DMM环境中IP组播监听器的支持解决方案

⃝⃝可在www.sciencedirect.com在线ScienceDirectICT Express 3（2017）90www.elsevier.com/locate/icte用于支持分布式移动性管理上的多播监听器的Truong-Xuan Do，Younghan Kim大韩民国首尔崇实大学信息和电信系接收日期：2017年2月28日;接收日期：2017年5月12日;接受日期：2017年6月3日2017年6月27日在线发布摘要为了克服现有集中式移动性管理的主要问题，分布式移动性管理（DMM）目前正在学术界和标准化开发组织中进行研究和标准化。最新的DMM协议正在重新设计控制和数据平面分离的概念。然而，目前，没有用于在这种新的DMM环境中支持IP多播监听器的解决方案。在本文中，我们回顾了正在进行的学术研究工作，标准化活动，并提出了一个IP组播移动性设计的DMM环境中使用的控制和数据平面的概念。c2017韩国通信信息科学研究所。出版社：Elsevier B.V.这是一篇开放获取的文章，CC BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：控制面与数据面分离;分布式移动性管理; IP组播; PMIPv 6; SDN1. 介绍集中式移动性管理（CMM）协议表现出某些主要问题，例如单点故障、非最优路由和可扩展性[1]，这些问题是由当前分层移动网络架构的性质引起的。因此，分布式移动性管理（DMM）目前正在学术界和标准化开发组织（SDO）中被研究和标准化，以便克服这些问题。在学术界，最常见的DMM协议是基于传统的代理移动IPv6（PMIPv6）[2，3]和软件定义网络（SDN）概念[4，5]。IP组播用于在基于IP的网络上提供高效的直播流内容分发。IP组播移动性（MULMOB）管理协议为用户提供无缝切换和保持接收预订组播的能力*通讯作者。电子邮件地址：xuan@dcn.ssu.ac.kr（T.- X. Do）、younghak@ssu.ac.kr（Y.Kim）。同行评审由韩国通信信息科学研究所负责本文是题为“专利、标准化和ICT实践中的未决问题特刊”的一部分这篇论文已经处理教授。君无邪。http://dx.doi.org/10.1016/j.icte.2017.06.001低延迟的流量到目前为止，互联网工程任务组（IETF）已经为CMM环境[6，7]标准化了一些基本解决方案，但尚未为DMM环境标准化。在DMM方面，学术界已经提出了几种多播移动性方案[8目前，控制和数据平面分离被认为是设计5G网络的关键因素。利用这一概念，控制平面功能可以作为软件部署在云平台上，以促进控制功能的弹性伸缩因为信令业务量增加。此外，数据平面功能可以部署在高速和简化的硬件网络设备上，针对分组转发任务进行优化数据平面和控制平面的分离还使得能够有效地使用公共数据平面，并且通 过 使 用 网 络 功 能 虚 拟 化 （ NFV ） 的 管 理 和 编 排（MANO）框架来简化服务供应这个概念不限于SDN，所有功能都放在集中式控制器上，而是涉及控制平面和数据平面在水平轴和垂直控制和数据平面功能被设计为可部署的模块化组件。在IETF DMM工作组[12]中，这个概念被用于重新设计DMM协议。目前正在讨论四个主要的工作项目，即移动锚功能[13]、转发策略配置2405-9595/c2017韩国通信信息科学研究所。Elsevier B. V.的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。T.- X. 多，Y。Kim/ICT Express 3（2017）9091(FPC)[14]、部署模型[15]和按需移动性[16]。然而，据我们所知，当前IETF的工作仅限于单播业务，并且在这样的控制和数据平面分离的环境中仍然缺乏多播移动性管理。除了我们以前的工作，还介绍了一个初步的想法[17];然而，这项研究没有包括集成和协议操作的详细架构。在本文中，我们回顾了国家的最先进的研究工作和当前的标准化活动的DMM工作组和目前的架构，以支持DMM组播流量。此外，我们提供了一个解决方案，我们新定义的多播移动性架构集成到当前的单播DMM，包括详细的协议操作。本文的其余部分组织如下。第2节介绍了DMM和多播移动性的最新和正在进行的标准化。我们的控制-数据平面分离架构的多播移动性和协议操作介绍在第3节。第4节讨论了我们的定性评价，第5节提供了讨论和结论。2. 相关作品2.1. 分布式移动性管理(1) 最先进的学术研究现有的DMM提案依赖于两种主要方法：一种基于传统的CMM协议，例如PMIPv 6或MIPv 6;另一种基于SDN概念。在第一种方法[2，3]中，传统PMIPv6协议的移动性管理功能被重用并分布到靠近接入网络的移动性接入路由器（MAR）中。第二种方法[4，5]应用SDN概念的优点来处理移动节点移动性。在这种方法中，移动性管理功能部署在SDN控制器的顶部，并且使用控制器的路由模块建立转发路径(2) IETF的标准化活动在IETF DMM工作组中，当前的焦点是四个主要的工作文档，即移动性锚点功能[13]、转发路径配置[14]、部署模型[15]和按需移动性[16]。移动锚文件定义了移动锚和锚切换的功能和协议解决方案。部署模型文档涵盖了用于移动性锚点和接入节点两者的控制和数据平面功能的若干可能部署选项转发路径配置文档描述了由控制节点用来配置一个或多个数据平面节点的南向协议。按需移动性文档使得移动节点能够为它们期望的移动性服务选择适当的IP地址类型。2.2. 从CMM到DMM的在集中式移动性管理中支持IP多播侦听器的解决方案在[6，7]中给出。这些图1.一、基于DMM的IP 多播功能的控制和数据平面分离架构。解决方案利用移动接入网关（MAG）中的多播监听器发现（MLD）代理的部署。MLD代理负责收集移动节点的多在[6]中提出了PMIPv6中多播移动性的基本解决方案，而[7]提供了路由优化解决方案。此外，在[8在[8]中，分析了四个用例，它们结合了两种DMM架构（即部分DMM和完全DMM）和两种多播订阅通知方法（即主动和被动）在[9]中，研究了不使用隧道的组播流量的直接路由方法在[10]中，分析了三种移动性多播模式，并提出了一种基于运营商要求和用户配置文件选择三种模式之一的算法。在[11]中，在选择移动性多播解决方案时考虑了某些上下文，例如服务3. 建议的体系结构3.1. 基于DMM的IP组播监听器的控制面和数据面分离结构为了使移动节点能够在切换期间接收无缝多播业务，我们引入了三个附加的多播功能：归属控制平面多播锚（H-CMA）、归属数据平面多播锚（H-DMA）和接入控制平面多播节点（A-CMN）。所提出的架构如图所示。1.一、H-C MA：此功能管理移动节点的多播会话的生命周期移动节点可以参与一个或多个多播会话，并且这些会话可以锚定在相同的H-DMA或不同的H-DMA上。H-CMA与H-DMA对接以管理转发状态。H-D MA：此功能是一个拓扑锚点，用于向移动节点的订阅多播IP地址或网络前缀移动的多播流量H-DMA负责接收朝向移动节点的所有多播业务，并且由H-CMA基于会话来选择。H-DMA支持基本的数据平面功能，例如隧道、路由和服务质量（QoS）处理。92T.- X. 多，Y。Kim/ICT Express 3（2017）90图二. 使用SDN和NFV的分布式多播移动性功能的部署模型。A-C MN：此功能具有与A-DPN [8]和H-CMA的协议接口。A-CMN负责基于移动节点的附着偏好或接入和订阅策略来选择H-CMAA-D PN：[8]中介绍的该数据平面功能支持数据平面节点的基本服务原语，例如 如隧道、路由和QoS处理。该数据平面节点由A-CPN选择和配置以从H-DMA接收多播业务。上述多播功能到基本服务原语的映射如表1所示。我们假设控制平面功能（H-CMA和A-CMN）可以使用转发策略配置（FPC）协议[7]与数据平面功能（H-DMA和A-DPN）交互并配置数据平面功能以建立转发状态为了实现数据平面配置，需要控制平面功能来支持FPC客户端，而需要数据平面功能来支持FPC代理。FPC代理从FPC客户端接收语义命令，并且使用本地配置来特定于数据平面技术的命令。我们提出的功能架构可以使用几种模型进行部署，类似于[8]中的五种DMM功能我们简单地介绍了使用SDN和NFV框架的最通用、最灵活的部署模型，节点偏好、订阅策略或运营商策略。当移动节点附着到新的接入网络时，该附着由CSF检测。然后CSF接触归属订户服务器（HSS）检索移动节点预订信息（或用户简档），并确定哪些控制平面功能将处理附连请求。CSF使得能够基于订阅信息和各种移动运营商用例按需提供移动性和多播服务在图3中描绘了集成架构，其中可以看出，如果多播和单播移动性服务都被启用，则CSF将附接请求转发到A-CMN和A-CPN。3.3.基于控制-数据平面分离DMM架构图4示出了用于使移动节点能够在两个边缘节点之间的切换期间无缝地接收多播流的协议操作。首先，当移动节点附着到节点1时，附着请求被路由到CSF 1。然后，CSF1与HSS通信以进行认证和授权（为了简单起见，我们在图4中没有示出该步骤）。CSF 1依赖于HSS用户简档来确定应当向移动节点提供哪些服务。如果移动节点的多播移动性服务被启用，则附接请求被转发到适当的控制平面功能。 在本例中，附件请求被转发到负责处理多播移动性信令的A-CMN 1。存在控制功能A-CMN 1可以用来从移动节点收集多播预订信息列表的若干手段A-CMN 1可以通过从移动节点或从先前的控制功能A-CMN查询多播预订来获得该列表。在接收到多播订阅列表之后，A-CMN 1将其报告给控制功能H-CMA。然后，H-CMA选择适当的数据平面节点（H-DMA），其用作移动节点H-CMA使用FPC协议来配置H-DMA。H-CMA创建新的上下文并添加以下属性：隧道类型、每个方向上的隧道端点、移动节点的多播业务的QoS值以及移动节点订阅的H-CMA通过CONFIG（CREATE）命令将该新上下文发送到H-DMA。在这种情况下，在接收到命令之后，如图2所示。先前描述的控制和数据平面功能可以由NFVMANO框架实例化和管理。路由控制器将数据平面抽象到控制平面;因此，控制平面功能可以配置具有不同技术的多个数据平面节点3.2.一种将IP组播集成到DMM中为了将建议的多播架构集成到当前的DMM中，我们引入 了 一 个 新 的 控 制 平 面 实 体 ， 称 为 控 制 选 择 功 能（CSF）。CSF使得能够基于移动通信来选择控制平面功能。H-DMA使用本地配置命令来配置H-DMA，以使隧道能够转发以移动节点为目的地的所有多播业务。当移动节点进行切换时，发生类似的附着过程。CSF 2选择A-CMN 2处理附着请求。A-CMN 2向H-CMA发送移动节点因为在这种情况下移动节点的上下文已经新的端点值设置为当前连接的边节点A-DPN 2。从这一点向前，多播业务被隧穿到新的数据平面边缘节点A-DPN 2，其是移动节点的附接点。T.- X. 多，Y。Kim/ICT Express 3（2017）9093表1多播移动性功能的映射。服务原语H-CMAH-DMAA-CMNA-DPN组播IP锚定组播订阅管理XX组播订阅报告XX组播订阅查询XMN检测路由XXX隧穿XXQoS实施XXFPC客户FPC代理XXXX4. 定性评价图三. 集成移动性和多播的体系结构。其他方法实现了接近最优的路由，因为表2显示了对多播移动性的不同接入点的定性评估。我们比较了五种方法：基于PMIPv 6的DMM上的多播移动性支持（MUL PMIP DMM）、基于SDN的DMM上的多播支持（MUL SDN DMM）、我们的方法（MUL CPDPDMM）、集中式移动性管理上的多播支持（MULCMM）、以及无多播移动性支持（NO-MUL DMM）。我们观察到，NOMUL DMM切换延迟是最高的，由于重新加入多播树的时间长，每当移动节点连接到一个新的点。由于信令消息仅在接入网络中交换，因此MUL PMIPDMM表现出最低的切换延迟。MUL SDN DMM和MULCMM都表现出高延迟，这是由于在核心网和接入网之间发生的信令消息。我们的方法显示了相当数量的切换延迟，因为信令发生在控制和数据平面功能之间，并且仅在接入网络内。在路由路径方面，MUL CMM表现出三角形路由问题，因为分组必须穿过中央移动锚。然而，NO-MUL DMM显示最佳路由，因为分组直接移动到当前移动节点附接点。旧的多播会话在三角形中路由;然而， 由于用于处理控制信令或数据分组的单点，MUL SDN DMM和MUL CMM方法具有相同的单点故障问题。在MUL CMM中，对于信令和数据业务仅存在一个锚。 在MUL SDN DMM中，存在用于数据流量的多个锚点，但是信令必须仍然需要去往SDN控制器。我们的方法和其他两个（MUL PMIP DMM和NOMUL DMM）包括多个锚信号和数据流量。我们的方法基于在两个轴上分离控制和数据平面，比在一个轴上组合数据和控制或简单地解耦控制和数据的其他方法更具可扩展我们的方法利用移动性特定配置协议（FPC），并且可以与路由控制器一起部署，以支持不同的数据平面技术，如图1所示。 二、5. 讨论和结论在用于单播业务的DMM协议的标准化之后，期望用于IP多播移动性的解决方案将被标准化。因此，在本文中，我们提出了一个94T.- X. 多，Y。Kim/ICT Express 3（2017）90表2定性评价。方法MUL_ PMIP_DMMMUL_ SDN_DMMMUL_ CPDP_DMMMUL_CMM无MUL_DMM切换时延低高公平高非常高路由路径近似最优路由近似最优路由近似最优路由三角路由最优路由单点故障没有是的没有是的没有信令话务锚一个或多一多一多数据流量锚多多多一多扩展性低公平高低低不同的数据平面技术不支持不支持支持不支持不支持见图4。 切换协议操作。提出了一种新的分布式多播移动性管理体系结构，该体系结构考虑了控制平面和数据平面分离的概念。这项工作预计将有助于将多播移动到目前的标准化DMM。致谢导致这些结果的研究已获得基金-来自欧盟H20205GPPP，授权号723247，并得到韩国政府资助的信息通信技术促进研究所（IITP）授权（MSIP）（编号B 0115 -16-0001，5GCHAMPION）的支持。利益冲突作者声明，本文中不存在利益冲突引用[1] H. 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