淺析主機(jī)移動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀及開發(fā)思路

　通信技術(shù)的進(jìn)步使得各種無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)（如蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)）甚為流行，出現(xiàn)了PCS、PCN、UPT和UMTS等設(shè)備和服務(wù)。移動(dòng)無(wú)線環(huán)境和移動(dòng)應(yīng)用具有不同于固定有線環(huán)境和固定應(yīng)用的一些特性，如：無(wú)線媒體面臨路徑丟失（path loss）、衰弱（fading）、干擾（interference）等問(wèn)題，會(huì)增加通信的延時(shí)和鏈路的誤碼率（甚至?xí)簳r(shí)的斷鏈）；資源的不對(duì)稱性，包括移動(dòng)主機(jī)與固定主機(jī)的功率和計(jì)算能力的不對(duì)稱和無(wú)線鏈路與有線鏈路的帶寬資源的不對(duì)稱；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源是位置敏（location-sensitive）的，由個(gè)人移動(dòng)和終端移動(dòng)引起服務(wù)移動(dòng)、資源移動(dòng)、數(shù)據(jù)移動(dòng)以及計(jì)算環(huán)境移動(dòng)等。
　　傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和分層協(xié)議功能和性能面臨挑戰(zhàn)。如在數(shù)據(jù)鏈路層，由于無(wú)線鏈路的高誤碼率、低可用帶寬和易于遭受安全攻擊而需要新的差錯(cuò)控制技術(shù)、壓縮技術(shù)和鏈路加密技術(shù)；又如傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如Internet上的IP協(xié)議）假設(shè)主機(jī)的位置是固定的，不支持主機(jī)的移動(dòng)，若要支持主機(jī)的移動(dòng)必須增加新的功能和協(xié)議；再如在應(yīng)用層，主機(jī)的移動(dòng)產(chǎn)生了一些新的中間件服務(wù)的需求，需要新的協(xié)議支持，如自動(dòng)配置、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、鏈路感知和環(huán)境感知等。
　　
　　一、目前技術(shù)狀況
　　
　　國(guó)外近年來(lái)對(duì)移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下協(xié)議的研究比較活躍，典型的項(xiàng)目有Monarch（美國(guó)Carnegie Mellon大學(xué)），Daedalus/BARWAN（美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校），Shoshin（加拿大Waterloo大學(xué)），EXODUS（歐盟）等；國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-R和ITU-T）提出了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-2000/FPLMTS；Internet工程工作組（IETF）也成立了移動(dòng)IP和Manet工作組研究和標(biāo)準(zhǔn)化移動(dòng)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的路由問(wèn)題。
　　在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，主機(jī)地址既是端系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)又是路由的依據(jù)，如Internet中IP地址分為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)兩部分，路由協(xié)議根據(jù)分組中目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的子網(wǎng)，當(dāng)主機(jī)移動(dòng)到另外的子網(wǎng)時(shí)，其IP地址與子網(wǎng)標(biāo)識(shí)不再對(duì)應(yīng)，因此如何把分組路由到移動(dòng)主機(jī)（特別是當(dāng)主機(jī)邊移動(dòng)邊通信時(shí)）是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議首先要解決的問(wèn)題。為了解決在Internet中支持主機(jī)移動(dòng)的問(wèn)題，IETF提出了移動(dòng)IP協(xié)議，通過(guò)在移動(dòng)主機(jī)的本地子網(wǎng)上設(shè)立代理來(lái)中轉(zhuǎn)發(fā)往移動(dòng)主機(jī)的分組，移動(dòng)主機(jī)移動(dòng)到新的子網(wǎng)時(shí)必須向其本地代理注冊(cè)以通知其當(dāng)前位置，這種中轉(zhuǎn)方式增加了本地代理及其鄰近網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)和分組傳輸?shù)臅r(shí)延；于是卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的Johnson等人提出了移動(dòng)IP的路徑優(yōu)化擴(kuò)展，在可能的情況下將分組直接發(fā)送到移動(dòng)主機(jī);為了在主機(jī)移動(dòng)時(shí)維護(hù)其網(wǎng)絡(luò)連接的完整性，減少移交（主機(jī)移動(dòng)時(shí)路由的改變過(guò)程稱為移交）的時(shí)延和分組的丟失，提出了一些快速移交方案，它們充分利用了移動(dòng)行為的本地特性從而減少移交時(shí)與遠(yuǎn)程結(jié)點(diǎn)的控制信息交互，如層次移交方案和基于多點(diǎn)投遞的移交方案。與支持主機(jī)移動(dòng)不同的另一種情況是支持基站（路由器）的移動(dòng)，這種情況下，隨機(jī)移動(dòng)的路由器（和相關(guān)主機(jī)）通過(guò)無(wú)線鏈路連接起來(lái)形成一個(gè)自治系統(tǒng)，傳統(tǒng)的“距離－向量”和“鏈路－狀態(tài)”路由算法在這種低網(wǎng)絡(luò)帶寬，高度動(dòng)態(tài)的環(huán)境下效率不高，因此提出了一些新的路由算法，如保證無(wú)環(huán)路的逐跳“距離－向量”算法DSDV，基于“鏈路倒轉(zhuǎn)”的分布式算法TORA，緩存路由信息的動(dòng)態(tài)源路由算法DSR，以及將DSR和DSDV相結(jié)合的AODV算法等，然而這些算法都基于它們各自的假設(shè)，在不同的情況下有不同的性能

移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)運(yùn)輸層協(xié)議的最大影響是協(xié)議的“端－端”性能，如在固定有線網(wǎng)絡(luò)中分組丟失的主要原因是網(wǎng)絡(luò)擁擠，當(dāng)TCP檢測(cè)到分組丟失時(shí)執(zhí)行擁擠控制和避免算法，減少擁擠控制窗口大小，限制重傳；而在移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，分組丟失的主要原因是鏈路的高誤碼率和移交過(guò)程，TCP檢測(cè)到分組丟失時(shí)還執(zhí)行類似的過(guò)程，因此降低了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，影響了“端－端”性能。針對(duì)此的改進(jìn)有：“端－端”方案，如使用選擇應(yīng)答（SACK）來(lái)加快重傳，或通過(guò)顯式丟失通知（ELN）來(lái)通知發(fā)送方分組丟失的原因；“分裂連接”方案，如間接TCP法將一個(gè)TCP連接分裂為從發(fā)送方到基站和從基站到接收方兩個(gè)連接；可靠的鏈路層方案，通過(guò)糾錯(cuò)方法來(lái)屏蔽無(wú)線鏈路的低質(zhì)量，如AIRMAIL。
　　
　　二、對(duì)策
　　
　　經(jīng)分析認(rèn)為，在移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)情況下，主機(jī)的移動(dòng)模式和特征起著很重要的作用，若能根據(jù)主機(jī)的移動(dòng)歷史預(yù)測(cè)其未來(lái)位置，做到服務(wù)預(yù)連接和資源預(yù)分配，則會(huì)顯著提高系統(tǒng)的效率。例如在主機(jī)移動(dòng)的情況下，若能預(yù)測(cè)主機(jī)的下一移動(dòng)位置，則移交的效率將會(huì)得到顯著的提高；又如在基站移動(dòng)的情況下，如果移動(dòng)頻率非?？?，唯一可行的路由算法就是“泛洪”（flooding）；如果移動(dòng)頻率相當(dāng)慢，則現(xiàn)有的協(xié)議也能滿足需要。
　　對(duì)于運(yùn)輸層協(xié)議的性能問(wèn)題，上述方案存在兩個(gè)問(wèn)題，一是只考慮到分組丟失原因的轉(zhuǎn)移對(duì)協(xié)議性能的影響，沒(méi)有考慮其他因素如連接RTT的劇烈變化、鏈路的帶寬和時(shí)延不對(duì)稱對(duì)協(xié)議性能的影響；二是當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化，影響協(xié)議性能的因素也不斷變化，因此單一的改進(jìn)并不能滿足所有情況的需要。由XTP協(xié)議機(jī)制和控制策略相分離認(rèn)為：移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的運(yùn)輸層協(xié)議也應(yīng)該采用協(xié)議機(jī)制和控制策略相分離的方法，協(xié)議機(jī)制給出完成特定協(xié)議過(guò)程所需的協(xié)議支撐，控制策略關(guān)心如何利用協(xié)議機(jī)制完成滿足特定需要的協(xié)議過(guò)程，當(dāng)主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略以滿足協(xié)議性能的需要