移動(dòng)IP中的低時(shí)延切換技術(shù)

　　摘要：移動(dòng)IP技術(shù)已經(jīng)成為人們的研究熱點(diǎn)，而在移動(dòng)IP 中，當(dāng)移動(dòng)主機(jī)從一個(gè)外地代理移動(dòng)到另一個(gè)外地代理時(shí)，就要發(fā)生切換，本文主要介紹了目前移動(dòng)IP中的幾種主要低時(shí)延切換技術(shù)，并進(jìn)行了分析比較。


　　關(guān)鍵詞：移動(dòng)IP 提前注冊切換法 過后注冊切換法 聯(lián)合切換法


一 引 言


　　近年來，移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)是通信業(yè)發(fā)展最為迅猛的兩個(gè)領(lǐng)域。作為兩者的結(jié)合，移動(dòng)IP技術(shù)也成為人們研究的熱點(diǎn)。同正常的IP路由機(jī)制相比較，移動(dòng)IP的路由機(jī)制帶來了許多額外的開銷，如隧道開銷、三角路由開銷、分片開銷等。此外，移動(dòng)IP 還存在切換時(shí)延的問題，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)外地代理之間移動(dòng)時(shí)，為了保證正常通信，必須進(jìn)行切換，隨著用戶移動(dòng)性的增強(qiáng)，切換將是影響性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。為了滿足移動(dòng)IP中實(shí)時(shí)傳播業(yè)務(wù)的需要，IETF提出了幾種低時(shí)延切換技術(shù)，本文就針對這幾種技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。



二 移動(dòng)IP技術(shù)


　　移動(dòng)IP是一種在全球因特網(wǎng)上提供移動(dòng)功能的方案，它具有可擴(kuò)展性、可靠性和安全性，并使節(jié)點(diǎn)在切換鏈路時(shí)仍可保持在進(jìn)行的通信。移動(dòng)IP提供了一種IP路由機(jī)制，是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以以一個(gè)永久的IP地址連接到任何鏈路上。目前的移動(dòng)IP協(xié)議主要有移動(dòng)IP、蜂窩IP協(xié)議、夏威夷協(xié)議（Hawaii）、EMA、TeleMIP等幾種。


　　由于在固定網(wǎng)中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在切換鏈路時(shí)不改變它的IP地址就無法在新鏈路上接收數(shù)據(jù)包，而當(dāng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)時(shí)改變它的IP地址，就不得不每次都中斷和重啟正在進(jìn)行的通信，而引入移動(dòng)IP技術(shù)則很好的解決了這個(gè)問題。移動(dòng)IP協(xié)議在增加了對移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)接入的同時(shí)，對Internet的其他部分包括域名服務(wù)器都不必改動(dòng)，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在Internet中移動(dòng)接入成為現(xiàn)實(shí)。移動(dòng)IP通過定義了3個(gè)新的功能實(shí)體：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、本地代理、外地代理，完成代理搜索、注冊、分組傳送這三個(gè)基本的功能來實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)分組的路由。


　　不過，目前移動(dòng)IP協(xié)議還存在不少問題，尤其當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)代理的時(shí)候，移動(dòng)IP會(huì)暴露更多的不足之處，這些我們都在進(jìn)一步改進(jìn)之中。



三 移動(dòng)IP中的低時(shí)延切換技術(shù)


　　在移動(dòng)IP中，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連續(xù)三次未收到注冊代理的代理公告后，就會(huì)與新的代理發(fā)起網(wǎng)絡(luò)層的切換，為了減少這個(gè)切換時(shí)延，最簡單的方法就是提高代理公告的頻率，但提高代理公告的頻率后又會(huì)使更多的網(wǎng)絡(luò)資源被代理公告所占用，而減少了帶寬的利用率。因此，IETF工作組提出了L2 Trigger，即提前通知三層即將發(fā)生三層切換，使三層提前做好準(zhǔn)備，以減少額外開銷，降低時(shí)延。并在此基礎(chǔ)上提出了三種低時(shí)延切換技術(shù)，以更好的滿足在移動(dòng)IP中傳播實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。下面分別對這三種切換技術(shù)進(jìn)行介紹：



3.1 切換中的術(shù)語介紹


　　切換：指當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與通信節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路從當(dāng)前AR轉(zhuǎn)移到新的AR 的過程。


　　L2 trigger：是來自2層的信息，這些信息在2層切換前后通知3層特定的事件。


　　2層切換：當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)改接到另一個(gè)接入點(diǎn)（可能同屬一個(gè)子網(wǎng)，也可能分屬不同子網(wǎng)）時(shí)，首先需要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層的切換。這一層的切換過程是由各個(gè)子網(wǎng)所使用的底層通信技術(shù)決定的。


　　3層切換：當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)判斷出自己已經(jīng)移動(dòng)到新的外地子網(wǎng)時(shí)，首先從外地子網(wǎng)獲得轉(zhuǎn)交地址，并發(fā)送注冊請求向HA注冊新的轉(zhuǎn)交地址。HA收到注冊請求后給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送注冊應(yīng)答，這樣就完成了一次新的注冊過程。之后，HA開始將目的地址為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的IP包通過隧道發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置，隧道的出口即為新的轉(zhuǎn)交地址，從而完成了一次完整的切換。



3.2 提前注冊切換法


　　提前注冊切換法允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)起一個(gè)提前切換，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)的輔助之下可以在一個(gè)L2切換完成之前執(zhí)行一個(gè)L3切換。這個(gè)L3切換既可以由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起也可以由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)起,相應(yīng)地，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和外地代理利用L2 triggers觸發(fā)特定的L3切換事件,兩種情況都允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇外地代理進(jìn)行注冊。提前注冊既支持常規(guī)的移動(dòng)IP注冊模型又支持區(qū)域性注冊模型，在常規(guī)的移動(dòng)IP注冊模型中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從家鄉(xiāng)代理接收數(shù)據(jù)包，在區(qū)域性注冊模型中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從一個(gè)外地代理網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)包。下面詳細(xì)介紹一下它的操作過程：（操作圖如下）






　�。�1） 報(bào)文1a是一個(gè)從舊外地代理到新外地代理的路由請求（RtSol），報(bào)文1b是一個(gè)從新外地代理到舊外地代理的路由廣播（RtAdv）。為了不延遲切換，這兩個(gè)報(bào)文一般應(yīng)該在提前注冊切換之前產(chǎn)生。


　�。�2）報(bào)文2a是一個(gè)代理路由請求（ProxyRtSol），它和常規(guī)的路由請求不同，因?yàn)樗鼘?shí)際上是在向一個(gè)不同于接收這個(gè)報(bào)文的路由器的路由器請求一個(gè)廣播。如果切換由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)起，它首先向舊外地代理發(fā)送一個(gè)代理路由請求報(bào)文（ProxyRtSol），舊外地代理在收到這個(gè)請求后，必須返回一個(gè)包含代理路由廣播的2b報(bào)文。如果切換由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起，舊外地代理直接向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送這個(gè)2b報(bào)文。不管什么情況，2b報(bào)文僅僅是新外地代理的代理廣播。


　　（3）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行移動(dòng)性檢測接收到一個(gè)請求的或非請求的代理廣播后，它就向新外地代理發(fā)送一個(gè)報(bào)文3（注冊請求報(bào)文RegReq或者區(qū)域性注冊請求報(bào)文RegRegReq）。因?yàn)樵诙�層切換之前移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和新外地代理并不是直接連接的，所以報(bào)文3通過舊外地代理確定路由。


　　（4）報(bào)文4和5完成標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)IP注冊或區(qū)域性注冊。如果注冊成功，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包將通過隧道從家鄉(xiāng)代理（或外地代理網(wǎng)關(guān)）發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)移動(dòng)到的新外地代理。提前注冊切換法不依賴區(qū)域注冊擴(kuò)展，然而如果家鄉(xiāng)代理距離新外地代理很遠(yuǎn)的位置，那么本地外地代理網(wǎng)關(guān)的使用將減少切換過程完成所需要的時(shí)間。



3.3 過后注冊切換法


　　過后注冊切換法建議對MIP協(xié)議做出擴(kuò)展以使新舊外地代理可以利用L2 triggers在新舊外地代理之間建立一條雙向隧道，從而使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在新外地代理的子網(wǎng)上時(shí)仍然可以繼續(xù)使用外地代理。其操作過程如下：






　�。�1）當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和舊外地代理之間進(jìn)行一個(gè)成功的移動(dòng)IP注冊后，舊外地代理就變成了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性錨點(diǎn)，我們稱之為錨外地代理（aFA）。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從舊外地代理向新外地代理移動(dòng)的時(shí)候，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠推遲三層切換并繼續(xù)利用它的錨外地代理，而不是在無線鏈路上發(fā)送信號(hào)向新外地代理注冊。


　�。�2）如果移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在向新外地代理注冊之前向第三個(gè)外地代理移動(dòng)，第三個(gè)外地代理就向錨外地代理發(fā)送信號(hào)通知錨外地代理把雙向邊緣隧道的無線鏈路末端從新外地代理移向它。雙向邊緣隧道的網(wǎng)絡(luò)方末端仍然保持錨接在錨外地代理直到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行完移動(dòng)IP注冊。


　　（3）在L2同新的外地代理之間的連接建立之后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)最終必須進(jìn)行一個(gè)正式的移動(dòng)IP注冊，但是它可以按移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或外地代理的需要被推遲。直到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行注冊時(shí)，外地代理才按需建立和遷移雙向隧道以使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)具有連續(xù)的連通性。



3.4 聯(lián)合切換法


　　聯(lián)合切換法可以同時(shí)運(yùn)行一個(gè)提前注冊法和一個(gè)過后注冊法。如果提前注冊切換可以在L2切換完成之前進(jìn)行，聯(lián)合切換法實(shí)際上就是一個(gè)提前注冊切換。然而，如果不能在L2切換完成之前進(jìn)行，舊外地代理就會(huì)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到外地代理啟動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)通信，就像過后注冊切換法中規(guī)定的那樣。當(dāng)一個(gè)提前注冊切換不能保證在L2切換完成之前完成時(shí)，這種方法就提供了一種有用的備用機(jī)制。



3.5 幾種切換技術(shù)的比較


　　提前注冊切換法必須要求L2觸發(fā)有足夠的時(shí)間讓提前注冊切換在二層切換完成之前完成。它要求外地代理或者移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能在一個(gè)未決的二層切換之前獲得L2觸發(fā)信息。


　　過后注冊切換法主要是支持相同無線接入技術(shù)的外地代理之間的切換。它允許外地代理與臨近的未決定切換的外地代理之間直接通信，所以它不需要發(fā)送任何IP層報(bào)文或來自MN的L2觸發(fā)事件。過后注冊切換法一般適合用在此種情況下：在網(wǎng)絡(luò)上可利用二層觸發(fā)機(jī)制來表明oFA和nFA之間的切換未決定。


　　提前注冊切換法要求在二層切換完成之前完成注冊過程，而過后注冊切換法則是在二層切換完成之后再進(jìn)行一個(gè)注冊過程。聯(lián)合切換法是綜合考慮兩種情況。


　　以上幾種切換技術(shù)主要是為了滿足移動(dòng)IP中傳播實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需要，它對減少數(shù)據(jù)報(bào)的丟失也起到了很好的作用。但是，如果移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在幾個(gè)外地代理之間頻繁移動(dòng)，而每次切換都要向家鄉(xiāng)代理注冊，由家鄉(xiāng)代理來維護(hù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)綁定，這樣勢必在網(wǎng)絡(luò)中引發(fā)大量的注冊報(bào)文的傳輸，從而嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。并且造成了較大的切換延遲，尤其是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)離家鄉(xiāng)代理較遠(yuǎn)的時(shí)候，問題更嚴(yán)重，還會(huì)引起數(shù)據(jù)報(bào)的丟失，從而降低了通信吞吐量。這些問題都值得我們進(jìn)一步去研究。



4 小結(jié)


　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得移動(dòng)IP成為近兩年IETF最重要的研究協(xié)議之一。而切換是移動(dòng)IP中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，也是IETF工作組研究的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)還有很多個(gè)人和單位都在進(jìn)行這方面的研究。目前，移動(dòng)IP的切換還存在很多問題，如何盡量減少數(shù)據(jù)報(bào)的丟失，盡量減小切換延遲是我們努力的目標(biāo)。



參考文獻(xiàn)


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----《移動(dòng)通信在線》