高移动性场景下的增强型多播通信方案

《Simulation Modelling Practice and Theory》：An Enhanced Multicast Communication Scheme in High-mobility Scenarios

基于增强名称地址分离机制的高移动性组播通信方案在高速移动场景下有效解决了传统IP和分层组播的冗余路径与数据重复问题，实验表明其最大延迟降低52.22%，平均恢复时间减少71.33%，相较于PIM-SM和BIER具有更优的性能与更低的开销。

　　

刘泰|吴峰|叶茂

山东大学网络科学与技术学院，中国青岛266237

摘要

在高移动性通信中，多播服务通常需要具备卓越的适应性和实时性能。然而，商业化的互联网协议（IP）和应用层多播存在固有的局限性，包括冗余传输路径和数据重复，这使得它们无法满足高移动性通信场景中的严格要求。为了解决这个问题，我们设计并实现了一种新的高移动性通信数据多播方案。该方案结合了改进的名称-地址分离机制（NASM）和多播转发策略，有效克服了当前IP和应用层多播技术的限制。具体来说，所提出的方案能够提供可靠的多播服务，并适应高移动性通信系统的独特特性，如实时需求、有限的带宽和高动态性。实验结果表明，与广泛使用的协议独立多播-稀疏模式（PIM-SM）相比，我们的多播通信方案在高移动性通信场景中具有更优的传输性能和更快的多播服务中断恢复能力。具体而言，所提出的方法将最大延迟降低了约52.22%，平均恢复时间缩短了约71.33%。尽管比特索引显式复制（BIER）的传输性能与我们的方案相当，但在大规模网络拓扑中，它所需的开销大约是后者的三倍。

章节摘录

术语表

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多播应用场景分析

IP多播通信模型最初由S. Deering在1988年提出[11]。IP多播的运作概念包括运行组管理协议和多播路由协议的路由器。路由器根据终端用户的请求构建转发树，以最小化数据复制和冗余路径。这种设计确保了数据从源到目的地的高效准确传输。组管理协议主要负责更新

多播设计与实现

为了解决高移动性通信环境中IP多播和应用层多播模型存在的问题，本文提出了一种新的多播方案。其主要设计原则如下：

通过使用名称-地址分离机制，多播地址从基于IP的方式转变为基于节点身份的方式。组成员也使用节点身份进行管理，从而无需动态维护组成员关系

网络构建

为了比较不同多播协议的性能，我们配置了一个真实的网络拓扑来模拟高移动性通信系统中的多播服务网络环境，使用OPNET作为仿真框架[[45], [46], [47]]。为了扩展我们的仿真范围，我们在工作中引入了OPNET硬件在环（HIL）仿真平台，如图7所示。该平台弥合了实际硬件和网络仿真之间的差距，使得

结论与未来工作

商业化的IP多播和应用层多播存在固有的局限性，包括冗余传输路径和数据重复，这使得它们无法满足高移动性通信场景中的严格要求。本文提出了一种新的多播通信方案NASM，该方案结合了改进的名称-地址分离机制和多播转发策略，有效克服了当前多播技术的限制，并解决了这些问题

数据可用性

数据可应要求提供。

致谢

我们感谢“国家自然科学基金”（批准号：72334003）的支持。山东大学网络科学与工程学院的教授、专家和学生以及军事科学院系统工程研究所为这项研究提供了深入的理论指导和实验帮助。中国电子武汉中原通信有限公司的网络通信研究团队的工程师也给予了支持。

刘泰于1989年在武汉大学计算机科学学院获得计算机技术硕士学位，2014年成为中国电子 Corporation（CEC）的高级工程师。他目前在中国青岛山东大学网络科学与技术学院攻读网络安全博士学位。他的研究兴趣包括高移动性通信系统网络和架构、高移动性无线网络通信协议研究