同。在理想的状态下，组播的发送者只需要对每一个数据包发送一次，所有接收者