淺析主機移動技術的現狀及開發思路

　通信技術的進步使得各種無線傳輸網絡（如蜂窩網絡和衛星網絡）甚為流行，出現了PCS、PCN、UPT和UMTS等設備和服務。移動無線環境和移動應用具有不同于固定有線環境和固定應用的一些特性，如：無線媒體面臨路徑丟失（path loss）、衰弱（fading）、干擾（interference）等問題，會增加通信的延時和鏈路的誤碼率（甚至暫時的斷鏈）；資源的不對稱性，包括移動主機與固定主機的功率和計算能力的不對稱和無線鏈路與有線鏈路的帶寬資源的不對稱；無線網絡資源是位置敏（location-sensitive）的，由個人移動和終端移動引起服務移動、資源移動、數據移動以及計算環境移動等。
　　傳統的網絡體系結構和分層協議功能和性能面臨挑戰。如在數據鏈路層，由于無線鏈路的高誤碼率、低可用帶寬和易于遭受安全攻擊而需要新的差錯控制技術、壓縮技術和鏈路加密技術；又如傳統的網絡層協議（如Internet上的IP協議）假設主機的位置是固定的，不支持主機的移動，若要支持主機的移動必須增加新的功能和協議；再如在應用層，主機的移動產生了一些新的中間件服務的需求，需要新的協議支持，如自動配置、服務發現、鏈路感知和環境感知等。
　　
　　一、目前技術狀況
　　
　　國外近年來對移動計算和無線網絡環境下協議的研究比較活躍，典型的項目有Monarch（美國Carnegie Mellon大學），Daedalus/BARWAN（美國加州大學伯克利分校），Shoshin（加拿大Waterloo大學），EXODUS（歐盟）等；國際電信聯盟（ITU-R和ITU-T）提出了第三代移動通信系統IMT-2000/FPLMTS；Internet工程工作組（IETF）也成立了移動IP和Manet工作組研究和標準化移動/無線網絡中的路由問題。
　　在傳統的網絡協議中，主機地址既是端系統的標識又是路由的依據，如Internet中IP地址分為網絡標識和主機標識兩部分，路由協議根據分組中目的IP地址的網絡標識將該分組轉發到相應的子網，當主機移動到另外的子網時，其IP地址與子網標識不再對應，因此如何把分組路由到移動主機（特別是當主機邊移動邊通信時）是網絡協議首先要解決的問題。為了解決在Internet中支持主機移動的問題，IETF提出了移動IP協議，通過在移動主機的本地子網上設立代理來中轉發往移動主機的分組，移動主機移動到新的子網時必須向其本地代理注冊以通知其當前位置，這種中轉方式增加了本地代理及其鄰近網絡的負擔和分組傳輸的時延；于是卡內基·梅隆大學的Johnson等人提出了移動IP的路徑優化擴展，在可能的情況下將分組直接發送到移動主機;為了在主機移動時維護其網絡連接的完整性，減少移交（主機移動時路由的改變過程稱為移交）的時延和分組的丟失，提出了一些快速移交方案，它們充分利用了移動行為的本地特性從而減少移交時與遠程結點的控制信息交互，如層次移交方案和基于多點投遞的移交方案。與支持主機移動不同的另一種情況是支持基站（路由器）的移動，這種情況下，隨機移動的路由器（和相關主機）通過無線鏈路連接起來形成一個自治系統，傳統的“距離－向量”和“鏈路－狀態”路由算法在這種低網絡帶寬，高度動態的環境下效率不高，因此提出了一些新的路由算法，如保證無環路的逐跳“距離－向量”算法DSDV，基于“鏈路倒轉”的分布式算法TORA，緩存路由信息的動態源路由算法DSR，以及將DSR和DSDV相結合的AODV算法等，然而這些算法都基于它們各自的假設，在不同的情況下有不同的性能

移動計算和無線網絡環境對運輸層協議的最大影響是協議的“端－端”性能，如在固定有線網絡中分組丟失的主要原因是網絡擁擠，當TCP檢測到分組丟失時執行擁擠控制和避免算法，減少擁擠控制窗口大小，限制重傳；而在移動計算和無線網絡環境下，分組丟失的主要原因是鏈路的高誤碼率和移交過程，TCP檢測到分組丟失時還執行類似的過程，因此降低了網絡的吞吐量，影響了“端－端”性能。針對此的改進有：“端－端”方案，如使用選擇應答（SACK）來加快重傳，或通過顯式丟失通知（ELN）來通知發送方分組丟失的原因；“分裂連接”方案，如間接TCP法將一個TCP連接分裂為從發送方到基站和從基站到接收方兩個連接；可靠的鏈路層方案，通過糾錯方法來屏蔽無線鏈路的低質量，如AIRMAIL。
　　
　　二、對策
　　
　　經分析認為，在移動無線網絡情況下，主機的移動模式和特征起著很重要的作用，若能根據主機的移動歷史預測其未來位置，做到服務預連接和資源預分配，則會顯著提高系統的效率。例如在主機移動的情況下，若能預測主機的下一移動位置，則移交的效率將會得到顯著的提高；又如在基站移動的情況下，如果移動頻率非常快，唯一可行的路由算法就是“泛洪”（flooding）；如果移動頻率相當慢，則現有的協議也能滿足需要。
　　對于運輸層協議的性能問題，上述方案存在兩個問題，一是只考慮到分組丟失原因的轉移對協議性能的影響，沒有考慮其他因素如連接RTT的劇烈變化、鏈路的帶寬和時延不對稱對協議性能的影響；二是當用戶移動時網絡環境變化，影響協議性能的因素也不斷變化，因此單一的改進并不能滿足所有情況的需要。由XTP協議機制和控制策略相分離認為：移動計算和無線網絡環境下的運輸層協議也應該采用協議機制和控制策略相分離的方法，協議機制給出完成特定協議過程所需的協議支撐，控制策略關心如何利用協議機制完成滿足特定需要的協議過程，當主機在網絡中移動時，動態調整控制策略以滿足協議性能的需要