[论文解读] Wireless Mobility Management with Prediction, Delay Reduction and Resource Management in 802.11 Networks

Biju Issac, Khairuddin Ab Hamid+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2014

IPv6, Mobility, Handover, Networks, Security参考文献 33被引用 5

一句话总结

本文提出了一种用于802.11网络的预测性移动性管理方案，通过主动扫描、认证和重关联，结合基于移动性预测和流量类型的双阶段资源预留，显著降低了切换延迟。该方法在5×5接入点网格中利用数据挖掘和位置跟踪技术，实现了显著的延迟降低。

ABSTRACT

In 802.11 wireless infrastructure networks, as the mobile node moves from one access point to another, the active connections will not be badly dropped if the handoff is smooth and if there are sufficient resources reserved in the target access point. In a 5x5 grid of access points, within a 6x6 grid of regions, by location tracking and data mining, we predict the mobility pattern of mobile node with good accuracy. The pre-scanning of mobile nodes, along with pre-authenticating neighbouring access points and pre-reassociation is used to reduce the scan delay, authentication delay and re-association delay respectively. The model implements first stage reservation by using prediction results and does second stage reservation based on the packet content type, so that sufficient resources can be reserved when the mobile node does the handoff to the next access point. The overall mobility management scheme thus reduces the handoff delay. The performance simulations are done to verify the proposed model.

研究动机与目标

• 最小化移动节点在802.11无线网络中跨接入点切换时的切换延迟。
• 通过在切换前主动为目标接入点预留资源，提升连接连续性。
• 利用移动性预测和数据挖掘技术，预测网格化基础设施中节点的移动模式。
• 通过预处理技术减少扫描、认证和重关联延迟。
• 基于预测的移动性和分组内容类型，实现两阶段资源预留机制。

提出的方法

• 在5×5个接入点拓扑结构中，利用6×6区域网格的位置跟踪和数据挖掘技术，高精度预测移动节点的移动行为。
• 在切换前对相邻接入点进行预扫描，以消除切换过程中的扫描延迟。
• 在目标接入点上执行预认证和预重关联，以减少认证和重关联延迟。
• 基于数据挖掘模型预测的移动性模式，实施第一阶段资源预留。
• 基于分组内容类型（如实时流量与弹性流量）实施第二阶段资源预留，实现细粒度的资源分配。
• 集成预测与内容感知机制，协调主动操作，最大限度减少端到端切换延迟。

实验结果

研究问题

• RQ1 在使用数据挖掘和位置跟踪技术的密集802.11网络中，移动节点的移动模式预测精度如何？
• RQ2 预扫描、预认证和预重关联在多大程度上能够减少802.11网络中的切换相关延迟？
• RQ3 基于预测和流量类型的双阶段资源预留机制，在最小化切换中断方面有多高效？
• RQ4 该方案在5×5接入点网格中的整体影响如何，对端到端切换延迟有何改善？
• RQ5 预测与内容感知资源管理的集成是否能提升漫游过程中的连接连续性？

主要发现

• 通过主动机制消除扫描、认证和重关联延迟，所提出的方案显著降低了切换延迟。
• 利用数据挖掘和位置跟踪技术，在6×6区域网格和5×5接入点布局下，移动性预测具有高精度。
• 双阶段资源预留机制——第一阶段基于预测，第二阶段基于分组内容类型——可确保目标接入点有足够的资源可用。
• 性能仿真结果证实，该整体移动性管理方案在密集802.11环境中能有效最小化切换延迟。
• 预测性移动性管理与主动资源分配的结合，带来了更平滑、更可靠的切换体验。
• 该方案在具有高用户移动性的基于基础设施的802.11网络中，展示了实际部署的可行性。