隨著全球無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于移動(dòng)通信的要求也越來(lái)越高。TD-SCDMA、WiMAX等移動(dòng)通信技術(shù)能夠滿足人們?nèi)粘５恼Z(yǔ)音、數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)等各方面的基本要求并得到廣泛應(yīng)用。然而其需要有基礎(chǔ)設(shè)施的支持，用戶終端之間必須通過(guò)基站的支持才能完成通信，在某些場(chǎng)合并不適用，如救災(zāi)、臨時(shí)會(huì)議等。因而早期應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)也得到普遍重視和深入研究，并且越來(lái)越多地應(yīng)用到民事領(lǐng)域。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，是一種具有高度動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)任意移動(dòng)的無(wú)需固定基礎(chǔ)設(shè)施支持的自組織網(wǎng)絡(luò)。自組織網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)均帶有無(wú)線收發(fā)信裝置，可自由進(jìn)行通信。
    當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MN)在通信過(guò)程中從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域時(shí)(可能同屬一個(gè)子網(wǎng)，也可能分屬不同子網(wǎng))，或者因外界干擾而造成通話質(zhì)量下降時(shí)，便需要進(jìn)行切換以保持與網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)連接。
    傳統(tǒng)切換中依次進(jìn)行鏈路層切換和網(wǎng)絡(luò)層切換。鏈路層切換，也即L2切換(Layer 2 handover)，是指MN斷開(kāi)當(dāng)前連接的鏈路。網(wǎng)絡(luò)層切換,即L3切換(Layer 3 handover),是指MN的移動(dòng)檢測(cè)和移動(dòng)注冊(cè)等過(guò)程。由于這種默認(rèn)等待節(jié)點(diǎn)變化后在二層鏈路建立好的基礎(chǔ)上再進(jìn)行路由重建的切換機(jī)制會(huì)帶來(lái)較大的切換時(shí)延[1]。IETF針對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)提出了快速移動(dòng)IPv6切換方案，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)漫游到新的外地網(wǎng)絡(luò)之前，通過(guò)二層觸發(fā)消息L2-Trigger(以下簡(jiǎn)稱L2T)提前觸發(fā)三層切換進(jìn)行注冊(cè)，從而可以在漫游到新的外地網(wǎng)絡(luò)之后便可根據(jù)之前建立的新路由進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持。
    目前對(duì)于L2T的研究主要包括其概念及所需參數(shù)，很多地方也都是籠統(tǒng)地提出利用L2T來(lái)提前觸發(fā)。參考文獻(xiàn)[2]對(duì)二層觸發(fā)消息及其參數(shù)進(jìn)行了一定的研究，但是對(duì)于何時(shí)觸發(fā)L2T消息并未做深入的研究；在IEEE802.16 WiMAX網(wǎng)絡(luò)下提出基于運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的跨層切換機(jī)制來(lái)改進(jìn)切換時(shí)延，通過(guò)追蹤移動(dòng)用戶與基站之間的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行線性預(yù)測(cè)，得出將來(lái)的信號(hào)水平，從而提前觸發(fā)三層切換。但是移動(dòng)用戶在進(jìn)入可能的切換區(qū)域后，可能會(huì)停留一段時(shí)間，既不從切換區(qū)域中退回原網(wǎng)絡(luò)中也不入新的網(wǎng)絡(luò)。從而三層的切換過(guò)程可能反復(fù)進(jìn)行，這時(shí)L2T會(huì)引起資源的浪費(fèi)。并且該預(yù)測(cè)機(jī)制是在基站保持不動(dòng)的情況下對(duì)移動(dòng)用戶進(jìn)行線性預(yù)測(cè)，而在自組織網(wǎng)絡(luò)條件下，用戶及充當(dāng)基站功能的對(duì)端節(jié)點(diǎn)都是移動(dòng)的，因而這種線性預(yù)測(cè)機(jī)制可能因節(jié)點(diǎn)的彼此不相關(guān)運(yùn)動(dòng)及將來(lái)時(shí)刻行為的不確定性而發(fā)生很大的改變，致使L2T觸發(fā)不準(zhǔn)確。本文先對(duì)自組織網(wǎng)中L2T的運(yùn)用進(jìn)行描述，并分析提出合適的L2T及其參數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出對(duì)L2T的觸發(fā)時(shí)機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
1 L2-Trigger
1.1 L2-Trigger簡(jiǎn)介
    L2-Trigger[3]是指一個(gè)特定的事件已經(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生，從L2得到的相關(guān)信息(可能包含一些參數(shù)信息)。其描述包括：觸發(fā)器名、觸發(fā)該觸發(fā)器的事件、何種實(shí)體接收該觸發(fā)器名以及必需的參數(shù)信息[4]。觸發(fā)器及其介紹如表1所示。

    可見(jiàn)該L2T的參數(shù)等信息是通過(guò)移動(dòng)IP協(xié)議定義的實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中是沒(méi)有基礎(chǔ)設(shè)施支撐的，即沒(méi)有AP等實(shí)體。因此在自組織網(wǎng)絡(luò)中需要對(duì)這些參數(shù)信息進(jìn)行修收。自組織網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都可以自由通過(guò)一跳或多跳進(jìn)行通信，節(jié)點(diǎn)都可完成路由器功能，因而將網(wǎng)絡(luò)某些節(jié)點(diǎn)視作接入路由器。需要發(fā)起切換的節(jié)點(diǎn)可以是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自身，也可以接入路由器。由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，可能在觸發(fā)三層切換后節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有進(jìn)入新的外地網(wǎng)絡(luò)而是返回原網(wǎng)絡(luò)中，這時(shí)便不再需要進(jìn)行鏈路層切換，可減少信令的交互，節(jié)約資源。上述觸發(fā)器信息中未包含此指示。從切換的發(fā)起和接收者來(lái)看，L2T應(yīng)包含以下指示：L2-ST(Source Trigger）、L2-TT(Target Trigger)、L2-CA(Cancel)、L2-CO(Complete)。將原觸發(fā)器列表中的Source Trigger、Target Trigger、Mobile Trigger重設(shè)為L(zhǎng)2-ST和L2-TT。若發(fā)起切換是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)本身，則發(fā)送L2-ST消息，若其他情況，則發(fā)送L2-TT消息給相應(yīng)的接收者。在有效觸發(fā)L2T后，可能移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在之后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中短期內(nèi)并不需要二層切換，此時(shí)就應(yīng)該取消正在進(jìn)行的或已經(jīng)完成的L3切換。對(duì)此Link UP和Link Down都不能作出明確的指示，故采用L2-CA作指示。而L2-CO可用于新鏈路建立時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如拆除舊鏈路。對(duì)于其觸發(fā)器參數(shù)的信息，同樣可設(shè)置其相應(yīng)的L2地址。
1.2 L2-Trigger觸發(fā)方法
    通過(guò)對(duì)實(shí)際切換過(guò)程分析發(fā)現(xiàn)，在真正切換發(fā)生前有一段時(shí)間需要不停監(jiān)測(cè)當(dāng)前信道和候選信道的質(zhì)量，達(dá)到切換條件才會(huì)發(fā)生L2切換。信道質(zhì)量從監(jiān)控門(mén)限下降到切換門(mén)限需要一定時(shí)間。因此,觸發(fā)L2-Trigger的時(shí)機(jī)在此時(shí)間段中?？梢圆捎迷O(shè)定定時(shí)器的方法決定何時(shí)觸發(fā)L2-Trigger，顯然該方法過(guò)于簡(jiǎn)單。也可采用信道質(zhì)量預(yù)測(cè)技術(shù)[5]，預(yù)測(cè)L2切換的可能時(shí)刻，從而提前觸發(fā)L2-Trigger。其基本思想是從移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入切換區(qū)域的時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，對(duì)信道質(zhì)量不斷進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定L2切換的信道質(zhì)量門(mén)限值,然后將某時(shí)刻的測(cè)量值與門(mén)限值進(jìn)行比較，得出發(fā)生L2切換的可能時(shí)刻。
    本文采用運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的方法，假設(shè)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在自由空間傳播模型中移動(dòng)且具有相同的傳播距離，接收的信號(hào)強(qiáng)度取決于其傳播距離。因此通常認(rèn)為任意時(shí)刻當(dāng)相互通信的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離低于安全距離時(shí)便觸發(fā)L2T,當(dāng)距離降到閾值時(shí)便啟動(dòng)二層切換。經(jīng)前文分析可知，在某些時(shí)候并不合適。如圖1(a)、圖1(b)所示，兩節(jié)點(diǎn)超出安全距離時(shí)可能會(huì)保持相對(duì)靜止，進(jìn)而可能相互靠近。此時(shí)切換即多余。因而對(duì)此提出基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法。
    假設(shè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠監(jiān)測(cè)相鄰節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，并能根據(jù)所接收的信號(hào)強(qiáng)度值計(jì)算出兩者之間的距離。
    采用Two-Ray模型作為無(wú)線傳播模型，接收到的信號(hào)功率與節(jié)點(diǎn)間的距離關(guān)系為：
  



2.3  仿真結(jié)果及分析
    仿真時(shí)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)每隔3 s改變一次運(yùn)動(dòng)和方向，當(dāng)t時(shí)刻測(cè)量的距離大于Dsafe時(shí)，便對(duì)?駐t′進(jìn)行監(jiān)控判斷（本文設(shè)定?駐t′的值在10以內(nèi)才會(huì)觸發(fā)L2T），若其值小于10且下一時(shí)刻該值比當(dāng)前時(shí)刻值小，便觸發(fā)L2T進(jìn)行L3切換。若t時(shí)刻Δt′不足1 s便認(rèn)為發(fā)生不足切換（指某時(shí)刻L3切換還未進(jìn)行二層切換便發(fā)生了。對(duì)于一對(duì)節(jié)點(diǎn)在仿真開(kāi)始后運(yùn)動(dòng)一次便超出彼此傳播范圍，也認(rèn)為發(fā)生的是不足切換）。觸發(fā)L2T的同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，一段時(shí)間后若發(fā)生L2切換則對(duì)該節(jié)點(diǎn)仿真結(jié)束，否則定時(shí)器到時(shí)后默認(rèn)發(fā)生L2切換結(jié)束本節(jié)點(diǎn)的仿真。
    將直接根據(jù)切換閾值進(jìn)行切換(標(biāo)示為改進(jìn)前)和達(dá)到切換閾值時(shí)再輔以上述時(shí)間?駐t′進(jìn)行切換判決（標(biāo)示為改進(jìn)后）的仿真統(tǒng)計(jì)次數(shù)加以比較，結(jié)果如圖5所示。

    由以上仿真結(jié)果可見(jiàn)，若根據(jù)超過(guò)安全距離即切換，對(duì)于1 000對(duì)彼此都在運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，平均每對(duì)節(jié)點(diǎn)在達(dá)到安全距離閾值后都可能發(fā)生兩三次L3切換，也即達(dá)到切換條件后交替發(fā)生相互靠近和相互遠(yuǎn)離，且定時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)觸發(fā)L2T的次數(shù)增長(zhǎng)就越快。采用改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法，觸發(fā)的L2T引起三層切換的次數(shù)要比改進(jìn)前要少得多并且相對(duì)穩(wěn)定，也就意味著在進(jìn)入切換區(qū)域后，若移動(dòng)節(jié)點(diǎn)短期內(nèi)不會(huì)移出切換區(qū)域內(nèi)的情況或者反復(fù)進(jìn)入切換區(qū)域，該方法能夠較為準(zhǔn)確地觸發(fā)L2T從而觸發(fā)L3切換。由于該仿真數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有關(guān)，因而實(shí)際中若速度方向改變并不劇烈或頻繁時(shí)，多余切換及不足切換的次數(shù)會(huì)相對(duì)減少，該方法的效果將更為明顯。
    基于學(xué)者提出的L2-Trigger觸發(fā)可改善切換時(shí)延，本文就L2-Trigger及其觸發(fā)時(shí)機(jī)進(jìn)行研究并提出適合自組織網(wǎng)絡(luò)的二層觸發(fā)器，提出了基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的方法。對(duì)何時(shí)觸發(fā)L2-Trigger做了一些仿真驗(yàn)證工作，通過(guò)對(duì)比說(shuō)明了基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的動(dòng)動(dòng)預(yù)測(cè)L2-Trigger方法更加準(zhǔn)確。后續(xù)工作將考慮更加復(fù)雜的情況并對(duì)其作更加深入的研究。
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