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异构计算集群(异构网络模型)

2022-11-16  本文已影响 549人 
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作者:赵宜升 李云 刘占军 刘期烈

  论文摘要:针对无线网络的异构化趋势,对wlan和umts形成的异构网络进行扩展,使其包含wlan,wimax和umts3种网络。基于介质独立切换对扩展后异构网络中的垂直切换进行仿真建模。评估切换时延、切换期间的丢包数目和网络使用效率,结果表明,链路即将断开(lgd)方式的切换时延小于链路断开(ld)方式,且丢包数较少,网络使用效率随着功率强度门限系数的增大而降低。
  论文关健词:介质独立切换;异构网络;垂直切换
  l概述
  未来无线网络将呈现异构特点,不同接入技术之问的切换称为垂直切换。网络层、传输层和应用层具有支持垂直切换的相关协议,如网络层的移动ipv6及其扩展协议、传输层的移动流控制传输协议和应用层的会话初始协议。ieee802.21标准提出介质独立切换(mediaindependenthandover,mih)概念。
  相关文献对mih进行研究,关注移动期间对服务需求的满足以及ieee802.21标准如何使无缝技术问的切换成为可能。提出一个实现ieee802.21mih标准的框架,并通过802.11和802.16e的融合试验评估其性能。评估了ieee802.21标准提供的移动性支持机制和算法性能,建立umts和ieee802.11的异构网络场景模型。
  2相关工作
  移动ipv6中的功能实体包括家乡代理、接入路由器、对端节点和移动节点。当移动节点从一条链路移动到另一条链路上时,获取一个转交地址,并向家乡代理发送绑定更新消息,以注册转交地址。家乡代理收到此消息后,回复绑定确认消息。对端节点和移动节点可以采用双向隧道和路由优化2种方式进行通信。介质独立切换的思想是在低层和高层问引入一个新的协议层,该层具有mih功能,通过与不同低层间的相互作用以及与远端mih功能的通信来屏蔽介质异构性,使高层无须了解低层网络的差异,从而优化了移动节点在不同类型接入介质问的切换。mih功能通过对低层、高层和对端定义的服务访问点(serviceaccesspoint,sap)提供3种服务,即介质独立事件服务、介质独立命令服务和介质独立信息服务。sap包括mih—link—sap和mih—sap。
  3仿真建模与切换流程
  3.1仿真建模
  为了仿真基于mih的垂直切换机制,使用扩展的ns一2.29。它具有mih功能和mac层对mih的支持作用,并使移动节点(mobilenode,mn)具有多接口特点和发现子网的功能。
  实现m1h功能的关键组成部分有mih代理、mih接口信息、mih用户代理、mih扫描、mihf-info,sessioninfo,mih~ending—req。其中,mih代理实现mih功能,它负责与低层、高层及远端m1h功能通信;mih接口信息是mih代理的子类,负责存储关于mac接口的信息;mih用户代理是mih代理的子类,负责接收来自mih代理的事件消息,并向mih代理发送命令,接口管理(interfacemanagement,ifmngmt)代理是mih用户代理的子类,mipv6代理是ifmngmt代理的子类,handover类是mipv6代理的子类;mih扫描是mih代理的子类,负责处理扫描请求;mihfinfo结构体负责远端mih功能的信息;session—info结构体负责与远端mih功能的当前会话信息;mihpendingreq结构体负责存储等待的请求消息。通过修改mac层使其具有mih—link—sap功能,并能处理触发事件。mih—link—sap被添加到mac类中,实现mac层对mih的支持。
  将多接口节点视为结合不同技术节点的虚拟节点,此类不同技术的节点是多接口节点的接口,称它们为接口节点。位于上述不同技术节点的邻居发现(neighbordiscovery,nd)代理具有3层运动检测功能,接入点(accesspoint,ap)或基站(basestation,bs)周期性地发送路由器通告消息,以通知mn关于网络的前缀信息。mn可以通过发送路由器请求消息来发现新网络的ap或bs。


  3.2切换流穗
  mn在由umts,wimax和wlan3种网络部署的环境中移动,如图1所示,


其运动场景包括:(1)先从umts切换到wimax,再从wimax切换至wlan;(2)先从wlan切换到wimax,再从wimax切换到umts。本文主要考虑场景(2)。
  在场景(2)的切换中,当mn快移出wlan的覆盖范围时,wlan接口基于功率强度门限触发lgd(linkgoingdown)事件,具体原理如下:假设只是第个接收数据包的功率,是无错接收数据包的功率强度门限。若以下2个条件满足:

  其中,(≥1)是功率强度门限系数,则产生lgd事件,并向上依次传给ifmngmt代理和handover代理,当产生该事件的概率达到某个设定值时,wlan接口触发ld(linkdown)事件,并向上分别传给ifmngmt代理、handover代理和mipv6代理。mipv6代理通过wimax接口发送流重定向消息,mih代理发送linkscan命令,向下传给wlan接izl,wlan接口发送探测请求消息,网络侧收到此消息后发送探测应答消息。网络侧的mipv6代理发送流重定向确认消息,mn通过wimax接31接收数据流。当mn从wimax切换至umts时,切换流程与上述过程类似。
  4仿真评估
  使用仿真软件ns.2进行仿真评估。网络拓扑如图1所示,将所有节点设置在2200m~2200m的区域内。umts的nodeb是全覆盖的,bs和ap的覆盖半径分别是1000m和50in。在cn和mn之间建立udp连接,并在其上建立一个恒定比特速率(constantbitrate,cbr)数据流,每个包的大小是500byte,该数据流从第9s开始产生,在第250s结束。对场景(2)中mn的切换时延、丢包数和网络使用效率进行分析。mn可通过2种方式进行切换,即lgd方式和ld方式。前者基于功率强度门限触发lgd事件,后者在mn离开当前网络信号覆盖范围,连续收到错误数据包的个数达到一个门限值时,触发ld事件。仿真结果如表1、图2和图3所示。

  由图2可知,对于从wlan切换到wimax的情况,lgd方式的切换时延约为0.12s,ld方式约为0.32s。对于从wimax切换到umts的情况,lgd方式的切换时延约为0.03s,ld方式约为0.75s。
  由表1可知,对于从wlan切换到wimax的情况,随着网络负荷的增加,lgd方式的丢包数在2-5之间,ld方式在7-10之问。对于从wimax切换到umts的情况,随着网络负荷的增加,lgd方式和ld方式都未出现丢包现象由图3可知,随着功率强度门限系数变大,mn在2种速度下的网络使用效率都降低。对于从wlan切换到wimax的情况,1rn/s时wlan的使用效率比5m/s时略高对于从wimax切换到umts的情况,1m/s时wimax的使用效率与5m/s时接近,而在功率强度门限系数为1.2时,1m/时的使用效率大幅度降低,此现象是由仿真的偶然性造成的。
  5结束语
  本文基于mih对wlan,wimax和umts3种异构网络部署场景下的垂直切换进行仿真建模,并对mn从wlan切换到wimax,再从wimax切换到umts时的性能进行评估,为相关研究提供了参考。

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