未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理架構(gòu)研究

靳 浩

北京郵電大學(xué)泛網(wǎng)無(wú)線通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100876

引言

近年來(lái)，隨著移動(dòng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)以及各種豐富多彩的手機(jī)應(yīng)用的迅猛發(fā)展，用戶(hù)對(duì)服務(wù)隨時(shí)隨地的高速率、低延遲等QoS需求越來(lái)越高，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和組網(wǎng)技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜，無(wú)線系統(tǒng)需要通過(guò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署及其協(xié)同技術(shù)才能使用戶(hù)獲得隨時(shí)隨地的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。以?xún)?nèi)容為中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和內(nèi)容服務(wù)器邊緣化、移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化等都對(duì)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理架構(gòu)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。云計(jì)算作為一種泛型，其興起使得傳統(tǒng)臺(tái)式機(jī)被智能手機(jī)和平板電腦所替代，由于這些終端只能提供有限的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，致使云計(jì)算平臺(tái)必須承擔(dān)繁重的計(jì)算和處理功能，給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，如何設(shè)計(jì)高效的移動(dòng)性管理架構(gòu)成為急需解決的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)等智能控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使得在不同的移動(dòng)場(chǎng)景下對(duì)海量節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性管理也成為一個(gè)難題[1-2]。

1 移動(dòng)性管理技術(shù)及其主要實(shí)現(xiàn)方式

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)性管理是指在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)終端通過(guò)動(dòng)態(tài)的連接點(diǎn)構(gòu)成動(dòng)態(tài)通信鏈路，采用動(dòng)態(tài)組網(wǎng)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)移動(dòng)服務(wù)需求的一系列核心技術(shù)。目前，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理的兩大主流技術(shù)分別是基于蜂窩的通信系統(tǒng)和基于IP網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理，它們的本質(zhì)工作機(jī)理和實(shí)現(xiàn)方式具有不同特點(diǎn)。

1.1 基于蜂窩通信系統(tǒng)的移動(dòng)性管理

在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)性管理功能主要包括小區(qū)選擇與位置登記、越區(qū)切換、小區(qū)重新選擇與用戶(hù)漫游等。當(dāng)移動(dòng)終端在蜂窩覆蓋區(qū)域移動(dòng)并使用服務(wù)時(shí)，切換是移動(dòng)性管理中最常見(jiàn)的操作。切換是指將正在進(jìn)行的通信從蜂窩系統(tǒng)覆蓋的一個(gè)小區(qū)遷移到另一個(gè)小區(qū)時(shí)的控制機(jī)制。蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的切換過(guò)程可以劃分為以下步驟。

1)初始化過(guò)程。移動(dòng)站測(cè)量信道質(zhì)量，包括不同基站的信號(hào)強(qiáng)度、信干噪比、距離和誤比特率等，并將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給源BS。2)網(wǎng)絡(luò)選擇過(guò)程。源BS轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)量報(bào)告到控制單元，控制單元在考慮資源和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的基礎(chǔ)之上，決定哪個(gè)BS是保持連接的最佳BS。3)切換決策過(guò)程。本過(guò)程可以是集中式的，也可以是分布式的，主要依據(jù)判決過(guò)程在哪里執(zhí)行。如果需要切換，則控制單元通知目標(biāo)BS準(zhǔn)備一個(gè)連接，并讓源BS發(fā)送切換命令給移動(dòng)站。移動(dòng)站采用鑒權(quán)、同步、網(wǎng)絡(luò)配置等操作開(kāi)始與目標(biāo)BS建立一個(gè)連接，最后，移動(dòng)站發(fā)送一個(gè)信息給目標(biāo)BS，指示切換完成。

根據(jù)涉及的接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同，切換可以分為水平切換和垂直切換。水平切換是指發(fā)生在同一種接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)接口的切換，它包括小區(qū)內(nèi)切換和小區(qū)間切換兩種。其中，小區(qū)內(nèi)切換只切換一個(gè)小區(qū)內(nèi)的無(wú)線信道，而小區(qū)之間的切換則在移動(dòng)站從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)相鄰的小區(qū)時(shí)，將源BS的所有連接切換到目標(biāo)BS上；垂直切換是指完成在一系列不同接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)之間的切換，例如3GPP網(wǎng)絡(luò)、802.11、 802.16等接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的切換。

根據(jù)在切換過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)站參與程度的不同，切換決策過(guò)程又分為四種不同的控制方式，即網(wǎng)絡(luò)控制的切換方式(Network-Controlled Handover，NCHO)、移動(dòng)站控制的切換方式(Mobile-Controlled Handover，MCHO)、移動(dòng)站輔助的切換方式(Mobile-Assisted Handover，MAHO)和網(wǎng)絡(luò)輔助的切換方式(Network-Assisted Handover，NAHO)。其中，NCHO是由網(wǎng)絡(luò)起始和控制的切換方式，切換由網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，以便完成流量管理和負(fù)載均衡；MCHO是由移動(dòng)設(shè)備起始和控制的切換方式，移動(dòng)站總是在測(cè)量可能的接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度并在必要時(shí)發(fā)起切換；MAHO是主要用于廣域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的切換方式，移動(dòng)站監(jiān)測(cè)可能的基站，由網(wǎng)絡(luò)決定是否進(jìn)行切換；基于NAHO的切換方式用于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)收集到可用于移動(dòng)站切換的信息時(shí)將信息提供給移動(dòng)站，即由網(wǎng)絡(luò)輔助移動(dòng)站進(jìn)行切換決策。

1.2 基于IP層的移動(dòng)性管理

基于IP的移動(dòng)性管理是IETF標(biāo)準(zhǔn)化的移動(dòng)性管理機(jī)制，是通過(guò)采用基于永久IP地址和網(wǎng)絡(luò)層的路由機(jī)制實(shí)現(xiàn)基于IP地址漫游的移動(dòng)性管理機(jī)制，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的基于IP的移動(dòng)性管理協(xié)議有MIP和PMIP等。

基于IP的移動(dòng)性管理采用的都是集中式架構(gòu)，在這些集中式的模型中都有一個(gè)稱(chēng)為移動(dòng)錨點(diǎn)(Mobility Anchor，MA)的中心靜態(tài)實(shí)體，該實(shí)體用來(lái)負(fù)責(zé)大量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性管理，即數(shù)據(jù)傳送、上下文信息和信令處理。所有數(shù)據(jù)流會(huì)穿越集中式的移動(dòng)錨點(diǎn)，例如在MIP中的本地代理(Home Agent，HA)和PMIP的本地移動(dòng)性錨點(diǎn)(Local Mobility Anchor，LMA)，同時(shí)，所有地址綁定也都在移動(dòng)錨點(diǎn)這里進(jìn)行。從實(shí)質(zhì)上看，基于

IP的移動(dòng)性管理工作機(jī)理一般包括以下步驟。1)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)得到臨時(shí)轉(zhuǎn)交地址的過(guò)程。即移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在漫游網(wǎng)絡(luò)中，得到漫游網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)錨點(diǎn)分配給該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的臨時(shí)地址過(guò)程。2)臨時(shí)地址的注冊(cè)/公告過(guò)程。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)錨點(diǎn)將其得到的臨時(shí)轉(zhuǎn)交地址告知其本地移動(dòng)錨點(diǎn)的過(guò)程，過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)地址映射過(guò)程。3)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采用得到的臨時(shí)轉(zhuǎn)交地址，在漫游IP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程，在本過(guò)程中，通常采用隧道技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和傳送。

1.3 移動(dòng)性管理功能實(shí)現(xiàn)的多樣性

從上述兩類(lèi)主流的移動(dòng)性管理機(jī)制及其實(shí)現(xiàn)機(jī)理來(lái)看，以3GPP為核心的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理機(jī)制解決的主要是3GPP網(wǎng)絡(luò)與非3GPP網(wǎng)絡(luò)之間在不同級(jí)別的互聯(lián)，3GPP定義了3GPP網(wǎng)絡(luò)與非3GPP網(wǎng)絡(luò)(WLAN)的六種不同的互聯(lián)場(chǎng)景，即一般計(jì)費(fèi)、基于3GPP系統(tǒng)的接入控制和計(jì)費(fèi)、接入3GPP系統(tǒng)的分組交換業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)連續(xù)性、無(wú)縫業(yè)務(wù)以及接入3GPP電路交換業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

IETF的移動(dòng)性管理主要關(guān)注的是基于網(wǎng)絡(luò)層及其之上層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合。

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和融合的過(guò)程中必須涉及的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是垂直切換時(shí)的決策，為解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同時(shí)的垂直切換問(wèn)題，IEEE的802.21給出媒介獨(dú)立切換(Media Independent Handover，MIH)框架，MIH作為一個(gè)融合二層和二層以上層的邏輯實(shí)體，其主要功能是通過(guò)提供移動(dòng)性管理實(shí)體需要的信息協(xié)助垂直切換的決策，以便支持異物網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫移動(dòng)性。

目前，3GPP規(guī)范的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時(shí)同時(shí)采用基于蜂窩通信系統(tǒng)的移動(dòng)性管理和IETF基于IP的移動(dòng)性管理技術(shù)。

近年來(lái)，出現(xiàn)了一些支持多宿的移動(dòng)性管理協(xié)議。多宿(multi-homing)是指一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口或者IP地址的同時(shí)使用，用以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的連接性和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的可達(dá)性。多宿可以基于不同的層來(lái)實(shí)現(xiàn)。支持多宿的移動(dòng)性管理協(xié)議主要有LIN6、Homeless Mobile IPv6、MPTCP、SCTP、HIP、SIP等[2]。

表1給出了上述幾個(gè)支持多宿的主要移動(dòng)性管理協(xié)議的功能對(duì)比[2]。

表1 支持多宿的主要移動(dòng)性管理協(xié)議的功能對(duì)比

2 移動(dòng)性管理實(shí)現(xiàn)機(jī)理的分析

移動(dòng)性管理的架構(gòu)與其實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)性管理功能、性能及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)的業(yè)務(wù)支持、用戶(hù)的QoS需求等因素具有密切的關(guān)系。分析移動(dòng)性管理的實(shí)現(xiàn)機(jī)理有助于對(duì)移動(dòng)性管理功能、性能的研究。移動(dòng)性管理功能實(shí)現(xiàn)的分析通常會(huì)從架構(gòu)、控制方法、地址與用戶(hù)的標(biāo)識(shí)方式等方面進(jìn)行。

從移動(dòng)性管理架構(gòu)角度來(lái)看，一般分為集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu)兩類(lèi)；從控制方法來(lái)看，通常從控制平面與數(shù)據(jù)平面是否分離及其分離的方式、移動(dòng)性管理實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和性能等方面進(jìn)行分析；從地址與用戶(hù)的標(biāo)識(shí)方式角度來(lái)看，有些移動(dòng)性管理模型將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的地址與其ID分離開(kāi)來(lái)，有些則沒(méi)有進(jìn)行分離。以下將從不同角度分析移動(dòng)性管理實(shí)現(xiàn)與其架構(gòu)之間的關(guān)系。

2.1 基于數(shù)據(jù)平面和控制平面分析移動(dòng)性管理

移動(dòng)性管理完成的功能可以分為控制平面功能和數(shù)據(jù)平面功能，可以將與信令相關(guān)的所有控制管理都?xì)w屬于移動(dòng)性管理的控制平面功能，而基于地址翻譯以及通過(guò)封裝/解封裝進(jìn)行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)等都?xì)w屬于數(shù)據(jù)平面功能。這種基于不同平面的分析方法有助于分析和評(píng)估移動(dòng)性管理架構(gòu)。

2.2 基于移動(dòng)性管理功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程分析移動(dòng)性管理

對(duì)過(guò)程分析移動(dòng)性管理的典型例子是對(duì)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理進(jìn)行分析，并根據(jù)移動(dòng)性管理實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，將其分為系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)過(guò)程、切換決策過(guò)程和切換執(zhí)行過(guò)程三個(gè)部分。

1) 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)過(guò)程。也稱(chēng)為垂直切換信息收集過(guò)程，在本過(guò)程中系統(tǒng)周期性地檢查移動(dòng)終端可以切換的更合適的網(wǎng)絡(luò)，在某些情形下，發(fā)現(xiàn)過(guò)程只有在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的連接不再可控時(shí)才啟動(dòng)，這就意味著終端的無(wú)線信號(hào)傳播環(huán)境和其QoS將會(huì)劣化到一個(gè)定義的門(mén)限值以下；在其他情形中，發(fā)現(xiàn)過(guò)程會(huì)不斷地收集QoS相關(guān)的指示信息和可能的網(wǎng)絡(luò)信息，以便在選擇切換網(wǎng)絡(luò)時(shí)為垂直切換算法提供進(jìn)行切換的決策數(shù)據(jù)。

2) 切換決策過(guò)程。本過(guò)程發(fā)生在可能的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)評(píng)估完成之后，其結(jié)果是在考慮了系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中收集的一系列判決準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上為移動(dòng)終端選擇一個(gè)能切換的網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)本過(guò)程，目前已經(jīng)有很多相關(guān)的研究成果，包括基于函數(shù)的判決準(zhǔn)則算法、以用戶(hù)為中心的決策算法、MADM算法、基于馬爾科夫的判決算法、基于模糊邏輯的判決算法、基于博弈的決策算法和基于信譽(yù)的決策算法等。

3) 切換執(zhí)行過(guò)程。本過(guò)程中完成信息在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的交互和用戶(hù)連接從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重新路由。

上述基于功能的分析方式有助于發(fā)揮基于過(guò)程評(píng)估移動(dòng)性管理的功能及其算法的性能。

2.3 基于移動(dòng)性管理實(shí)現(xiàn)的功能分析移動(dòng)性管理

對(duì)移動(dòng)性管理完成的功能進(jìn)行分析可以從實(shí)質(zhì)上分析移動(dòng)性管理的實(shí)現(xiàn)機(jī)理。移動(dòng)性管理可以分為切換管理、數(shù)據(jù)管理和位置管理三個(gè)功能。其中，切換管理負(fù)責(zé)保持正在進(jìn)行的會(huì)話，位置管理是指無(wú)論移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的附著點(diǎn)在哪里，即保證所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)均可達(dá)。這種分類(lèi)方法比基于控制/數(shù)據(jù)平面進(jìn)行分析更近了一步，即將控制平面進(jìn)一步分為位置管理和切換管理兩部分。分離切換管理可以增加對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)漫游管理的靈活性。

以下給出基于IP的移動(dòng)性管理實(shí)現(xiàn)切換管理、數(shù)據(jù)管理和位置管理時(shí)的具體功能[3-4]。1)位置管理。其功能是基于一個(gè)ID數(shù)據(jù)庫(kù)完成包含綁定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的ID與其現(xiàn)有IP地址的功能。本功能模塊支持應(yīng)用與位置管理交互，以便基于其ID請(qǐng)求移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的IP地址，并通過(guò)切換管理功能以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在的IP地址進(jìn)行IP地址的更新。2)數(shù)據(jù)管理。是指通過(guò)地址翻譯完成分組數(shù)據(jù)的封裝。數(shù)據(jù)管理不提供任何信令的功能，只從切換管理功能模塊接收信令。3)切換管理。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)之間漫游時(shí)切換管理可保持其會(huì)話的活動(dòng)狀態(tài)，提供IP層的切換檢測(cè)和協(xié)商，負(fù)責(zé)IP切換后與數(shù)據(jù)管理和位置管理的信令交互，同時(shí)，保持移動(dòng)性上下文和路徑。

上述基于移動(dòng)性管理功能的分離有助于對(duì)移動(dòng)性管理架構(gòu)的分析。

3 未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)性管理架構(gòu)的需求

未來(lái)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將融合通信和計(jì)算，基于內(nèi)容的業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)視頻等業(yè)務(wù)將占據(jù)數(shù)據(jù)流量的主導(dǎo)地位，以用戶(hù)為中心的移動(dòng)性管理將變得越來(lái)越重要，同時(shí)，智能控制的需求將使得大量的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)參與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)，這些趨勢(shì)將使得移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)方式趨向扁平化和虛擬化，移動(dòng)性管理架構(gòu)需要適應(yīng)這些網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和演進(jìn)的趨勢(shì)需求。

現(xiàn)有的移動(dòng)性管理具有以下特點(diǎn)。1)移動(dòng)性管理主要采用的是集中式架構(gòu)；2)當(dāng)基于較小的顆粒度進(jìn)行移動(dòng)性管理時(shí)，移動(dòng)性管理信令的開(kāi)銷(xiāo)大，核心網(wǎng)絡(luò)資源消耗較大；3)集中式架構(gòu)的靜態(tài)移動(dòng)性支持方法難以滿(mǎn)足移動(dòng)終端的多種移動(dòng)性服務(wù)需求；4)集中式架構(gòu)抵抗節(jié)點(diǎn)故障和攻擊的能力較弱。

IETF在文獻(xiàn)[5]中給出了現(xiàn)有基于IP的移動(dòng)性管理方案存在的問(wèn)題。1)基于集中式錨點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)模式會(huì)導(dǎo)致非優(yōu)化路由，增加端到端延遲，尤其是在內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)中更加明顯；2)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)傾向與現(xiàn)有的移動(dòng)性管理架構(gòu)不相匹配；3)現(xiàn)有的移動(dòng)性管理策略缺乏移動(dòng)性上下文維護(hù)和集中式隧道管理的可擴(kuò)展性；4)移動(dòng)性管理的單節(jié)點(diǎn)可靠性問(wèn)題；5)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性需求不同；6)端到端通信時(shí)移動(dòng)性管理的信令開(kāi)銷(xiāo)大。

鑒于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已趨向于扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、基于內(nèi)容的移動(dòng)性管理要求流量卸載、同一地理區(qū)域中的端到端直通通信需求以及不同節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性需求差異等因素，完全可以在數(shù)據(jù)平面扁平化移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，為此，IETF提出分布式移動(dòng)性管理(Distributed Mobility Management，DMM)架構(gòu)，并給出分布式移動(dòng)性管理的相關(guān)需求[6]。1)DMM可以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)平面路由，即數(shù)據(jù)平面分布式，但不限制控制平面是分布式還是集中式；2)應(yīng)該支持網(wǎng)絡(luò)層的移動(dòng)性，但不一定總是支持，可以支持在移動(dòng)中更換IP地址，也不一定總是支持基于一個(gè)活躍的會(huì)話的固定IP地址；單個(gè)會(huì)話的移動(dòng)性管理顆粒度應(yīng)該多樣化；3)應(yīng)以基于IPv6的移動(dòng)性管理為起點(diǎn)，并以現(xiàn)有協(xié)議為準(zhǔn)進(jìn)行重用和擴(kuò)展，然后再考慮采用新的協(xié)議；同時(shí)，應(yīng)考慮與現(xiàn)有的協(xié)議進(jìn)行松/緊耦合或者沒(méi)有融合的協(xié)議棧情形，在不同網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)支持互操作性；4)應(yīng)考慮管理和配置現(xiàn)有設(shè)備時(shí)能根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)關(guān)協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)發(fā)生的事件，并匯報(bào)目前的狀態(tài)；另外，應(yīng)該能夠采用現(xiàn)有的協(xié)議對(duì)DMM進(jìn)行管理；5)安全性措施主要包括接入控制、完整性、鑒權(quán)、認(rèn)證等，但不能引入潛在的安全問(wèn)題；6)應(yīng)考慮多播業(yè)務(wù)需求。

4 基于SDN的分布式移動(dòng)性管理架構(gòu)

4.1 分布式移動(dòng)性管理(DMM)的場(chǎng)景和架構(gòu)

分布式移動(dòng)性管理與集中式移動(dòng)性管理進(jìn)行比較，其主要特征[7]包括4個(gè)方面。1)網(wǎng)絡(luò)層的移動(dòng)性管理可以基于網(wǎng)絡(luò)，也可以基于客戶(hù)機(jī)?；贗P的移動(dòng)性管理協(xié)議的一個(gè)顯著特征是會(huì)話標(biāo)識(shí)符和轉(zhuǎn)發(fā)地址之間的映射，起始IP地址(移動(dòng)之前)會(huì)作為會(huì)話標(biāo)識(shí)符；2)基于主機(jī)的移動(dòng)性管理主要通過(guò)會(huì)話標(biāo)識(shí)符與移動(dòng)后的轉(zhuǎn)發(fā)地址之間的映射和選路完成移動(dòng)性管理的支持；3)在一個(gè)移動(dòng)錨點(diǎn)上解決上述映射功能的移動(dòng)性管理是集中式的，主要表現(xiàn)是其數(shù)據(jù)平面和控制平面沒(méi)有分離；4)數(shù)據(jù)平面基于分布式實(shí)現(xiàn)，控制平面可以集中式，也可以分布式；控制平面集中式是將數(shù)據(jù)平面和控制平面分離開(kāi)來(lái)，對(duì)移動(dòng)性管理進(jìn)行分布式實(shí)現(xiàn)時(shí)，用戶(hù)管理、用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證鑒權(quán)等功能不需要分布式實(shí)現(xiàn)。

圖1 在虛擬化場(chǎng)景下的DMM架構(gòu)

在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[7]還給出DMM的主要場(chǎng)景和架構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化場(chǎng)景和3GPP的SIPTO/LIPA場(chǎng)景。在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化場(chǎng)景中，移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)的控制平面功能在移動(dòng)云中是集中式的，顯然從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)角度來(lái)說(shuō)，在同樣的移動(dòng)云中設(shè)置數(shù)據(jù)平面是欠優(yōu)化的；在3GPP研究的SIPTO/LIPA場(chǎng)景中采用分布式移動(dòng)性管理可以提供優(yōu)化的流量卸載解決方案。圖1給出了虛擬化場(chǎng)景下的DMM架構(gòu)，對(duì)應(yīng)的移動(dòng)性管理架構(gòu)采用了基于SDN、將控制平面和數(shù)據(jù)平面進(jìn)行分離實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)，分別見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 單控制器、數(shù)據(jù)/控制平面分離的DMM架構(gòu)

圖3 核心網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)/控制平面分開(kāi)控制的DMM架構(gòu)

在DMM架構(gòu)中，基本的移動(dòng)性管理功能包括位置信息(LI)功能和轉(zhuǎn)發(fā)管理功能(FM)。其中，LI屬于控制平面的功能，F(xiàn)M又可以分為數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)管理功能(FM-DP)和控制平面的轉(zhuǎn)發(fā)管理功能(FM-CP)，因此，控制平面的功能包含F(xiàn)M-CP和LI。這樣，基于云的移動(dòng)核心控制平面功能包含F(xiàn)M-CP、LI和策略功能。分布式數(shù)據(jù)平面FM-DP在網(wǎng)絡(luò)中可以具有多個(gè)用例。

4.2 基于SDN的通用移動(dòng)性管理架構(gòu)

SDN的一個(gè)重要特征是分離數(shù)據(jù)平面和控制平面。在SDN中，數(shù)據(jù)平面的功能是通過(guò)被SDN控制器控制和管理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，SDN控制器的功能通過(guò)可編程接口實(shí)現(xiàn)控制平面的功能。SDN控制器可以提取和抽象出不同的網(wǎng)絡(luò)功能和操作，通過(guò)軟件編程控制器的方式靈活地提供新功能；同時(shí)，基于交換機(jī)中的流表可以靈活地處理數(shù)據(jù)。因此，基于SDN的概念構(gòu)建新型移動(dòng)性管理架構(gòu)是提高移動(dòng)性管理靈活性的一個(gè)重要思路。

圖4是文獻(xiàn)[8]給出的一種基于SDN的通用移動(dòng)性管理架構(gòu)。本架構(gòu)包含一個(gè)SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?？刂破髦饕ㄊ录櫰?、狀態(tài)管理器、移動(dòng)性管理決策器和隧道控制器四個(gè)功能。核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于流表入口匹配的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作完成隧道處理功能。支持不同的移動(dòng)性管理協(xié)議時(shí)，控制器可以結(jié)合事件跟蹤、狀態(tài)管理、移動(dòng)性管理決策、隧道控制和隧道處理等五個(gè)功能，通過(guò)不同的流表讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制隧道操作；因此，通過(guò)本架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)不同的IP移動(dòng)性管理協(xié)議，提供更靈活的移動(dòng)性管理解決方案。

圖4 基于SDN的通用移動(dòng)性管理架構(gòu)

5 結(jié)論

從上述針對(duì)移動(dòng)性管理技術(shù)給出的分布式移動(dòng)性管理和基于SDN的移動(dòng)性管理架構(gòu)的最新研究成果來(lái)看，目前的移動(dòng)性管理解決方案還難以充分融合內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算的需求，未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理架構(gòu)應(yīng)該基于SDN的概念進(jìn)行構(gòu)建，應(yīng)能更好地支持內(nèi)容服務(wù)和云應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)以用戶(hù)為中心的移動(dòng)性管理，同時(shí)應(yīng)該對(duì)用戶(hù)具備足夠的安全性；因此，移動(dòng)性管理研究仍然面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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