移動IPv6切換技術研究

陳利軍

(河南經貿職業學院，河南 鄭州 450000)

1.概述

當前信息技術飛速發展，Internet和移動通信是通信領域的兩大發展趨勢。但是，由于目前網絡主要以固定接入方式接入Internet，每個主機分配有唯一的IP地址或動態的IP地址。Internet是基于網絡前綴的路由，IP數據包首先路由到IP地址前綴對應的網段，再轉發給目標節點。當移動主機在不同網絡間移動時，它的原有IP地址已經不能再表示其物理網絡地址，發送給移動主機的數據包不能被正確地轉發給目標節點，所以移動主機不能正常的接入Internet獲得網絡服務。而人們的生活經常處于運動中，需要隨時隨地訪問Internet，因此傳統的固定IP協議已經不能完全滿足人們對Internet使用需求。人們迫切希望在傳統的IP網絡中實現移動性的支持，這些潛在的巨大需求給Internet帶來新的機遇，移動IP就是在原來IP協議的基礎上為了解決這些問題而提出的解決方案。

移動IP的主要設計目標是移動節點在改變網絡接入點時，能夠不改變其IP地址，并在移動過程中保持通信，而且對上層協議保持透明性。為此，國際標準化組織Internet工程任務組IETF(Internet Engineering Task Force)制定了基于IPv4和IPv6兩種不同版本IP協議的移動IP協議，即移動IPv4和移動IPv6。1996年10月，IETF提出了移動IPv4協議的相關標準，由于IPv4自身的不足，如IP地址匱乏、安全性不好等原因，使得在基于IPv4的網絡上開展移動IPv4應用變得困難。而IPv6以其豐富的地址空間、較高的安全性和服務質量以及良好的移動性支持，使得IPv6在移動通信領域得到了廣泛的應用。

目前，移動IP中的關鍵技術主要包括：

（1）移動切換技術

移動節點從一個子網移動到另一個子網就產生了切換(Handoff／Handover)。移動節點在新子網上獲得新的轉交地址，新的轉交地址不同于前一個網絡上的轉交地址。因此，移動節點需要向家鄉代理重新注冊，以及向通信對端重新綁定。移動IP是關于第三層，即網絡層上的協議，由于詳細傳輸和協議處理都需要時間，加上無線鏈路的高誤碼率、無線信號強度動態變化等多方面的原因，切換可能導致移動節點在一定時間內不能發送和接收數據分組，引起通信對端與移動節點之間的通信暫時中斷。如何保持通信的連續性，支持各種實時應用，縮短切換引起的通信中斷時間，減少切換對服務質量的影響，是移動IP研究中重點關注的問題。

目前主要的切換方法主要有：移動IPv4低延遲切換(Low Latency Handoff)技術和移動IPv6的三種切換技術：快速切換(Fast Handover)、平滑切換(Smooth handover)和層次型(Hierarchical)管理模型。其中低延遲切換和快速切換的目的是使移動節點在切換過程中通信連接中斷的時間最小；平滑切換(也叫低丟失切換)的主要目的是使丟失的分組數量最小。

（2）移動安全

移動IP在網絡層實現了移動互聯，但是，也帶來了潛在的安全問題，主要來源于移動環境和移動IP協議兩個方面。移動主機在許多情況下通過無線鏈路接入到Internet，無線鏈路是開放的鏈路，容易遭受被動竊聽、重放攻擊和其它主動攻擊。而且，這些攻擊行為很難檢測出來。在移動IP協議中，移動主機不斷切換到不同的外地網絡，通過這些外地網絡與家鄉網絡和通信對端通信，外地網絡的安全性和可信度都影響通信的安全性。

安全機制在移動環境中是至關重要的，移動IP協議和IPSec協議結合起來，可以提高移動IP協議的安全性。

（3）服務質量

目前在固定IP網絡上提出了集成服務(IntServ)和差分服務(DiffServ)兩種服務質量機制，但它們都不適合移動環境。移動IP服務質量解決方案要求在切換期間通信連接服務中斷時間最短，能夠有效確定切換過程中原有路徑的重建部分；切換完成后要能夠及時釋放原有路徑上的服務質量狀態和已分配的資源等。目前研究較多的解決方案都基于資源預留協議(RSVP，Resource Reservation Protocol)。

（4）組播技術

在組播通信中，一個發送方可以同時向任意的接收方發送組播分組，通過網絡中建立組播傳播樹，只在扇出點復制組播分組，使得每個組播分組在每條鏈路上最多出現一次，高效利用資源。在主機移動的無線環境下，移動組播不僅要處理組播中組成員的動態變化，而且要處理移動節點位置的動態改變。在組成員不斷移動過程中，如果每次主機移動到新的網絡時，都重新構建組播傳播樹，將大大增加網絡系統的協議開銷，組播服務被間歇性中斷；當移動節點快速移動時，可能因來不及重建組播傳輸樹而使組播服務一直中斷。目前固定IP提出的DVMRP、MOSPF、CBT和PIM等組播協議都不適合移動環境。

基于移動IPv4和移動IPv6支持主機移動的組播機制：雙向隧道(BT，Bi-directional Tunneling)和遠程訂閱(RS，Remote Subscription)。

2.目的和意義

移動IP的技術研究，研究方向從整體上可以分為宏觀移動性和微觀移動性兩個方面。移動節點從一個子網移動到另一個子網必然產生切換。由于切換過程中信令報文的傳輸和處理造成了切換的延時，致使通信的暫時中斷。

目前，對移動IP關鍵技術的大量研究的都集中在其切換技術上，可見對切換技術研究的重要性。移動IPv6允許節點在Internet內的移動過程中，保持可達性，并維持移動節點和通信對端之間正在進行的通信。為此，移動節點在發生移動后，需要向其家鄉代理以及所有的通信對端發送綁定更新注冊它的當前位置，此過程稱為切換過程。其性能將影響整個移動IPv6的性能，因此具備一個性能優良的切換機制是移動IPv6性能的重要保證。未來移動通信網絡將會越來越復雜，無線異構網絡的漫游和實時多媒體的應用，使人們對快速平滑切換機制的需求更為迫切。而切換需要解決的問題是怎樣使正在進行的網絡服務、通信在移動節點移動過程中不受到中斷因素等的影響，使服務能夠在網絡之間平滑過渡。由于無線網絡的帶寬非常有限，為滿足當前網絡的帶寬需求，基站的服務半徑變得越來越小，這增加了用戶在基站之間進行切換的頻率。因此，進行合理、有效的切換成為降低網絡負擔的一種重要途徑，設計合理的切換算法滿足低時延、高服務質量、高可靠性等要求成為移動IPv6研究的一個熱點。

3.研究現狀與發展動態

在移動IP技術中，移動IP切換是關鍵。所以，怎樣提高移動IP技術的切換性能成為移動IP研究領域的熱點。目前對切換的研究工作主要在以下幾個方面展開：

對切換時延的研究：如果切換時延過長，將導致當前服務的中斷，或對服務質量造成嚴重的影響?，F有很多研究通過設計網絡系統架構、設計切換協議或設計切換過程中各個階段的消息交換方式和消息內容來減少時延。

對用戶行為的研究：切換算法利用移動節點的位置和移動模式來協助系統進行切換。由于移動節點可能表現出特殊的移動方式，因此可研究用戶行為和移動模式以預測用戶的移動方向，在用戶進入目標接入服務范圍之前預先執行無縫隙切換過程。

對切換決策的研究：信號強度RSS和信號功率RSP是判斷網絡環境好壞的標準，距離越遠，信號強度越差。利用信號強度的變化來觸發切換過程，選擇適當的切換決策是非常重要的。由于移動節點接收到的信號強度是隨機的，如果只使用信號強度作為切換的判斷標準，將會出現乒乓效應，而且將來的移動網絡將有多種不同類型的、不同特征的網絡組成，不同類型網絡的信號強度和信號功率不同，因此需要制定更好的切換決策來確定是否進行切換。

由于移動IPv6標準切換機制的高時延、高數據包丟失和網絡性能瓶頸都不能很好地滿足各種實時業務的需求，因此只使用該切換機制是顯然不夠的?，F有的移動IPv6各種切換機制中，快速切換移動FMIPv6(Fast Handovers for Mobile IPv6)和層次型移動IPv6技術HMIPv6（Hierarchical for Mobile IPv6）最具有代表性。

移動IPv6快速切換技術FMIPv6是對移動IPv6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，以對實時業務提供支持。FMIPv6關注于快速執行切換，對移動切換事件進行預測和快速響應，通過實際切換前預先進行的路由器發現、新轉交地址的配置以及新舊接入路由器之間雙向隧道建立等操作，為移動節點在與新接入路由之間建立連接，與家鄉代理和通信對端綁定，更新注冊，完成之前提供的數據傳輸服務。

層次型移動IPv6技術HMIPv6引入一個新的實體稱為移動錨點(MAP，Mobility Anchor Point)，它可以是層次型MIPv6網絡中的任何層次的路由器(包括子網的接入路由器)，不需要每個子網都具有MAP。MAP的使用可以限制移動IP同本地域以外的節點的信令交互，它能支持快速移動IP切換，幫助移動主機實現無縫移動，并且支持特定的移動網絡情況。

移動主機通過MAP獲得的地址是區域轉交地址(RCoA，Regional Care-Of Address)，根據移動主機RCoA用法的不同，有兩種MAP模式：基本模式和擴展模式。當漫游到MAP域時，移動主機可以使用RCoA作為備用的轉交地址 (擴展模式)，或者在MAP的子網上形成自己的RCoA(基本模式)。

HMIPv6關注于網絡架構的設計，減少移動IPv6的綁定更新時延，減少綁定更新消息在網絡中的傳輸，提高整體的切換性能。

4.結束語

本文在介紹移動IPv6協議以及移動IPv6標準切換的主要操作的基礎上，研究了兩種典型的改進切換機制FMIPv6和HMIPv6。

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