：～煎… 堡……鱼…蹿 ＪｉＡＮ Ｃ０ ＰＵ下驻 异构整合机制下物联网 自适应移动性管理体系研究 银奕淇Ｌｚ，范双南ｚ，张微－，周卫红 （１湖南有色金属职业技术学院湖南株洲４２１００９） （２湖南科技经贸职业学院湖南衡阳４１２００６） 【摘要】：随着通信技术的发展，在未来的泛在、异构、协同网络环境中，自适应切换将成为必然。 本文探讨了自适应网络技术的概念，通过分析基于ＩＰ的网络层移动性管理，提出了自适应移动性管理 体系，并阐述了自适应分层移动性管理体系的结构与功能。 【关键词】：异构融合物联网垂直切换 一、引言 应网络技术已成为新兴的网络化系统理论的主要研 物联网是信息技术发展和信息社会需求到达一 究内容。以Ｉｎｔｅｍｅｔ为代表的大规模的复杂通信网络 定阶段的必然结果，并随着互联网的发展和成熟，悄 成功运行表明，自适应机制能够为在未知环境中运行 然改变着社会生活方式。物联网的出现，使得人和物 的网络带来灵活性，适应性和有效性良好的平衡。 之间的联网成为了客观现实。无论何时何地，任何物 在未来的泛在、异构、协同网络环境中，其网络的 体及任何人都可以通过多种通信途径、网络或服务连 链路将是动态链接，当移动结点在网络中移动时，网 接起来，实现智能化的识别、定位、跟踪和管理，从而 络将根据当前业务的ＱｏＳ需求和需要接入的系统进 推动人类社会整体步入全球化、知识化和智能化的新 行自适应切换。因此，自适应网络网应具备主动发现、 时代。 识别网络主体和网络应用的特性，能根据不同网络要 从目前的主流划分来看，物联网的体系结构分为 求进行自主调节网络配置的能力，能够满足各种角度 三个层次：第一是传感系统，即通过各种技术手段实 用户使用友好性的要求。 现与物相关的信息采集；第二是通信网络，即对采集 的信息，通过互联网、通信网、广电网以及各种接入网 三、基于ＩＰ技术网络分层结构 目前的物联网所依赖的网络体系架构是以ＩＰ技 和专用网进行传输与处理。第三是应用与业务，即通 术为核心，采用了基于无连接的分组交换结构、存储 过各种终端设备实现所感知信息的应用服务。可以 转发的路由机制和尽力而为的服务模式，有效的保证 说，物联网实现了网络的融合、资源的共享、应用的互 了异构网络之间的互联互通。 通及终端的互联。 基于全ＩＰ的下一代网络的分层结构包括叠加 通信网络作为物联网的核心技术，包括了４个关 层、控制层、核心层和接入层。ＩＰ核心网的大部分核心 键部分：接入技术、ＩＰ核心网、移动性管理和业务应用 网络功能均由ＩＰ技术来完成。在核心网络之上是高 平台。随着未来多种新接入的层出不穷，未来物联网 级控制层，主要关注能够为应用和叠加网络要素所用 的通信场景，将是基于泛在、异构、协同的网络环境， 并具有自组织、自适应的特性。 二、自适应网络技术 的功能。控制层与核心网络之间的疏耦合意味着高级 控制层通常不参与分组转发和处理的快速路径建立 过程。核心网下面是接入网集合，用于满足不同的市 自适应本指生物能改变自身习性以适应新环境 场机会和需求。由于实时条件在该层非常关键， 的一种特征与能力。随着通信网络技术的发展，白适 因而在核心网络和接入网络之间需要相对严格的协 基金项目：衡阳市科技计划项目（２０１１ＫＧ７３）；湖南省教育厅科研项目（１１Ｃ０５７４）； 湖南省省情决策课题（２０１２Ｂｚｚ６８）；湖南省教育科学“十二五”规划项目（ＸＪＫ１２ＹＹＢ０３２）； ２０１３年第１ｏ期｝福建电脑 ・１・ 璺 ……一～ 本身也是一个路由器，它管理着所有在该网络范围内 调和耦合。叠加层主要提供是高层功能并为应用提供 网络的边界上，在一系列接入路由器ｆＡＲ１之上。ＭＡＰ 业务。 基于ＩＰ技术网络体系架构的应用，形成了简洁、 的ＭＮ的移动。通过引入动态管理域组织技术，使得 高效的网络核心，实现了通用的数据路由转发功能。 系统体系结构能够在一定范围内根据一定条件自适 ３．自适应移动性管理体系 基于移动ＩＰ的网络层移动性管理机制的功能模 大量高层网络应用服务通过传输层及其之上的各层 应的调整。 来实现。这种核心简单、边缘复杂的设计模式便于异 构网络的接入与新业务的部署，保证了网络良好的扩 展性。 四、基于ＩＰ的网络层移动性管理 全ＩＰ网络的另一个重要特征就是对多类型接入 系统的支持，以及在此基础上提供的接入系统内部和 接入系统之间的无缝移动性。 网络层移动性管理建立在网络层协议基础上，通 过对网络层协议的扩展，使用专门的功能实体实现移 动性管理。由于承载层各系统都可以提供对ＩＰ协议 的支持，使得网络层移动性管理可以实现在异种网络 间的终端移动性。在未来的自适应网络系统中，各种 网络和核心网组成一个统一的全ＩＰ网络，网络层移 动性管理的实施建立在ＩＰ层之上。整个移动性管理 的功能包括位置管理、切换管理、寻呼、安全性管理和 ＱｏＳ控制等。网络层移动性管理体系结构如图１所 不。 位置管理 切换控制 功能层 快速ＡＡＡ 寻呼控制 ＱｏＳ控制 消息传递层 ＩＰｖ６／Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰｖ６ 安全管理 ＡＡＡ 承载层 ＷＩＭＡＸ／ＷＬＡＮ，ＷＣＤＭＡ／ｃｄｍａ ２Ｏｏ０，ｒＤ—ＳＣＤＭＡ 图４．１网络层移动性管理体系 五、自适应移动性管理体系的提出 １．分层式网络层移动性管理架构 在网络层移动性管理研究的基础上，基于分层方 式，形成分层式网络层移动性管理（ＨＮＭＭ），旨在网 络层支持对多种通信网络进行移动性管理。ＨＮＭＭ的 目的在于把ＩＰ移动性与网络的稳定、高性能等特征 结合起来，为未来无线移动网络提供先进的移动性管 理方案。达到在不同网络间提供无缝的ＩＰ链接和端 到端的ＱｏＳ保障。 ２．分级式ＩＰ移动性管理体系 分级式ＩＰ移动性管理体系是将系统内的功能实 体按树状结构进行组织，从而将移动性管理本地化， 节省了信令开销。分级移动性管理引入了移动锚点 ｆＭＡＰ），作为区域性移动管理中心。ＭＡＰ一般位于某个 ・２・ 福建电脑Ｉ ２０１３年第１０￣１］ 型提出改善移动性管理性能的主要思路，从体系结构 入手，使得网络结构能够动态地调整，将位置开销局 部化，降低了分组传递开销，平衡了业务流量，从而达 到提高系统性能的目的。 在研究基于ＩＰ的网络层移动性管理体系的基础 上，对ＨＭＩＰ进行改善，提出了自适应分级移动ＩＰ管 理体系。该体系以分级移动ＩＰ为起点，设计一个更为 完善的满足运营需求的ＩＰ层移动性管理体系结构， 提供了一套准动态拓扑的分级结构网络层移动性管 理机制，具有一定的实现复杂度和可调节性，较大程 度的提高了移动性管理的效率，保证了较小的系统信 令开销。 六、自适应移动性管理体系结构和功能 自适应分级移动性管理体系能够根据用户的移 动特征、用户的喜好和网络的业务流量等特点，动态 地调整管理区域的范围，从而减少系统开销，提高移 动性管理的效率，虽然动态拓扑能提供灵活的网络结 构，但在实现中存在较高的复杂度。 自适应分级移动性管理体系结构可以分成３个 层次：接入层、汇聚层和骨干接入层，如图２所示。 骨干接入层 由ＧＭＡＰ组成，主要负责外地网络内的移动节 点和ＭＡＰ管理。 汇聚层 由ＭＡＰ组成，主要负责ＡＲ和ＭＴ的区域性移 动性管理。 接入层 由ＡＲ组成，主要负责各通信信道的接入。 图２自适应分级移动性管理体系结构 接入层是指无线终端通过无线信道接入到路由 器，涉及的功能实体是接入路由器。 汇聚层是由ＭＡＰ构成的，完成业务的重定向和 网络负荷的均衡功能。ＭＡＰ处于整个网络的任意一 层，也可以根据当时的网络特征或者移动终端的数量 以及周围ＭＡＰ的业务情况白适应的调到它的网络中 的位置，从而保证网络负载的平衡，提高了系统效率。 骨干接入层是指接入骨干网的功能实体，主要负 责外地网络内的移动节点和ＭＡＰ管（下转第２３页） … …一整…一皇……碴 Ｕ ｊｌＡＮ ＣＯＭ ＵＴＥ 在数据库索引的应用中，Ｂ—ｔｒｅｅ按照下列方式进 Ｂ—ｔｒｅｅ快速调优的反馈式负载平衡算法（ＢＬＢ）。该算 行组织：首先是叶结点的组织方式，Ｂ—ｔｒｅｅ的查找键 法利用Ｂ—ｔｒｅｅ搜索性能高、完全平衡的特性，当负载 是数据文件的主键，且索引是稠密的。也就是说，叶结 不均衡时，对Ｂ—ｔｒｅｅ结构的流表进行快速调优，重映 点中为数据文件的第一个记录设有一个键、指针对， 该数据文件可以按主键排序，也可以不按主键排序； 射流表，达到负载均衡。通过仿真实验，证明了该方案 能快速使Ｂ—ｔｒｅｅ结构连接密集度达到平衡，有效地均 其次是非叶结点的组织方式，Ｂ—ｔｒｅｅ中的非叶结点形 衡负载，降低系统的丢包率。成了叶结点上的一个多级稀疏索引。 ④Ｂ—ｔｒｅｅ在文件组织方面的应用 Ｂ—ｔｒｅｅ进行文件组织时，空间的利用非常重要。 ②在闪存文件中的应用 随着闪存容量的快速增大，ＪＦＦＳ２文件系统暴露 通过在和合并时包含更多的兄弟结点，可以改善 出了挂载时间长、可移植性差等缺点，ＪＦＦＳ３提出将文 Ｂ—ｔｒｅｅ的利用率，该技术可以同时用于根结点和叶结 件索引信息保存在闪存上的设计方法，其中将整个文 点。件系统组织成一个大的Ｂ—ｔｒｅｅ是提高文件系统性能 和可移植性的关键点［３１。 ４结语 随着网络时代的到来，人们每天都需要从大量数 ＪＦＦＳ３文件系统的基本结构是，整个文件系统就 据中找到自己想要的东西，良好的检索技术会提高检 是一个Ｂ—ｔｒｅｅ。在ＪＦＦＳ３中，所有的文件系统对象ｆ文 索效率。在应用检索技术时，应当把握住算法的核 件、目录项、扩展属性等）都被保存在一个大的Ｂ—ｔｒｅｅ 心，即算法的时间复杂度和空间复杂度等。Ｂ—ｔｒｅｅ算 上。每个保存在树上的对象都有一个关键字，系统通 法可以减少不必要的访问辅存的操作，时间复杂度和 过查找关键字来找到需要的数据。 由于采用了Ｂ—ｔｒｅｅ的组织结构，树的深度增长得 非常缓慢，一般情况下两者成对数关系。整个文件系 算法，这使得树非常灵活，适应不同种类的存储对象。 ｆｅ１当索引损坏时，可以通过扫描叶节点去重建索引 信息。（ｄ由于索引信息和数据信息的分离，优化了缓 ｄ）存的使用效率。 参考文献： 业出版社．２００７．５ 空间复杂度比较小，能提高检索的效率。 计算机算法设计与分析（第３版）［Ｍ］．北京：电子工 统具有以下优势［３］：ｆａ１可以采取很多种计算关键词的 ［１］王晓东．唐世渭，徐其钧等译．数据库系统实现［Ｍ］．北京：机 （ｂ）叶结点可以被压缩，ＪＦＦＳ３也支持运行时态压缩。 ［２］杨冬青，械工业出版社，２０１１．４ ［３］宋安俊，王成耀．ＪＦＦＳ２文件系统超级块管理改进［Ｊ］．微计算 机信息，２００６．２２：３４－３６ ［４］王明定，赵国鸿，陆华彪．面向并行入侵检测的主动式负载均 ③在快速调优的反馈式负载平衡算法中的应用 基于Ｂ—ｔｒｅｅ的稳定和均衡特性，文献［４１提出基于 衡算法［Ｊ］．网络安全技术与应用，２０１０（２）：４７－５１． （上接第２页） 理。ＧＭＡＰ通常是一个或多个城市的骨干结点。 是异构网络环境下的移动性管理。因此，其网络拓扑 会根据网络业务量或者用户数量来自适应的调整，从 而适应网络业务的突变。在终端发生切换时，可以探 参考文献： ２００４，１５（１２）． 任丰原．可控可信可扩展的新一代互联网［Ｉ］．软件学报， 自适应分级移动性管理体系的设计主要考虑的 ［１］林闯，［２］李军．异构无线网络融合理论与技术实现［Ｍ］．电子工业出 版社，２００９． 测到多个管理功能实体的存在，通过采用基于联合检 测的切换算法，综合考虑用户的移动模型和业务负荷 ［３］林闯，贾子骁，孟坤 自适应的未来网络体系架构［Ｊ］．计算机学 报．２０１２．３５（６）． ［４］黄健文，宋俊德，吴娟．区域发现及自适应优化的分级移动性 等因素来选择合适的候选网络，进行合理的网络层切 管理算法［Ｊ］．北京邮电大学学报，２００５，２８（５）． 换，达到终端侧对管理功能实体的自适应选择。 ［５］冯瑞军，宋梅，刘宁宁，宋俊德．一种区域自组织的分级网络层 移动性管理方法［Ｊ］．中国电机工程学报．２００３，２３（１１）． ２ｏ１３年第１０期ｆ福建电脑 ・２３．
