移動(dòng)IPv6快速切換性能中基于分層移動(dòng)的方案分析

宋俊珂

【摘要】本文通過對(duì)移動(dòng)IPv6快速切換性能中基于分層移動(dòng)的方案HMFH進(jìn)行了分析，探討了該方案的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)層次、切換管理等，并通過性能分析，論證了這一技術(shù)在實(shí)踐中的可行性和有效性。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信移動(dòng)IPv6分層移動(dòng)HMFH

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的不斷深入，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在不斷成為，更多的用戶希望Internet的接入方式能夠支持移動(dòng)接入。為了滿足用戶的這一要求，互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)組的工作人員在IPv6的技術(shù)上針對(duì)其快速切換性能進(jìn)行了研究和改進(jìn)，提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)層快速切換方案。

一、IPv6

IPv6是一種由互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)組研制出來的取代IPv4的下一代IP協(xié)議。比起IPv4，IPv6有更大的地址空間、使用更小的路由表、增加了增強(qiáng)的組播支持以及對(duì)流的控制，它還允許擴(kuò)充、有更好的頭部格式、新的選項(xiàng)和更高的安全性，其中加入的對(duì)自動(dòng)配置（Auto Configuration）的支持還能夠使網(wǎng)絡(luò)的管理更加便捷。

IPv6不僅具有IPv4的人機(jī)對(duì)話功能，為人類服務(wù)，還能服務(wù)于硬件設(shè)備，如汽車、家用電器、傳感器等，可以說，成熟的IPv6技術(shù)是真正能夠無時(shí)不刻地深入到社會(huì)各個(gè)角落的寬帶網(wǎng)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)和長(zhǎng)久發(fā)展有著十分有利的作用。

但I(xiàn)Pv6還只處在發(fā)展完善的過程中，對(duì)于移動(dòng)IPv6技術(shù)還有一些問題正在解決中，而在這些問題中，由于基本的移動(dòng)IPv6切換延遲太大，影響實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的效率，因而對(duì)快速切換性能是改善IPv6技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。

二、基于分層移動(dòng)的IPv6快速切換方案

網(wǎng)絡(luò)層在進(jìn)行切換的過程中，一般經(jīng)過移動(dòng)檢測(cè)、新轉(zhuǎn)交地址配置和綁定更新三個(gè)階段，其理想的狀態(tài)是在切換的時(shí)候能夠同時(shí)具備切換的快速和平滑，實(shí)現(xiàn)無縫切換，這就要求系統(tǒng)具有最小的切換延時(shí)和最低的丟包率。

通常，網(wǎng)絡(luò)層在進(jìn)行切換的時(shí)候，會(huì)通過對(duì)接收到的路由器通過信息判斷節(jié)點(diǎn)的鏈路切換，比起鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層的這種切換方式會(huì)帶來比較大的切換延遲，不但無法滿足一些時(shí)間性比較高的應(yīng)用，還很容易造成較嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象，影響切換的平滑。但節(jié)點(diǎn)的快速頻繁移動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生大量的綁定更新信息，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載嚴(yán)重，甚至可能破壞路由信息。因此在設(shè)計(jì)改善IPv6快速切換方案的時(shí)候需要綜合考慮這兩個(gè)問題。

1、方案設(shè)計(jì)思路

根據(jù)對(duì)IPv6網(wǎng)絡(luò)層切換問題的分析，得出設(shè)計(jì)方案的主要思路是用微移動(dòng)和鏈路層幾結(jié)合來解決快速切換問題。在常規(guī)解決網(wǎng)絡(luò)層切換問題時(shí)，主要有微移動(dòng)和鏈路層出發(fā)兩種思路。微移動(dòng)是一種層次化的思想，它將網(wǎng)絡(luò)層的移動(dòng)分為域內(nèi)移動(dòng)和域間移動(dòng)兩個(gè)層進(jìn)行管理，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行域內(nèi)移動(dòng)時(shí)至需要在移動(dòng)區(qū)域內(nèi)記錄其位置信息即可，只有域間移動(dòng)時(shí)，才需要綁定更新。

鏈路層觸發(fā)是利用鏈路層的服務(wù)進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)，據(jù)此提出的FMIPv6方案是利用鏈路層觸發(fā)，使網(wǎng)絡(luò)層能快速檢測(cè)到要進(jìn)行的切換，且過程中節(jié)點(diǎn)仍在其原來的鏈路層上，這一方案能很好地解決切換的延遲和丟包，但是對(duì)路由效率并沒有太大改善。基于兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員提出了將兩種思路結(jié)合在一起，以分層移動(dòng)為主，結(jié)合鏈路層觸發(fā)，設(shè)計(jì)出了基于分層移動(dòng)的IPv6快速切換HMFH方案。

2、HMFH的結(jié)構(gòu)層次

在HMFH中引入了一個(gè)新的實(shí)體DFA，也即是區(qū)域移動(dòng)代理，它能在網(wǎng)絡(luò)中任意層次的路由器上進(jìn)行設(shè)置，代表了區(qū)域內(nèi)所有的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（MN）與家鄉(xiāng)代理（HA）和通信對(duì)端（CN）通信，再通過隧道將分組在區(qū)域內(nèi)路由到相應(yīng)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。

在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行移動(dòng)切換時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)只需將自己的位置變化通知給DFA即可。域間的移動(dòng)由于通過DFA得到了屏蔽，也不需要重新發(fā)送綁定信息，不但能降低切換延時(shí)和丟包，還能有效地降低控制消息的通信量，改善路由效率。

3、協(xié)議操作

HMFH協(xié)議從一定程度上來看，可以說是IPv6的一種拓展，它增加了一個(gè)新實(shí)體，并適當(dāng)修改了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和接入路由器（AR）的操作過程，并對(duì)新實(shí)體的選項(xiàng)包頭和本地綁定更新消息進(jìn)行了一個(gè)新的定義，對(duì)家鄉(xiāng)代理和通信對(duì)端也不會(huì)造成影響。實(shí)際上，新實(shí)體DFA可以做是一個(gè)身處外地的家鄉(xiāng)代理。

DFA通過隧道，將它接收的所有由它服務(wù)的MN數(shù)據(jù)包發(fā)到相應(yīng)的LCoA上，并利用來自MN的本地綁定更新，建立MN和DCoA與LCoA的綁定關(guān)系，并將其存入綁定緩存，成功之后，再向MN發(fā)送一個(gè)綁定的確認(rèn)消息。

MN利用路由器的發(fā)現(xiàn)過程接收AR的路由器廣告消息，廣告消息向MN提供AR的前綴和新實(shí)體DFA的至少一個(gè)本地地址，之后主動(dòng)配置自己的LCoA并向選定的DFA發(fā)送綁定更新消息，將其與主動(dòng)配置的DCoA綁定，進(jìn)入DFA域。本地綁定在MN和DFA之間建立了一個(gè)雙向的隧道，MN發(fā)送的數(shù)據(jù)包在DFA處解封之后，將內(nèi)層的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。也就是說，MN的所有數(shù)據(jù)包都會(huì)經(jīng)過隧道被DFA先接收，處理后再到達(dá)MN，這就很好地解決了丟包率的問題。

在協(xié)議中，接入路由器可以自成一個(gè)DFA，也可以屬于一個(gè)DFA域，或者二者兼?zhèn)洌虼怂饶軐?duì)外廣播自己的路由消息，還能接收DFA廣播的路由廣告消息，并對(duì)接收到的廣告消息進(jìn)行廣播，如此一來，MN接收到的路由廣告消息里就包含有了多個(gè)的DFA選項(xiàng)，通過對(duì)其設(shè)置優(yōu)先級(jí)和距離向量之后，可以幫助MN選擇最佳的DFA。

4、快速切換管理

HMFH協(xié)議的切換管理是以移動(dòng)IP工作組提出的FMIPv6方案作為基礎(chǔ)的。MN接收到鏈路層的出發(fā)后，會(huì)立即將路由請(qǐng)求代理器（RtSolPr）消息發(fā)送給它當(dāng)前的接入路由器，再由接入路由器發(fā)送回一個(gè)路由廣告消息PrRtAdv。協(xié)議對(duì)FMIPv6方案的PrRtAdv消息進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了另一個(gè)接入路由器（AAR）的DFA選項(xiàng)，MN通過對(duì)AAR的DFA地址和當(dāng)前DFA的地址的比較，判斷出鏈路層的切換是在域內(nèi)還是域外。

在AAR支持移動(dòng)IP的情況下，MN利用DFA分別通過本地綁定更新和家鄉(xiāng)綁定更新實(shí)現(xiàn)鏈路層的域內(nèi)和域外的切換；如果APP不支持移動(dòng)IP，可以先在AAR子網(wǎng)上的LCoA上配置MN，通過這個(gè)新的LCoA與當(dāng)前的DFA進(jìn)行本地綁定，建立起DFA和AAR之間的隧道，完成網(wǎng)絡(luò)層的快速切換。

5、性能分析

通過對(duì)HMFH方案進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與方案預(yù)想中的效果相差不大。對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，得出使用這一方案能使網(wǎng)絡(luò)路由信息更加穩(wěn)定，路由效率也得到了提高，且由于方案加入了一個(gè)新實(shí)體，很好地?cái)U(kuò)展了IPv6的性能，且由于MN的真正接入地址LCoA對(duì)外是不可見的，因而也具有更好的安全性和可靠性。

三、結(jié)語(yǔ)

基于分層移動(dòng)的移動(dòng)IPv6快速切換方案HMFH是采用了將微移動(dòng)和鏈路層觸發(fā)相結(jié)合的思路，利用鏈路層觸發(fā)提前獲知節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，并用有限的計(jì)算進(jìn)行網(wǎng)路層第三層切換，能很好地解決網(wǎng)絡(luò)層切換的切換延遲和丟包問題，為移動(dòng)IIPv6的無縫切換提供了新方法。但這一技術(shù)還并不完善，需要我們?cè)趯?shí)踐的過程中對(duì)其進(jìn)行不斷的研究改進(jìn)，使其發(fā)展的更為成熟，更好地解決移動(dòng)IPv6的快速切換問題，從而為用戶提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬爭(zhēng)鳴，張飛，胡海峰，王波濤，王琳，王可，張荀，梁艷盈，梁玉琪.一種支持IPv4的分層移動(dòng)IPv6的方法.[P].中國(guó)專利：H04W8/08，2012-08-01.

[2]楊怡，董永強(qiáng).面向分層移動(dòng)IPv6網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)指針推進(jìn)機(jī)制.軟件學(xué)報(bào)，2011，（1）

[3]王康華.改進(jìn)分層移動(dòng)IPv6的LT-TMAP快速切換方案.蘭州理工大學(xué)，2010，（4）

[4]黃國(guó)勝，陳志剛，趙明，李慶華，梁平原.分層移動(dòng)IPv6中呼叫接入控制的動(dòng)態(tài)優(yōu)化.高技術(shù)通訊，2010，（1）