L2触发的异构网络切换研究

3 仿真分析
　 为了评价L2触发对切换性能的影响，本文采用NIST提供NS-2.29平台下的移动性管理模块[6]，仿真场景以IEEE 802.11无线局域网与UMTS网络之间切换为例，通信对端（CN）通过带宽为100 Mb/s有线网络连接到核心网。UMTS分配384 kb/s的DCH信道，覆盖整个仿真场景范围，IEEE 802.11带宽为54 Mb/s，覆盖范围为50 m。移动节点具有UMTS和无线局域网2个无线端口，最初通过UMTS网络与CN进行通信，仿真开始以1~20 m/s速度越过IEEE 802.11网络，切换次数为两次。从UMTS切换到IEEE 802.11并非由信号强度降低决定，而是由切换策略决定，是一种软切换情形，它使切换过程中产生的时延和丢包问题容易解决[7]。本文重点研究IEEE 802.11切换到UMTS，MIPv6移动性管理协议为无L2触发，属于硬切换，完成L2切换后才能开始L3切换，切换时延和丢包率比较大。因此，本文通过引入MIH辅助的L2触发切换，在L3切换开始之前获取网络层切换相关的信息，从而减小切换时延和丢包率。
图3为有/无L2触发的切换中断时延对比。这里定义切换中断时延为移动节点在切换期间任何接口都不能接收任何信息包的时间。移动节点以1 m/s的速度移动，预测系数α=1.2，自信系数β=0.8,无L2触发情形下119.99 s发生切换，切换中断时延为0.364 s，有L2触发情形下119.08 s发生切换，切换时延为0.164 s，比无L2触发的切换时延降低55%。切换时刻稍有差别是因为单位时间内接收信号强度RSSavg低于自信阈值RSSLHI将重定向信息流。

　 图4为不同网络负荷下丢包数目的对比，随着网络负荷增大,丢包的数目急剧增加。例如网络负荷为50 kb/s时无L2触发丢包35，有L2触发丢包15；网络负荷为384 kb/s时，无L2触发丢包307，有L2触发丢包138。由图4计算得知，有L2触发切换比无L2触发的平均丢包降低59%。

从图3和图4可知，基于MIH协议的L2触发显著地优化了切换期间的时延和丢包。基于L2触发切换方案的预测系数和移动节点速度对切换性能起决定性作用。因此，本文下面分析不同移动速度、不同预测系数对L2触发切换的中断概率、丢包率和网络使用率的影响。
　 图5为移动节点在不同速度下切换中断概率的对比。中断概率定义为：中断概率=，切换时延包括链路层切换时延和网络层移动检测、IP地址配置、绑定更新产生时延总和。如果中断概率为0表示切换是平滑的，移动节点在断开服务网络之前已完成切换过程，中断概率越大表示L2触发切换越类似于无L2切换触发情形。移动节点速度为1 m/s时，不同预测系数α中断概率相差不大；移动速度达到20 m/s时，α=1.4比α=1.1的切换中断概率降低30%。因此，移动速度增大时，α也需相应地增大，从而获取最佳切换性能。

图6为移动节点在不同速度下切换丢包率的对比，丢包率定义为：丢包率=。显然，相同速度下α越大，提前触发的时间就越早，丢包率就越低。图7为移动节点在不同速度下的网络使用概率，本文指IEEE 802.11网络的使用概率。本文定义网络使用率如下：网络使用率=。网络使用率曲线不平滑的主要原因是本文切换涉及到网络层切换，而FMIPv6协议代理路由器通告（PrRtAdv）消息广播网络层地址有最小时间间隔限制，从而导致移动节点切入或切出IEEE 802.11网络时间具有浮动的特性。因此，同一预测系数α不同速度的网络使用率上下浮动。在相同移动速度下，α越大网络使用率越少，移动节点离开IEEE 802.11网络时间越早。这与IEEE 802.11网络具有较大带宽、较低的接入成本，从而作为UMTS与802.11重叠覆盖时首选网络的切换判决准则相违背，因此综合考虑切换性能选择合适的预测系数α将是异构网络切换的研究方向之一。

　　本文提出了一种异构网络L2触发切换模型，L2触发由MIH协议的Link_Going_Down事件辅助实现。以IEEE 802.11切换到UMTS为例，在NS-2软件平台上有效地验证了有L2触发切换比无L2触发降低55%切换时延和59%丢包率。在基于L2触发的切换模型中，预测系数和移动节点的移动速度对切换性能起着关键性作用，因此本文通过仿真定性地分析了它们对切换中断概率、丢包率和网络使用率的影响。基于L2触发的预测系数与移动节速度的定量分析将是笔者的下一步工作。