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研究生： 邱垂興
CHUI-HSING CHIU
論文名稱： 以Cellular IP為基礎架構之巨微細胞行動管理機制
Adapt Cellular IP into Two-tier cellular system
指導教授： 吳中實
Jung-Shyr Wu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 資訊電機學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 93
中文關鍵詞： 巨微細胞 、蜂巢式網際網路協定
外文關鍵詞： Two-tier, Cellular IP
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    • 摘要
    在未來的通訊趨勢將是朝向無線、寬頻的多樣化服務，IP與Telecommunication整合是必然的發展方向。隨著網際網路的興起，資訊流通更加快速；而行動通訊建設的完備，也使得行動用戶能夠隨時隨地享受溝通的樂趣。理想中的Mobile Internet則是結合網路服務與行動通訊，將可以同時滿足要求多樣化服務以及行動需求的使用者。
    當行動網路是一個ALL-IP的環境時，就必須考慮到IP的移動性。Mobile IP是解決IP mobility的方案，但由於Mobile IP在運作上並沒有考慮到使用者繁複的移動行為，因此衍生出眾多micro-mobility的解決方案，其中具代表性的是Cellular IP。
    而巨微細胞的行動通訊環境目前就已經存在，其配置的目的是解決容量不足的問題；未來巨微細胞的環境依然會繼續存在。當Cellular IP要適用在巨微細胞所佈置的行動通訊環境時，在進行行動管理時所考量的角度將會與目前的方式有所差異。本文所探討的範疇即是在以
    Cellular IP為基礎架構，巨微細胞的行動環境；利用速度估計的方式來指派行動用戶的服務型態，並作適切的行動管理，以期減少快速使用者在漫遊時所必然遭遇的handoff，使每一個行動用戶都能的到良好的服務品質。

    Global IP mobility solutions using protocols like Mobile IP(MIP) and SIP are not optimized to handle micro-mobility
    management, where low-latency handoffs are essential, to avoid inefficiencies and performance degradation. Host based
    routing (HBR) schemes, such as HAWAII, Cellular IP and MMP are one of two main classes of schemes for IP micromobility
    management, the other being hierarchical Mobile IP derived schemes. We look at performance issues of HBR schemes, both qualitatively and quantitatively.
    Two tier cellular system aim to provide adequate capacity for mobile users.
    In this paper we propose some mobility management schemes to handle mobility in an
    micro mobility domain which has two-tier cellular access network.

    目錄 目錄……………………………………………………………………..Ⅰ 圖目……………………………………………………………………..Ⅴ 表目……………………………………………………………………..Ⅹ 第一章 導論…………………………………………………………….1 1.1前言…………………………………………………………….1 1.1.1 Mobile IP之由來與需求………………………………2 1.1.2 Micro-mobility………………………………………….4 1.1.3 handoff之必然性………………………………………6 1.1.4 巨微細胞（Two-tier）環境…………………………...7 1.2 研究動機………………………………………………………8 1.3 論文架構……………………………………………………..11 第二章 背景及相關研究 2.1 Mobile IP………………………………………………….……12 2.1.1取得CoA……………………………………………….13 2.1.2 MIP registration…………………………………………14 2.1.3 Binding Update…………………………………….……14 2.1.4傳送資料……………………………………………….15 2.1.5 Proxy and gratuitous Address Resolution Protocol……....15 2.1.6三角繞路問題…………………………….…………...16 2.2 IPv4與IPv6…………………………….……………………..17 2.2.1 IPv6相對於IPv4在Mobility方面所做的改良………17 2.3 MIPv6…………………………….……………………………18 2.4 Micro mobility management protocol…………………………...20 2.4.1 Hierarchical Mobility Agent……………………………..20 2.4.2 Host Based Routing……………………………………...22 2.4.3 Hierarchical Mobility Agent與Host Based Routing……..23 2.5 Cellular IP………………………………………………………24 2.5.1 CIP的運作……………………………………………...24 2.5.2 CIP Routing……………………………………………...25 2.5.3 CIP handoff……………………………………………...26 2.5.4 CIP Paging………………………………………………28 2.6 CIP在IPv6的操作……………………………………………31 2.7速度估計的方法………………………………………………32 第三章 系統架構 3.1前言…………………………………………………………...33 3.2環境介紹……………………………………………………...34 3.3系統模擬架構及環境……………………………………….38 3.4機制與流程………………………………………………….41 3.4.1原始機制（Original Scheme）……………………….41 3.4.2具速度區分之機制一（Scheme 1）…………………44 3.4.3具速度區分之機制二（Scheme 2）…………………46 3.4.4 保護handoff MN之E-scheme 1與E-scheme 2……..47 第四章 模擬結果與數據分析 4.1前言………………………………………………………….48 4.2數據討論…………………………………………………….51 4.2.1情況一………………………………………………..51 4.2.2情況二………………………………………………..59 4.2.3情況三………………………………………………..66 4.2.4情況二中scheme 1與scheme 2之比較……………..73 4.2.5 情況三中Scheme 1與Scheme 2之比較…………….77 4.3綜合比較…………………………………………………….81 4.3.1三種情況綜合比較…………………………………..81 4.4 E-Scheme 1與E-Scheme 2在情況二所呈現的效果……….84 4.5數據分析總結……………………………………………….88 第五章 結論………………………………………………….……….89 參考文獻………………………………………………………………..93 圖目 圖1-1 Micro- and macro-mobility………………………………………5 圖1-2巨微細胞Layout………………………………………………..7 圖2-1 Triangular Routing of Data……………………………………..16 圖2-2 MIPv6 Route Optimization……………………………………..18 圖2-3 Hierarchical MIPv6 network model…………………………….20 圖2-4 CIP network model…………………………………………….25 圖3-1 GPRS與Mobile IP整合運作………………………………...35 圖3-2 Mobile IP與更新後的GPRS整合運作………………………36 圖3-3 Two-tier cell 架構……………………………………………..38 圖3-4 模擬網路架構………………………………………………...40 圖3-5 原始的巨微細胞運作機制…………………………………...41 圖3-6 MN在巨、微細胞環境移動的情形………………………….43 圖3-7 加入速度區分之Scheme 1…………………………………...44 圖3-8 具Overflow允入控制之Scheme 2…………………………...46 圖4-1 MN對CIP節點所減少的Access次數………………………52 圖4-2 平均每個MN所遭遇的handoff次數……………………….52 圖4-3 Macro與micro cell之blocking與dropping probability………53 圖4-4 micro cell cluster之blocking與dropping probability……….53 圖4-5 Two-tier System blocking與dropping probability…………...54 圖4-6 被overflow的MN之數量統計…………………………...54 圖4-7 MN對CIP節點所減少的Access的次數…………………56 圖4-8 平均每個MN所遭遇的handoff次數……………………56 圖4-9 Macro與micro cell之blocking與dropping probability……57 圖4-10 micro cell cluster之blocking與dropping probability……...57 圖4-11 System blocking與dropping probability…………………...58 圖4-12 被overflow的MN之數量統計………………………….58 圖4-13 MN對CIP節點所減少的Access的次數………………..60 圖4-14 平均每個MN所遭遇的handoff次數…………………...60 圖4-15 Two-tier system中Macro與micro cell之blocking與dropping probability………………………………………………….61 圖4-16 micro cell cluster之blocking與dropping probability…….61 圖4-17 System blocking與dropping probability………………….62 圖4-18 被overflow的MN之數量統計………………………...62 圖4-19 MN對CIP節點所減少的Access的次數………………63 圖4-20 平均每個MN所遭遇的handoff次數…………………63 圖4-21 Two-tier system中Macro與micro cell之blocking與dropping probability……………………………………………….64 圖4-22 micro cell cluster之blocking與dropping probability…………...64 圖4-23 Two-tier System blocking與dropping probability………….…….65 圖4-24被overflow的MN之數量統計……………………….……..….65 圖4-25 MN對CIP節點所減少的Access次數………………………..67 圖4-26 平均每個MN所遭遇的handoff次數………………………….67 圖4-27 Two-tier system中Macro與micro cell之blocking與dropping probability………………………………………………………..68 圖4-28 micro cell cluster之blocking與dropping probability……………68 圖4-29 Two-tier System blocking與dropping probability……………….69 圖4-30 被overflow的MN之數量統計…………………………..…...69 圖4-31 MN對CIP節點所減少的Access的次數………………..……70 圖4-32 平均每個MN所遭遇的handoff次數………………….…….70 圖4-33 Macro與micro cell之blocking與dropping probability. ………71 圖4-34 micro cell cluster之blocking與dropping probability…………..71 圖4-35 System blocking與dropping probability………………….…….72 圖4-36 被overflow的MN之數量統計……………………………....72 圖4-37 MN對CIP節點所減少的Access的次數………………….…74 圖4-38 平均每個MN所遭遇的handoff次數………………………..74 圖4-39 Macro cell的blocking與dropping probability…………..……..75 圖4-40 micro cell的blocking 與dropping probability………………..75 圖4-41 System blocking 與dropping probability………………………76 圖4-42 Overflow MN數量統計比較………………………………….76 圖4-43 MN對CIP節點所減少的Access的次數……………………78 圖4-44 平均每個MN的handoff次數…………………….…………78 圖4-45 Macro cell的blocking與dropping probability………………..79 圖4-46 micro cell的blocking 與dropping probability………………..79 圖4-47 System blocking 與dropping probability………………………80 圖4-48 Overflow MN數量統計比較……………………….…………80 圖4-49在Scheme 1中三種情況比較………………………………..82 圖4-50在Scheme 2中三種情況比較………………………………..82 圖4-51在Scheme 1中平均handoff次數………………….…………83 圖4-52在Scheme 2中平均handoff次數………………….…………83 圖4-53減少Access次數的比例……………………………………..85 圖4-54 scheme 1、scheme 2與E-scheme 1、E-scheme 2 平均handoff數..85 圖4-55 E-scheme 1中Macro cell與micro cell之blocking 與dropping probability…………………………………………………….....86 圖4-56 E-scheme 2中Macro cell與micro cell之blocking 與dropping probability……………………………………………………….86 圖4-57 scheme 1、E-scheme 1、scheme 2、E-scheme 2呈現的被overflow之MN的數量統計………………………………………….87 表目 表2-1 Beacon packet封包格式…………………………………….……26 表2-2 Paging Cache vs. Routing Cache…………………………….…….29 表2-3 RU,PU packet update period and time out value…………....…..….29 表4-1模擬時之假設參數…………………………………………..…..49

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