● 摘要
移动IP技术实现了移动用户跨网段的移动与漫游功能，但至今仍未在实际环境中得到大规模的部署和应用。其根本原因在于它所带来的切换丢包与切换延时两个关键性问题尚未得到实质性解决，从而无法为无线环境下实时性、连续性应用提供质量保证，因此目前提出了很多切换优化方案。在标准的移动IP协议中，由于网络层切换与链路层切换的相对独立性，移动检测过程导致了相当长的一段切换延时，为此很多改进方案都提出将链路层和网络层相结合，利用链路层触发机制来取代移动检测，从而缩短切换延时和丢包。但采用链路层触发机制首先需要对触发切换的过程有一个明确的定义；其次要选择一个合适的切换触发时机，这样才能保证切换在无线信号质量较好的情况下完成；另外当存在多个备选切换网络的情况下还需要能够预测切换的方向。现有切换方法对上述问题的涉及较少，因此本论文对这些切换中的触发与预测问题进行了深入研究，其主要成果是：1． 分析了现有的链路层触发网络层切换的方法，提出了并定义了一种预测触发策略。本文首先对移动通信与无线局域网中的切换过程、切换方式和切换准则进行了细致分析，在此基础上提出了一种基于信号质量的预测触发方法。该方法中移动节点根据观测到的信号质量变化来预测即将到来的链路层切换，并根据切换历史记录来预测网络层切换耗时，从而得出链路层切换发生的概率。然后网络层通过估计切换代价就可以决策是否提前发起切换。另外还设计了两种新的预测触发器。2． 根据移动节点测量到的信息的不同提出了两种切换时机预测方法。要将网络层注册过程准确地提前到链路层切换以前以减少切换延时和丢包，首先需要解决的是如何能准确的预测链路层切换时机的问题。本文在移动节点仅能观测到两个基站的信号强度时提出了基于最小二乘滤波的切换时机预测方法，而在移动节点可以确定自己的位置时提出基于运动模型的切换时机预测方法。移动节点通过对自身运动信息的持续测量或估计，预测未来时刻的信号强度变化并在不同切换参数下计算出切换概率，从而确定是否可以触发切换。仿真结果表明，使用这两种预测方法可以显著的减少多余切换和不足切换，并准确地控制切换过程在无线信号质量较好的环境中完成。3． 提出基于移动节点历史运动轨迹的切换方向预测方法。在采用链路层触发机制的切换方法中，移动节点的切换方向预测是一个必要的问题。本文提出一种依靠移动节点轨迹选择的历史记录进行预测的方法，该方法利用三种新的轨迹描述方式，根据当前轨迹与历史轨迹的匹配度来预测到达概率最大的下一个小区，它比小区预测和运动预测有更高的预测准确率。将轨迹预测方法与基于无线信号质量的切换时机预测方法相结合，在链路层切换时机的预测上可以达到更精确的效果。4． 设计了一种基于预测的移动IP无缝切换协议。本文提出控制切换的思想，即链路层检测信号质量变化并报告给网络层而网络层控制整个切换过程。基于此思想设计并实现了一套基于预测的切换协议，使用预测机制使得网络层切换在链路层切换之前完成，并通过缓存转发机制保存链路层切换中未送达的数据包，通过控制切换机制降低链路层切换的影响。切换性能测试的结果表明通过控制切换方式以及准确的预测方法能有效消除移动IP切换过程中的通信延时和丢包，达到无缝切换的目标。