無線網(wǎng)絡(luò)中移動IP切換方法的探討

摘要　介紹了一種與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的一種解決移動節(jié)點切換中預先注冊的方法，并說明了這種方法的缺陷和局限性。

一、引言

因特網(wǎng)和移動通信已逐漸成為當今世界通信領(lǐng)域的兩大潮流，深入到人們生活的各個領(lǐng)域，引發(fā)了工作和生活模式的巨大變革，越來越多的人希望在移動狀態(tài)下，能夠通過便攜式計算機或移動電話接入因特網(wǎng)來進行數(shù)據(jù)通信。移動IP應運而生。移動IP需要支持主機跨子網(wǎng)的移動和蜂窩小區(qū)內(nèi)的頻繁移動，并支持移動的透明性。主機移動帶來了一系列問題，尤其是越區(qū)切換問題。對該問題解決的好壞直接影響到QoS。基于這種思想，很多人提出了許多移動IP的擴展方案來解決這個問題，有名的是蜂窩IP方案、HAWAII方案、TeleMIP方案和EMA方案等。本文提出了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的一種解決移動主機切換預先注冊的一個想法。

二、無線網(wǎng)絡(luò)的特點

無線網(wǎng)絡(luò)具有有線網(wǎng)絡(luò)無法比擬的靈活性，不受環(huán)境條件的限制，網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍大大拓寬，最大傳輸范圍可達到幾十公里。在有線局域網(wǎng)中，兩個站點的距離在使用銅纜時被限制在500米，即使采用單模光纖也只能達到3000米，而無線局域網(wǎng)中兩個站點間的距離目前可達到50公里，距離數(shù)公里的建筑物中的網(wǎng)絡(luò)可以集成為同一個局域網(wǎng)。同時無線網(wǎng)絡(luò)中的組建、配置和維護較為容易，一般的計算機工作人員都可以勝任網(wǎng)絡(luò)的管理工作。

但是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾实�、安全問題和有限的頻帶是阻礙它更快速發(fā)展的原因。對于移動IP的切換來講，還有其它許多因素需要考慮。例如無線網(wǎng)絡(luò)中各個基站所覆蓋的具體范圍，相鄰基站之間的干擾問題以及移動節(jié)點何時開始發(fā)生切換等等。

三、移動IP的基本原理

在移動IP的實現(xiàn)過程中主要使用了3種功能實體：移動主機MN（Mobile Node）、歸屬代理HA（Home Agent）和外地代理FA（Foreign Agent）。其中，歸屬代理、外地代理統(tǒng)稱為移動代理MA（mobility agen1）。

每一個移動主機都在它的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)上擁有一個唯一的IP地址。當移動主機MN漫游到某個外地子網(wǎng)時，為了完成移動主機的繼續(xù)通信，它需要通過外地代理（或直接）向家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的歸屬代理處登記一個當前的轉(zhuǎn)交地址COA（care-of address），以便歸屬代理HA根據(jù)這個轉(zhuǎn)交地址能夠找到它現(xiàn)在所在的網(wǎng)絡(luò)，并使其它節(jié)點能夠和這個節(jié)點建立通信（這個過程就是向歸屬代理的注冊過程）。注冊過程完成后，歸屬代理HA把獲得的轉(zhuǎn)交地址COA和這個移動主機綁定在路由器中。如果移動主機在外地網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)交地址已經(jīng)在歸屬代理中注冊了，所有與移動主機家鄉(xiāng)地址的通信都將通過歸屬代理和外地代理之間建立的隧道來保持通信。

簡要過程如下（見圖一）： 

圖一

（1）移動主機通過捕獲移動代理（HA和FA）發(fā)出的代理廣告來確認自己所處的網(wǎng)絡(luò)位置，并從代理廣告中獲得一個轉(zhuǎn)交地址。如果捕獲不到，移動主機可以主動發(fā)出代理請求消息。

（2）移動主機發(fā)送注冊請求數(shù)據(jù)到外地代理，再由外地代理轉(zhuǎn)發(fā)到歸屬代理分別進行注冊綁定。如果注冊不成功，就更改注冊數(shù)據(jù)格式，繼續(xù)注冊。

（3）所有發(fā)往移動主機的數(shù)據(jù)全被本地代理捕獲，并進行封裝將數(shù)據(jù)經(jīng)過隧道發(fā)給移動主機。同樣移動主機發(fā)出的數(shù)據(jù)也是封裝后經(jīng)過隧道發(fā)到目的節(jié)點。

（4）移動主機在固定時間間隔向外地代理和歸屬代理發(fā)送代理更新通知。

當移動主機離開本基站或代理時就會產(chǎn)生切換，這樣就不可避免地產(chǎn)生延遲和丟包現(xiàn)象，如果方法得當?shù)脑�，就會最大限度的減少丟包現(xiàn)象。

四、切換中預先注冊方法的探討

本文探討的這種方法是利用帶來不少缺點的無線網(wǎng)絡(luò)本身的特性來實現(xiàn)的。我們知道移動節(jié)點之所以能夠?qū)�無線網(wǎng)絡(luò)中相鄰基站的信號區(qū)分開來，主要是因為相鄰兩基站發(fā)送信號的頻率是可以被區(qū)分的。這種特性對移動節(jié)點來講造成了很大的干擾，但是這種特性并不是一點作用也沒有的。本文的所討論的方法就是利用了這個特性。

預先注冊最重要的是讓移動節(jié)點知道要向哪里和何時預先注冊。一般情況下只有移動節(jié)點離某個基站近時，收到該基站的信號才會加強。根據(jù)這種原理，就可以明確知道起著主要干擾作用的基站，就是該移動節(jié)點次靠近的基站，同樣也是最有可能移動到的基站。根據(jù)上面的特性我們就可以給移動節(jié)點再增加一個天線，這個天線用來使移動節(jié)點接受主要起干擾作用的基站發(fā)布的信號。首先定義一個受干擾的極限，當移動節(jié)點受到的干擾達到一定程度時就開始接受干擾基站的信號。收到后確定該基站發(fā)送信號的頻率，并確定向該基站發(fā)送的上行頻率，然后向該基站發(fā)送預先注冊。

現(xiàn)將這種方法簡要介紹如下：假設(shè)移動節(jié)點上有兩個天線：天線1接受和發(fā)送主信號，天線2用來檢測最強干擾信號的頻率。如圖二 

圖二

（1）當移動節(jié)點移動到基站a的邊緣并向基站b移動時，這時移動節(jié)點根據(jù)其的天線1接受的信號受干擾的強弱界限來判斷是不是移動節(jié)點將要處于切換狀態(tài)。如果是，就啟用天線2來接受干擾信號來判斷干擾信號的頻率。見圖二中的圖1。

（2）如果干擾信號的頻率是已知的相鄰基站b的頻率，就確定了移動節(jié)點移動的方向。這時，就可以提前向基站b發(fā)送注冊更新消息。見圖二中的圖2。

（3）基站2收到這個注冊消息，就與移動節(jié)點建立鏈接。如果兩個基站是同一個外地代理下的不同基站，那么就只需要向基站b建立個鏈接。如果兩個基站是不同外地代理下的不同基站，那么這個時候，基站b就需要將注冊消息傳到新的外地代理處，并向歸屬代理進行注冊登記，增加新的隧道和新的轉(zhuǎn)交地址與移動節(jié)點的本地地址之間的對應。并不是將原來的隧道和移動節(jié)點本地地址與舊的轉(zhuǎn)交地址的對應覆蓋。見圖二中的圖3。

（4）當移動節(jié)點受到的基站2的信號的功率逐漸等于或大于基站1信號的功率時，這時移動節(jié)點就將基站2的信號作為主信號，將基站a的信號當為干擾信號。但這時并不將到基站a的鏈接斷開，這是為了防止移動節(jié)點突然又返回原來的基站a。這樣的話，就會同時存在兩條鏈路，又同時進行著（3）里的判斷。這時將仍在鏈路中的到達移動節(jié)點的數(shù)據(jù)由基站a傳到基站b。如果基站a和基站b不在同一個外地代理，那么就需要通過與基站b相連的外地代理。見圖二中的圖4。

（5）一定時間后，基站a的鏈路中不再有到達移動節(jié)點的數(shù)據(jù)后，并且當基站a發(fā)送的信號對移動節(jié)點收到的信號的干擾小于規(guī)定的界限值時，就斷開基站a與外地代理的鏈路。如果基站a是基站b的不同外地代理下的不同基站，還需要刪除與基站a相連的外地代理和歸屬代理之間的隧道，以及歸屬代理中的舊的轉(zhuǎn)交地址和移動節(jié)點本地地址的對應。見圖二中的圖5。

五、結(jié)束語

雖然這種方法能夠在已有的技術(shù)上提供預先注冊的功能，也保持了低延遲和低包丟失率，但是這個方法是缺陷的。由于這種方法建立在無線網(wǎng)絡(luò)自身的特點之上的，有著一定的局限性，只能在無線網(wǎng)絡(luò)中使用。這種方法同時也使現(xiàn)存的許多移動節(jié)點在硬件上需要增加一個天線才能具有這種功能，使得已經(jīng)生產(chǎn)出來的移動節(jié)點不能具有這種功能。這個方法的關(guān)鍵就在定義適當?shù)母蓴_界限。當在移動節(jié)點中定義的干擾界限與正常信號差別較小時，切換就不能保持平滑和無丟包率。當在移動節(jié)點中定義的干擾界限與正常信號差別較大時，就會提前太多時間就向新的基站注冊，這樣就會在很大的范圍內(nèi)移動節(jié)點都會保持這種雙鏈接，對資源是一種嚴重的浪費。因而必須選擇合適的干擾界限。并且，當非基站的大功率干擾信號起到主要干擾作用時，這種方法，就不再那么有效。

參考文獻

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