基于用户行为的下一代移动互联网络若干关键问题的研究

摘要

移动互联网是当今网络技术领域的研究热点之一，目前尚有诸多挑战性问题，如：在宽带无线网络不完全覆盖区域如何提供基本的网络应用，如何缓解流量爆炸造成的网络拥塞，从而提供重要数据的服务质量保证。
　　 本文主要工作为：
　　 基于针对多媒体和下载类业务的可替代性和内网效应，提出资源后取策略，并证明其为Pareto改进；将中断和延时因素引入效用函数，得以描述后取过程；进一步对现有的效用函数做出修正和调整，提出移动互联网业务统一效用函数，从而将效用函数的适用范围扩展到DTN网络，使所有业务的效用表达式统一于一个函数。
　　 构建了基于DTN的移动多宿分级互联网接入系统结构模型(Mobile Multi-Homing Hierarchical DTN-based Internet Access,M2H2DTN)，各层采用DTN/SCTP/NEMO＋ MIPv6协议，提出cache覆盖层以支持后取和预取策略，实现分流作用；通过多宿主多路由器架构以实现网络对容断性和移动性的支持。部署简单，支持多种网络环境，无需MIP即可支持移动性。研究表明M2H2DTN具有较好的抗毁性和健壮性，并能较好地适应从网络不完全覆盖到全面覆盖的平滑过渡。
　　 建立了基于统一效用函数的非线性规划模型，以进行M2H2DTN的资源分配，实现了用户和服务提供商两方效用最大化；利用资源后取策略，在带宽约束不允许的情况下能够部分满足用户需求；设计了接入路由器信息矩阵及到达时间的实时估计，获得了更准确的约束条件。针对现实中的概率不确定因素，使用不确定理论进一步发展了资源分配模型，提高了模型的描述能力；提出效用函数队列调度算法以简化计算，实现了算法的实时性。仿真结果说明通过较少的大带宽节点与小带宽常连通网络无线媒介相配合，可以提供较好的QoS，减轻瓶颈拥塞，具有较好的总体效用。
　　 建立了基于广义k-选播的双渡轮路由算法。基于容断网络提出广义k-选播概念，以获得并发流量；根据接入路由器信息矩阵决定候选路由器集合，以效用最大化模型决定数据k-选播到各路由器的带宽和时间。设计了连通性逻辑以判断路由环境。以接入路由器为渡轮，基于区域-空间图的路由算法在Internet连接区域效率高；以车载网关为渡轮，基于TTL当量的Dijkstra算法用于孤岛路由环境性能良好。在时间复杂度和同类算法相当的情况下，针对各类业务的仿真都取得较小的阻塞率，同时网络效率有所提高，这就间接保证了QoS路由的有效性；即使在使用后取策略保证重要业务数据优先的情况下，广义k-选播也能提高下载类业务的速度。
　　 提出广义k-选播的地址簿通知(ABI)策略，以实现上下文预先转移，从而在初始化和切换过程中减少延迟可能性，减少切换过程中的资源占用率，进而提高QoS路由效率、平滑切换过程。之后证明了ABI对路由开销的优化，并通过计算说明ABI信令增加极小。引入道路交通信息以提高预测精度；通过仿真得到时间提前量的最佳取值范围。最后对ABI策略建立了Pi演算模型，验证了ABI模型的自洽性、正确性，以及对于移动IPv6的兼容性。