移動ＩＰｖ６切換性能測量研究

摘要:在分析移動IPv6切換過程的基礎上，設計了移動切換性能測量指標，提出了移動IPv6切換性能測量方法，基于該方法設計并實現(xiàn)了移動IPv6切換性能測量原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)能測量從網(wǎng)絡層到應用層的移動切換性能，解決了現(xiàn)有測量工具部署繁瑣的問題。用該系統(tǒng)在實際的測試網(wǎng)上進行測試實驗，實驗發(fā)現(xiàn)移動IPv6切換對各種網(wǎng)絡應用造成了不良影響，而且切換性能隨著網(wǎng)絡層次的增加越來越差，從網(wǎng)絡層往上到應用層切換對網(wǎng)絡性能的影響呈不斷擴大的趨勢。

關鍵詞:移動IPv6; 切換; 性能指標; 測量方法; 測量實驗

中圖分類號:TP393.06文獻標志碼:A

文章編號:1001－3695(2008)02－0551－05

0引言

隨著數(shù)據(jù)與無線通信技術的進步，移動數(shù)據(jù)業(yè)務得到極大的發(fā)展。為了解決mobile IPv4[1]的三角路由等問題，在IPv6協(xié)議的基礎上，Internet工程任務組(IETF)提出了移動IPv6協(xié)議[2]。移動IPv6協(xié)議中最核心的部分就是移動切換。節(jié)點進行切換時，移動節(jié)點(mobile node， MN)不能及時接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包，造成包延遲增大甚至引起包丟失，這將直接影響到各種網(wǎng)絡應用，如流媒體#65380;VoIP等的服務切換過程對網(wǎng)絡性能和各種網(wǎng)絡應用的影響是非常值得關注的。提高移動切換性能的主要途徑是縮短切換時間和減小切換過程中的丟包率，最終達到無縫切換。雖然當前一些移動切換方法，如基本移動IPv6切換(MIPv6)[3]#65380;快速移動IPv6切換(FMIPv6)[4]和層次移動IPv6切換(HMIPv6)[5]等都在盡力縮短切換時間#65380;提高切換性能，但它們離無縫切換還有一定差距。這些移動IPv6協(xié)議基本上已經(jīng)成為事實標準，因此對現(xiàn)有的切換方法進行完善和改進最為重要，而對它們進行測量和分析能為切換方法的改進提供依據(jù)和思路。通過對現(xiàn)有的切換方法性能進行測量分析可以發(fā)現(xiàn)切換方法中存在的性能瓶頸，在這個基礎上對其進行改進逐步達到無縫切換;同時要判斷和評價一個切換方法是否達到了無縫切換的標準，也需要一個準確的性能測量工具。因此，對移動切換性能進行測量研究是非常有必要的。

本文介紹了移動切換過程，針對移動切換的特點將移動IPv6切換性能分不同的網(wǎng)絡層次進行測量，根據(jù)每一層對移動切換關注點的不同，設計了相應的移動切換性能評價指標。通過對這些指標的測量，可以很好地評估移動切換中網(wǎng)絡各層的相互影響和對網(wǎng)絡應用的影響，從而得到各層切換的性能。為了測量這些指標，提出了一個切換性能的測量方法，基于該方法設計并實現(xiàn)了一個移動IPv6切換性能測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)可以從不同的角度更加全面地評價從網(wǎng)絡層到應用層的移動IPv6切換性能。最后利用開發(fā)的系統(tǒng)在移動IPv6局域網(wǎng)上進行了測量試驗，重點對應用層性能及各層之間的相互影響進行了測量和分析。

1移動IPv6切換過程

移動IPv6協(xié)議在2004年首先成為標準，其主要目標就是讓移動節(jié)點總是通過家鄉(xiāng)地址尋址，不管是連接在家鄉(xiāng)鏈路還是移動到外地鏈路。切換是移動IPv6協(xié)議中最重要的部分。以基本移動IPv6為例來說明移動切換的流程。圖1是移動IPv6切換消息圖。盡管各種切換方法的設計思想#65380;切換過程中交互的消息與具體實現(xiàn)不一樣，但在沒有AAA和QoS狀態(tài)建立的條件下，它們基本上都包括圖1中標示的四個階段。

a)移動檢測(movement detection)是指移動節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)移動到另一個網(wǎng)絡的過程。移動節(jié)點移動到一個新網(wǎng)絡后，斷開了與原AP的連接，首先應發(fā)現(xiàn)移動到一個新網(wǎng)絡中。移動節(jié)點有一個定時器，如果在一段時間內(nèi)收到了路由器宣告，它就會通過比較子網(wǎng)前綴發(fā)現(xiàn)是否移動到一個新網(wǎng)絡。如果這段時間里沒有收到路由器宣告，就會發(fā)送一個路由器請求(RS)消息，請求路由器宣告。

b)IP地址配置(address configuration)是指當移動節(jié)點移動到新網(wǎng)絡中后，需重新獲取一個新網(wǎng)絡中的IP地址作為它的新轉(zhuǎn)交地址。這個過程包括地址的生成(有狀態(tài)或無狀態(tài)的方式均可)和重復地址檢測。

c)家鄉(xiāng)代理注冊(home agent registration)是指當節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己移動到另一個網(wǎng)絡后，就會獲取一個新的轉(zhuǎn)交地址(care of address， CoA)，之后必須與家鄉(xiāng)代理進行注冊。這時家鄉(xiāng)節(jié)點必須知道移動節(jié)點是誰，它的新CoA是什么。因此移動節(jié)點必須通知家鄉(xiāng)節(jié)點相關信息。

d)路由優(yōu)化(route optimization)。家鄉(xiāng)注冊完成后，為了避免三角路由，移動IPv6可以進行路由優(yōu)化，路由優(yōu)化后移動節(jié)點即可與通信節(jié)點直接進行通信。

切換對網(wǎng)絡性能和各種應用，特別是對于那些對丟包和時延極為敏感的應用，如VoIP#65380;視頻會議等的負面影響是極為明顯的。在圖1所示的移動IPv6切換中，第二層切換結束后，移動節(jié)點斷開與原來AP的連接同時接入新AP。這個過程中，由于移動節(jié)點沒有獲取到新網(wǎng)絡的IP地址，首先要獲取新網(wǎng)絡的子網(wǎng)前綴并生成IPv6地址到家鄉(xiāng)進行注冊，建立雙向隧道后才能夠正常與通信節(jié)點進行通信。這一過程經(jīng)歷了圖1五個階段中的前三個階段，時間往往長達數(shù)秒鐘。在這個過程中會產(chǎn)生嚴重的數(shù)據(jù)包丟失或者引起一些包延遲的增大。丟包和包延遲增大將會導致TCP產(chǎn)生重傳和擁塞#65380;UDP發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失和包亂序等問題。這些將會影響到各種上層應用的性能，嚴重的將導致應用中斷甚至無法使用。

2測量指標與測量方法設計

通過上面的分析，切換會造成包丟失#65380;網(wǎng)絡擁塞等問題，造成網(wǎng)絡性能下降，對上層協(xié)議及各種應用性能產(chǎn)生影響。要全面地評價移動切換的性能，不僅僅要分析網(wǎng)絡層性能，同時也應當分析其對上層協(xié)議和各類應用性能的影響。切換性能的優(yōu)劣會影響到各種協(xié)議和應用性能，反過來通過測量這些協(xié)議和應用的性能變化情況就能夠評估切換性能。根據(jù)各個協(xié)議和應用的特征，設計了不同的測量指標來測量它們的性能。對于網(wǎng)絡層和傳輸層性能評價指標，系統(tǒng)選取了一些成熟的測量指標，如包丟失#65380;包延遲#65380;TCP吞吐量等，這些指標都已經(jīng)十分成熟，有的指標如延遲#65380;吞吐量等本身就來源于RFC文檔;對于應用層性能評價指標，由于應用層協(xié)議種類繁多#65380;錯綜復雜，目前還沒有一個統(tǒng)一的評價標準，考慮的角度也各不相同。本文采用從用戶感知的角度設計應用層測量指標。之所以這樣選取主要是基于應用層協(xié)議基本上都是直接提供某類具體應用給用戶，其性能往往使用戶可以直接感知這一共性。例如Web頁面的“8秒規(guī)則”，即如果用戶在8 s的時間間隔內(nèi)沒有能夠成功下載所訪問的頁面，那么該用戶就很可能轉(zhuǎn)而訪問速度更快的類似網(wǎng)站。基于此，測量系統(tǒng)針對不同的應用選用一些最具代表性的協(xié)議，根據(jù)用戶對它們最為關注的特性，從用戶感知的角度設計了一系列的應用層性能評價指標，如HTTP的連接時間#65380;FTP的文件傳輸速率等。

2.1網(wǎng)絡層性能測量指標

用于網(wǎng)絡層切換性能測量的指標有丟包率[6]#65380;往返延遲[7]以及延遲抖動三個。如果源端在T時刻發(fā)送P類型包的第一位到目的端，目的端響應后立即發(fā)送P類型的應答回源端且源端接收到了該包，則認為T時刻從源端到目的端的P類型雙向包丟失為0;相反，如果源端在T時刻發(fā)送P類型#65380;目的地址為目的端的包的第一位，目的端響應后立即發(fā)送P類型的應答回源端且源端未收到該包，則認為T時刻從源端到目的端的P類型雙向包丟失為1。在T時刻，源端發(fā)送P類型包的第一位到目的端，目的端響應后立即發(fā)送P類型的應答回源端;在T+dT時刻，源端收到該應答包的最后一位，則認為T時刻該P類型包的雙向延遲為dT。一個測量周期內(nèi)包延遲的方差為這個測量周期內(nèi)的延遲抖動。切換過程中會引起一些包丟失并使得部分包的延遲增大，丟包率的大小和延遲的變化直接反映了移動切換網(wǎng)絡層性能。

2.2傳輸層TCP性能測量指標

用于傳輸層TCP切換性能測量的指標有TCP吞吐量[8]和擁塞控制窗口。對TCP吞吐量的測量采用Gilbert模型間接測量方法進行測量，測量過程中不需要建立TCP連接。通過獲取系統(tǒng)內(nèi)核TCP協(xié)議棧的擁塞窗口值來測量擁塞窗口。測量TCP擁塞控制窗口可評估TCP擁塞控制機制在移動切換中的效果，TCP吞吐量則反映了切換對TCP數(shù)據(jù)傳輸率的影響。

2.3應用層性能測量指標

對于應用層切換性能測量指標主要是基于用戶感知的角度來設計的。系統(tǒng)選擇測量常規(guī)傳統(tǒng)應用和實時流媒體應用的相關性能評估應用層切換性能。其中，常規(guī)應用選用了HTTP#65380;FTP#65380;Telnet三個協(xié)議作為測量對象，實時流媒體選用了RTSP作為測量對象。常規(guī)應用中，用戶一般最關心的是連接時間和下載時間;而對于實時流媒體應用，用戶最為關心的是包延遲和包丟失。根據(jù)上面的特點，從用戶感知的角度設計了相應的測量指標，包括HTTP連接建立時間#65380;HTTP頁面下載速率#65380;FTP連接建立時間#65380;FTP各命令響應時間#65380;FTP上傳/下載文件速率#65380;Telnet連接時間#65380;Telnet命令響應時間#65380;Telnet單字符傳輸速率#65380;RTSP流媒體包丟失率和包延遲。應用層測量主要是在測量節(jié)點上使用程序模擬用戶通過應用程序客戶端登錄被測主機上的應用程序服務器來實現(xiàn)的。通過模擬程序可以模擬用戶行為進行登錄，同時記錄客戶端與服務器建立連接#65380;傳輸數(shù)據(jù)和從服務器上下載文件的細節(jié)，從而可以測量出用戶感知的各種應用的性能指標。

2.4切換過程各階段時間

切換過程的每個階段也是關注的重點。該系統(tǒng)測量了切換各個階段的時間，包括移動檢測時間#65380;IPv6地址配置時間#65380;綁定更新時間和路由優(yōu)化時間及各段時間占總時間的比值。通過捕獲圖1中標示出的那些切換中實體間交互的各種消息就能得到各個階段所經(jīng)歷的時間。測量切換各個階段的時間大小可以發(fā)現(xiàn)切換算法中哪個部分最值得關注與改進。

3原型系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

該測量系統(tǒng)使用主動端到端測量工具并結合被動捕獲監(jiān)測來測量移動切換性能。主動端到端的網(wǎng)絡性能測量最大的一個特點是方便，不需要對網(wǎng)絡中的所有數(shù)據(jù)包進行分析。端到端測量對于所關心的內(nèi)容只要在本地發(fā)送測試數(shù)據(jù)包，然后觀察網(wǎng)絡響應即可。同時，采用主動端到端測量方法部署簡單，只需要在本地部署測量系統(tǒng)就可完成所有測量工作，對設備要求不高。但是，由于無法確切得知切換何時開始或結束，僅使用端到端測量要觀察整個切換過程各階段的詳細情況及比較切換前后測量數(shù)據(jù)的變化就很困難。

通過捕獲數(shù)據(jù)包并分析切換中實體之間交互的消息，將切換過程與主動工具的測量過程結合起來，從而使得整個測量過程在切換信令消息驅(qū)動和控制下完成就可以很好地解決這個問題。捕獲無線網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)包后，解析獲取二和三層切換的信令和消息，從而準確地獲得三層切換準確的開始和結束時間，實時地通知端到端測量工具。通過解析移動節(jié)點與家鄉(xiāng)代理及通信節(jié)點之間的消息，可以得到整個切換過程各個階段的詳細信息，如移動檢測時間#65380;重復地址檢測時間等。圖2詳細描述了測量方法的實施流程。

一次測量開始后，被動監(jiān)測部分會不停地捕獲并解析捕獲的數(shù)據(jù)包。如果發(fā)現(xiàn)測量節(jié)點當前處于切換狀態(tài)中，就會將信息通知給主動測量工具，同時比較前一個狀態(tài)和當前狀態(tài)從而計算出切換每個階段的時間。由于移動IPv6切換過程中的消息都具有其自身的特點，這部分工作主要是通過辨認移動切換中的特征消息，如路由器請求(RA)#65380;綁定更新(BU)#65380;家鄉(xiāng)測試初始化(HoTI)等實現(xiàn)。如果當前節(jié)點沒有處在切換狀態(tài)，則程序會跳轉(zhuǎn)到捕包部分循環(huán)測量，直到這次測量結束。

測量開始后，主動測量工具會首先檢查當前狀態(tài)，看是否處在切換狀態(tài)。這個狀態(tài)變量是根據(jù)被動部分發(fā)送過來的消息設定的，測量開始時會等待被動監(jiān)測程序發(fā)送一個初始化狀態(tài)來初始化狀態(tài)變量。之后每一個周期測量都會對這個變量進行檢查以確定當前處在哪個狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在是處在切換之中，測量工具就會將這些測量數(shù)據(jù)標志為切換中的數(shù)據(jù);否則就標志為切換前或切換后數(shù)據(jù)。一次測量可以包括多個周期性測量，每個測量周期結束都會測量得到一個當前的網(wǎng)絡性能測量結果，這樣當完成一次完整的測量后就可觀察到切換前后和切換當中網(wǎng)絡性能的變化情況。獲取結果后測量工具就會送給上層顯示進行相應的處理，直到本次測量結束。由用戶通過圖形界面下達相應命令來控制測量開始和結束。

系統(tǒng)結構如圖3所示，主要包括測量工具模塊#65380;系統(tǒng)控制模塊和圖形用戶接口(GUI)。

該切換性能測量系統(tǒng)使用兩個進程:一個進程是用Java語言編寫的圖形用戶界面。用戶通過圖形用戶界面進程啟動另一個用C語言編寫的系統(tǒng)控制和測量進程。系統(tǒng)控制進程負責對測量工具和測量任務進行控制管理;啟動測量工具進行測量并將結果送給圖形用戶進程顯示。C語言編寫的測量工具能夠高效靈活地完成用戶下達的測量任務。圖形用戶和系統(tǒng)控制進程之間通過管道通信。

a)圖形用戶界面接口模塊的主要功能是測量任務參數(shù)配置和測量結果顯示。網(wǎng)絡層和TCP性能測量任務主要參數(shù)有任務名稱#65380;任務類型#65380;測量地址#65380;探測包大小和測量次數(shù);應用層測量任務主要參數(shù)有任務名稱#65380;任務類型#65380;測量地址#65380;登錄用戶名#65380;登錄密碼#65380;測量次數(shù)。用戶配置好測量參數(shù)后，將測量任務下達給系統(tǒng)控制測量程序，由控制測量程序根據(jù)參數(shù)調(diào)用相應底層測量工具執(zhí)行測量。一次測量結束后，控制測量程序利用管道將測量結果傳回圖形用戶界面顯示，同時準備下一次測量。

b)系統(tǒng)控制模塊的主要功能是對測量任務進行控制和管理。控制模塊首先接收用戶配置的測量任務參數(shù)，對傳入的參數(shù)進行解析;之后開啟一個測量工具線程將測量所需的參數(shù)傳遞給底層測量工具進行測量;當一次測量結束后，將測量結果寫入數(shù)據(jù)庫并對結果進行分析后回送給圖形用戶界面顯示。控制模塊同時負責測量任務的啟動和終止，并且當同時有多個測量任務時控制模塊還負責對測量任務進行合理的管理和調(diào)度。

c)測量工具模塊是測量系統(tǒng)中最重要的模塊，該模塊的主要功能是根據(jù)配置的測量參數(shù)完成具體的測量任務。控制模塊傳入測量參數(shù)后，相應的測量任務就開始一次測量，測量結束后將測量的結果交給控制模塊并等待下一次測量開始。測量工具分為兩個部分，即主動端到端工具和被動捕包，采用多線程機制，一個線程專門用于包捕獲，另外開啟線程進行主動測量。采用多線程開銷小#65380;資源共享性好#65380;效率高，可以高效精確地完成測量。測量工具模塊設計結構如圖4所示。

主動測量工具集成了七個端到端測量工具，用于網(wǎng)絡層#65380;傳輸層TCP和應用層性能測量。網(wǎng)絡層測量工具利用Ping6原理通過從測量端周期性發(fā)送ICMP請求包給被測服務器并接收來自被測端的回應以獲取包往返延遲和包丟失率等指標。傳輸層TCP性能測量工具有擁塞控制窗口和吞吐量測量工具兩個。擁塞控制窗口測量工具主要是通過測量端和被測端建立一個TCP連接，測量時從測量工具端向被測端不斷發(fā)送TCP數(shù)據(jù)包，同時獲取TCP協(xié)議棧中的擁塞窗口值來測量TCP擁塞控制窗口。應用層協(xié)議測量工具有四個，分別為FTP測量工具#65380;HTTP測量工具#65380;Telnet測量工具和RTSP測量工具，主要是通過不斷模擬客戶端登錄服務器來測量連接建立時間以及數(shù)據(jù)的上傳/下載速率。

被動測量工具主要是進行數(shù)據(jù)包捕獲。首先將無線網(wǎng)卡設為監(jiān)控模式，監(jiān)聽本地無線網(wǎng)絡上的所有控制管理和數(shù)據(jù)幀;然后捕獲網(wǎng)絡中所有數(shù)據(jù)包，利用libpcap庫函數(shù)設置過濾條件得到與該移動節(jié)點相關的幀;最后通過解析數(shù)據(jù)幀獲取二層切換信令和所有三層切換消息。同時，被動線程會實時告知主動工具線程移動節(jié)點的狀態(tài)，如切換是否開始#65380;是否獲得轉(zhuǎn)交地址等。目前的系統(tǒng)只實現(xiàn)了對802.11上基本移動IPv6切換消息的識別，正在考慮在此基礎上對測量工具進行擴展，使其支持對二層802.16標準切換信令和其他三層移動IPv6切換，如快速移動IPv6切換等消息的識別功能。

無線網(wǎng)卡在監(jiān)控模式下不能進行正常通信，只能用于檢測無線網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)包，所以該系統(tǒng)需要使用兩塊無線網(wǎng)卡。測量時一塊設置成操作模式用于正常的通信和端到端測量，一塊設為監(jiān)控模式用于捕獲無線數(shù)據(jù)包。

4測量實驗

4. 1實驗環(huán)境

本文搭建了一個比較簡單的無線IPv6局域網(wǎng)，用于測量系統(tǒng)的調(diào)試和簡單實驗。網(wǎng)絡拓撲結構如圖5所示。

實驗中的無線局域網(wǎng)由一個通信節(jié)點#65380;一個家鄉(xiāng)代理#65380;一個外地路由器和一個移動節(jié)點組成。路由器1充當家鄉(xiāng)代理路由器;通信節(jié)點在外地網(wǎng)絡的路由器2上;移動節(jié)點#65380;家鄉(xiāng)代理和通信節(jié)點上均安裝有MIPL 2.0內(nèi)核補丁及應用層程序(www.mobile－ipv6.org)。測量應用層和傳輸層切換性能時工具部署在移動節(jié)點上，測量網(wǎng)絡層切換性能時工具部署在通信節(jié)點上。CN上安裝并開啟HTTP#65380;FTP#65380;Telnet和RTSP服務器;MN從家鄉(xiāng)移動到外地時就會發(fā)生切換。筆者在圖4的網(wǎng)絡中進行調(diào)試和實驗，測量了基本移動IPv6切換從網(wǎng)絡層到應用層的移動IPv6切換性能。

4. 2實驗結果

在圖5的實驗環(huán)境下進行了50次切換，測量了這些切換的性能，選取其中具有代表性的幾組測量結果進行簡單分析。圖6是網(wǎng)絡層性能測量結果。圖6(a)為切換各階段和總延遲，從圖中可得到，約80%的切換延遲大于3 s，其中地址配置和家鄉(xiāng)注冊時間普遍大于或等于1 s，這主要是由于IPv6地址配置過程中重復地址檢測和家鄉(xiāng)注冊中的綁定更新過程所引起的。這兩部分延遲時間在整個切換延遲中占的比重最大，可以說它們是移動IPv6切換中最急需改進的地方。圖6(b)是切換過程中的丟包率。從圖中可知，測量的50次切換中有43次丟包率大于或等于80%，這主要是由于切換時MN斷開與AP連接，以及獲取新CoA前無法正常通信所引起的。實驗數(shù)據(jù)表明移動IPv6切換的延遲和包丟失率很難滿足那些對延遲和丟包敏感的實時應用的需要。

圖7是TCP窗口變化情況圖。其中橫坐標是測量周期，縱坐標表示TCP擁塞窗口值。一次測量中包含若干個測量周期，每個測量周期的間隔固定為100 ms。圖中橫坐標在第889~1 777的采集點是切換時的窗口值;橫坐標小于889的點是切換之前的數(shù)據(jù)，大于1 777的點是切換之后的數(shù)據(jù)。由圖可知，切換中的窗口值逐步減小為0，可見切換對傳輸層TCP的性能產(chǎn)生了不良影響。從應用層測量結果也可以看出，TCP發(fā)生擁塞導致基于TCP上的應用，如FTP等的傳輸速率迅速減小。

圖8反映了切換前后以及切換過程中各應用的性能變化情況。圖8(a)是FTP下載速率變化圖，橫坐標測量采樣的周期為1 s，圖中明顯有一段時間的傳輸速率變?yōu)?，經(jīng)核對發(fā)現(xiàn)這段時間恰好是發(fā)生切換的時間。而且這個中斷的時間遠大于網(wǎng)絡層切換時間。因此說明越到上層，切換的影響不僅沒有被弱化，反而加倍。從測量中發(fā)現(xiàn)，有時中斷可以達到一分鐘甚至是幾分鐘，這對于一些文件下載和傳輸來說也是不能忍受的。圖8(b)是FTP的連接時間，它基本上與(a)反映的狀況相同，切換時FTP客戶端與服務器連接時間明顯變長，有的將近一分鐘，這個現(xiàn)象在其他測量數(shù)據(jù)中也經(jīng)常看到。這說明如果移動節(jié)點來回在不同的網(wǎng)絡間切換，將極有可能導致某些應用層業(yè)務無法工作。圖8(c)是HTTP的連接建立時間，這些應用受到網(wǎng)絡層切換的影響經(jīng)過傳輸層并沒有弱化，反而加強了。圖8(d)是RTSP流媒體的丟包率情況，從測量的約20組數(shù)據(jù)來看，80%的情況下切換中丟包率都≥60%，這對于實時流媒體應用來說是不可忍受的。從實驗過程中也看到，切換確實導致了流媒體應用的中斷，而且中斷的時間長達數(shù)十秒，如果來回不停地切換，情況要更加糟糕。

從測量的數(shù)據(jù)和分析來看，移動IPv6切換對網(wǎng)絡層性能#65380;傳輸層性能和應用層性能均造成了影響，而且影響的程度隨著層次的增高變得更大。導致這種情況的原因是多方面的，除了移動切換本身導致的網(wǎng)絡中斷引起的包丟失和延遲增大這個原因外，上層傳輸協(xié)議不能很好地適應移動切換致使傳輸可靠性得不到保障也是主要原因。因此在改進切換算法的同時，也應當改進現(xiàn)有的傳輸協(xié)議及各種應用協(xié)議，提高其可靠性，使其更適合在移動環(huán)境下使用以達到真正的無縫切換。

5相關工作

對移動IPv6切換性能進行測量研究的主要目的是評估移動IPv6切換方法，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，對這些切換方法進行改進，最終使其達到無縫切換。IETF提出了三種移動IPv6的解決方案，主要關注的問題還是在切換性能的解決上。但是這些方法并沒有從根本上達到無縫切換，正是由于這些原因影響了移動IPv6的普遍應用。為了進一步優(yōu)化這些方法，此前有一些關于對IETF提出的切換方法的測量和研究。

H. Hartenstein等人[9]通過建立數(shù)學模型#65380;采用形式化的方法分析比較了MIPv6#65380;FMIPv6和HMIPv6切換延遲的大小。他們分析得出，當有線鏈路部分的延遲(ld)遠大于無線部分延遲(Wd)，即ld>>Wd時，HMIPv6的包延遲小于等于FMIPv6，但FMIPv6的包丟失率較小。綜合延遲和包丟失率來考慮的話，如果在HMIPv6和FMIPv6中選取一個的話，還是FMIPv6的綜合性能優(yōu)于HMIPv6。但是最好的選擇就是將HMIPv6和FMIPv6結合起來實施，這樣將有助于切換預測以提高切換性能。

X. P’erez－Costa等人[10]通過網(wǎng)絡仿真工具NS－2使用壓力測試(stress test)的方法測量研究了MIPv6#65380;FMIPv6和HMIPv6的切換性能，通過模擬仿真示圖定量分析這些切換的性能，以提供對這些切換方法進行改進的依據(jù)。他們主要是關注網(wǎng)絡層包延遲和帶寬性能，同時也測量比較了各種切換方法的信令負載以及快速切換成功概率與移動節(jié)點之間的關系。他們分析得出隨機移動對切換性能存在影響，并且隨著包速率和包容量的增大，切換對網(wǎng)絡性能的影響會增大。X. P′erez Costa等人為IETF提出的不同切換方法的性能提供了一些量化的結果，同時為不同參數(shù)對協(xié)議性能的影響提供了一定的評價。

M. Dunmore等人[11]詳細介紹并分析了移動IPv6切換過程，并將移動IPv6整個過程分為了若干個小的階段，將總的切換延遲分成幾個時間的和，即th=td+ta+tc+tr+to。其中:td為路由器發(fā)現(xiàn)時間;ta為地址配置時間;tc為AAA或QoS狀態(tài)建立時間;tr為CoA地址注冊時間;to為路由優(yōu)化時間。他們分析了各個時間的具體組成，最后作了一個簡單的實驗對切換延遲進行測量。從測量分析的結論來看，如果要較好地支持當前一些交互性和實時性強的業(yè)務，現(xiàn)有的移動IPv6切換方法還需要作進一步的改進以提高其性能。

A. Cabellos－Aparicio等人[12]利用現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡測量工具，如Ethereal，對移動切換性能瓶頸進行了測量和分析，比較了二層和三層切換，簡單地研究了切換對流媒體應用的影響。測量分析發(fā)現(xiàn)，切換過程中的丟包與包速率相關，包速率越大丟包越嚴重，同時包延遲與丟包率成正比。當前的基本移動IPv6切換算法無法保證低帶寬情況下的QoS，對于對通話質(zhì)量要求較高的語言傳輸業(yè)務是不可容忍的。解決這個問題的途徑就是進一步優(yōu)化移動IPv6切換算法或干脆使用另外的切換算法。

本文在A. Cabellos－Aparicio等人研究的基礎上，對移動IPv6切換作了進一步的測量分析研究。與上面的研究不同，本文主要關注移動IPv6切換行為對網(wǎng)絡中各種應用的影響，以及由于切換產(chǎn)生的整個網(wǎng)絡各層之間的相互影響，通過測量和分析切換所造成的對各應用產(chǎn)生的外部影響來評估切換的性能。本文通過測量分析切換對網(wǎng)絡應用和整個網(wǎng)絡各層產(chǎn)生了什么影響并且影響到什么程度，通過觀察這些影響發(fā)現(xiàn)切換在實際應用中出現(xiàn)的某些問題，從而為進一步提出解決的辦法提供參考。為了對這些影響進行量化，設計了一系列測量指標;同時為了配合測量和分析，實現(xiàn)了一個移動IPv6切換性能測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)能測量從網(wǎng)絡層到應用層的切換性能，部署方便，減少了測量的工作量，提高了測量的準確性。

6結束語

移動IPv6協(xié)議是下一代Internet重要的協(xié)議，移動切換是移動IPv6中最重要的部分。切換性能的優(yōu)劣直接影響到移動IPv6協(xié)議在現(xiàn)實中的普及，對移動切換性能進行測量分析研究將有助于移動IPv6在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的早日普及和應用。本文在他人研究基礎之上，對移動IPv6切換性能作了進一步的測量分析研究，提出了一系列性能評價指標，設計并最終實現(xiàn)了一個移動IPv6切換性能測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以測量和評估從網(wǎng)絡層到應用層的切換性能。最后在實驗網(wǎng)絡上進行了測量并對結果進行了分析。通過分析發(fā)現(xiàn)切換對網(wǎng)絡中從網(wǎng)絡層到應用層的性能都產(chǎn)生了嚴重的影響，且隨著網(wǎng)絡層次增高，移動切換對網(wǎng)絡性能影響也不斷增大。實際中還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的傳輸控制協(xié)議對于移動IPv6切換引起的延遲和包丟失問題并沒起到應有的傳輸可靠性保障作用。這些都在下一步工作中將進一步完善該測量系統(tǒng)，豐富其測量指標后對移動切換性能進行進一步測量，把測量環(huán)境移到Internet中，使其更具一般性和代表性。根據(jù)測量數(shù)據(jù)中反映的問題作進一步的分析并提出如何改進移動IPv6切換性能的方法以減小切換對網(wǎng)絡性能造成的影響。

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