分級無線網絡下的快速綁定方式

◆徐慶飛

(上海航空電器有限公司 上海 201101)

0 引言

分級移動 IP網絡是對原有移動IP網絡的改進，它與底層的接入技術無關，是一種網絡層移動性管理技術。通過將網絡劃分為不同的區域，使主機的移動分為域間（宏）移動和域內(微)移動。移動 IP協議因用于處理域間(宏)移動而被稱為宏移動協議，其分級擴展協議則用于處理域內(微)移動，因而稱為微移動協議。當移動主機進行微移動時，微移動協議要求移動主機只需要向域內移動錨點(Mobility Anchor Point，MAP)發送綁定更新消息，不必再向其歸屬代理發送綁定更新消息，從而縮短了綁定更新時延，改善了網絡性能。

1 宏、微移動協議的性能分析

分級的移動 IP網絡雖然結構多種多樣，但都能抽象為圖 1所示的網絡模型。

圖1 分級移動IP網絡結構模型

圖中AR為接入路由器，MAP為移動錨點。在宏移動協議下，移動錨點為路由器，不對數據包進行處理，只對數據包進行轉發，起到網關的作用。在微移動協議下，移動錨點為區域移動管理實體，管理各自域內的移動主機。

移動主機在一個 MAP域內擁有兩個轉交地址 CoA(CareofAddress，簡稱 CoA)：一個是區域轉交地址 RCoA(RegionalCareofAddress，簡稱 RCoA)，一個是鏈路轉交地址LCoA(LinkCareofAddress，簡稱 LCoA)。當移動主機剛剛進入一個新的 MAP域時，它將與某個接入路由器AR(AccessRouter， AR)建立聯系。通過文獻[1]中提到的移動 IP地址自動配置機制，移動主機在接入路由器處獲得鏈路轉交地址 LCoA，在移動錨點處獲得區域轉交地址 RCoA。

2 新型綁定更新方式

上述的綁定更新過程可以看出，移動主機在進行域間切換時需要依次與域內移動錨點和歸屬代理完成綁定更新，這種順次綁定更新方式無疑增加了切換延遲。為此，本文提出了一種新型的綁定更新方式——并發綁定更新方式。此綁定更新方式可以使移動主機并發地與域內移動錨點和歸屬代理完成綁定更新，從而縮短了域間綁定更新時延。

以移動錨點為中心的層次化移動 IP網絡是實現新型綁定更新方式的基礎。移動主機發往歸屬代理和域內錨點的綁定更新消息結構是基本相同的，區別僅在于本地綁定更新消息中包含M標識位(M 位表明該消息是發送到本地移動錨點的，而不是向歸屬代 理發送的綁定更新消息)。這便引發了一種新想法,如果本 地移動錨點接收到綁定更新消息后,在向移動主機返回綁定更新確認消息的同時，對接收到的綁定更新消息進行解封修改。首先對M位進行修改，由1置為0;其次,需要對綁定更新消息的報頭中的目的地址選項進行修改，使其轉變為移動主機發送到歸屬代理的綁定更新消息;然后對其進行封裝，由移動錨點發送到歸屬代理，將縮短移動主機域間綁定更新的時延，改善網絡的傳輸性能。

移動主機發往歸屬代理的綁定更新消息報頭，移動主機發往本地移動錨點的綁定更新消息報頭。 二者都是移動主機發出的，只是由于到達的目的地不同，因而報頭中的目的地址選項不同。

在新型綁定更新方式下，域內綁定更新過程與原有的微移動協議下域內綁定更新過程相同。移動主機進人到新的MAP域后，首先向移動錨點發送綁定更新消息。移動錨點對綁定更新消息處理完畢后，向移動主機返回一個綁定更新確認消息;此后則不按原有的微移動協議工作了 (原有的情況∶在移動主機接到移動錨點的綁定更新確認消息后，再向歸屬代理發送綁定更新消息），而是域內移動錨點 對收到的綁定更新消息進行解封修改，將M位的值由1變為0,使綁定更新消息的格式由域內傳輸模式轉變為域間傳輸模式。這樣，原先只能在域內傳遞的綁定更新消息便可以在整個網絡內傳遞。接著是對目的地址選項進行修改，將目的地址由域內移動錨點的地址改為移動節點的歸屬地址(歸屬地址在IPv6擴展報頭部分的歸屬地址選項中獲得），然后封裝并轉發至移動主機的歸屬代理;歸屬代理接收到此消息后，便會對其進行處理，并向移動主機返回綁定更新確認消息。至此，完成了微移動協議下域間切換的整個綁定更新過程。

新型方式下的綁定更新時延為：

Cnew=2Tma+2Tam+2Tmh+Th+Tm+Tp

其中，Tp為移動錨點對接收到的域內綁定更新消息進行解封、修改和封裝所用的時間。

MAP接收到移動主機的綁定更新消息后，從中提取出移動主機的歸屬地址，并生成一個有效時間，將二者存儲在綁定緩存中。移動錨點需要以固定頻率向域內移動主機發送綁定更新消息，以定期更新自己的綁定緩存表。如果某個移動主機連續兩次進人同一錨點域的時間間隔小于上次的有效時間，則不需要再向此移動錨點進行綁定，便可以直接與移動錨點和歸屬代理以及其他通信主機進行通信。此“記憶性綁定更新”策略尤其適用于移動主機在相對固定f3幾個MAP域內頻繁切換的情景，幾乎將綁定更新時延降低為零。另外，消除了綁定過程中因隧道轉發數據包而產生的“三角路由”問題，優化了整個網絡的傳輸性能。

3 實驗描述與結果分析

在NS2+Mobiwan環境下，設置兩個通信節點（一個作為移動節點，一個作為對端節點），再設置兩個路由節點 (一個具有無線路由功能，作為接人路由器;另一個作為移 動錨點，通過軟件實現移動錨點的記憶功能和對綁定更新包的處理能力），兩個通信節點在相距50米處經過兩個路由節點進行數據傳輸，測得無線傳輸延遲為1. 93733ms，有限傳輸延遲為1. 0803ms，對數據包的處理時間為0.00000032ms。

4 結束語

本文針對分級移動IP網絡采用移動IP協議及其擴展協議，分別管理移動主機的宏移動和微移動時所存在的不足，提出一種新型的綁定更新方式，使域內綁定更新與域間綁定更新并發執行，從而縮短了綁定延遲，優化了綁定更新過程。對移動錨點引入記憶性綁定更新策略，避免了移動主機對同一移動錨點產生的大量重復性綁定更新消息，同時也消除了綁定過程中的三角路由問題。新型綁定更新方式降低了移動主機在不同MAP域內切換的綁定更新延遲，使分級移動 IP網絡的性能得到改善，對于實現域間平滑且無縫切換也有一定的推動作用。

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[9]王文，許華虎，閆穎敏.移動IP網絡的移動節點的兩類軌跡分析[J].計算機工程與設計，2017.