整理移动互联网的分布式与动态管理现有途径和问题Word文件下载.docx
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带有本地内容服务器的分布式移动管理和扁平网络可能会使缓和部署与优化性能这两项的扩展实现一体化。
同时，手机用户的信息量已经超大幅度地增长相比于财政收入，并且服务/网络提供者早已经历了从二选一的接入到多选择的负荷卸载。
此外，动态移动管理需要解决移动节点运行从网络中获取动态移动支持的程序和没有使用支持的程序的共存性问题。
进一步的选择性功能将出现在路由优化后。
让人满意的是，终端节点可以采用P2P模式交换信息而不是需要使用建立并且周期性更新双向两者之间的安全性连接的信令消息。
这些选择性机制就被成为动态移动管理。
多数现存的IP移动解决方案来源于当一个给定移动锚维护移动节点（MNs）绑定时的一些移动IP（MIP）准则。
这些移动锚，举例来说，是移动IP本地代理（HA）或者IPv6移动代理（PMIPv6）的本地流动性代理（LMA）。
数据通信是接下来封装在一个MN和它的连接路由之间的，比如说，PMIPv6的移动通信网关（MAG）和它的移动锚。
这些方法已经在一个集中式架构中实行，这个架构中移动环境和封装通信都被维护在一个中心网络实体中，即移动锚。
这些被集中实现的移动管理提供了路由数据包给一个MN的功能，不管这个MN在哪个位置。
并且维护在交接过程中的会话连续性，比如说当MN改变它的IP接入点的时候。
然而，相比于一个分布式方案，一个集中式的方案有一些影响其性能与扩展性的问题和限制，这些要求在网路规模和工程上花费巨资来解决问题。
论文的余下部分组织如下。
在第Ⅱ部分解释完移动管理的背景后，这篇论文讨论了集中式IP移动管理的问题，在第Ⅲ部分与分布式动态移动管理做了比较。
它接下来在第Ⅳ部分讨论了为什么分布式移动管理是重要的，在第Ⅴ部分对分布式动态移动管理的不同方案做了分类。
最后，第Ⅵ部分介绍了分布式动态移动管理工作面临的一些挑战。
2、移动管理的背景
这个背景章节解释说明了移动管理的基本概念，并概况了移动管理的一些选项。
网络层移动管理包括移动IP和代理移动IP，集中式与分布式移动管理。
A.连续性会话与动态管理
当用户在不同的通信频道，地址，协议，网络和物理环境中切换时，移动管理提供了一种机制来维护动态连续性会话。
它给用户提供了跨个人网，本地网及广域网的，不被中断的无缝连接和连通性。
它在移动管理中主要关注的问题包括有交接，路由/重路由，位置管理，地址管理，会话鉴别，会话移动等等。
B.移动管理选项
根据设计，数据网络中的移动管理功能可能会属于不同的协议层。
在链路层，移动性关注的是一个接入点的变更问题。
在这种情况下，一次交接是用来触发不同接入点的分离/连接操作。
网络的物理特性信息，例如接收信息长度，频道条件，比特错误率，在交接过程中往往是需要的。
IEEE802.11和802.16标准已经修订相关部分来介绍链路层交接过程的规范，包含在802.11r和802.16-2009文档中。
许多论文提出了在802.11基础上，无线网络不同链路层的快速交接计划。
此外，IEEEStd.802.21-2008为交接过程提供了在不均匀无线网络中的一个框架，这样使得链路层及以下层次不同导致的不同网络类型，一个相同的框架都能适用。
在网络层，移动性关注的是在子网上的变更问题，也就是因特网上的位置变更。
网络层移动性解决方案采用了两种基本方法：
基于路由的方法和基于映射的方法。
在基于路由的方法下，一个移动终端在其位置改变时可以保持其IP地址不变。
这样，IP地址可用于识别终端并且传送数据。
在这种情况下，路由系统需要持续跟踪终端的最新位置并且更新路由表来传送数据包给那个没有改变的IP地址到新的位置。
这样不会扩展MNs的数据量。
基于路由的网络层移动解决方案包括CellularIP，HAWAII，
和TIMIP。
在基于映射的方法下，IP地址动态更新来反映终端的当前位置。
在这种情况下，系统需要一个明确的映射功能来将其终端的固定标示映射到它动态变更的IP地址上，来传输数据。
基于映射的网络层移动解决方案包括MobileIP（MIP）,ProxyMobileIP（PMIP）,和HierarachicalMobileIP（HMIP）.
传输层上的移动管理专注于端到端TCP连接的移动性。
移动解决方案解决了当一个TCP端到点的IP地址变更时，怎样去移动TCP连接。
传输层移动解决方案，比如端到端方案所计划的和移动流控制传输协议，使用动态域名系统（DNS）来跟踪一台终端变更的IP地址，但与此同时保持正在进行的TCP连接不受影响。
其它的解决方案，像IndirectTCP（I-TCP）和MSOCKS，在中间代理的地方分离了一个TCP连接，这样在终端和中间代理之间的连接是随着终端移动进行更新的，而通讯节点在移动过程中是不被告知的。
应用层的移动解决方案使用端到端信号使应用程序的特殊管理移动化。
一种方法是为每个应用程序设计一个特殊的移动方案，例如会话启动协议（SIP）。
另外一种方法是实现两个终端节点应用程序的中间件来解决移动性问题，例如WiSwitch.在这种情况下，中间件需要能够知道哪个应用程序在请求移动管理。
移动管理设计选项包括基于主机的和基于网络的方法。
一个基于主机的移动管理协议在移动节点提供移动支持。
一个基于网络的移动解决方案只属于网络。
因此使得带有现有应用程序的现有的主机能够实现移动化，这些早已在调配之中，但可能缺少相应的移动支持。
接下来，这篇论文关注到了网络层的移动管理。
同样，只有“基于映射”的方案在进行深远地研究。
C.网络层移动解决方案
自从网络层在所有因特网节点出现，在移动互联网中，网络层移动解决方案就在被最多地研究。
网络层移动解决方案可以为所有应用程序提供透明的移动支持。
在所有解决方案中，移动IP（MIP）[4][1][5]是最著名的网络层移动解决方案。
此外，包括MobileIPRegionalRegistration[25],HierarchicalMobileIP（HMIP）[17],FastHandoverinMobileIP（FMIP）[26][27],Dual-StackMobileIP（DSMIP）[28][29],ProxyMobileIP（PMIP）[6]和FastHandoversforPMIP（PFMIP）[30]在内的许多移动IP变体同样被提出。
1）移动IP
移动IP（MIP）[4][1][5]和它的诸多变种将会话身份分离成了一个本地地址HoA，一个路由地址以及一个转交地址CoA。
当一个移动节点（MN）连接到访问网络时，它需要一个本地网络中的本地地址和一个转交地址。
在移动IP中，本地地址扮演会话鉴别者的角色而转交地址扮演路由地址的角色。
本地代理维护着它们之间的绑定，这种绑定就是MN的移动锚。
当一个MN连接到不同的IP网络中时，它的路由地址，也就是转交地址CoA就改变了。
MIP使得MN能够通过一个经由其本地网络一个移动锚的路由保持其会话鉴别，这样正在进行的会话能够在路由地址变更时得到保持。
图一展示了一个数据包从一个CN穿过到一个MN时的协议栈。
图片中的网络层展示了数据包的目标IP地址。
一个从CN发往HoA的数据包被HA拦截。
HA（本地代理）建立隧道发送数据包给MN或者一个外地代理（FA）通过使用转交地址CoA作为目的地址封装数据包。
MN或者它的外地代理FA将会收到这个IP中的IP数据包并且解除封装，恢复原数据包。
以上这种基本的移动IP是基于主机的，它要求MNs（移动节点）控制支持这种协议的功能。
2）代理移动IP
基于网络的移动管理协议，比如代理移动IPv6（PMIPv6）[6]，使用网络基础设施代表MN来实现移动管理功能，并因此去除了每个MN增加MIP功能的需求。
在PMIP中（图一（b）），一个通信节点CN和一个移动节点MN使用MN的内部地址通过当日未被改动的IP协议栈来进行通信。
MIP功能在基于主机MIP的MN移动到一个叫做移动接入网关（MAG）的网络元素时是需要的。
MN通过MAG连接到一个访问网络，它提供了一个代理转交地址，这样MN可以继续使用它自己的本地地址来连接访问网络并与通信节点（CN）通信。
CN仅仅能够获取MN的本地地址，并且它发给MN的数据包首先会被移动锚（MA）所拦截。
（MA最初在PMIPv6中被称为本地移动锚，“本地”一词在本文中作删除）MAG和MA管理本地地址和转交地址之间的绑定，实现封装和解封装的功能，并且都是MN和CN通信的隧道末端。
在MA和MAG之间，数据包依照IP隧道外部标题中的目的IP地址使用代理CoA进行隧道传输。
内部标题使用本地地址作为目的IP地址，它就是图片中的阴影部分，并且在数据包在进行隧道传输时是不可见的。
D.集中式移动管理
在一个网络中的移动管理功能可能是集中式的或者分布式的。
在集中式移动管理中，固定会话鉴别的映射信息和一个MN变化的IP地址收集在一个集中式移动锚中。
发往一个MN的数据包经由这个移动锚进行路由。
换言之，这样的移动管理系统在控制平面和数据平面都是集中式的。
如图2所示，在一个层次型网络体系结构里，许多现存的移动管理部署中的集中式移动锚都是举足轻重的。
这些集中式移动锚的例子分别有本地代理（HA），移动IP中的本地移动锚（LMA）和代理移动IP[6]。
现行的移动网络比如第三代合作伙伴计划（3GPP）[31]通用移动信息系统（UMTS）网络，码分多址（CDMA）网络以及3GPP扩展数据包系统（EPS）网络同样使用集中式移动管理，支持3GPPUMTS层次网络中的网关GPRS支持节点（GGSN）和服务GPRS支持节点（SGSN），并且支持3GPPEPS网络中的数据报网络网关（P-GW）和服务网关（S-GW）。
E.分布式移动管理
如图3所示，移动管理功能同样可以在不同网络中分布成多重位置，这样一个MN在这些网络中的任意一个里就可以被邻近的一个移动功能（MF）所服务。
分布式移动管理可以部分地分布化，也就是说，只有数据平面分布化，或者数据平面和控制平面都被分布化皆是分布式。
这些不同途径在第V（五）部分里有了详细的描述。
分布式移动管理设计是提出在[32]未来由接入节点组成的扁平IP体系结构之上的。
这个设计超越集中式移动管理的优点通过模拟器同样被证实了[33]。
当为未来的扁平IP架构设计新的移动管理协议成为可能，人们可能首先会问到是否现存的这样一种，已经部署在层次移动网络中的移动管理协议可以扩展用于服务扁平IP架构。
的确，MIPv4已经部署在了3GPP2网络中，而PMIPv6也早已被WIMAX论坛[34]和3GPP标准所采纳。
在集中式和分布式架构同时使用MIP或者PMIP，将可以使从当前的移动网络向未来扁平架构的迁移变得容易。
因此就提出了使用一个分布式移动锚结构，来使MIP或PMIPv6实现分布式移动管理。
[35][36]
在[35]中，本地代理HA的功能被复制到了很多位置。
所有MN的本地地址都是播地址，这样一个从任意网络中任意通信节点CN发往本地地址HoA的数据包可以经由HA最近的一个复制被路由。
此外，分布HA的功能使用一个分布式哈希表结构已在[37]中被提出。
查询哈希表就可以找到MN的位置信息存储在哪里。
在[36]中，只有移动路由（MR）功能是复制的，并且分布在很多位置。
任意MN的迁移到一个访问网络时的位置信息，仍然集中式地保存在MN本地网络中的一个位置管理（LM）功能之中。
不同网络中的LM功能构成了一个所有MN的分布式数据库系统，这些MN属于任意这些网络并且已经迁移到了一个访问网络中。
位置信息以层次结构的形式被维护：
本地网络中的LM，访问网络中的MR的转交地址，以及连通访问网络中MN的转交地址。
本地网络中的LM保持了MN的本地地址与访问网络中MR的转交地址之间的一个绑定。
在MIP，或者移动接入网关（MAG）中的proxy-CoA，MR保持了MN的本地地址与MN的转交地址之间的绑定。
3、集中式方案的局限性
这个部分描述了一个集中式移动方案的问题和局限性，并且将之与分布式方案做了比较。
A．无法达到最佳路由
经由一个集中式锚的路由通常会导致长路由。
图4演示了两种没有达到最佳路由的情形。
在第一种情形中，MN和CN相互邻近但是同时远离与移动锚。
发往MN的数据包需要经由移动锚进行路由，这并不是最短路径。
第二种情形包括了一个内容传递网络（CDN）。
一个用户可以从一个服务器那获得内容，就像看电视一样。
当这些用途变得越来越流行时就会导致核心网络通信量增加，服务提供者可能为了减少核心网络的通信量而将这些内容通过高速缓存或者本地CDN服务器的形式在接入网络中靠近用户。
然而就算是MN是从CDN的一个本地或者高速缓存服务器那获取内容，尽管服务器邻近MN，如果MN使用HoA作为会话标识，数据包依然需要穿过核心网络，经由MN的家庭网络中的移动锚来路由。
在一个分布式移动管理设计中，移动锚分布在不同的接入网络，这样数据包可能经由一个邻近的移动锚来路由，如图3所示。
由于集中式移动锚设计有上述的局限性，移动协议的路由优化扩展成为所需要的。
然而当MN的CoA给了CN，每个MN的本地隐私将受到危害。
这些缺乏这种优化扩展的移动协议部署将促成无法到达最佳路由的情况，影响到其性能。
相反，路由优化可以自然地成为分布式移动管理设计的一个组成部分。
B.演变的网络结构体系无法最佳化
集中式移动管理当前部署用于支持现行的分层式移动数据网络。
它在分层结构中起着举足轻重的作用。
然而，无线网络数据通信量继续在指数增长。
数据通信量的增长要求集中式网络花费巨资来提升能力。
可以预言的是，数据通信量的增长将会迅速超过集中式数据移动锚点的负荷，举例来说，3GPPEPS中的P-GW。
为了定位这个问题，在移动网络改革中的一种趋势是让分布式网络功能靠近接入网络。
这些网络功能能够成为CDN中的内容服务器，同时也可以是数据锚点。
移动网络已经从一个分层式的网络演变到一个更加扁平的网络架构。
在3GPP标准中，GPRS网络有GGSN-SGSN-RNC-NB这几层。
在3GPPEPS网络中，分层减少到P-GW–
S-GW–eNB（EvolvedNB）这几层。
在一些部署中，P-GW和S-GW同样在进一步地减少分层。
减少分层这一举措减少了网络中不同物理网络元素的数量，有助于简化系统维护和降低开销。
在移动网络变得越加扁平化之时，集中式移动管理将变得不再是最理想的。
分布式的移动管理接下来需要支持更加扁平化的网络以及CDN网络。
C.集中式路由的低扩展性和移动环境维护费用
当一个交换发生时，特殊的路由被建立用来使会话连续性得以实现。
从CN发送过来的数据包需要在MIP的HA和FA之间，以及PMIP的LMA和MAG之间打开一条通道。
然而，这些位于通道终端的网络元素同样是不包括移动节点而仅为普通数据包履行路由任务的路由器。
这些普通数据包将根据路由器中的路由表直接被路由，而不需要通道。
因此，网络需要能够区分这些数据包要求的是管道运输还是普通运输。
对每一个由于移动性而要求管道运输的数据包来说，网络将会将之压缩并带有一个合适的外部IP头文件，这个头文件包含合适的资源和目的IP地址。
网络因此需要维护和管理每个MN的移动环境，即特性化MN的移动解决方案，达到允许网络区分这些数据包和其它数据包并且执行要求的管道运输这个要求的相关信息。
建立这些特殊路由并且为每个MN维护移动环境比扩展一个拥有大量MN的集中式设计更难。
在不同网络中的分布式路由维护功能和移动环境维护功能可以更容易地扩展。
D.浪费资源来支持给不需要移动支持的移动节点
当为更多的不需要IP移动性支持的MN建立路由时，集中式路由的问题与移动环境维护问题就变得严重了。
一方面，网络需要给数量增长的移动设备提供移动支持，因为现行的移动管理所设计的是，只要一个移动设备连入网络中就会提供这样的支持。
另一方面，许多流动性用户在办公室或者会议室联网，他们在整个网络会话过程中甚至都不准备移动。
据研究表明，一个用户超过三分之二的移动是固定的[41]。
此外，应用程序在不需要网络的帮助下用自身的能力管理控制其移动性也是可能的，例如这些所提出的[42][43][44][45].网络资源因此被浪费在了那些在这段时间并不真正需要的设备上。
这就需要只为那些真正经历交接过程，且缺乏高层移动支持的MN，动态地建立路由。
使用分布式移动锚，这些动态移动管理机制将同样分布化。
因此，动态移动与分布式移动可以相辅相成，相互补充。
E．使用太多MIP的变形体和扩展导致的复杂部署
移动IP（MIP）主要部署在分层式移动网络的集中式体系中，它早就拥有了许多的变种和扩展，包括PMIP,FastMIP（FMIP）[26][27],Proxy-basedFMIP（PFMIP）[30],hierarchicalMIP（HMIP）,Dual-StackMobileIP（DSMIP）[28][29]和许多将要出现的。
MIP的这些不同的修改或扩展多年以来由于不同的需要而被随后建立。
部署它们会变得复杂，尤其当不同部署间的互通性成为一个问题之时。
当MIP在更加扁平的网络里的一个分布式方法部署中的适应性被提出来时，让人满意的是，这给了不同的网络和情景以及不同MIP扩展的一体化一个全局的观察。
它的结果将是一个更具综合性的带有选项的移动解决方案，这可以根据不同的情景选择开启或关闭。
移动管理的一个让人满意的特点是在分层式网络和扁平网络中都能工作，这样移动管理协议控制在支持不同网络时拥有足够的灵活性。
此外，动态移动管理是一种可选择性开启或关闭移动支持和不同移动性的特定信号的一种功能。
这些设计灵活性与将不同的移动性变形体当作选项实现一体化是相匹配的。
一些对基本协议的附加扩展将在提升集成的过程中被需要到。
F．发送带有P2P通信移动信号的花费问题
在P2P通信中，终端用户之间的通信通过直接把数据包投递给另外一个人的IP地址。
然而，他们需要首先通过网络中的信号发现对方的IP地址。
当许多方案为实现这个目的被使用之时，MIP早已有了一个机制来定位一个MN，并通过这种途径来实现该目的。
尤其是MIPv6RouteOptimization（RO）模式，它能够传送比bidirectionaltunneling（BT）模式更多的有效数据包，如图6所示。
这种RO模式被希望用于在可能的所有情况下被使用，除非MN不希望公开它的拓扑位置。
也就是说，theCoA,totheCN（比如因为私人原因）或者一些其它网络约束被安置在某个地方。
然而，为了在MN和它的CN间，建立并定时更新一个双向安全连接，MIPv6RO模式要求交换大量的信号信息。
当信令信息交换影响整个移交延迟，BSA需要鉴定捆绑更新与确认信息（注意后者是非强制的）。
此外，当两个终端都是移动终端时，信令信息流动数量会进一步增加。
在不需要时停止发送信号的这样一种动态移动管理功能使得RO模式在两台终端间的花费最小化或者零花费。
这也同样减少了由删除额外信号所引起的移交延迟。
这些P2P通信的益处将鼓励动态移动管理的被接受与大规模部署。
G.单点故障与攻击
一个集中式移动锚体系由于单点故障或攻击将更容易遭受侵害。
另一方面，一个分布式移动管理体系在被选中的小范围本地网络中，本质上缓和了这个问题。
此外，这些功能在邻居网络中的可用性还提供了所需的体系来维持防护。
4、DMM适用网络
分布式的移动性管理（DMM）适用于移动网络的不同部分（参见图7）。
本节将对在进行介绍DMM时可能出现的情况加以说明。
A移动核心网络的分布
传统的移动管理假设每个MN都有一个单独的移动锚，如HA，由于集中的移动数据流量和单点故障的原因它已被作为一种消极的一面。
通过拓扑式分发移动锚，MNS可以在分散的方式下进行管理和移动数据流量也可以分布（即“核心层”分布图8）。
如果每个移动锚涵盖特定的地理区域和一个MN跨越这个边界，动锚将发生变化。
因此这种交接，必须妥善处理，例如，把MN的绑定信息从旧到新的移动锚上。
，当不同的移动锚管理不同的IP地址块，在交接后，从MN传出来或传送到的数据包必须得到确保。
如果移动网络采用分层结构，如IPv4的本地代理（HA）和外地代理（FA）在或PMIPv6的本地移动锚（LMA）和移动接入网关（MAG），在考虑更加平坦的架构时通过将移动性管理限制在一个特定的区域和在具体的层次水平直接交换移动数据。
（即，图9中的“AR级”分配）
前一种方法被认为是本地的移动管理和后者作为路由本地化。
有几种方法和协议已经提出，但是没有普遍性和单独用的的协议存在。
此外，在AR级上分布化移动功能有多种可能性。
移动锚可能被限制到最接近MNS的每一个路由器，即第一个AR，结果产生的是一个仅有一级AR的一个扁平移动架构，在移动接入网络相互连接并连到因特网上之时。
也可能一个MA对应多个AR。
结果是一个带有MA的更小的扁平移动结构作为层级结构中在AR级上层的一级。
B.接入网络的分布
信息内容的位置日益分布化，并且愈加接近用户。
由终端用户贡献的CGM（消费者产生媒体）能够天然地以一种分布式方式分布。
构建在骨干网络周围的内容传输网络（CDN），为进一步有效地利用网络资源，伴随着高速缓存技术和靠近接入网络，已经日益分布化。
作为一种无线接入方法，WIFI正在迅速流行，并且其接入点（AP）在住宅区和公共领域正在被更多地安装。
同样对于蜂窝系统来讲，picocells（微微蜂窝）或femtocells（毫微微蜂窝）在更高效的频谱的使用和数据流量卸载方面获得更高关注，这方面的例子是3GPP本地IP接入（LIPA）和选定的IP流量卸载（SIPTO）[46]。
这些接入节点（ANS）基本上有2层的能力，但是通过加入第3层的能力，他们可以处理IP级别的移动管理工作，例如，一个FA或MAG，在图10所示中这是作为访问级别分布。
这种方法采用了基于家庭基站的路由优化。
在第四节A应用了相同的协议，但ANS的数量（即无线接入点）比HA数量大的多，从而更频繁的交接是有可能发生的。
因此，可扩展性和信令开销，是应更慎重考虑
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