試析移動IPV6快速切換的性能

摘要：本文基于移動IPV6快速切換研究的背景，結合移動IPV6快速切換的含義及其操作方式，分析了移動IPV6快速切換的性能。

關鍵詞：移動IPV6；快速切換，性能

一、移動IPV6快速切換簡介

移動IPV6已經提供了切換過程，但是在某些情況下不適合支持實時應用程序。研究切換的目的是要減少切換的延遲和丟包串，這樣移動IPv6才能很好地處理運行實時應用的移動節點的移動問題。除了移動IPV6給出的基本切換過程外，也可以采用其他信令過程和優化方法。

完美的切換是無縫切換，包括快速切換和平滑切換。快速切換意味著低延遲，而平滑切換就是低的數據報丟失串。1、快速切換是一種切換操作，它減小或者消除了移動節點建立新的通信路徑的延遲。通常，根據控制分類，切換可以分為兩種：網絡控制和移動節點控制。在網絡控制的切換中。服務域中的網絡元素決定移動節點的連接點，某個實體指導建立與移動節點的連接。在移動節點控制的切換中，移動節點決定新的連接點，并且在新連接點建立連接。 2、對于平滑切換，在切換時通過附加控制結構傳輸必要的狀態信息，這樣在切換時，運行在移動節點上的應用程序能保持較低的延遲、最小的中斷和最小的數據報丟失率。

二、移動IPV6快速切換操作方式

(一)移動節點在先前鏈路上收到快速綁定確認

這意味著移動節點切換至新接入路由器時數據包隧道已在進行中。移動節點應該在連接至新接入路由器之后立即發送快速鄰居通告消息，從而收到并緩存的數據包能夠立即被轉發至移動節點。

在發送快速綁定確認消息至移動節點之前，前接入路由器可以通過交換切換發起消息和切換確認消息來確定，對于新的接入路由器來說是否可以接受新轉交地址。使用分配地址時，例如通過路由器分配地址，則在切換發起消息中攜帶快速綁定更新中所提議的新轉交地址，且新接入路由器可能分配所提議的地址。必須在切換確認消息中返回通過這種方式分配的新轉交地址，而且前接人路由器必須在快速綁定確認消息中依次提供所分配的新轉交地址。如果在快速綁定確認消息中返回一個已分配的新轉交地址，則移動節點必須在連接新接入路由器時使用所分配的地址，而不是在快速綁定更新消息中所涉及的地址。

(二)移動節點末在先前鏈路上收到快速綁定確認消息

對此，一種原因是移動節點尚未發送快速綁定更新。另一種原因是移動節點在發送快速綁定更新消息之后，但是在收到快速綁定確認消息之前已經離開了鏈路。在后一種情況中，由于末收到快速綁定確認消息，移動節點無法確定前接入路由器是否已經成功地處理了快速綁定更新。因此，移動節點在一連接至新接入路由器后，就立即(重新)發送一個快速綁定更新消息。為了使新接入路由器能夠立即轉發快速綁定更新消息，并允許新接入路由器檢驗是否可以接受新轉交地址，移動節點應該在快速鄰居通告中封裝快速綁定更新。如果新接入路由器在處理快速鄰居通告時檢測出正在使用新的轉交地址，例如在創建鄰居條目時，則新接入路由器必須丟棄內部快速綁定更新數據包，并發送一個具有“NAACK”(鄰居通告確認)選項的路由器通告，新接入路由器在通告中包括移動節點使用的備用IP地址。在這種情況中，新接人路由器對內部快速綁定更新數據包的丟棄避免了由于地址沖突而引起的各種問題。

圖1顯示了移動節點在前接入路由器鏈路上發送快速綁定更新并收到快速綁定確認消息的場景，該場景稱為“預先”操作模式。圖2顯示了移動節點從新接人路由器鏈路發送快速綁定更新的場景，該場景稱為“反應”操作模式。注意，在反應模式中，也包括從前接入路由器鏈路發送快速綁定更新但未收到快速綁定確認的情況：

三、移動lPV6快速切換的性能

優化切換性能對于高質量的vOIP和視頻會議等多媒體應用是非常重要的，因為這些應用是能夠吸引現在的互聯網使用者從IPv4轉向IPv6的關鍵性應用(Killer ApDJication)。對人類行為學的研究表明，交互式對話的最高延遲約為200ms~對VOIP方面的研究表明，要保持連續的通話效果，丟包率不超過3％。典型的VOIP數據源為：一個每20ms發送200byte的UDP數據源。因此，在VOIP數據源下，如果移動節點在切換過程中能夠保證足夠小的切換延遲時間和丟包率，則可以保證VOIP話音通話過程的暢通性和連續性，對VOIP的廣泛應用起到積極的推動作用，進而促進移動IPv6的商業化。

切換性能主要的衡量標準包括切換延遲和丟包率，切換延遲是主要衡量標準，在這里對它進行深入的分析。切換延遲指的是MN從PAR收到最后一個數據包到MN從NAR收到第一個數據包的過程所需要的時間。造成延遲的因素按照時間先后，可分為3部分。

1、切換順序延遲。由網絡切換的固有順序引起的，比如必須先發生二層切換(Layer 2Handover，又稱鏈路層切換)，再發生三層切換(Layer 3 Handover，又稱網絡層切換)。國際標準化組織制定的網絡協議七層模型中，鏈路層對應于第二層，網絡層對應于第三層，因此得名。

2、接入發現延遲。由移動節點的移動檢測過程緩慢而引起的，這主要是因為路由廣播頻率太低。為此，MIPv6中修改了路由廣播間隔最小默認值，從RFC2461中3s調整為現在的0.03s。

3、綁定更新延遲。指發送與確認綁定更新過程的延遲。這和互聯網上的延遲、HA與MN的距離、CN和MN的距離有關。

綜上所述，移動節點切換時所產生的延遲可以用以下公式進行描述：

切換總延遲=切換順序延遲+接入發現延遲+綁定更新延遲

為了實現快速切換和平滑切換，筆者主要需要從減小切換順序延遲和綁定更新延遲人手，提出了兩方面的解決方案。

1、層次化移動IPv6(HMIPv6，HierarchicalMobile IPv6)。它引入了移動錨點(MAP，Mobility Anchor Point)這個新的實體，通過將移動節點的移動區分為宏觀移動和微觀移動，將切換過程的影響控制在子網范圍內，既減小了地址綁定更新過程的延時，又減小了信令消耗。其邏輯結構如圖1所示。當MN從PAR1處移動到PAR2處的時候，為微觀移動，由MAP充當本地的家鄉代理，此時綁定更新過程只需要在PAR1、PAR2、MAP、MN之間進行，并且綁定更新過程完全對HA和CN透明3而當MN繼續從PA搬移動到NAR的時候，為宏觀移動，此時綁定更新過程和移動IPV6一樣，需要HA、CN的參與。

2、快速切換移動IPv6。它通過移動檢測。預測切換過程的發生，將網絡層切換的部分提到鏈路切換之前，這樣一旦完成鏈路層切換就可以很快進行網絡層的通信，加速了切換過程的完成，其邏輯結構圖和移動IPv6一樣。

四、結語

移動IPV6快速切換技術是對移動IP6協議的改進，可以加快IPv6移動主機的切換過程，減少已有通信連接的中斷時間，保證通信流的實時傳輸。它通過提前注冊，以及在新的外地網絡切換未完成時通過前一個網絡保持通信的方法，實現快速切換，對實時業務提供支持。

參考文獻

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