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摘要：當前，如何實現(xiàn)移動用戶的因特網(wǎng)無縫接入成為通信領(lǐng)域研究的一大熱點，該文首先分別介紹了移動IP技術(shù)和藍牙技術(shù)，在此基礎(chǔ)上討論了移動IP在藍牙中的應(yīng)用，并且針對移動IP在藍牙妝入網(wǎng)中存在的幾個問題提出了解決方案。
關(guān)鍵字 藍牙 無線接入 移動IP 蜂窩IP
1 概述
隨著筆記本電腦和個人數(shù)字助理（PDA）的逐漸普及，人們對通信技術(shù)的期望越來越高，希望隨時都能夠接入因特網(wǎng)，實現(xiàn)移動互聯(lián)，這就需要無線接入技術(shù)。目前，無線接入主要有三種技術(shù)：IEEE802.11、藍牙技術(shù)和HomeRF。
無線接入的關(guān)鍵是不受限于某個固定區(qū)域，當移動用戶從一個地方到另一地方時，可以很方便地斷開原來的鏈接，建立新的鏈接。移動IP正是滿足上述需要而產(chǎn)生的，它可以使得移動用戶在網(wǎng)絡(luò)上的無線接入成為可能，具有極大的經(jīng)濟實用性。本文主要探討移動IP在藍牙中的應(yīng)用。
2 移動IP簡介
傳統(tǒng)IP技術(shù)的主機使用固定的IP地址和TCP端口號進行相互通信，在通信期間必須保持IP地址和TCP端口號不變，否則IP主機之間的通信將無法繼續(xù)。移動IP主機在通信期間可能需要在網(wǎng)絡(luò)上移動，它的IP地址會經(jīng)常發(fā)生變化，若采用傳統(tǒng)方式，IP地址的變化會導(dǎo)致通信中斷。為了解決這一問題，移動IP技術(shù)引用了處理蜂窩移動電話呼叫的原理，使移動用戶采用固定不變的IP地址，一次登錄即可實現(xiàn)在任意位置上保持與IP主機的單一鏈路層連接，使通信持續(xù)進行。
移動IP以IETF所制定的RFC2002作為標準，它實際上只是在移動用戶改變了它在網(wǎng)絡(luò)上的連接點時對發(fā)往該用戶的數(shù)據(jù)包的路徑作相應(yīng)的改變，是基于IP/ICMP的一種服務(wù)。移動IP協(xié)議中移動主機至少有兩個IP地址，一個稱本地地址（Home Address），它對于移動主機來說是固定不變的，用來唯一標志移動用戶，另一個稱為轉(zhuǎn)交地址（Care-of Address），它是當移動主機離開本地網(wǎng)絡(luò)后為進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)而獲得的臨時地址，用于路由策略。采用移動IP協(xié)議需要有兩個服務(wù)器：本地代理和外地代理、典型的本地代理是移動用戶本地網(wǎng)絡(luò)中的路由器，它維持著本地地址與轉(zhuǎn)交地址的映射，外地代理是移動用戶正在訪問的網(wǎng)絡(luò)中的路由器，它將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給移動用戶。
3 移動IP在藍牙中的應(yīng)用
3.1 基于藍牙技術(shù)的無線接入技術(shù)
利用藍牙技術(shù)可以實現(xiàn)移動用戶的無線接入技術(shù)，眾多的藍牙用戶（以下簡稱BT用戶）也可以組成一個無線局域網(wǎng)�；谒{牙技術(shù)的無線接入簡稱為BLUEPAC（Bluetooth Public Access），藍牙技術(shù)主要用于BLUEPAC網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的無線傳輸。
目前，移動藍牙用戶接入因特網(wǎng)可采用兩種方式：蜂窩IP技術(shù)和移動IP技術(shù)。蜂窩IP主要應(yīng)用于BT用戶地點相對固定的場合，比如火車站、醫(yī)院等，它可以通過藍牙技術(shù)與固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（公共電話網(wǎng)的節(jié)點）技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)。這種技術(shù)的應(yīng)用也可以很方便地實現(xiàn)一個家庭中的幾臺電腦的無線連接，并且能同時通過一個節(jié)點上網(wǎng)。移動IP主要應(yīng)用于BT用戶移動區(qū)域較大的場合，比如火車、飛機等，它可以通過藍牙技術(shù)與移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（帶WAP功能的手機）技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)。由此可以看出藍牙的無線接入網(wǎng)方案是與其它技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它可以最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備，節(jié)省成本的開支，為藍牙技術(shù)的普及打下基礎(chǔ)。
3.2 蜂窩IP應(yīng)用于藍牙系統(tǒng)的工作原理
蜂窩IP技術(shù)主要是利用藍牙獨特的組網(wǎng)方式，使得同時可以有7個BT用戶通過一個固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與因特網(wǎng)相連。在藍牙技術(shù)下應(yīng)用蜂窩IP的工作原理如下：
移動藍牙用戶（以下簡稱BT用戶）需要無線接入時，它將發(fā)出查詢命令，當基站能夠接受新用戶時，連接就建立起來了。這時BT用戶將通過基站向藍牙代理發(fā)送登記請求，藍牙代理經(jīng)過驗證返回一個包含分配給BT用戶的臨時的IP地址、代理服務(wù)器端口地址、以及DNS地址的分組，BT用戶收到這個分組后，就可以采用該IP地址向因特網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)，也可以與本局域網(wǎng)內(nèi)其它的BT用戶通信。
當BT用戶移動位置時，如果BT用戶的接收信號強度（RSSI）小于某個門限值時，它將發(fā)出查詢命令，查找是否有更近的基站存在，如果有，將與新的基站建立連接，這時BT用戶將通過新的基站向藍牙代理發(fā)送登記請求，藍牙代理駝回一個新的包含臨時IP地址、代理服務(wù)器端口地址、以及DNS地址的分組，BT用戶通過該IP地址向因特網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)。
從上面的分析可以看出：蜂窩IP并不能實現(xiàn)BT用戶隨時隨地都能接入因特網(wǎng)的愿望，因為并不是隨時都有可供接入的固定節(jié)點。利用蜂窩IP的接入實際上是無線接入與有線接入的結(jié)合，要實現(xiàn)真正意義上的無線接入必定用到移動IP技術(shù)。
3.3移動IP應(yīng)用于藍牙系統(tǒng)的工作原理
與蜂窩IP的工作機理不同，在移動IP技術(shù)下，移動用戶可以使用一個固定的IP地址在任何地點采用任何方式連接到因特網(wǎng)上，當移動用戶移動到另外一個網(wǎng)絡(luò)或者子網(wǎng)時，移動用戶可以在不改變IP地址的情況下仍保持通信，移動IP正是當前移動通信的研究熱點。在藍牙技術(shù)下應(yīng)用移動IP的工作原理如下：
*本地代理（BT用戶所在的本地網(wǎng)上的路由器）和外地代理（BT用戶當前所在網(wǎng)絡(luò)上的路由器）不停地向網(wǎng)上發(fā)送代理消息，以證明自己的存在。
*BT用戶接收到這些消息后，確定自己是在本地網(wǎng)還是在外地網(wǎng)。
*如果BT用戶發(fā)現(xiàn)自己是在本地網(wǎng)，并且收到的是本地代理發(fā)來的消息，則不啟動移動功能；如果仍然收到外地代理發(fā)來的消息，則向本地代理發(fā)送注消原位置（外地網(wǎng)）命令，聲明自己已經(jīng)回到本地網(wǎng)。
*當一個BT用戶檢測到它已移動到外地網(wǎng)，它將獲得一個轉(zhuǎn)交地址，該地址包含兩方面的信息：一個是外地代理的IP地址，一個是外地代理通過某種機制與BT用戶暫時對應(yīng)起來的網(wǎng)絡(luò)地址。
*然后BT用戶向本地代理注冊，表明自己已經(jīng)離開本地網(wǎng)，并把所獲得的轉(zhuǎn)交地址通知本地代理。
*注冊完畢后，所有通向BT用戶的數(shù)據(jù)包將被本地代理截獲，并由本地代理通過以IP隧道（tunnel）發(fā)往外地代理，外地代理接收到后，再把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給BT用戶，這樣即使BT用戶已經(jīng)從一個子網(wǎng)移動到另一個子網(wǎng)，BT用戶的數(shù)據(jù)通信仍然能夠繼續(xù)。
*BT用戶發(fā)往外地的數(shù)據(jù)包一般按IP尋徑方法送出，不必通過本地代理。
4 移動IP應(yīng)用于藍牙系統(tǒng)中的幾個技術(shù)問題以及解決方案
4.1 路由優(yōu)化問題
由于采用隧道技術(shù)，使得移動IP的路由問題顯得尤其重要，傳統(tǒng)移動IP采用三角路由技術(shù)。
BT用戶向通信對端發(fā)送信息時，直接通過外地代理傳送，但是從通信對端發(fā)往BT用戶的數(shù)據(jù)卻由本地代理截收，再根據(jù)轉(zhuǎn)交地址中的地址信息，采用隧道技術(shù)發(fā)送給外地代理，外地代理再傳送給BT用戶。這種方案的缺點在于它增加了本地代理的負擔，并且路由的選擇不是最佳的，增加了路由的延時。IETF建立的一種改進方案如下：通信對端在向BT用戶發(fā)送數(shù)據(jù)之前首先向本地代理注冊，從而獲得BT用戶的轉(zhuǎn)交地址，再根據(jù)其中的地址信息，直接傳送給BT用戶。這種路由方案的缺點是，在BT用戶頻繁越區(qū)移動時，若本地代理來不及刷新轉(zhuǎn)交地址信息，將容易造成數(shù)據(jù)包的丟失，下面我們給出一種簡單的解決越區(qū)切換問題的方法。
4.2 越區(qū)切換問題
要實現(xiàn)BT用戶的無縫接入，最關(guān)鍵的問題就是越區(qū)切換，為了提高切換性能，可以采用在外地代理加緩沖區(qū)的辦法減少包的丟失率，這種方案的具體實現(xiàn)如下：當BT用戶移動位置時，如果BT用戶的接收信號強度（RSSI）小于某個門限值時，它將發(fā)出查詢命令，查找是否有更近的外地代理存在，同時它也向原無的外地代理發(fā)出聲明，告之它將切換到新的外地代理。BT用戶移動到新的外地代理的登記請求沒有被本地代理確認前，原先的外地代理將通信對端發(fā)送來的數(shù)據(jù)包存儲在緩沖區(qū)里。在登記請求確認后，本地代理通過新的外地代理給BT用戶發(fā)出確認消息，同時刷新通信對端的轉(zhuǎn)交地址，使通信對端獲得BT用戶的新的轉(zhuǎn)交地址，將以后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到新的外地代理，再轉(zhuǎn)發(fā)給BT用戶。BT用戶收到登記確認消息后，解除其在舊的外地代理的登記，并且通知它新的轉(zhuǎn)交地址，使它釋放緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包到新的外地代理，再轉(zhuǎn)發(fā)給BT用戶，這樣就避免了切換時的數(shù)據(jù)丟失。
4.3 注冊優(yōu)化問題
當BT用戶頻繁更換外地鏈路時，注冊次數(shù)增多，加重了整個網(wǎng)絡(luò)的負荷，特別是BT用戶離本地代理較遠時，將占用不少的帶寬。另外，當一個本地代理負責(zé)的BT用戶數(shù)目過多時，注冊帶來的信息量將成為本地代理的一大負擔。由此引出了如何進行注冊優(yōu)化的問題。下面半給出通過注冊消息局部化來減小注冊的開銷方案。
該方案的實質(zhì)就是對網(wǎng)絡(luò)按照分層代理的原則進行分區(qū)管理，本地代理只存儲BT用戶的大概位置即它在哪個區(qū)域。BT用戶在區(qū)域內(nèi)的位置變化不用向本地代理報告，只有跨區(qū)域移動時才通知本地代理。發(fā)往BT用戶的報文先被本地代理轉(zhuǎn)交給所在的區(qū)域的服務(wù)器，區(qū)域內(nèi)的服務(wù)器負責(zé)將報文交給BT用戶。BT用戶在區(qū)域內(nèi)移動時，位置變化只在區(qū)域內(nèi)傳播，不會增加區(qū)域外網(wǎng)絡(luò)的負荷。
在這種方案下，外地代理按照樹狀的分組方式組織。本地代理只存儲當前根外地代理的地址，每個外地代理存儲BT用戶所在的下一級代理的地址，每個葉外地代理廣播從根到葉的路徑上代理組成的向量。BT用戶越區(qū)切換后，比較收到的老向量和新向量，向新老外地代理的最低共同祖先注冊新位置，只有BT用戶切換出根外地代理的范圍時，才會向本地代理發(fā)起注冊。
4.4 安全策略問題
在移動IP被廣泛采用之前，還有一些障礙，其中最重要的是網(wǎng)絡(luò)安全問題。這里介紹兩種安全策略：
�。�1）“壞家伙”向本地代理發(fā)送一個偽造的注冊請求消息，本地代理將它的IP地址當作BT用戶的轉(zhuǎn)交地址，所有發(fā)送給BT用戶的報文都被送給“壞家伙”，這使得“壞家伙”可以在任意地點進行攻擊。一種有效的解決方案是：移動IP使用IPSec機制，要求BT用戶和本地代理之間建立安全協(xié)定，對所有的注冊消息都進行有效的認證。
�。�2）“壞家伙”將一個有效的注冊請求消息存起來，等BT用戶離開后再用這個有效的消息進行攻擊，本地代理會認為它是合法的。解決方案如下：在移動IP中，注冊消息都有一個標志域，要求BT用戶為每個注冊消息產(chǎn)生一個唯一的值，并且本地代理不處理已經(jīng)過時的注冊消息。
另外，某些防火墻也可能會阻斷IP隧道，因為它們會檢驗每個數(shù)據(jù)包的源地址域，而BT用戶的數(shù)據(jù)包本地地址和外部網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址不一樣，從而導(dǎo)致防火墻阻截IP隧道數(shù)據(jù)包。為此，IETF要與防火墻的供應(yīng)商達成協(xié)議，允許有使用權(quán)的用戶使用移動IP的臨時IP地址，而且防火墻供應(yīng)商還需生產(chǎn)專門的軟件和硬件以支持移動IP。
5 小結(jié)
藍牙以其成本低廉，組網(wǎng)靈活而取代了電纜，成為下一代個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）的理想實現(xiàn)技術(shù)，基于藍牙技術(shù)的蜂窩IP和移動IP中的基站可以是任一具有藍牙內(nèi)核的PC機、筆記本電腦、甚至手機，增加的只是上層軟件的復(fù)雜度，與日前提得較多的IEEE802.11無線接入技術(shù)相比，我們認為藍牙在小區(qū)域組網(wǎng)中將更具有優(yōu)勢。但是要使基于藍牙技術(shù)的無線接入技術(shù)趨于成熟，還亟需提高系統(tǒng)的干擾能力，減小系統(tǒng)功耗，并且提高傳輸效率。
摘自《無線電工程》2001.11
