移动协议

移动协议（共10篇）

移动协议 篇1

0 引言

随着信息技术的飞速发展，网络的种类也越来越多，同时产生了异构的网络环境。但是由于异构网络之间的协议并不相同，网络之间也无法实现互联互通[1]。移动环境下的多协议融合网关的提出，就是试图解决这个问题的。网关能够分析各种网络的路由协议，并在协议之间转换，从而使得不同类型的网络之间能够相互通信。

目前，国内的多协议融合网关的研究主要来自电信，移动等大型的运营商。但这些运营商的网关主要静止在其核心网内，缺乏移动性和灵活性。同时，国内对于在移动环境下的多协议融合网关的研究相对较少，仅有中科院，清华大学等少数机构在研究，提出的方案也不多。本文在OPNET的基础上，对多协议融合网关进行建模并采用该模型组成多层级的移动自组织网络，实现了业务数据的交换和无缝转发。

1 OPNET仿真软件

计算机网络仿真软件OPNET是由美国OPNET Technology公司开发，通过图形化编辑界面支持面向对象的建模方式，支持有线网络、无线局域网甚至卫星通信网的建模，是当前世界上先进的网络仿真开发平台之一。它以面向研发的OPNET Modeler为基础，系列产品还包括IT Guru、SP Guru、OPNET Development Kit和WDM Guru等等。

1.1 OPNET建模原理

OPNET Modeler采用层次建模方式[2](Hierarchical Network Modeling):从协议间关系看，节点模块完全符合OSI标准，自上而下分别是业务层，TCP层(传输层)、IP封装层、IP层、ARP层、MAC层、物理信道;而从模型层次关系来看，提供了三层建模机制，分别在进程层，节点层和网络层实施由下而上的建模方式。

三层模型的最下层是进程模型(Process Model)，通过有限状态机描述;中间层次为节点模型(Node Model)，由各个处理器/队列模块组成，每个处理器/队列模块包含一个或多个进程模型。最上层则为网络模型(Network Model)，通过对节点模型的配置组合最终构成设想的网络环境。

OPNET Modeler采用离散事件驱动(Discrete E-vent Driven)的模拟机制，与时间驱动相比，计算效率得到了很大提高。每一时刻，进程模型的有效状态机总是停留在特定状态，时间触发后则执行事件，随后进行状态转移。

2 多协议融合网关建模

2.1 网关功能概述

移动环境下的多协议融合网关的功能是建立移动单元和传统网络的连接，同时具备互操作传统和非传统通信设备的网关能力[3]。其本身也可以作为一个移动终端，实现移动多跳的自组织网络，类似一个自治域，可在域内融合多种不同的末端网络。因此，网关在移动网络环境下可以灵活充当以下角色:

(1)Wi-Fi WLAN AP(Access Point):为其他Wi-Fi终端提供WLAN接入服务。

(2)单跳/多跳Ad hoc节点:与其他终端或者网关节点组成不同层级的移动自组网、移动混合自组网[4]。

(3)有线局域网节点:与其他局域网节点构成本地局域网。

(4)网关节点:同时具备以上3种角色中多种，并且提供所连接的各个末端网络之间的路由互通功能。

2.2 网关节点模型

网关节点模型如图1所示，每一组进程模块都代表OSI通信协议模型的一层。可以明显的看出，它包含tcp模块，tpal模块，udp模块，rsvp模块，ip_encap模块，ip模块，arp模块(arp0、arp1、arp2、arp3),eth_port_rx和eth_port_tx,wlan_mac和wlan_port等模块。其中各模块的功能说明如下:

(1)位于ip模块上层的模块除了tcp和udp实现了传输协议外，rrp,rip,bgp,rsvp,ospf,igrp,eigrp,isis等模块都分别实现了对应其名称的路由协议，具体在本文中都不再赘述。

(2)ip_encap模块作为ip模块与上层的接口，为上层进入ip模块的分组封装ip协议的首部，形成ip数据报文，同时作为下层的接口，对下层进入上层的数据包解封装，将报文的有效数据部分传入上层。

(3)ip模块是网关节点的核心模块，接收来自上层的分组，根据不同的路由协议执行路由选择，Ad hoc路由协议、有线网络和WLAN的路由协议均在这一层实现，是实现多协议融合的核心模块。

(4)arp模块，mac模块和wireless_lan_mac模块的作用是仿真协议栈中的有线和无线数据链路层，提供信道接入协议。

(5)eth_rx和eth_tx模块为物理层模型，负责有线网络的数据收发功能。wlan_port_rx和wlan_port_tx模块负责无线网络的数据收发功能。

由于多协议融合网关要实现功能概述中的三个功能，因此ip模块下层连接四个不同类型网络的接口，分别为有线网络，基础架构的无线网，终端级Ad hoc网络以及网关级Ad hoc网络[5]。

2.3 网关进程模型

2.3.1 IP模块

网关节点模型的核心模块是ip模块，网络层的功能几乎都通过ip模块实现，扩充和修改网络层的功能也要修改ip模块。ip模块的根进程为ip_dispatch，而ip_dispatch再通过创建各种子进程实现ip模块的所有功能[6]。MANET路由协议的增加或者修改需在manet_mgr子进程中完成。manet_mgr子进程实现了本文中网关采用的aodv协议。

ip模块的数据处理流程:上下层的数据到ip模块后，由CPU模拟进程统一接收，经判断再转发到合适的处理进程。当ip模块需向外发送数据，CPU模拟进程并不会直接对外发送数据。若是向上层(ip_encap模块)发送数据，首先将数据发送给ip模块的根进程ip_dispath，然后再由其转发到上层，若在MANET进程有数据要发送，先发送给manet_mgr，它再转发到ip_dispatch，最后ip_dispatch转发给上层;若是向下层(arp模块等)发送数据，则是靠网络接口处理进程(ip_output_iface)或(mpls-mgr进程)完成转发。

从以上分析可知，要实现多协议网关异构网的路由功能，需要修改网关节点CPU模拟进程中的路由核心函数，使其融合多种路由协议实现异构网互通。

2.3.2 网关路由转发过程

网关具体路由过程如图2所示，网关内保存了3张路由表，分别为routing table、网关级aodv table、移动终端级aodv table。routing table为除了Ad hoc以外的节点提供路由，而Ad hoc节点的路由与转发则需通过网关级aodv table或移动终端级aodv table来完成。算法步骤如下:

(1)网关每收到一个数据帧，首先检查帧的目的MAC地址是否为网关相应接收端口的MAC地址，若不是则直接丢弃，否则转步骤(2)。

(2)提取帧的目的IP地址，查找routing table，在routing table中是否查询到相应路由信息，若存在且为本地路由，则帧不再转发，网关接收处理，若非本地路由，则转步骤(3)。

(3)根据路由信息里下一跳所属的端口号，查询配置文件，确定端口连接的网络类型，若非Ad hoc网，则通过端口直接转发，否则，确定Ad hoc类型为网关级还是终端级，若为网关级(只有一种可能，即该帧的目的主机为某网关，因为通往该目的主机的路由信息在routing table中找到，可以确定目的主机所属网络必然与该网关相连;若帧的目的主机非网关，而为某子网中的节点，则在routing table中查不到路由信息)，则查询网关级aodv table，若找不到目的网关，则运行网关级aodv协议进行路由寻路。若为终端级Ad hoc网(目的主机属于该网关下的Ad hoc子网)，则查询终端级aodv table，若查询不到路由信息，则运行终端级aodv协议进行路由寻路。

(4)若在routing table中查询不到任何路由信息，则说明帧的目的主机不在该网关所连接的任何网络，而属于另一网关下的某一子网。此时查询网关级aodv table，若有去往目的主机的所属网络的路由信息，则直接路由，否则网关运行aodv协议执行路由寻路，直到目的主机所属网关响应路由寻路请求，告知本网关它可以去往目的主机;本网关更新网关级aodv table，将数据发送至目的主机所属的网关，转发完毕。

3 仿真场景设计

本文设计了两个仿真场景，其中场景一专门验证网关在不同层级的Ad hoc网络通信的功能，场景二验证网关在异构网下不同终端之间的通信功能。

3.1 不同层级Ad hoc仿真场景

仿真场景如图3所示，整个网络由两个Ad hoc子网和一个网关级Ad hoc网络组成。2个终端节点和1个网关节点组成Ad hoc子网1,1个服务器节点，1个终端节点和1个网关节点组成Ad hoc子网2,3个网关节点组成上层的网关级Ad hoc网络，其中两个子网中的网关节点是跨层级Ad hoc混合网关。

为验证网络的连通性能，在此场景中加载FTP服务，FTP Client设置在Ad hoc子网1中，FTP Server设置在Ad hoc子网2中。根据Ad hoc网络的单跳特性，Client与Server通信需多个中间节点转发数据，必然跨越多层Ad hoc网络，因此可验证网关节点的混合移动组网功能。

3.2 异构网络通信场景

仿真场景如图4所示，有线局域网，无线局域网以及Ad hoc网络三网组成异构网络。其中，有线局域网由6个终端节点，1个服务器节点以及1个交换机节点组成;无线局域网由4个无线终端节点和1个服务器节点组成;Ad hoc网络由6个终端节点和1个服务器节点组成。唯一的网关节点是异构网网关，在此场景中同时作为WLAN的AP,Ad hoc节点以及LAN的外部通信节点。

为验证异构网络的互通性，在此场景中加载FTP、Email以及Database服务。FTP Server设置在有线局域网中，FTP Client设置在Ad hoc网络中;Email Server设置在无线局域网中，Email Client设置在有线局域网中;Database Server设置在Ad hoc网络中，Database Client设置在无线局域网中。不同业务跨越不同的子网，网关节点起到转发数据的关键作用，可借此场景验证网关在异构网络组网功能。

4 仿真结果分析

仿真采用Windows XP SP3操作系统，使用OP-NET软件的版本为14.5，编译器使用微软Microsoft Visual Studio 2010编译软件。

4.1 参数设置

场景1中Ad hoc网络采用AODV路由协议[7]，参数设置如表1所示，FTP Client节点IP地址设置为192.168.1.2,FTP Server节点IP地址设置为192.168.100.3，处于不同的网段，网关1设置192.168.1.1和192.168.2.1两个IP地址，网关3设置192.168.100.1和192.168.2.3两个IP地址。

加载在场景中的FTP业务参数设置如表2所示，传输的文件大小设置为5kB。

场景2中的Ad hoc网络同样采用AODV协议，参数与场景1一致。有线局域网采用RIP路由协议，采用默认设置。加载在场景中的FTP业务参数设置与场景1一致。Email业务的参数如表3所示，每封Email的尺寸为2kB。

Database业务的参数如表4所示，两个事务发生的时间间隔服从指数分布，事务请求数据包的大小为32768bytes。

4.2 结果分析

场景1主要关注FTP Client(IP地址为192.168.1.2)与FTP Server(IP地址为192.168.100.3)节点的数据传输。仿真运行时间为10分钟，收集的统计量有Client与Server的端到端时延，FTP传输数据大小，路由跳数，丢包率等。

表5为Client与Sever通信仿真结果统计量，可得Server到Client的时延较短，双向时延均为毫秒级。Client上传了5kB的数据，这与参数设置的文件大小是一致的。Client到Server的平均跳数为6，这符合Ad hoc网络单跳的特性，从192.168.1.2到192.168.100.3恰好需要6跳路由。丢包率大致保持为0，这反映了移动组网的稳定性。

从场景1的结果分析中可得，多协议网关在多层级Ad hoc网络中能有效实现数据传输，运行Aodv协议并顺利路由报文到目的地址，与预期的结果基本一致。

场景2较场景1复杂，仿真时间设置为20分钟。本文重点分析各配对客户端与服务器的通信情况，以此验证多协议网关异构组网是否成功。图5为位于有线局域网中的FTP Server和位于Ad hoc网中的Client通信对比图，上下两图的曲线大致相同，表明Server发出的数据包均被Client收到。也即表明有线局域网和Ad hoc网络能互通。

图6为位于无线局域网中的Database Client与位于Ad hoc网络中的Database Server通信对比图，最上面的曲线为Server发送数据曲线，上下两条曲线大致相同，表明Server发出的数据包均被Client收到，也即表明无线局域网与Ad hoc网络能互通。

图7为位于有线局域网中的Email Client与位于无线局域网中的Email Server通信对比图，最上面的曲线为Server发送数据曲线，上下两条曲线大致相同，表明Server发出的数据包均被Client收到，也即表明有线局域网与无线局域网能互通。

至此，由以上3个服务运行后的统计结果可知，无论服务器节点与客户端在何种网络，两者之间均能通信并且实现无缝数据传输。从而说明多协议网关具有组建异构网络的能力。

5 结束语

多协议融合网关是一种能连通异构网络的设备。本文利用OPNET仿真软件对多协议网关进行节点域和进程域的建模，并在两种不同的场景下加载FTP,Database,Email等数据业务，模拟网关在真实网络环境下的工作情况。实验结果证明，多协议网关完全实现了异构网络下的路由与数据转发功能，对在特殊环境下的移动组网有重要的实际意义。下一步工作将在网关功能中融合3G网络，进一步增强网关的组网能力。

摘要：多协议融合网关是一种融合多种路由协议,实现异构网络混合组网的网络设备。为验证多协议网关在移动环境下的可行性,文中在OPNET网络仿真软件的基础上,对多协议网关建立模型,并设定通过网关互操作Ad hoc、WLAN、LAN网络的仿真场景,加载Email、FTP、Database业务模拟实际网络行为。结果表明,移动多协议融合网关能实现异构网络之间数据的交换和无缝转发,保障异构网络业务的需求。

关键词：多协议融合,移动,OPNET仿真,异构网络

参考文献

[1]郑景远.多协议网关的设计和实现[D].西安:西安电子科技大学,2010.

[2]陈敏.OPNET网络仿真[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]胡志远,李宁,郭建丁,等.无线异构网络的资源分配策略[J].计算机应用,2011,4(31):893-895.

[4]郑少仁,王海涛,赵志峰,等.Ad-Hoc网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[5]刘军科.移动WLAN传输组网方案探析[J].科技之风,2011(5):68.

[6]高嵩.OPNET Modeler仿真建模大解密[M].北京:电子工业出版社,2010.

[7]马杰.OPNET的无线Mesh路由模块扩展[D].西安:西安电子科技大学,2008.

[8]OPNET Technology Inc.OPNET 14.5 Product Documentation[Z].2008.

移动协议 篇2

甲方：中国移动通信集团有限公司太原分公司

乙方：

负责人：

身份证号：

经双方友好协商，甲方将在 县（区）建立中国移动缴费站，为了明确双方的责任、权利和经济责任，根据《中华人民共和国合同法》及本公司对乙方业务发展的有关规定，双方本着自愿、平等的原则，达成协议如下：

一、双方的权利与义务

（一）甲方的权利与义务

1、甲方负责向乙方提供缴费站业务的有关规定，如出现缴费站业务规定方面的变更，甲方须于变更前提前通知乙方。

2、甲方协助乙方进行业务开展的宣传工作，为乙方制作统一的缴费站业务标识牌。

（二）乙方的权利与义务

1、乙方在缴费过程中不得加收其他费用或增设其他手续费。

2、乙方在其营业时间应保证甲方用户的正常交费，不得拒收用户所缴纳的话费。

3、乙方如果三个月以上没有充值记录的，乙方捆绑缴费站业务的移动号码将不再享受甲方提供的缴费站政策的优惠。

二、返利及佣金标准

（一）空中充值业务的返利标准为帐户预存款的2.7％获取返利。

（二）乙方向甲方缴纳一定押金，甲方为乙方发展的用户提供一定佣金，佣金办法参考最新佣金政策。

三、甲方对乙方发展进行监控中，如出现以下情况，甲方可不给予乙方发展

/ 2

佣金及补贴：

（一）乙方在业务发展中存在违规经营的。

（二）乙方存在跨区域经营行为。

四、协议的中止、终止与解除

发生以下情形之一，甲方在通知乙方后，可以提前终止本协议：

（一）乙方在业务发展中存在违规经营的。

（二）乙方更换法人或负责人的。

（三）乙方本人或乙方授权他人利用甲方提供的业务，从事协议或法律所禁止的用途或开展经营活动的。

五、争议解决

因本协议发生的一切争议，双方应当协商解决，协商不成的，可向太原市仲裁委员会申请仲裁。

六、其他

本协议一式三份,甲方执两份，乙方执一份。

七、协议期限

本协议自 年 月 日起至 年 月 日止。本协议到期后，如乙方仍要求继续合作时，须在协议到期前一个月提出续签申请。

八、乙方承诺在签字之前，已仔细阅读本协议，并将自愿遵守

甲方（盖章）：

乙方（盖章）：

法定代表人或授权代表（签字）：

法人代表（签字）：

签署日期： 签署日期：

移动协议 篇3

【关键字】BICC SIGTRAN 偶联 CMN

引言

传统的移动网交换局间使用的是TDM传输语音和信令，由于使用PCM语音编码（G.711）技术，每次通话时都要在局间建立一个独享的64kbps双向通道，即使一方没有说话也要占用通道。虽然语音质量高，但效率低、带宽浪费严重。核心网cs域IP化后，承载层由TDM改变成IP，WCDMA采用的压缩语音编码AMR2就可以在核心网中透明传送，AMR2提供8种编码速率，编码从4.75kbps到12.2kbps，这样就大大节省了带宽资源。

移动通信网络IP化后，结构更简化，组网更灵活。交换局之间不用建立网状中继来互通，只需要星形连接到IP承载网。

从另一方面，运营商不希望在投入太多到旧的TDM网络中，因为很显然，将来几年，分组网络将变成电信的主要收入。

早在1998年，美国团体提议分离PSTN/ISDN的呼叫控制和承载控制，对ISUP协议进行修改，编写一种新的呼叫控制协议。这个修改的协议，就是BICC协议。它提供了全套的PSTN/ISDN业务。各种不同的分组网络都可以作为承载网络。举例来说：ATM交换网络和IP网络。

BICC的发展是具有历史意义的。它使得运营商将他们的PSTN/ISDN网络搬移到高容量的分组网络中来。BICC变成了多业务平台发展的重要一步，使得IP可以提供语音和数据业务。

一、BICC协议介绍

BICC（Bearer Independent Call Control——与承载无关的呼叫控制）协议属于应用层控制协议，可用于建立，修改，终结呼叫，可以承载全方位的PLMN/PSTN/ISDN业务。

二、BICC协议栈

如图1，Nc是UMTS R4阶段的新增接口，该接口是MSC Server（或GMSC Server）间的标准信令接口，协议栈BICC/M3UMSCTP/IP。

Nb接口作为MGW设备之间传输语音的承载接口，协议栈为AMR2/Nb UP/RTP/UDP/IP。协议栈最底层为IP，均可以在IP网络上传输。

BICC协议是承载在SCTP和M3UA上，两者合称Sigtran协议族，下面做介绍。

三、SIGTRAN原理简介及联通数据配置方案

SIGTRAN本身不是一个协议而是一个协议簇，它包含两层协议：传输协议SCTP和适配协议如M3UA，它的作用是支持通过IP网络传输传统电路交换网信令。

由于IP网络的不可靠性，需要在上层进行可靠性设计。SCTP是对TCP的改善，是传输层协议。支持偶联中建立多个流，偶联支持多归属，提高了可靠性。COOKIE的认证，保证了偶联的安全性。

如图2：SCTP传输地址就是一个IP地址加一个SCTP端口号，如10.11.23.14：3180。由一个或多个具有相同SCTP端口号的传输地址组成端点，端点只存在一台主机上，如端点A，由10.11.23.14和10.11.23.15两个IP地址和共同的3180端口号组成。而偶联就是在端点A和端点B之间逻辑通道。

其中Path0，Path1构成偶联的2条通路。在贝尔MSC server中，每个sim卡为一台主机，主机有2个网口，分别设置一个IP地址（称为AB平面），这两个IP地址和端口号2905构成一个端点（ENDPOINT）。不同SERVER两个端点之间通路组成偶联（PSP），贝尔只支持PATH0，PATH1两通路，而华为支持四通路。

M3UA是MTP3或者MPT-3b用户适配协议。SIGTRAN协议族保证了两个信令点之间IP网上可靠的传输上层BICC信令。

四、Bicc工作原理简介及联通采用方案

本文将先从BICC协议流程开始介绍，以此为基础来理解BICC的特性。

如图3，相信读者一定有似曾相识的感觉。是的，BICC就是ISUP的升级版，大多数消息和ISUP类似。所不同有两点，一是BICC多了APM消息，这是用来传输承载消息，主要包括承载地址及Codec列表；二是BICC里面的CIC不再是ISUP里面的中继电路号，而是呼叫实例代码，也就是呼叫的识别号。BICC的CIC扩充为用32个比特表示，使得局间呼叫实例的数目理论上可达4，294，967，296条，而ISUP是12个比特表示，只能有4096条电路。

BICC里面有几个概念。前向指承载建立方向与呼叫方向一致，即由主叫局先建立承载；后向则相反。快速指在第一个消息IAM就建立承载，延时指在之后的APM中建承载。隧道概念，在NB口MGW之间承载控制协议为IPBCP，为了在承载面中不再传送信令，把承载控制协议通过BICC协议的APM机制进行隧道传送，这样所用的信令都在NC口传送，NB口只是媒体承载。

如上图所示，就是前向延迟隧道方式，也就是联通采用的方式。在IAM中有Codec列表，即主叫局支持的编解码列表，如G.711，AMR2等，在第二个消息APM中，把被叫局支持并选定的Codec发回。经过Codec协商，主被叫局就会采用一致的编解码方式在MGW承载面中传输媒体。如果采用从主叫手机到被叫手机整个通路都支持的编解码，就可以免去不同编解码转换的资源和时间，这就是Trfo的概念。联通统一采用AMR2的12.2k方式。

在第三个消息APM里面，有主叫的承载信息，即主叫MGW的IP地址和端口号，第四个消息APM里面，发回了被叫的承载信息。剩下的消息就和ISUP类似了。

五、bicc的节点模型

BICC节点模型分为SN节点和CMN节点。

CMN节点：呼叫协调节点。各省长途局为CMN功能实体，只有CSF功能，不包括BCF功能，即没有TMG实体。

服务节点（SN=Serving Node）：功能实体，是ISN/GSN/TSN/CMN。在此服务节点模型中包含CSF和BCF功能。每个本地网的server和mgw构成sN。

如图4，在省际呼叫中，各省的CMN负责转接BICC信令，语音媒体流则在两个本地网MGW之间端到端传输，实现了承载平面的扁平化。

六、结论及展望

BICC协议的应用推进了联通移动核心网的IP化，这使得核心网更加简化与优化、组网灵活、传输带宽得到最佳利用。因为在BICC呼叫流程中多了3个APM消息，可能会使呼叫时延增大；另外语音经IP网的传输其话音质量可能降低。虽然经过实际测试，人为感知没有变化。不过这些是需要数据指标考量的。目前新增了一些IP网QoS指标，如丢包率、时延、抖动。

移动自组网典型路由协议研究 篇4

1 MANET与传统无线网络在路由上的区别

目前生活中常见的移动通信网络主要有蜂窝数据网络和无线局域网, 在系统的组织、管理和维护方面都与MANET有较大的区别[2]。

1.1 MANET与蜂窝数据网络的区别

典型的蜂窝数据网有全球移动通信 (Globa System for Mobile communication, GSM) 网络和码分多址 (Code Division Multiple Access, CDMA) 网络, 网络中的移动节点主要通过基站进行连接, 基站之间通过有线网络进行互联, 因此移动节点之间通信路由的建立或选择主要由基站等固定基础设施完成。而在MANET中, 不存在固定基础设施, 节点通信路由的选择和建立完全由移动节点完成。在蜂窝数据网中, 由于有网络固定基础设施的存在, 网络结构相对较为稳定。而在MANET中, 节点的随意移动会使得网络拓扑结构动态变化, 影响通信路由的选择。

1.2 MANET与无线局域网的区别

无线局域网中的节点通过无线接入点连接到网络, 是单跳的网络, 路由器和主机通常是两个独立的设备。而MANET是多跳的网络, 每个节点均同时具备路由和主机两种功能。通过比较发现, MANET与传统的无线网络在路由方面有较大差异, 因此路由协议是MANET研究的重点内容。

2 MANET路由协议分类

MANET的路由协议可基于不同角度进行分类[1,3], 如按路径类型可分为单路径型路由协议和多路径型路由协议, 按广播方式可分为单播路由协议和多播路由协议, 按地理定位方式可分为地理定位辅助路由协议和非地理定位辅助路由协议, 而最常见的分类方式有以下两种: (1) 按网络拓扑结构分类。从这个角度可分为平面结构和分层结构两种。对于前者, 所有移动节点地位平等, 如动态源路由协议 (Dynamic Source Routing, DSR) 。对于后者, 网络中的所有节点按簇划分, 每个簇由一个簇头和若干个簇成员组成, 多个簇头又是更高一级簇的成员。 (2) 按驱动方式分类。可分为表驱动和按需驱动两种, 例如图1所示。前者采用周期性的路由分组广播来交换路由信息, 如目的序号距离矢量路由协议 (DSDV) ;后者则是根据发送数据分组需要进行路由发现, 建立路径, 实现信息传送。如需求驱动距离矢量路由协议 (Ad Hoc Ondemand Distance Vector, AODV) 和临时排序路由选择算法 (Temporary Ordered Routing Algorithm, TORA) 协议。

3 典型的MANET路由协议

文中选取DSDV作为表驱动路由协议的代表重点介绍;选取AODV、DSR作为按需路由协议的代表并作重点介绍。

3.1 DSDV协议

DSDV是一种基于距离矢量算法的路由协议[4], 通过附加序列号的方法来区分路由的新旧程度, 进而防止可能产生的路由环路。 (1) 路由表结构。每个节点包含一个路由表, 路由表项包括:目的信宿、下一跳、度量值和序列号。 (2) 信息通告。各个节点周期性地向邻居节点通告其当前的路由表。 (3) 链路断开。如果在较长一段时间内无法收到邻居节点的广播消息, 可推断出链路断开, 同时, MAC层实体也可检测到。一旦链路断开, 则通过以下方法通知网络中其余节点:1) 断开的链路度量值为∞。2) 节点检测路由表, 下一跳经过该链路的路由表项的度量值标记为∞, 并分配一个新的序列号, 且为奇数, 以区别于信宿发出的更新报文。3) 触发“递增更新”报文的立即发送。经过以上过程, 在较短时间内, 该链路的变化将通告到网络的各个节点。 (4) 路由选择准则。DSDV中路由选择的准则为:序列号新或度量值小。

DSDV协议操作实例:在图2及表1表2中, MHi (i=1, 2, …, 8) 表示节点标识, SXXX_MHi (i=1, 2, …, 8) 发出更新报文的序列号为XXX。以MH2为例, 当MH1移动, 成为MH7的邻居时, MH1与MH3的链路断开。表1和表2分别为MH1移动前和移动后MH2的路由。

3.2 AODV协议

AODV路由协议[5]是按需驱动的距离矢量路由协议, 使用目的序列号和经典的距离矢量算法, 具有对动态链路的快速自适应, 处理和存储开销小, 网络利用率小等优点。AODV路由协议最明显的特征是每条路由均使用一个目的节点序列号, 能够确保路由是开环的。该序列号由目的节点产生, 与发送给路由请求节点的信息相组合。协议由两部分组成:路由请求和路由维护。

AODV的路由请求 (RREQ) 包含下列项[6]:

<跳数;路由请求码;目的地址;目的序列号;源地址;源序列号>

收到请求报文的节点, 查看路由表中是否有到目的节点更新的路由, 即目的序列号大于等于请求报文中的序列号。若没有, 该节点将记录请求报文的信息并广播;若有或节点是目的节点, 则将发送路由应答报文 (RREP) 给源节点。RREP包含如下项:

<跳数;目的地址;目的序列号;源地址;寿命>

转发RREP的节点根据RREP更新路由表, 并将RREP转发给先前记录的上游节点, 直至源节点S, 此时由源节点到目的节点的路由已建立。

AODV通过周期性的广播Hello报文来监视链路状态[7], 若节点在使用过程中发现某条链路断开, 则将从自身的路由表中删除包含该链路的路由, 并发送“路由出错”报文 (RERR) 给因链路断开而不可达的节点, 沿途转发RERR的节点并同时删除自身路由表中的对应路由。如图3所示, 节点6为目的节点, 由于节点4从4处移动到4'处, 导致节点3到目标节点的链路中断。图3 (a) 所示为RERR通知过程, 图3 (b) 所示为重新建立的路由。

3.3 DSR协议

DSR是动态源路由协议[7,8], 其最重要的特点是利用了源路由, 即发送方知道到达目的地的完整路径, 可实现节点间跨越多跳传输空间进行通信。DSR路由协议包括路由寻找和路由维护两个主要机制, 共同作用于移动Ad Hoc网络, 完成源路由的寻找和维护。

(1) 路由寻找。当节点S有分组要发送至节点D, 而S并未找到任何可用的路由, 那么节点S就通过路由寻找协议来动态的寻找一条可达节点D的新路由。如图4所示, 源节点S试图寻找一条路由到达目的节点D。

节点S的路由寻找进程执行如下:1) 节点S按照本地广播分组方式发送路由请求 (RREQ) , 被当前正处在节点S的无线电波覆盖范围的所有节点所接受, 如节点A。RREQ识别路由寻找的源节点和目的节点, 也包含了由源节点确定的唯一请求识别码 (Request ID) 。RREQ还包含一个记录列表, 用于记录该RREQ被成功转发的中间节点。2) 当另一个节点接收到该RREQ时, 若该节点是目标节点, 则给源节点回送一个路由应答 (RREP) , 同时回送在路由寻找过程中的路由记录, 源节点接受到该RREP后, 存储该路信息。否则, 若接受到该RREQ的节点已经收到另一个来自相同源节点、具有相同请求识别码和目标节点的RREQ, 或该节点已经发现自己的地址已在该RREQ的路由记录中, 那么该节点认为该路由请求已被接受, 即丢掉该路由请求;否则该节点将自己的地址添加到该RREQ的记录中, 然后按照本地广播分组方式将该路由请求发送出去。3) 目的节点D收到RREQ后, 要给源节点S回送路由应答 (RREP) , 先检查自己是否有到达源节点S的路由, 如果有, 则目的节点D通过这条路由将RREP交付给源节点S;否则, 目的节点D执行自己的路由寻找, 找出到达源节点S的路由。

(2) 路由维护。当使用某条源路由发送分组时, 该路由中的节点均要通过应答 (Acknowledgement) 机制来保证该分组能够顺利到达下一跳节点。若一个应答请求发送后仍未得到回应, 则需要重发, 当重发次数达到最大值时, 发送节点则认为到下一节点的链路已经断开, 同时从路由表中删除该断开链路, 并给该源路由上的节点回传一个路由错误 (Router Error) 。

如图5所示, 若节点B经过若干次应答请求后, 仍未接收到节点C的回应, 则B认为到C的链已断开, 同时从路由表中删除该断开链路, 并给S及所有同样的节点回传一个路由错误。若S的路由表中存在另一条到达D的路由, 则S使用该条路由, 否则S应执行一个新的路由寻找来获取一条可到达D的新路由。

4 MANET路由协议发展方向

目前, MANET路由协议的研究多集中在设计路由协议, 用来支持网络节点之间的高效通信。MANET路由协议的性能和多样性仍有较大的提高空间, 其中包括以下几个方面: (1) 路由安全性。MANET与传统网络结构上的差异导致传统网络中的安全机制不再适用于MANET。对于MANET来说, 路由安全具有重要的地位, 也是较难解决的问题。路由协议是网络攻击的主要目标, 然而目前已经提出的路由协议在安全方面鲜有涉及, 因此提高路由协议的安全是今后的研究方向。 (2) 路由协议的节能问题[9]。由于MANET没有固定基础设施的支持, 单个节点必须依靠可携带的电源提供能量。网络的发展导致单个节点的能量消耗越来越大, 这就使得减少节点的耗能显得尤为重要。目前的许多协议都没有节能策略, 因此这方面的问题仍有待进一步的研究。

参考文献

[1]张程.移动自组网的关键技术研究[D].重庆:重庆大学, 2010.

[2]陈林星.移动Ad Hoc网络-自组织分组无线网络技术[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[3]李振宇.移动自组网中路由协议的分析与研究[D].北京:北京邮电大学, 2006.

[4]AMITH K.Step by step procedural comparison of DSR, AODV and DSDV Routing protocol[C].Torolento:ICCET, 2012.

[5]吴翠萍, 蔡明.AODV路由协议的改进[J].计算机工程与应用, 2012, 48 (24) :91-94.

[6]SARITA R, SINGH B, BHADAURIA W, et al.Bandwidth reservation routing technique based on agent in mobile ad hoc networks using rate control with AODV[C].Amsterdam:ICNCS, 2012.

[7]KHATAWKAR S D, PANDYAJI K K.Performance comparison of DSDV, AODV, DSR routing protocols for MANETs[C].Paris:ICCNC, 2012.

[8]SANGEETA B, SUNEETA M.Study of DSR routing protocol in mobile adhoc network[C].Nanjing:ICINT, 2011.

邮政与移动战略合作协议() 篇5

与

中国南方电网云南电网有限责任公司

战略合作协议

二零一六年三月

甲方名称：中国邮政集团公司云南省分公司 负责人：袁志杰

地址：中国云南省昆明市吴井路139号 邮编：650011

乙方名称：中国南方电网云南电网有限责任公司 法定代表人：

地址：中国云南省昆明市拓东路73号 邮编：650011

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鉴于：

1、中国邮政集团公司云南省分公司是中国邮政集团公司全资分公司，依法经营邮政专营业务，承担邮政普遍服务义务，受政府委托提供邮政特殊服务，对竞争性邮政业务实行商业化运营。主要业务有国内和国际邮件寄递业务；报刊、图书等出版物发行业务；邮票发行业务；邮政汇兑业务；机要通信业务；邮政金融业务；邮政速递业务；邮政物流业务；电子商务业务；各类邮政代理业务；国家规定开办的其他业务。

2、云南电网有限责任公司是云南省域电网运营和交易的主体，是云南省实施“西电东 送”、“云电外送”和培育电力支柱产业的重要企业。目前，公司供电营业区覆盖全省16个州(市)，为

截至2015年底，公司统调发电装机6517万千瓦;省内售电量1068亿千瓦时，同比降低4.2%。西电东送电量945.8亿千瓦时，同比增长6.68%。其中，公司送广东电量681.1亿千瓦时，同比增长0.53%;送广西电量50亿千瓦时;溪洛渡送广东电量214.7亿千瓦时，同比增长9.59%。通过云南国际公司向境外送电18.8亿千瓦时。截至2015年底，公司资产总额达到1053亿元。2015年，公司第三方客户满意度测评达76分，在云南省十大公共服务行业公众满意度调查中连续七年排名第一。

2015年，公司认真贯彻落实南方电网公司和云南省委、省政府的决策部署，紧紧围绕南方电网公司的工作要求和云南经济社会发展的需要，在复杂多变的形势下按照“稳、进、治”的要求推进各项工作，不断优化发展方式，持续提升发展质量效益，取得了积极成效，实现了“十二五”圆满收官。

云南电网有限责任公司2016年的重点工作是：

1、突出抓好风险管控，确保安全局面稳定;

2、全力做好增供扩销，持续提升服务能力;

3、持续深化创先工作，不断促进管理提升;

4、推进电网协调发展，提高发展质量效益;

5、主动适应经济新常态，稳妥推进各项改革;

6、大力推动科技创新，强化科技支撑能力;

7、不断强化经营管理，提升依法治企能力;

8、继续加强队伍建设，激发干事创业热情;

9、落实全面从严治党，深入做好群团工作。

2016年，云南电网有限责任公司将在南方电网公司和云南省委、省政府的正确领导下，以求真务实的态度、敢于担当的作风，锐意进取、开拓创新，科学谋划改革发展，全面提升

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质量效益，努力实现“十三五”改革发展良好开局，在南方电网公司如期建成国际先进电网企业、云南同步建成小康社会的征程中作出新的更大贡献!。

经友好协商，甲乙双方本着资源优势互补、强强联合的原则，在遵守国家法律法规及各自行业有关规定的前提下，以促进双方通信发展和信息化建设、实现双方经济效益和社会效益的最大化、加强全面战略合作为目的，特签订本协议。

一、合作原则

1、坚持对等化、市场化原则；

2、坚持互惠互利、合作共赢的原则；

3、坚持相互尊重、相互支持，充分使用各方业务的原则；

4、坚持强强联合、共同谋划，开发未来业务的原则。

二、合作内容

甲乙双方在遵守国家法律法规、各自行业有关规定及内部管理规定的前提下，结合甲方业务优势和乙方通信网络优势，共同推进双方合作项目的开展，通过友好协商，开展以下合作：

2.1 甲方将乙方列为战略合作伙伴，在同等条件下优先选择使用乙方提供的基础通信、办公管理、服务营销、生产控制等方面的移动信息化产品；同时乙方可根据甲方生产调度及服务管理的个性化需求，提供定制化的信息化整体解决方案。具体包括但不限于以下方面：

（1）基础通信类：4G移动通信、融合通信、专线组网、IDC服务、集团WLAN、视频会议、会议电话、呼叫中心直连等。

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（2）办公管理类：集团统付、ICT服务、移动OA、手机邮箱等。（3）服务营销类：统一充值、流量统付、移动400等。（4）生产控制类：无线数据采集、车辆定位、物联网等。2.2 乙方将甲方列为战略合作伙伴，同等条件下优先与甲方合作，包括但不限于以下方面：

（1）代理类：代收通讯费、代办移动业务、商旅票务代理等。（2）文化产品类：报刊订阅、帐单寄送、集邮文化产品等。（3）金融类：资金归集、邮政储蓄代发工资等。（4）速递物流类：特快专递、物流配送等。

（5）服务采购类：移动积分兑换合作（邮乐网商品采购）、自邮一族会员服务等。

（6）资源整合类：服务渠道和营业厅的整合使用等。2.3 双方针对特定的目标客户群体，结合各自优势，开发新的产品和服务，开展联合营销，开拓新的市场并实现营销效果最大化。

三、合作方式

1.1 本协议是甲乙双方开展业务合作的基础性框架协议，就本协议所述的合作事项，甲乙双方及其子（分）公司、分支机构、其他下属单位可依据本协议合作内容及合作原则，另行签订具体的业务合作协议，明确合作细节并予以执行。

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属于合作范围内的技术开发、业务支撑、资源分配与规划、业务管理、支付结算、营销与客服等细节，将在具体的业务合作协议中明确。

1.2甲乙双方应妥善协调其各自关联企业或分支机构就具体项目的实施开展必要合作，以实现本协议之目的。

1.3甲乙双方在国家法律、法规和监管规定允许的范围内，双方承诺充分利用自身服务资源，在同等条件下优先支持对方业务发展。

四、合作事项的具体实施

本协议约定合作内容属于双方意向性合作事项，每项合作内容的具体实施须由双方另行协商合作条款后签订书面协议确定后执行。

五、合作效力

（一）本协议一式陆份，双方各执叁份，自双方签字并加盖公章之日起生效。

（二）本协议自双方法定代表人或授权代表人签字、盖单位公章或合同专用章之日起生效，有效期 五 年，合作协议期满后若双方无异议，自动顺延。

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<本页无正文>

甲方：中国邮政集团公司云南省分公司（盖章）法定代表人或授权代表（签字）：

日期：【 】年【 】月【 】日

乙方：中国移动通信集团云南有限公司（盖章）

法定代表人、负责人或授权代表（签字）：

日期：【 】年【 】月【 】日

移动软交换BICC协议浅析 篇6

关键词：BICC,SN,CMN,CSF,BCF

1 BICC简介

BICC协议应用在UMTS移动软交换核心网络中, 是NC接口的应用协议, 它提供独立于用户面承载技术及控制面信令传输技术的局间呼叫控制能力。它提供对 (G) MSC Server之间呼叫接续的支持, 用于 (G) MSC Server与其它MSC Server的互通。

2 BICC协议的特点

BICC是对ISUP协议的演进和发展, 它在ISUP基础上增加了完善的APM机制, 删除了电路控制机制, 不存在实际的物理电路的概念。它全面支持ISUP提供的既有消息, 其最基本的特点就是将呼叫控制和承载控制分离, 使得呼叫业务功能 (CSF) 和承载控制功能 (BCF) 相独立, 也就是使MSC Server可以独立于不同的MGW (ATM/IP) , 做到控制和承载分离。利用BICC协议就可以使包括ATM、IP网络在内的各种数据网络, 承载全方位的PSTN/ISDN业务, 所以BICC被认为是传统电信网向多业务综合平台演进的重要支撑工具。它不直接对媒体资源 (ATM、IP) 控制, 而是通过标准的承载控制H.248协议对这些资源进行控制。它的APM机制用于在对等节点之间传递承载相关的信息, 它有在呼叫控制消息 (比如IAM) 中带于Applicatiom transport信元和通过专门的双向APM消息携带Applicatiom transport信元两种表现形式。

3 BICC协议的节点模型

BICC的节点模型分为SN (服务节点) 和CMN (呼叫仲裁节点) , 两种节点都由呼叫业务功能 (CSF) 和承载控制功能 (BCF) 组成。CSF负责BICC之间、BICC和窄带信令之间的呼叫接续, 是分离网络控制层面的实体, 体现在物理网元上对应于MSC Server;BCF提供承载交换控制功能, 是分离网络承载层面的功能实体, 体现在物理网元上主要对应于MGW或者承载网设备。当BICC控制承载的时候, 就是SN模型;当BICC不控制承载的时候, 就是CMN模型。即当MSC Server控制MGW的时候为SN, 反之就是CMN。在实际的组网中, 节点可能既具有服务节点的功能, 也有CMN节点的功能。节点作为CMN时, 支持除承载操作外的Server功能, 如汇接、关口功能。因此, CMN节点可以较大的提高节点的呼叫处理、转接能力, 常用于T局和G局场景。

4 BICC协议承载

在IP承载方式下, BICC的局间呼叫可分为三种:前向延迟承载建立方式呼叫、前向快速承载建立方式呼叫、后向延迟承载建立方式呼叫。承载建立方式中用到的几个名词:

前向:承载建立时发起的协商请求的方向与呼叫方向相同。

后向:承载建立时发起的协商请求的方向与呼叫方向相反。

延迟:前向的IAM消息中是否携带了Tunnel data (隧道信息) , 没有携带, 则为延迟。

快速:前向的IAM消息中是否携带了Tunnel data (隧道信息) , 如果携带, 则为快速。

采用何种承载建立方式, 是由出局侧决定的, 出局侧通过IAM消息中携带上述内容通知被叫局配合。目前现网中应用广泛的是前向延迟承载建立方式。如果局间走BICC信令, 用户面为IP承载, 承载建立方式为前向延迟, 则在被叫侧用户接口跟踪时可以发现IAM消息中不带隧道消息并指示为隧道方式及前向建立, 被叫回的第一个APM中不带隧道信息, 主叫发出的第一个APM消息中带隧道信息, 被叫回的第二个APM中带回隧道信息, 然后主叫局发起承载建立, 被叫局找到被叫后回ACM (振铃) 及ANM (摘机) 。

5 BICC协议发展的方向

在现网中BICC协议只是使用在SN模型阶段, 随着网络的不断发展, TMSC会发展使用CMN模型, BICC的CMN呼叫实际上是BICC汇接呼叫的一种。当网络中的MGW通过IP全互联在一起时, 始发端的MGW实际上是可以直接和落地端的MGW建立IP连接的, 即IP承载可以在起始和终结的两个MGW间直接建立。TMSC只有MSC Server, 无MGW。在实现时, MSC Server入局侧和出局侧都是BICC, 并且入局局向和出局局向都支持BICC CMN呼叫, 则可以建立BICC CMN呼叫。BICC CMN局点由于不控制承载, 只是提供信令的转接, 使TMSC的网络可以较大的提高节点的呼叫处理、转接能力。在中间层汇接局MGW互连基础上, 用CMN局实现各中间汇接局互连, 汇接局只需要与CMN连接及进行少量数据配置, 即可进行全网互通, 使得运营商的组网更加灵活。

参考文献

[1]华为技术服务有限公司.BICC协议分析.2012年.

[2]王洪峰.下一代网络中的BICC协议的研究与应用[J].黑龙江科技信息, 2009 (07) .

移动协议 篇7

近年来, 移动技术得到了飞速的普及和发展, Ad Hoc网路成为发展中最快的技术之一, 军事方面是Ad Hoc网络最初应用的地方, 但是随着无线通信技术和终端技术的发展, Ad hoc在许多领域里取得了长足的发展。在个人领域, Ad hoc可以实现电脑和手机之间的通信及个人设备之间的通信, 在商业领域, Ad hoc能实现构建虚拟教室和讨论组及其他一些新的移动应用。拥有平等的地位在所有网络中的节点, 任何中心控制节点不需要外设, Ad hoc网络, 他属于一种特殊的无线网络, 不仅正常移动终端所具有的功能网络中节点拥有, 而且还有能力传送报文。

2 Ad Hoc网络路由协议

2.1 路由协议的分类

世界上没有统一的标准, 对Ad hoc网络路由协议进行分类, 一些典型的分类图被我们总结出来, 如图1所示。我们在文中主要介绍了按需路由协议, 只有在需要一个路径时, 它开始构建, 源节点只需要对自己使用的路由进行搜索和维护, 并不是所有的路由节点。因此不需要按需路由协议也被称为被动路由协议。所以在整个网络拓扑信息中内容可能只是一部分, 典型的按需路由协议AODV、DSR、TORA。

2.2 按需路由协议DSR和AODV

2.2.1 DSR协议

基于源路由模式按需DSR路由协议。在DSR协议, 当源节点发送报文被目的地节点接收时, 其数据头携带到目标节点的路由信息, 一些网络节点的地址组成了该路由信息, 通过中继其目的节点接收报文从源节点, 路由维护和路由发现两个构成了路由协议。测试当前使用的路由是路由维护过程中检测, 源节点获得目标节点的路由是路由发现的主要作用。

2.2.2 AODV协议

在DSDV协议基础上, 结合相似的DSR根据按需路由机制提出了改进行成了AODV协议。和DSR协议不同, AODV协议数据头的报文携带的路由信息可以是不完整的。数据转发使用逐条分组, 动态路由表建立和维护依靠中间点。反向路由和前向路由两部分的建立是AODV路由发现过程。

2.2.3 NS2仿真

使用的基本操作流程NS2仿真如图2所示。

3 AODV路由协议的改进

3.1 协议改进

从路由的发现过程对AODV协议进行改进, 主要改进在传递的时候选择最优路径、尽量减少分组的数据传次数减少路由开销和增加路由的投递率, 文中提出了一种跨层多路径路由协议, 针对AODV路由协议进行能源消耗、负载和跨度设计的结合。新的协议借鉴DSR的多路径思想, 增加选择最优路径的机会。考虑能源消费和路由路径的跳跃数, 设计新路径的选择原则。考虑到节点的负载问题, 提出一种新的自适应负载机制, 增加路径的稳定性和降低分组的数量。

新的路由协议的路由发现过程使用局部最优到全局最优策略。节点接收到请求数据包 (RREQ) 来自新的路由, 那么它将采取一个新的道路路径质量和路由表路径质量值进行比较, 最大的路径质量为目标节点新的路由表项。新的协议我们定义为CLMAODV协议。

4 结论

网络的性能在改进了路由协议之后得到了明显的提升, 路由的开销减少了, 增加了分组投递率。由于在路由的选择过程中我们考虑了一些因素, 所以牺牲了一些延迟, 但是总体来说, 整体性能得到了提高。

参考文献

分布式移动性管理协议研究 篇8

我们已经进入到后PC时代, 互联网移动流量激增, 移动通信网络发挥着越来越重要的作用。目前移动终端设备产生的流量远远大于PC终端设备产生的流量, 更多的实时娱乐流量都被发送到了平板电脑或者智能手机而不是台式机[1]。

在制定IP移动性支持协议时, 移动互联网架构是集中分层的形式, 故最初设计时采用集中的移动性管理锚点[2]。IETF提出的移动性管理协议均基于集中式的层次网络架构, 引入集中的移动性管理锚点确保来自/去往移动设备的数据的可达性, 使移动设备未连接到其家乡域时仍然可达, 是集中式移动性管理 (CMM, Centralized Mobility Management) 方法。例如, 基于终端侧的移动性支持协议MIPv6[3]采用HA作为移动性管理锚点, 基于网络侧的移动性支持协议PMIPv6[4]采用LMA作为移动性管理锚点。这些集中的移动性管理锚点在控制平面负责维护管理域内MNs的移动性上下文, 同时也在数据平面负责处理来自或发往域内MNs的数据包的路由。

CMM最初是为语音通话设计的, 随着移动设备数量的增加和移动互联网流量的激增, 采用集中的移动性管理方式成为限制网络规模增长的瓶颈[5]。传统集中式的网络架构存在扩展性问题 (网络带宽瓶颈) 、安全问题 (单点失败) 及性能问题 (次优路由) , 不能够适应移动流量激增的形式。当流量需求超过可用容量时, 服务提供商需要实现新的策略, 如通过其他接入网进行选择性流量卸载。另外, 内容提供商选择将内容服务器部署在位置更加接近移动/固定服务提供商网络的本地网络中从而提高内容获取速度并减少内容交付对核心网带宽的消耗[6]。移动互联网流量激增加速了移动网络架构后向兼容的扁平化演进, 卸载和内容分发网络 (CDN, Content Delivery Network) 技术都能够从路由层次更少的移动架构中获益。

为了应对移动互联网流量激增, 移动网络架构向扁平化演进, 移动性管理协议需要适应这样的网络架构。IETF于2012年3月成立了分布式移动性管理 (DMM, Distributed Mobility Management) 工作组研究可适应移动网络架构扁平化发展趋势的分布式移动性管理方法。

1 移动性管理概述

1.1 移动性管理的概念

网络层移动性管理方案通过将会话标识和路由地址解耦的方式保证移动节点移动过程中的通信连续性。数据包根据路由位置路由并根据会话标识交付, 会话标识与路由位置的转换点为映射系统。移动性管理解决方案在本质上涉及如下3项内容[7]:

会话标识 (session identifier) :移动接收端固定不变的会话标识符, 可为IP地址的形式

路由位置 (route locator) :代表移动节点当前网络拓扑接入点的IP地址

映射系统 (mapping system) :维护会话标识和路由位置之间的映射信息

依据移动性管理是否需要修改移动终端的网络协议栈, 可将移动性管理分为基于终端侧的 (host-based) 移动性管理方案和基于网络侧的 (network-based) 移动性管理方案。在基于终端侧的移动性管理方案中, 移动终端需要参与移动性管理相关信令。当移动终端改变其网络接入点时, 数据包首先被路由到MN的家乡代理 (HA) , 然后通过查询MN的家乡地址到其当前网络接入位置的映射对发往MN的数据包进行封装和转发。基于网络侧的移动性管理方案引入网络侧功能实体代替MN进行移动性管理相关的信令交互, 无需MN的参与即可将数据包透明地由MN原网络接入点转发至其当前网络接入点。

从移动性支持范围的角度来看, 在基于终端侧的移动性管理协议中, MN移动过程中会参与移动性相关信令以及数据包的封装与解封装操作, 因此是一种全局移动性支持协议。从协议部署的角度来看, 基于终端侧的移动性管理协议需要修改终端主机协议栈以支持移动性管理。现有的大量用户的设备都缺乏移动性支持能力, 这成为其广泛部署的最大障碍。基于网络侧的方案便于广泛部署, 更能够吸引运营商。

1.2 移动性管理的方法

1.2.1 移动性管理的逻辑功能

当前移动性管理功能可以划分为数据平面功能和控制平面功能如图1所示[8]。数据平面功能负责数据包的封装/解封装和地址转换操作。控制平面功能负责所有与移动性管理相关的信令的处理。控制平面功能可以进一步划分为切换管理功能和位置管理功能。将控制平面逻辑功能进一步划分可以提高网络架构部署的灵活性, 不同的控制平面功能可以在不同的网络实体上执行。切换管理功能用于保障移动终端移动并改变网络接入点时正在进行的会话的连续性。位置管理功能用于保障移动终端移动过程中的持续可达性。本节对移动性管理的逻辑功能进行了详细的划分和描述。

位置管理:管理和跟踪MN的网络位置信息, 当MN移动并改变网络接入点时, 保障其在线持续可达性。位置管理功能需要借助位置服务数据库来实现, 该数据库负责维护MN的会话标识到其当前路由位置的映射。应用会话可以以MN的会话标识为关键字, 通过查询位置服务数据库获取MN当前的路由位置。当MN位置发生改变时, 切换管理功能以MN的会话标识为关键字更新其位置服务数据库的路由位置信息。

数据管理:数据管理功能通过地址转换的方式进行数据包封装, 根据位置管理提供的信息更新路由表。数据管理功能截获到数据包, 必要时对数据包进行封装或解封装操作。数据管理功能可以根据地址转换规则以新的IP头对数据包进行封装转发。数据管理功能不提供任何信令, 仅能能够接收和处理来自切换管理功能的信令。

切换管理:切换管理功能负责保证MN改变网络接入点时移动会话的连续性, 在IP层提供切换检测和协商机制。当MN发生IP切换时, 切换管理功能需要与位置管理功能和数据管理功能进行信令交互。切换管理功能负责维护MN的与位置管理功能相关的移动性上下文信息和与数据管理功能相关的路由位置信息。

1.2.2 移动性管理的形式划分

在对移动性管理的功能进行上述逻辑分解后, 所有的移动性管理协议的网络架构中的实体都可以由不同的移动性管理逻辑功能的组合来表示。根据数据平面和控制平面在部署时的耦合程度, 可以将移动性管理划分为集中式移动性管理方法和分布式移动性管理方法。

集中式移动性管理方法采用一个集中的移动性锚点 (MA, Mobility Anchor) 负责数据、切换和位置管理。所有会话都通过集中的MA路由, 并且必要时由MA进行封装并转发至MN当前网络接入位置。集中的MA需要为每个MN维护隧道信息, 以便当MN切换后将数据包转发至MN当前接入的网络。即使通信节点双方的距离很近, 通信会话依然要经过集中的MA进行路由转发。因此, 集中的MA成为网络性能提升的瓶颈。

分布式移动性管理方法将集中式的移动性管理方法中MA的数据平面和控制平面分散开以缓解MA的负担, 通常将数据管理平面分布在接入网水平, 理想情况下与第一跳接入路由器并列。根据位置管理平面的分布方式, 可以进一步将分布式的移动性管理方法划分为部分分布式移动性管理方法和完全分布式移动性管理方法。

2 分布式移动性管理的产生及发展

2.1 需求分析

移动IP协议需要适应网络架构扁平化的发展趋势, 在扁平化的网络架构中采用CMM进行移动性管理存在如下几点问题[9]:

(1) 非最优路由

在CMM中, 所有的流量都通过一个集中锚点路由通常会导致更长的路由路径。若MN和CN相互邻近但是同时远离移动性管理锚点, 则由CN发往MN的数据包需要经由移动锚进行路由, 这并不是最短的路由路径。

(2) 不适应网络架构扁平化的发展趋势

移动性管理的发展是与蜂窝网层次架构相适应的。无线网络数据通信量的指数增长要求集中式网络花费巨资来提升集中的移动性管理锚点的处理能力。减少网络分层可以减少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, 集中式的移动性管理方法不能够适应这样的趋势。

(3) 可扩展性差

在CMM中, 集中的移动性管理锚点需要管理和维护所有MNs的移动性上下文和路由。随着接入MN数量的增加, 需要维护的移动性上下文和需要处理路由转发所需要的资源呈指数增长趋势。采用的集中锚点需要提供更多的资源, 可扩展性差。此外, 若集中的锚点发生故障或被攻击, 将会影响域内所有移动节点的正常工作。

(4) 存在不必要的资源浪费

现有移动支持协议盲目地为所有MN提供移动性支持, 浪费网络资源并且随着无线使用增加带来可扩展性问题[14,15]。随着无线连接的普遍应用, 无线连接并不仅用于移动性, 有时仅仅是为了避免使用有线连接。研究表明, 一个用户超过三分之二的无线接入时间是固定的。许多数据业务如网页浏览并不需要固定的IP地址, 有些应用程序可以不需要网络的帮助通过用自身的能力进行自身的移动性管理。

2.2 研究现状

为应对移动互联网流量激增的压力及网络架构扁平化的发展趋势, IETF于2012年3月成立DMM工作组研究分布式移动性管理方法。根据方案设计思路的不同, 可以将DMM的研究可划分为“演进性”的方法和“革命性”的方法。“演进性”的方法基于现有的移动IP协议进行改进和完善, 可与现有网络兼容, 短期内可部署性强。“演进性”的设计方案主要围绕基于终端侧的移动性管理方法[10]和基于网络侧的移动性管理方法[11]两个大方向展开研究。“革命性”的设计方案如基于路由的方案[12]和基于SDN的方案[13], 采用重新设计的思想避免传统CMM方案的局限性。在IETF DMM工作组的主导下, 目前“革命性”的方案进入起步阶段, 而“演进性”的设计方案的研究已取得显著进展。

3 分布式移动性管理架构

3.1“演进性”方案

3.1.1 基于终端侧的DMM方案

MIPv6采用集中的移动性管理锚点HA为管理域内注册的MNs维护移动上下文和路由状态信息, HA成为网络性能的瓶颈[16]。基于终端侧的DMM方案从MIPv6演进而来, MN向网络侧的移动性管理实体提供自身的当前位置、IP会话信息和相关移动性管理锚点信息等移动性上下文信息, 需要修改MN协议栈。该方案将接入移动性锚点 (AMA, Access Mobility Anchor) 下放到接入网水平, 重用MIPv6协议概念如MN处的绑定更新列表 (binding update list) 、移动性管理锚点处的绑定缓存 (binding cache entity) 、相关移动锚点间的双向转发隧道等, 并对MIPv6协议的移动性管理信令进行了扩展。

基于终端侧的DMM方案的网络架构如图2所示。移动性管理锚点AMA部署在位于接入网水平的接入路由器上。MN根据其当前所接入的AMA提供的网络前缀配置地址, 并通过绑定更新 (BU, Binding Update) 消息向该AMA注册配置的地址, 最新配置的地址优先级最高。当MN改变接入位置连接到新的AMA时根据新的网络前缀配置新的地址, 仍然保留之前的地址并降低之前地址的优先级。MN通过BU消息向新的接入网注册时不仅注册最新配置的地址, 还携带它之前的有效地址 (使用中的IP地址) 。当前接入的AMA通过BU获取之前的地址后向相关AMA发送接入绑定更新 (ABU, Access BU) 消息更新MN移动上下文和路由状态并建立双向隧道。通过在相关的AMAs之间建立双向隧道保证与MN锚定在之前AMA上的地址相关的通信会话的连续性。

3.1.2 基于网络侧的DMM方案

PMIPv6采用集中的移动性管理锚点LMA为所有注册的MNs维护移动上下文和路由状态信息, LMA成为网络性能的瓶颈。基于网络侧的DMM方案从PMIPv6演进而来, 可以通过向位置管理实体查询获取MN移动性上下文信息, 无需MN参与与移动性管理相关的信令。完全分布式移动性管理架构即数据平面和管理平面均采用分布式部署形式的架构, 这种方式中切换后如何获取MN的移动性上下文信息仍面临挑战。为解决上述问题, IETF提出了一种基于网络侧的部分分布式移动性管理方法。部分分布式模式将数据平面 (data plane) 分布到接入网水平, 但仍然采用集中的控制平面进行位置管理 (location management) , 因此称之为基于网络侧的部分分布式移动性管理方法。

基于网络侧的部分分布式DMM方案的网络架构如图3所示, 由位集中的中心移动性数据库 (CMD, Central Mobility Database) 和一系列分布在接入网水平的移动接入锚点 (MAR, Mobile Access Anchor) 组成。CMD是负责移动性会话注册的控制平面功能实体, 采用绑定缓存实体 (BCE, Binding Cache Entity) 为所在BDMM域内的MNs维护移动性上下文信息。MAR既是控制平面实体又是数据平面实体。作为控制平面实体, MAR负责追踪MN移动并代替MN向CMD执行移动性相关信令。每个MAR都有一个全球唯一的网络前缀用于MAR所在接入网络内MN的IP地址分配, 并且每个MAR都维护一个本地BCE用于保存与之相关联的MN的信息。MN在移动过程中会在每个新的接入MAR处配置一个新的IP地址用于新会话的建立, 这样新发起的会话无需经过MN之前的锚点。同时, MN保持从之前接入MARs配置的且正在使用当中的IP地址来保证切换会话的连续性。由于新的接入MAR处没有MN的移动上下文信息, 因此当MAR检测到MN离开或接入时需要查询CMD。

3.2“革命性”方案

3.2.1 基于路由的DMM方案

在演进性DMM方案中, 经历IP切换的流量需经过双向隧道转发, 其路由仍非最优。在理想状态下, MN切换到新的接入网络后, 所有来自或发往MN的流量都能够通过最优的路径交付。现有域内路由协议采用距离向量算法或链路状态算法进行路由表更新, 从而使得数据包可通过最优的路由交付。基于路由的算法借鉴了路由表更新方法的思想, MN在移动过程中使用且仅使用一个IP地址。在MN移动并接入到新的网络接入点时, 保持之前使用的IP地址不变, 通过更新路由表实现来自或发往MN的数据流量的最优路由。由于MN的IP地址属于特定的BGP域内, 因此基于路由的方案仅考虑BGP域内路由的更新, MN在BGP域间切换时需重新配置新的IP地址。

在基于路由的DMM方案中, 当MN移动并连接到不同的接入路由器时, 接入路由器 (AR, Access Router) 在接入认证时发现MN配置的IP地址并对其进行路由更新。基于路由的DMM方法可以使得所有流量的路由路径最优化, 但该方法在更新路由时需要较大的信令开销, 即以信令开销为代价换取路由路径的优化。此外, 该方法在切换时延和扩展性方面仍存在诸多问题:路由限制在域内收敛更新路由会产生路由风暴, 路由收敛时间需要限定在足够小的时间间隔内避免切换中断时间过长。因此, 基于路由的DMM方案仍需进一步研究。

3.2.2 基于SDN的DMM方案

SDN通过更为灵活的方式设置数据路径能够实现更高效的DMM路由[17]。仅需通过更新流表即可实现路由优化, SDN不仅可以控制数据路径, 也可控制路由器之间的其他类型的消息。SDN提供非常灵活的方式进行包和流处理, 天生能够快速应对网络路由改变。当MN改变网路接入点时, 转发功能通知运行在SDN控制器之上的移动性管理功能根据IP数据包的目的IP地址计算转发规则并将该转发规则推送给转发功能, IP数据包根据该规则进行转发。当用户会话结束时, 移动性管理功能将删除这一转发规则。通过这种方式, 在移动过程中不改变MN的IP地址以保证应用层会话连续性。

使得SDN支持移动性还有很多问题需要解决, 例如转发功能需要获取MN的移动事件并及时通知SDN控制器和移动性管理功能实体, 需要及时建立从分布式移动性接入锚点到网络接入点的路由路径。为实现这些, IETF可能需要定义新的协议和机制。

4 结论

本文介绍了当前移动互联网移动性管理所面临的挑战。基于移动性管理将会话标识和路由位置进行分离的基本思想, 将现有移动性管理协议的逻辑功能进行拆分。根据移动性管理逻辑功能的部署情况, 将移动性管理划分为集中式移动性管理和分布式移动性管理两种方式。文章重点对分布式移动性管理方案的研究现状及其典型管理架构进行了研究。根据DMM架构研究思路的不同, 文章将DMM架构进一步划分为“演进性”方案和“革命性”方案。随着移动互联网架构和应用业务的快速发展, 移动性管理在地址和隧道管理、注册延迟与信令开销、网络配置和资源管理以及安全等方面仍面临挑战。如何解决这些问题是未来移动性管理技术的研究方向之一。

摘要：本文首先对移动性管理协议的产生和发展进行了简要回顾, 引出当前网络移动性管理协议所面临的挑战与发展, 并得出进行分布式移动性管理协议研究的必要性。文章对移动性管理的基本原理、类别划分和分布式移动性管理的研究现状进行了阐述。根据设计思路的不同, 将现有分布式移动性管理方案分为“革命性”性的设计方案和“演进性”的设计方案两大类, 并采用统一的架构对当前分布式移动性管理的不同形式进行了统一的描述、分析和对比。最后, 文章指出了分布式移动性管理仍面临的挑战及未来发展方向。

移动协议 篇9

现今已经从互联网时代快速进入到了移动互联网时代。根据相关资料, 早在2014年, 智能手机和平板电脑的销售量就已经超过了传统PC的销售量, 而且这一趋势还在不断加强, 以智能手机为主的移动设备仍然在高速增长。

信息化系统建设也相应地转向移动设备, 传统的基于桌面浏览器的应用系统日渐式微, 移动应用 (APP) 已成为主流趋势。以前的热门网站不再受到人们的追捧, 取而代之的是运行在手机上的各种APP。一个显著的例子是微信和QQ, 同样由腾讯公司开发的社交应用, 两者分别代表了移动互联网和传统互联网, 微信的历史只有短短的4-5年, 但其活跃用户数已经远超历史悠久的QQ。在企业内部, 政府部门、事业单位内部, 也纷纷调整其信息化建设, 向移动应用方向倾斜, 移动化已成为共识。

移动应用作为一种新的应用类型, 与传统基于桌面的浏览器/服务器 (Browser/Server) 架构相比较, 在应用场景, 交互方式, 开发技术等方面都有所不同。对于使用者而言, 移动应用将其从电脑前解放了出来, 使用者可以在任何时间, 任意地点打开移动应用, 浏览自己所需要的信息, 或者进行相应的操作, 只需设备联网即可。这种便利性使得移动应用迅速受到使用者的欢迎。而且, 由于移动设备随身携带, 并一直保持网络连接状态, 移动应用能够做到主动的消息推送和提醒, 而无需使用者不时打开应用去查看, 实现了信息主动找人。

消息推送是移动应用的基础功能, 是移动互联网时代的重要基础设施, 是移动应用区别于传统应用的一个重要特征和优势, 可以说, 没有消息推送的移动应用就不能称之为移动应用。

2 现有推送服务及问题

根据移动操作系统的不同, 当前移动领域主要分为两个体系:苹果公司的i OS系统和由谷歌公司主导的Andriod系统。这两大阵营都意识到了移动消息推送在移动应用建设上的基础性地位, 并提供了相应的推送服务, 供开发者或企业用户调用。但是, 无论是苹果还是谷歌的推送服务, 都存在服务质量, 安全性, 处理容量等问题, 特别是对于企业、政府等高端用户而言, 这些推送服务都无法满足实际需要。

2.1 苹果推送通知服务 (APNS, Apple Push Notification Service)

苹果为全球范围的i OS设备提供推送通知服务。当服务的提供方 (Provider) 希望给某个设备上的应用推送消息时, 需要调用苹果APNS提供的推送服务, 将目标设备 (设备令牌) 和消息内容 (有效载荷) 传递给APNS服务, APNS会负责找到相应的目标设备, 并将消息传递给该设备;该设备收到消息后, 会将消息传给相应的应用APP, 由APP处理消息, 提醒用户。其处理过程在苹果的开发者网站有详细描述如图1所示。

从实际使用情况看, APNS服务比较稳定, 一般情况下消息也能被及时传递, 基本能够满足一般性消费类移动应用的需要。但是, 对于具有更高消息推送要求的企业级市场, APNS就显得力不从心, 具有以下问题。

(1) 不保证消息到达。如果移动设备暂时无法联网, 服务的提供方也可以推送消息, 苹果会负责暂时保存该消息;当设备再次可用时, 保存的消息会被推送。但是, 苹果只会为同一个设备保留最近的一条消息。如果在设备持续无法联网的情况下, 服务提供方再次推送消息, 会导致上一条推送消息的丢失, 而且不会告知。这对于普通消费型应用问题不大, 但对于企业级应用则不然, 特别是对于某些重要性很高, 而且推送消息很频繁的移动应用而言, 随意丢弃消息是不可接受的。

(2) 不保证消息传递时效。APNS服务宣称会尽快传递消息, 但不保证多长时间内可以传递到, 不能要求限时到达。而且, 它没有消息优先级的设置, 所有的消息都按照同样的优先级传递, 不能对消息区别对待。

(3) 消息大小有限制。如果移动设备的操作系统不是最新的i OS 8, 那么推送消息内容不能超过256字节, 只能用来传递一些最简单的消息。企业级应用中, 这么小的数据量几乎是无法使用的。如果将移动设备升级到i OS 8, 最大推送字节数会增加到2000字节。很多情况下, 这一数值也无法满足企业级移动应用的要求。

(4) 发送频率受控。苹果官方对单位时间内允许推送的消息数没有限定, 但在实际使用时发现, 如果与推送服务器建立的网络连接数过多, 或者推送消息的频率过于密集, 都会导致苹果拒绝服务, 无法推送。

(5) 不支持消息回执。最终用户有没有收到消息?如果客户端收到了, 具体是什么时间点收到的?这种需求对于企业应用很常见, 但APNS并没有提供类似的消息回执机制。

(6) 无法控制数据安全。虽然APNS提供了相应的数据传输安全机制, 确保在传输过程中的安全, 但数据毕竟是经过苹果的服务器传递, 而且, 如果设备不在线, 消息还会在苹果的服务器上保存。这对于一些对数据敏感性有要求的组织或机构而言是不允许的。某些要求严格的企业, 甚至会要求移动设备全部使用VPN专有网络, 所有的互联网服务都不允许访问, 这种情况下APNS就更无法使用了。

2.2 谷歌云推送 (GCM, Google Cloud Messaging for Android)

与苹果类似, 谷歌也为Android设备提供了一个公共的消息推送服务, 其架构如图2所示。与APNS类似, 第三方应用需要推送消息时, 只需要连接到一个GCM服务器, 调用消息推送服务, 就可以将消息传递到指定的移动设备, 并唤起相应的移动应用。

谷歌云推送在功能上较APNS有不少增强, 支持包括消息回执功能, send-to-sync消息机制等, 其最大可推送的消息内容也较苹果的大, 为4000字节。

但是, 现实的情况是, 由于网络原因, 谷歌的推送服务在国内根本无法访问, 无法访问谷歌的GCM服务器, 谷歌的GCM服务器也无法与我们的移动手机建立推送连接。而且, 消息推送需要手机与服务器两者的相互配合, 手机端必须具备相应的GCM接收服务, 才能接收到推送的消息, 但由于Android手机厂商的分裂状态, 几乎每个手机厂商都会用自己的推送服务替代原有的GCM接收服务, 这就导致即使GCM服务器可以访问, 手机端也无法接收到消息。除非能全部限定所有的移动设备为同一家供应商, 否则也无法使用手机厂商提供的推送服务。而现实中, 几乎不存在这种设备完全由同一个厂商供应的可能性。

需要说明的是, 基于谷歌一贯的开放策略, GCM也是一个开放性的标准, 任何人或企业都可以直接使用谷歌提供的推送云服务, 也可以自行根据GCM服务端的标准规范实现私有的GCM推送服务。不过, GCM在消息通讯协议上只有HTTP和XMPP两种选择, 这两种协议无论从传输效率, 可靠性角度, 还是从安全的角度看, 都不是最适合移动应用的协议。

综上所述, 消息推送作为一个新的技术话题, 在协议规范和技术标准方面都还没有形成业界标准, 苹果和谷歌作为业界领先的两大企业, 虽然提供了针对各自平台的推送服务, 但都存在不同程度的问题, 特别是对于企业级高端用户而言。

构建消息推送服务是一个系统工程, 需要进行完备的架构设计。这其中, 推送协议的选择至关重要, 不同的协议会直接影响推送的速度, 服务质量和用户满意度。

3 MQTT协议

消息队列遥测传输 (MQTT, Message Q ueuin g Telemetry Transport) 协议是IBM公司提出的开放协议, 最初的设想是应用于大量计算能力有限的传感器等微型设备, 其工作的网络带宽低且不稳定, 但又需要保证网络节点之间的可靠通讯。

该协议目前已经被结构化信息标准促进组织 (OASIS) 接受, 并将其建议为物联网消息传递协议的首选标准。MQTT已经成为物联网领域的事实标准, IBM公司已经成功将其应用于智能实验室、远程医疗中心等项目, 并推出了Message Sight等MQTT中间件产品, 其它企业和机构也相继跟进, 发布支持MQTT协议的开源/商业产品, 或采用MQTT协议构建相关应用。伴随着物联网的迅猛发展, MQTT协议未来的发展不可限量。

由于物联网传感器等设备的计算能力和电量都非常有限, 因此MQTT的设计理念从一开始就是简单, 轻量, 节省电力, 这正好满足了移动应用的一个重要诉求。当前电池储能技术的发展远远不能满足智能手机的发展需要, 使用智能手机用户最痛苦的事情就是手机耗电太快, 手机的电量甚至不能支持完8小时的工作时间。但如果要保证消息及时到达, 手机就必须时刻保持与服务器的连接, 并定期与其通讯, 检查是否有新消息。MQTT协议非常精简, 额外的数据传输量非常小, 可以在最大限度节省电力, 同时也节省网络流量。这是选择MQTT构建消息推送服务的最大原因。

MQTT协议的消息头固定为2个字节, 当前只使用了第一个字节, 第二个字节保留。第一个字节共8个bit位, 前4位为控制类型, 可取值为16种, 按照功能可以分为连接类, 订阅类, 保持活动类几种, 后4位携带每种控制类型的特有信息如表1所示。

作为对比, 让我们来看看最常见的HTTP协议的消息头, 如图3所示为访问百度主页 (www.baidu.com) 时, HTTP请求所提交的消息头信息, 其数据量超过300字节, 是MQTT协议 (2个字节) 的150倍。而且, 这只是一个比较小的HTTP消息头, 如果用户多次访问同一网站, 会有不断增长的Cookie信息, 消息头的内容会更多。

为了实现及时推送, 手机需要周期性给服务器发送请求 (心跳) , 以保持与消息推送服务器的连接不中断。假设手机每30秒发送一次心跳, 每天就需要发送2880次, 如果采用MQTT协议, 只需5k的通讯流量, 而如果采用HTTP方式, 则需要的流量为864k, 其高下一目了然。而手机需要消耗的电力与需要传输的数据量直接相关。

除了短小精悍, 节约带宽, 节省电量消耗, MQTT协议还具有其它的特性, 非常适合用于构建移动应用的消息推送服务。

(1) 保证服务质量。MQTT提供三种消息传输的服务质量保障水平, 用户可以根据实际需要进行选择:

Qo S0:至多传递一次。消息有可能会丢失。这种服务质量下, 消息传递的速度最快, 但不能保证消息的可靠到达。通常适用于网络环境差, 而且不在意单次数据丢失的情况, 例如GPS数据的采集。

Qo S1:至少传递一次。可以确保消息被可靠传递到目标, 但可能会有消息被重复传递。这种服务质量权衡了传输效率和消息可靠性, 最常被采用。

Qo S2:确定只传递一次。消息不会被丢失, 也不会被重复传递。这种服务质量被用来保证最高的消息传递服务质量。

(2) 连接中断通知。与物联网类似, 手机的网络质量远不能与连接网线的台式机相比, 当我们发生位移时, 或者进入电梯, 地下室等区域时, 手机经常会发生基站切换, 网络信号消失, 连接中断等情况。MQTT协议可以很好地适应这种不稳定的网络环境, 并且保证数据的可靠传输。而且, 当发生网络异常中断时, MQTT还支持遗嘱机制, 将网络中断事件通知给指定的目标对象。

(3) 信息广播机制。MQTT采用发布/订阅机制来传递信息, 多个手机终端可以订阅同一个主题;服务端只需要针对主题发布信息, 所有订阅者都可以收到, 而无需对逐个手机发送, 简单高效。例如, 股票价格信息, 不同的人可以订阅关注同一个股票的价格信息, 当该股票的价格发生变化时, 服务端只需发布一次最新价格, 所有的订阅者都会收到同样消息。

4 其它问题

在采用MQTT协议构建移动应用的消息推送服务时, 也应当了解MQTT的不足, 并妥善处理如下问题。

4.1 避免客户端越权订阅

MQTT采用发布/订阅模式处理消息传递, 消息是针对主题传递, 而不是目标客户端。客户端只要进行订阅, 就可以收到消息。理论上, 如果某个客户端订阅了根主题, 就可以收到所有人的消息, 这是不可接受的。

可以启用MQTT的用户认证机制, 只有经过认证的用户才可以订阅主题, 但这只能防止非认证用户的恶意订阅, 对于认证通过的用户则不起作用。

彻底的解决方法需要在服务端进行控制, 不允许用户订阅其没有权限的主题。另外, 一些MQTT产品对此也有处理, 例如, IBM的Message Sight产品就支持点对点和发布/订阅两种方式, 而使用点对点方式时, 任意订阅都不起作用。

4.2 处理i OS后台服务运行

i OS系统对于后台服务的长时间运行有很多限制, MQTT要求与服务端一直保持连接, 在i OS系统下不容易做到。当移动APP在前台运行时, MQTT可以建立并保持与推送服务器的连接, 但是, 一旦移动APP被推入后台, 所有的活动, 包括连接都会被中断。

i OS允许某些应用在后台保持运行, 但需要经过苹果的审核, 而且服务端还需要定期给移动设备发送数据以保持网络连接, 相对而言较为繁琐。

另一种解决方式是将MQTT推送与APNS相结合, 当MQTT连接被中断时, 推送改为使用APNS通道。当有新消息需要推送时, 推送服务器发送一个APNS的提示消息 (没有具体消息内容) , 然后由APNS消息激活移动应用, 唤起MQTT服务, 再通过MQTT渠道具体的推送消息内容。这种方式只将APNS作为一个旁路提醒通道, 不传递消息内容, 保证了数据的安全性。

4.3 可扩展的MQTT服务端

消息推送需要移动设备与推送服务器保持长连接, 这与传统应用不同。传统的B/S应用是短连接模式, 客户端向服务端发起请求, 服务端处理完成后返回结果给客户端, 然后释放连接。如果不考虑业务逻辑处理对服务器资源的使用, 单个服务器可以轻松支持几十万, 甚至上百万的用户访问。但是, 如果拿一台普通的服务器当做消息推送服务器, 单台服务器的连接能力大约在2万到10万之间, 如果要保证稳定的服务能力, 客户端的连接数通常不允许超过5万。IBM的Message Sight可以支持100万的客户端连接。但不论其数值多少, 单台服务器的处理能力总有极限。

如果要推送的设备数量超过了单台的处理能力, 就需要考虑服务端集群。MQTT在服务端的集群扩展方面没有规定, 需要自行设计实现水平扩展架构。

摘要：随着智能设备的快速普及和移动应用的迅猛发展, 已进入移动互联网时代。消息推送是移动应用的一个显著特征, 是移动互联网时代的基础设施。苹果和谷歌都提供消息推送服务, 但并不能满足企业级移动应用的推送要求。MQTT协议是由IBM提出的面向物联网的通讯协议, 其简洁, 高效, 可靠等特征非常适合用于构建消息推送服务。文章讨论了使用MQTT协议构建消息推送服务的必要性和适用性, 并指出了在具体实现上应注意的一些关键问题, 同时给出了相关建议。

移动协议 篇10

关键词：移动自组网,QoS路由,路由协议

0引言

移动自组网又名Ad Hoc网络,是没有任何中心实体的自组织网络,依靠节点间的相互协作在移动、复杂多变的无线环境中自行成网,借助于多跳转发技术来弥补无线设备的有限传输距离、从而拓宽网络的覆盖范围,为用户提供各种服务、传输各种业务。这是一种不需要依赖现有固定通信网络基础设施、 能够迅速展开使用的网络体系,网络节点能够动态地、随意地、 频繁地进入和离开网络。每个节点都兼任终端和路由的角色, 需要完成发现及维护到其它节点路由的工作,因而在这种网络中路由就成为了一个核心问题。

随着移动自组网应用领域的日益壮大,提供端到端的服务质量Qo S也成为了衡量移动自组网的一个重要准则。服务质量 (Quality of Service,Qo S)通常定义为把分组流从源节点传输到目的节点时网络必须满足的一个服务要求集合,期望网络向终端用户提供端到端的服务保证以及基于策略的网络性能的服务属性,例如,时延、时延抖动、带宽、分组丢失率等等,把这种根据网络中可使用资源和业务Qo S需求来选择的路由的机制称为Qo S路由。加入Qo S后能使得移动自组网的应用更加灵活,将传统的最短路径改为一条满足业务Qo S需求路径,不仅能够满足用户端到端Qo S要求,而且还尽可能有效地使用网络, 以最大化网络资源的利用率。

移动自组网由于其自身的灵活、健壮、投资成本低等特性, 现已被广泛应用在多个领域,而移动自组网中的Qo S路由技术, 也成为了一个核心技术和重要研究方向。

1QoS实现的难度

传统的用于固定网络的Qo S路由技术不能直接用于移动自组网中,移动自组网自身具有特殊的属性,如链路干扰、链路传输范围有限、带宽有限、拓扑高度动态变化等等,这使得在移动自组网中提供Qo S服务保证非常困难,主要包括以下难点:

(1)资源有限

移动自组网的无线信道质量不稳定,信道带宽有限。提供Qo S服务保证势必会增加系统开销,为实时获取Qo S状态信息而进行的状态信息扩散不仅会占用带宽,还可能产生过多的冲突从而降低网络性能。只有当采用了Qo S路由后带来的好处大于实现其功能所付出的代价时,才予以考虑是否采用Qo S路由。

(2)链路状态难以确定

相对于有线信道,无线信道属于广播媒介,其参数时变且易受干扰,使得无线链路状态难以确定,如带宽、时延、时延抖动等链路状态参数,难以实时获取和维护。

(3)网络动态变化特性

移动自组网的动态变化性使得节点难以保证其保存的可用状态信息是准确的,并且节点随时随地都能离开或者加入网络, 链路随时都会发生变化,而传统Qo S路由协议则主要依据准确的状态信息进行判断。

(4)多Qo S条件约束

Qo S约束可以是一维的参数,也可以是多维的,将其Qo S路由对应地称作单维和多维Qo S路由。按照性能特征可以将Qo S度量参数划分成三类,即可加性参数、可乘性参数和凹性参数。

对于路径P (i, j,k,......,l,m) ,用d(i, j) 表示链路d(i, j) 的某种Qo S量化参数,用d(i, j) 表示路径P的Qo S尺度:

若d(P) d(i, j) d( j,k) .......d(l,m) ,则称d为可加性参数;

若d(P) =d(i, j)×d( j,k)×.......×d(l,m) ,则称d为可乘性参数;

若d(P) =d(i, j)×d( j,k)×.......×d(l,m) ,则称d为凹性参数;

由以上分类定义可知,时延、成本等属于可加性参数,分组丢失率等属于可乘性参数,带宽、节点剩余能量等属于凹性参数。有关文献中已经证明,如果当路由选择过程中需要考虑的约束条件包括两个或两个以上的可加性参数或者是可加性参数和可乘性参数的组合时,此时的Qo S路由选择就是一个NP完全问题,如要寻找最小成本的最短路径和最小时延的最小成本路径,都是NP完全问题。这种情况下通常利用启发式算法寻找次优解。

基于以上难点,要在拓扑变化很快的网络中实施Qo S路由几乎是不可能的。但由于一般情况下,网络拓扑的改变不会非常频繁,且业务应用有一定的自适应性,因此在这种情况下实施Qo S路由是合理且可取的。

2实施QoS路由的优点

目前大部分的路由协议均用最短跳数当衡量路径好坏的标准,对于普通数据业务这种方法可行,但对于多媒体业务及实时业务而言这种方法则不太适用。为对业务提供Qo S保证,必须对流入网络中的数据量进行控制,实施Qo S路由就是实现接纳控制的关键。

实施Qo S路由的主要优点有:

(1)使得网络能够支持已有的和新出现的多媒体服务及应用的要求,例如IP语音等对网络有特定Qo S要求的新应用;

(2)使得网络可以对流入的业务进行接纳控制,即在路由选择过程中同时计算了该路径所能提供的Qo S能力,网络控制机制根据该路径的Qo S能力来决定是否接受新的连接;

(3)对网络中的服务保证和通信进行区分,这也是在单个网络中同时进行语音、视频、数据业务传输所必需的服务要求;

(4)通过使用Qo S路由可将业务量分配到不同的路径上, 不仅可以实现负载均衡,也能满足多种业务对Qo S的要求;

(5)使得网络提供商除了提供现有的尽力而为的服务种类以外,还可提供奖赏服务;

(6)在各种新型网络服务中有很重要的作用,例如虚拟专用网络。如何提高网络对Qo S的保障能力是Qo S研究的重点工作,而保证用户对Qo S的需求则是研究的最终目的;

(7)资源预留协议使得寻路过程朝着资源充足的路径行进,提高整个网络的资源使用效率。

3QoS路由协议

3.1度量参数的选择

衡量Qo S的指标有很多种,如时延、带宽、吞吐量、分组丢失率等等,由于寻找一条满足多个Qo S要求的路径通常是NP完全问题,特别是在移动自组网中,拓扑结构的动态变化性, 要求网络尽可能少地交换控制信息,所以一般来说不采用实现多维Qo S要求的方法,而应根据具体实际情况选择一两个较关注的合适的指标。由于所选择的Qo S度量参数反映了业务应用所关心的网络特性并定义了提供Qo S保障的类型,因此合理选择Qo S度量参数非常重要。

通常选择分组丢失率或链路可用带宽作为Qo S度量参数, 因为这两个参数最能反映出无线信道的质量和链路状态的变化,并且这两个指标也较容易获取到。如带宽指标,可通过节点间的信息交互来得到邻居节点的可用带宽,从而作出后续是否转发的决策;而时延指标,由于获取时延本身就存在时延的问题,因而不能及时反映网络拓扑的变化;网络吞吐量指标的计算则较为复杂,也不适合作为Qo S参数。

需要注意的是,一个节点的最大未用带宽并不等同与最大可用带宽,某节点的可用带宽不仅与本节点产生的流量及通过本节点转发的流量有关,还与和本节点共享信道的邻居节点的业务量有关,因为邻居节点进行业务传输时也会对本节点产生干扰。假设节点i的最大带宽是Ci,用lij表示节点i到节点j的业务流量,包括节点i产生的及转发的流量,用MUBi表示节点i的最大未用带宽,用MABi表示节点i的最大可用带宽,则

其中, Ni、 Nj分别表示节点i和节点j的邻居节点集合。

最大未用带宽就是节点总带宽减去本节点上所有业务使用的带宽,是通过节点本身计算得到的,是一个本地的概念,而最大可用带宽则是在最大未用带宽基础上,减去本节点所有邻居节点业务使用的带宽,节点需要知道周围邻居的带宽使用情况才能计算得到。

吞吐量就是单位时间内目的端收到的比特数。要计算出吞吐量,节点需要知道网络的整体状态。而在拓扑动态变化的移动自组网中,节点获取其邻居节点的信息都不容易,获取网络整体的状态信息就更难。并且若业务流量波动较大,计算吞吐量时选择的时间范围不同,得到的计算结果差异也会较大。因此,一般不适用吞吐量作为Qo S参数。

3.2度量参数的组合方式

根据网络的具体实际情况,选择出合适的Qo S度量参数, 对于存在多个度量参数的情况下,在路由选择算法中使用时其组合方式可以是单混合度量参数,也可以是多度量参数。

3.2.1单混合度量参数

通过自定义计算方法将多个度量参数归一化成一个参数, 例如若算法中考虑的Qo S度量参数有带宽、时延、包丢失率, 分别用B(P) 、 D(P)、 L(P) 表示,用F(P) 来表示路径的带宽、 时延、包丢失率函数, F(P) =B(P) ÷[D(P)×L(P)] ,在路由选择过程中选择具有最大F(P) 的路径。

但由于各度量参数的计算方法不同, F(P) 的计算准则较难确定,很难得到最优的Qo S路由算法,使各Qo S度量参数均最佳,因此,该方式一般只作为辅助参考。

3.2.2多度量参数

在路由选择算法中对每个度量参数都进行考虑,使每个参数都满足Qo S要求。主要方法有多优先级判断、界定参数。

(1)多优先级判断

根据业务具体需求对各个度量参数的关注程度对度量参数进行优先级的排序,在多条参数均满足Qo S要求的路径中,对比优先级最高的度量参数,选择具有最大该度量参数的路径; 若还存在多条路径时,则对比优先级次高的度量参数,直到选出最终使用的那条路径。

例如,若某业务对带宽、时延、包丢失率有要求,若有多条该三个参数均满足最低要求的路径,那么依靠自定义的优先级进行路由选择。如,对三个度量参数的关注程度由高到低依次是带宽、时延、包丢失率,那么业务先在可选路径中选择带宽最大的那条路径,若存在多条带宽最大的路径,则再在其中选择时延最小的那条路径,若还存在多条时延最小的路径,则再选择包丢失率最小的路径。

(2)界定参数

通过某种函数的映射,将连续的参数转换为整型的参数, 可以降低算法的复杂度和路由信息的开销,但最后选择的路径有可能不是最优的。

3.3QoS路由算法的选择

根据具体应用需求选定了Qo S度量参数和组合方式,就可以根据所获取的网络状态信息,进行有Qo S保障的路由选择。 目前路由选择所采用的方法大多是基于Dijkstra算法或Bellman-Ford算法的改进,该过程可以由源节点独立完成,即源路由,也可以由多个节点协作完成,及分布式路由。

3.3.1源路由

在源路由中,网络中的每个节点均保留全网的网络状态信息,并周期性更新,因此全网的系统开销非常大,并且还可能存在不准确的路由信息,易导致错误的路由选择的结果。

为减少节点存储的状态信息,将网络进行分层,设置分层路由,但这样组内的节点无法即时得到实时且正确的组外节点的状态信息,虽然系统开销小了,但是更增加了状态信息的不准确性,更易导致错误的路由选择的结果。

3.3.2分布式路由

在分布式路由中,网络中的每个节点都维护一张到达目的节点的下一跳节点的路由表。当节点接收到数据包后,通过查找自己存储的路由表就能知道该朝哪个节点继续转发。节点维护信息的成本相对较低,路由信息也比较准确,相对于源路由来说复杂性略高。

3.4QoS路由的维护

与普通路由维护不同的地方就是,Qo S路由的维护不仅只是维护路由的通断,还要看链路状态改变后是否仍然满足Qo S要求。

对路由信息的维护应该在路由更新的频率及消息的大小两方面均能够自适应地调整,以在系统开销和路由准确性上进行合理的折衷。

目前有一种可行的办法是设置一个变化门限值,当节点的状态信息超过该门限值时就进行信息交互,同时尽量维持现有路由而不进行改变,从而减少系统的开销和性能的抖动。若为每个业务流均维护路由信息,易导致路由表过于庞大,可以将网络进行分层,节点只需要考虑与组相关的状态信息,缺点是这些状态信息较片面,只能部分真实地反映全网信息,从而影响路由信息的准确性。

另一种方法则是采用按需的Qo S路由算法,在有业务请求时才进行Qo S路由寻找,缺点就是找到路由的时延较大。

由于移动自组网的动态变化特性,只能提供软Qo S保证, 即在链路连接未断时可以保证Qo S,但链路中断或者失效后, 就需要依靠路由重寻、备份路由、路由修复、自适应等方法来减小Qo S路由中断产生的影响,尽可能平缓地实现对服务质量的过渡。

4研究现状

由于Qo S路由协议在移动自组网中越来越多的应用,近年来已有不少研究者提出了一些有价值的移动自组网的Qo S路由协议。对于其设计思路主要分为两种:一种是在传统路由协议基础上进行改进,另一种是根据移动自组网的特点及Qo S约束条件,设计新的带Qo S保证的路由协议。

4.1对传统协议进行改进

为保证Qo S的需求,对传统的路由协议进行改造。在节点处增加对Qo S信息的维护,可以在路由表以及协议控制信息中增加相应的Qo S字段,如带宽和时延等等,在计算最短路径的同时也对各种Qo S信息进行更新,各个节点依据Qo S信息来决定是否对控制消息继续进行转发,或者是否建立新的通信连接。

在现有的协议中,很多协议例如按需距离矢量路由(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing,AODV)协议、动态源路由(Dynamic Source Routing,DSR)协议等都是按需路由协议, 利用这类路由协议按需的特点,且若采用最小带宽作为Qo S保证指标,就能大大降低Qo S路由的复杂度。在路由查找过程中, 控制消息中加入带宽字段,中间节点收到该消息后,先判断本节点处的带宽资源是否能满足Qo S要求,来决定是否继续转发, 依此准则,最后目的节点收到该消息后,就能找到一条满足所需带宽要求的路径。

在传统路由协议基础上进行改进的典型的Qo S路由协议有基于Qo S的AODV路由(Qo S support Ad Hoc on Demand Distance Vector Routing,Q-AODV)协议、提供Qo S支持的最优化链路状态路由协议(Qo S based Optimized Link State Routing Protocol,Q-OLSR)等。

Q-AODV协议是在经典的移动自组网按需路由协议AODV协议上改进而来的,其实现的基本工作原理就是在AODV协议的路由表和控制消息中增加内容,附加上Qo S相关信息,增加的内容有可忍受最大时延、可用最小带宽、时延请求保障节点列表和带宽请求保障节点列表。其工作流程与AODV协议类似,只是在各个过程中都考虑上Qo S因素。各节点与其邻居节点共同确定可用时隙,通过从源节点到目的节点传播过程中不断更新Qo S信息计算出各条路径的总时延和可用带宽,若所得路径能够满足业务要求就使用RREP消息建立链路。

Q-OLSR协议是在经典的移动自组网主动路由协议OLSR协议基础上改进而来的,其核心概念是多点中继(Multiple Point Relay,MPR)。在OLSR协议中加入Qo S保证时,会受到一些限制,例如,OLSR协议以覆盖的两跳邻居节点最多作为MRP节点的选择依据,由于未考虑链路带宽,有可能忽略某些带宽较大的链路,并且在OLSR协议中,非MRP节点只与自己的邻居节点通信,不进行中继转发,链路大部分时间处于空闲状态。Q-OLSR协议针对这些限制因素,对MRP节点的选择方法进行改进以满足Qo S要求。

4.2设计新的路由协议

根据移动自组网的特点及Qo S约束条件,从而提出一些新的带Qo S保证的路由协议,典型的协议有核心提取分布式Qo S路由(Core Extraction Distribution Ad Hoc Routing,CEDAR) 协议、带Qo S约束的组播路由协议(Qo S-based Multicast Routing Protocol,QMRP)、分级式Qo S组播路由协议(Hierachical Qo S Multicast Routing Protocol for Mobile Ad hoc networks,HQMRP) 等。

CEDAR协议的基本思想是在全网节点中选择部分节点作为核心集合,由这些核心节点在有业务需要时计算Qo S路由, 链路状态信息的交互也只需要在这些核心节点间进行,减少了信息交互的开销。

QMRP协议的Qo S保证综合考虑了带宽、时延、节点移动速度和节点剩余能量等因素,给每个因素设置一个相应的门限, 只要其中某一项超出了门限值,就认为这条路径不满足Qo S要求,不能算成有效路径。在该协议中,组播树的形成过程是各节点及相应链路在满足达到门限值要求的前提下渐近生成的。

HQMRP协议是一种基于簇结构的Qo S组播路由协议,每个节点只需要维护本簇内的组播路由信息和其他簇的概要信息,不需要维护全网的状态信息。网络中所有节点都支持多种Qo S约束,簇内的每个节点均周期性地检测其输出链路上的时延,并通过与簇内其他节点交互该链路延迟信息来维护簇内节点的路由表及进行网关节点的路由更新。

4.3基于移动自组网的QoS路由协议对比

根据对以上几种路由协议的分析可知,一个理想的移动自组网的Qo S路由协议,应充分考虑到网络的自组织性、网络拓扑结构变化的适应、单向链路的支持、有限的传输带宽、生存时间、在组播中的应用需求、移动设备主机能量及内存大小的局限性等等因素,中对前文中介绍的移动自组网Qo S路由协议进行了对比。

(1)主动/按需方式:在移动自组网中,根据节点获取网络状态信息的方式,可以将Qo S路由协议分为主动路由协议和按需路由协议。主动路由协议周期性交互并更新信息,尽力维护全网中的路由信息,并且当拓扑结构发生变化时,向全网中传播路由更新信息以维护整个网络信息的一致,按需路由协议则只在源节点有需要时,才创建并维护路由;

(2)分布式操作:移动自组网在自然灾害的救助、军事通讯等方面均有广泛的应用,应用场景要求其应具备较高的鲁棒性,而集中式路由协议很难满足这种要求,所以自组网协议均采用分布式操作方式;

(3)单向链路的支持:移动自组网是基于无线环境中的网络,节点能量、发射功率、所处地理环境等均会对网络性能产生影响,而在无线环境中单向链路出现的可能性较大,这也给路由协议的实现带来了新的困难;

(4)Qo S参数的选择:在移动自组网中采用Qo S路由, 需要根据具体情况选择不同的Qo S参数。在移动自组网中Qo S参数既可以包括节点本身的参数,如节点能量、内存大小、处理能力等,也可以包括链路参数,如链路带宽、时延等。必须根据具体的业务及网络状态来选择Qo S参数,想同时满足多个Qo S要求是难于实现且不切合实际的;

(5)组播功能的支持:在资源稀缺的移动自组网中,组播支持具有非常重要的意义。在组播通信中可以更高效的利用网络带宽并减少节点能量的耗费,因此在移动自组网的Qo S路由协议中支持组播功能,也是自组网网络协议的一个重要研究方向。

5结语

路由协议是网络中最基本的重要功能之一,Qo S路由协议则是针对未来网络发展的需要而加入的功能,根据业务通信的需求提供满足条件的路由,并且能够更有效地利用网络资源。 但目前移动自组网中较典型的Qo S路由协议均是采用传统的分层设计架构,由各层独立完成各自的工作,其他层的一些有用信息路由层则无法使用。跨层设计架构将各层的设计因素结合在一起,使各层间能交互有用信息,路由层可依据其他层提供的有用信息进行路由过程,可有效地提高网络资源的利用率, 更好地适应拓扑的动态性。因此在未来的工作中,可以把跨层设计作为移动自组网中Qo S路由协议研究的一个重要方向。

在移动自组网中节点能量也是一个非常重要的因素,在很多情况下会影响到网络的整体性能,通过节能设计可以延长节点和整个网络的寿命,因此如何更好地节约主机能源,设计基于能量的Qo S路由,也是移动自组网中路由协议研究的一个重要方向。