隨著全球無線移動通信技術(shù)的發(fā)展，人們對于移動通信的要求也越來越高。TD-SCDMA、WiMAX等移動通信技術(shù)能夠滿足人們?nèi)粘５恼Z音、數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務等各方面的基本要求并得到廣泛應用。然而其需要有基礎(chǔ)設施的支持，用戶終端之間必須通過基站的支持才能完成通信，在某些場合并不適用，如救災、臨時會議等。因而早期應用于軍事領(lǐng)域的移動自組織網(wǎng)絡也得到普遍重視和深入研究，并且越來越多地應用到民事領(lǐng)域。無線自組織網(wǎng)絡是一種典型的無線網(wǎng)絡，是一種具有高度動態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)、節(jié)點任意移動的無需固定基礎(chǔ)設施支持的自組織網(wǎng)絡。自組織網(wǎng)絡中的移動節(jié)點均帶有無線收發(fā)信裝置，可自由進行通信。
    當移動節(jié)點(MN)在通信過程中從一個區(qū)域移動到另一個區(qū)域時(可能同屬一個子網(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，便需要進行切換以保持與網(wǎng)絡的持續(xù)連接。
    傳統(tǒng)切換中依次進行鏈路層切換和網(wǎng)絡層切換。鏈路層切換，也即L2切換(Layer 2 handover)，是指MN斷開當前連接的鏈路。網(wǎng)絡層切換,即L3切換(Layer 3 handover),是指MN的移動檢測和移動注冊等過程。由于這種默認等待節(jié)點變化后在二層鏈路建立好的基礎(chǔ)上再進行路由重建的切換機制會帶來較大的切換時延[1]。IETF針對節(jié)點移動提出了快速移動IPv6切換方案，當移動節(jié)點漫游到新的外地網(wǎng)絡之前，通過二層觸發(fā)消息L2-Trigger(以下簡稱L2T)提前觸發(fā)三層切換進行注冊，從而可以在漫游到新的外地網(wǎng)絡之后便可根據(jù)之前建立的新路由進行通信，實現(xiàn)對實時業(yè)務的支持。
    目前對于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來提前觸發(fā)。參考文獻[2]對二層觸發(fā)消息及其參數(shù)進行了一定的研究，但是對于何時觸發(fā)L2T消息并未做深入的研究；在IEEE802.16 WiMAX網(wǎng)絡下提出基于運動預測的跨層切換機制來改進切換時延，通過追蹤移動用戶與基站之間的信號強度來進行線性預測，得出將來的信號水平，從而提前觸發(fā)三層切換。但是移動用戶在進入可能的切換區(qū)域后，可能會停留一段時間，既不從切換區(qū)域中退回原網(wǎng)絡中也不入新的網(wǎng)絡。從而三層的切換過程可能反復進行，這時L2T會引起資源的浪費。并且該預測機制是在基站保持不動的情況下對移動用戶進行線性預測，而在自組織網(wǎng)絡條件下，用戶及充當基站功能的對端節(jié)點都是移動的，因而這種線性預測機制可能因節(jié)點的彼此不相關(guān)運動及將來時刻行為的不確定性而發(fā)生很大的改變，致使L2T觸發(fā)不準確。本文先對自組織網(wǎng)中L2T的運用進行描述，并分析提出合適的L2T及其參數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出對L2T的觸發(fā)時機進行進一步的研究。
1 L2-Trigger
1.1 L2-Trigger簡介
    L2-Trigger[3]是指一個特定的事件已經(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。

    可見該L2T的參數(shù)等信息是通過移動IP協(xié)議定義的實體來實現(xiàn)的，但在Ad hoc網(wǎng)絡中是沒有基礎(chǔ)設施支撐的，即沒有AP等實體。因此在自組織網(wǎng)絡中需要對這些參數(shù)信息進行修收。自組織網(wǎng)絡中所有節(jié)點都可以自由通過一跳或多跳進行通信，節(jié)點都可完成路由器功能，因而將網(wǎng)絡某些節(jié)點視作接入路由器。需要發(fā)起切換的節(jié)點可以是移動節(jié)點自身，也可以接入路由器。由于節(jié)點的移動性，可能在觸發(fā)三層切換后節(jié)點并沒有進入新的外地網(wǎng)絡而是返回原網(wǎng)絡中，這時便不再需要進行鏈路層切換，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)起和接收者來看，L2T應包含以下指示：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重設為L2-ST和L2-TT。若發(fā)起切換是移動節(jié)點本身，則發(fā)送L2-ST消息，若其他情況，則發(fā)送L2-TT消息給相應的接收者。在有效觸發(fā)L2T后，可能移動節(jié)點在之后的運動過程中短期內(nèi)并不需要二層切換，此時就應該取消正在進行的或已經(jīng)完成的L3切換。對此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執(zhí)行相應的動作，如拆除舊鏈路。對于其觸發(fā)器參數(shù)的信息，同樣可設置其相應的L2地址。
1.2 L2-Trigger觸發(fā)方法
    通過對實際切換過程分析發(fā)現(xiàn)，在真正切換發(fā)生前有一段時間需要不停監(jiān)測當前信道和候選信道的質(zhì)量，達到切換條件才會發(fā)生L2切換。信道質(zhì)量從監(jiān)控門限下降到切換門限需要一定時間。因此,觸發(fā)L2-Trigger的時機在此時間段中?？梢圆捎迷O定定時器的方法決定何時觸發(fā)L2-Trigger，顯然該方法過于簡單。也可采用信道質(zhì)量預測技術(shù)[5]，預測L2切換的可能時刻，從而提前觸發(fā)L2-Trigger。其基本思想是從移動節(jié)點進入切換區(qū)域的時刻開始計時，對信道質(zhì)量不斷進行測量。根據(jù)實際情況設定L2切換的信道質(zhì)量門限值,然后將某時刻的測量值與門限值進行比較，得出發(fā)生L2切換的可能時刻。
    本文采用運動預測的方法，假設Ad hoc網(wǎng)絡中的節(jié)點在自由空間傳播模型中移動且具有相同的傳播距離，接收的信號強度取決于其傳播距離。因此通常認為任意時刻當相互通信的兩個節(jié)點間的距離低于安全距離時便觸發(fā)L2T,當距離降到閾值時便啟動二層切換。經(jīng)前文分析可知，在某些時候并不合適。如圖1(a)、圖1(b)所示，兩節(jié)點超出安全距離時可能會保持相對靜止，進而可能相互靠近。此時切換即多余。因而對此提出基于運動趨勢的運動預測方法。
    假設移動節(jié)點能夠監(jiān)測相鄰節(jié)點的信號強度，并能根據(jù)所接收的信號強度值計算出兩者之間的距離。
    采用Two-Ray模型作為無線傳播模型，接收到的信號功率與節(jié)點間的距離關(guān)系為：
  



2.3  仿真結(jié)果及分析
    仿真時移動節(jié)點每隔3 s改變一次運動和方向，當t時刻測量的距離大于Dsafe時，便對?駐t′進行監(jiān)控判斷（本文設定?駐t′的值在10以內(nèi)才會觸發(fā)L2T），若其值小于10且下一時刻該值比當前時刻值小，便觸發(fā)L2T進行L3切換。若t時刻Δt′不足1 s便認為發(fā)生不足切換（指某時刻L3切換還未進行二層切換便發(fā)生了。對于一對節(jié)點在仿真開始后運動一次便超出彼此傳播范圍，也認為發(fā)生的是不足切換）。觸發(fā)L2T的同時定時器開始計時，一段時間后若發(fā)生L2切換則對該節(jié)點仿真結(jié)束，否則定時器到時后默認發(fā)生L2切換結(jié)束本節(jié)點的仿真。
    將直接根據(jù)切換閾值進行切換(標示為改進前)和達到切換閾值時再輔以上述時間?駐t′進行切換判決（標示為改進后）的仿真統(tǒng)計次數(shù)加以比較，結(jié)果如圖5所示。

    由以上仿真結(jié)果可見，若根據(jù)超過安全距離即切換，對于1 000對彼此都在運動的節(jié)點來說，平均每對節(jié)點在達到安全距離閾值后都可能發(fā)生兩三次L3切換，也即達到切換條件后交替發(fā)生相互靠近和相互遠離，且定時時間越長觸發(fā)L2T的次數(shù)增長就越快。采用改進的運動預測方法，觸發(fā)的L2T引起三層切換的次數(shù)要比改進前要少得多并且相對穩(wěn)定，也就意味著在進入切換區(qū)域后，若移動節(jié)點短期內(nèi)不會移出切換區(qū)域內(nèi)的情況或者反復進入切換區(qū)域，該方法能夠較為準確地觸發(fā)L2T從而觸發(fā)L3切換。由于該仿真數(shù)據(jù)與計算機隨機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有關(guān)，因而實際中若速度方向改變并不劇烈或頻繁時，多余切換及不足切換的次數(shù)會相對減少，該方法的效果將更為明顯。
    基于學者提出的L2-Trigger觸發(fā)可改善切換時延，本文就L2-Trigger及其觸發(fā)時機進行研究并提出適合自組織網(wǎng)絡的二層觸發(fā)器，提出了基于運動趨勢的運動預測的方法。對何時觸發(fā)L2-Trigger做了一些仿真驗證工作，通過對比說明了基于運動趨勢的動動預測L2-Trigger方法更加準確。后續(xù)工作將考慮更加復雜的情況并對其作更加深入的研究。
參考文獻
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[2] 王小軍，陸建德，陳玲.IEEE802.11網(wǎng)絡中過后注冊切換機制實現(xiàn)及性能分析[J].計算機應用與軟件,2008,25(1)：195-197.
[3] KEMPF J. Requirements for layer 2 protocols to support optimized handover for IP mobility.work in progress, draftmanyfolks-l2-mobilereq-02.txt, June 2002.
[5] 唐宏，陳前斌，吳中福，等.移動IP中L2-triger 方法研究[J].重慶郵電大學學報(自然科學版)，2003，15(4):88-91.
[6] 唐宏，陶京濤，王柏丁，等.基于移動通信切換特性的L2-Trigger方法[J].計算機應用,2006，26(12)：2796-2799.
[7] 章堅武，鄒婧媛，趙琪.基于路徑維持概率的Ad Hoc跨層路由方案[J].計算機工程與科學,2010,32(1):8-9.