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1、南京邮电大学 硕士学位论文 无缝切换过程中缓存管理机制及其性能研究 姓名：周红胄 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：张载龙 20100301 南寒郏篷大学硕研究生学缀论文 摘要 摘要 无缝切换中缓存管理的研究主要是为了减少切换过程中数据分组的丢失，以提高切 换的整体性能，是无缝切换所要研究的目标之一。 为了减少切换过程中分组的丢失，I E T F 提出了平滑切换缓存管理框架结构。该机 制有效地减少了切换过程中分组的丢失，但还存在一些不足之处，比如缓存利用率低和 突发丢包等问题。 针对缓存利用率低的问题，本文提出了一种机制：多业务共事缓存管理枫制，该机 制主要是对不同的业务进行
2、分类，并根据其服务质量要求采用不同的缓存管理策略，缓 存在相应的缓存空间中，从而提高了缓存利用率，也保证了业务的服务质量。针对突发 丢包问题，本文提出了一种基于网络预测的缓存转发控制机制，该机制通过对当前网络 情况的预测来有效控制缓存转发速率，从而有效地避免了缓存转发过程中突发丢包现象 的发生。 本文采用N S 2 仿真软件，在L i n u x 操作系统下搭建了仿真实验平台。分别对多业 务共享缓存管理机制和基于网络预测的缓存转发控制机制进行仿真。通过分析仿真结 果，验证了本文所提方案的可行性。 关键字；无缝切换，缓存管理，平滑切换，移动I P v 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文A b s
3、 t r a c t A b s t r a c t T h er e s e a r c h 艟b u f f e rm a n a g e m e n ti ns e a m l e s sh a n d o v e ri sm a i n l yt or e d u c ed a t a p a c k e t sl o s sd u r i n gh a n d o v e r , t h a ti st oi m p r o v et h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo fh a n d o v e r , i ti s o n eo fr
4、e s e a r c ho b j e c t so fs e a m l e s sh a n d o v e r 。 I no r d e rt or e d u c ep a c k e t sl o s sd u r i n gh a n d o v e r ，I E T Fp r o p o s e das m o o t hh a n d o f fb u f f e r m a n a g e m e n tf r a m e w o r k T h i sm e c h a n i s mc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h ep
5、a c k e t sl o s sd u r i n g h a n d o v e r ，b u tt h e r ea r es t i l ls o m es h o r t c o m i n g s ，s u c ha Sl o w e rb u f f e ru t i l i z a t i o na n dt h e p a c k e t sb u r s tl o s so ff o r w a r d i n gp r o c e s sa n d S Oo n F o rt h e p r o b l e mo fl o w e rb u f f e ru t i l
6、 i z a t i o n ，t h i sp a p e rp r e s e n t sam e c h a n i s m ： m u l t i s e r v i c es h a r e db u f f e rm a n a g e m e n tm e c h a n i s m ，w h i c hi sm a i n l yt oc l a s s i 移t h ed i f f e r e n t s e r v i c e sa n du s ed i f f e r e n tb u f f e rm a n a g e m e n ts t r a t e g y
7、a c c o r d i n gt ot h e i rq u a l i t yo fs e r v i c e r e q u i r e m e n t s ，t h ep a c k e t sa r eb u f f e r e di nt h ec o r r e s p o n d i n gb u f f e rs p a c e T h a tn o to n l y i m p r o v e sb u f f e ru t i l i z a t i o n ，b u ta l s oe n s u r e st h eq u a l i t yo fs e r v i
8、 c e 。F o rt h ep r o b l e mo fp a c k e t s f o r w a r d i n gb u r s t ，t h i sp a p e rp r o p o s e san e t w o r k b a s e dp r e d i c t i o nb u f f e rf o r w a r d i n gc o n t r o l m e c h a n i s m ，t h em e c h a n i s me f f e c t i v e l yc o n t r o l st h eb u f f e r e dp a c k e
9、 t sf o r w a r d i n gr a t eb y p r e d i c t i n gt h es t a t u so ft h ec u r r e n tn e t w o r k ，w h i c he f f e c t i v e l ya v o i d sp h e n o m e n o no fp a c k e t s b u r s tl o s so ff o r w a r d i n gp r o c e s s I nt h i sp a p e r ，w em a k eu s eo fN S 2s o f t w a r ei nt h
10、eL i n u xo p e r a t i n gs y s t e mt ob u i l da s i m u l a t i o np l a t f o r m 。I nt h i ss i m u l a t i o np l a t f o r m ，t h eh a n d o v e rp e r f o r m a n c e so fm u l t i s e r v i c e s h a r e db u f f e rm a n a g e m e n tm e c h a n i s ma n dn e t w o r k - b a s e dp r e d
11、i c t i o nb u f f e rf o r w a r d i n g c o n t r o lm e c h a n i s ma r et e s t e dr e s p e c t i v e l y T h ea n a l y s i so ft h es i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f i e st h a t t h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o g r a mi sc o n f i r m e d K e y w o r d s ：S e a m l e s sh a n
12、 d o v e r ，B u f f e rm a n a g e m e n t ，S m o o t hh a n d o v e r ，M o b i l eI P v 6 l I 缩略语 I I I 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 前言 随着移动通信技术的快速发展，移动I n t e m e t 业务的丰富以及移动、智能终端的普 及，越来越多的用户习惯了移动通信方式，同时也希望自己能够更加灵活、不受限制地 进行通信和接入到互联网。但在移动过程中，如果用户是从一个子网移动到另一个子网， 在切换过程中难免会出现分组的丢失，这对于那些要求可靠传输的业务来
13、说是不能容忍 的。因此如何减少移动节点在不同子网间切换时分组的丢失已经成为无线网络中一个十 分重要的问题，这也是无缝切换所研究的目标之一。 随着V o l P 等实时业务的出现，移动I P 【l 】中的切换效率也变得更加重要，既要做到 快速又要做到低丢包率，尽量做到无缝切换【2 】。无缝切换主要包括两个方面：快速切换 和平滑切换。快速切换就是低时延切换，主要是为了降低移动节点在切换过程中产生的 时延和通信连接的中断时间p 】【4 】：平滑切换则是低丢失率切换，主要目的是使切换过程 中丢失的数据分组数量达到最小【5 】。但是最初的平滑切换机制并不能保证数据分组不丢 失，只是尽量降低丢包率。于是互
14、联网工程任务组( I E T F ，T h eI n t e m e tE n g i n e e r i n gT a s k F o r c e ) 紧接着又在平滑切换机制基础上提出了平滑切换缓存管理框架结构1 6 】。具体就是 在先前接入路由器上开辟一部分缓存，用来缓存切换过程中移动节点不能接收的分组， 等到切换完成后，先前接入路由器再将缓存的数据分组转发给新子网接入路由器。缓存 管理机制的引入f 7 】，有效地减少了分组的丢失，保持了应用的连续性和业务质量的可靠 性，使平滑切换的性能得到了很大的提高。由此看来合理的缓存管理机制对降低分组丢 失率是十分有用的。 未来的网络可以承载多种业务
15、，不同的业务其服务质量要求不一样，对于实时业务 和可靠性业务来说，在切换过程中应尽量减少分组的丢失，尽可能地不影响数据传输的 实时性和可靠性。这就对缓存管理提出了更高的要求，需要对不同的业务采取不同的缓 存管理机制，使切换尽可能逼近无缝切换，提高业务的性能，使用户真正感觉到网络的 无处不在【3 1 。在实际的网络环境中，接入路由器需要同时为多个移动节点提供服务，但 其自身资源是有限的，多种业务共享一块缓存必然会导致资源竞争。如果不采用合理的 缓存管理机制，既有失公平性原则，也可能会引起本来可以避免丢失的数据分组的丢失。 另外缓存区大小【9 1 、数据转发机制【加】等因素也可能影响移动节点切换期
16、间的数据分组是 否能够被顺利保存到所申请的缓存区，并在移动节点切换到新的子网后快速可靠地把数 据分组转发到移动节点。由以上分析可以看出，无缝切换中的缓存管理研究非常重要。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第1 章绪论 毫无疑问，3 G 和未来的4 G 都是高速、高移动性的无线网络。这将会给人们的生活 带来了很多的好处，但在这种网络环境下所引发的分组丢失率也是有目共睹的，这将会 对那些要求可靠性传输的业务产生很大的影响。因此随着网络的发展，缓存管理的研究 将会更加重要。 1 2 研究目的 无缝切换是综合低延迟切换和低丢失率切换二者的目标，即既要达到切换过程中通 信连接中断时间最短，又要达到丢失或者延迟分组数量最少f l l 】。为了减少分组的丢失， I E T F 提出了平滑切换缓存管理机制，该机制有效地降低了切换过程中分组的丢失，但是 还存在一些不足之处，突出表现为：缓存利用率低、数据转发时突发丢包等问题。而且 该机制并没有对不同的业务进行区别对待，对所有业务采用相同的策略进行缓存管理， 这样对那些服务质量要求高的业务来说有失
