一種支持微移動的HIP切換機制

劉星宇

（西安郵電學院 通信與信息工程學院，西安 710121）

一種支持微移動的HIP切換機制

劉星宇

（西安郵電學院 通信與信息工程學院，西安 710121）

0 引言

未來通信網(wǎng)絡發(fā)展的目標是異質網(wǎng)絡間的融合。IETF組織是目前國內外對于網(wǎng)絡間的移動性管理的最重要的標準之一，主要的管理方案有：MIP[1]（Mobile IP，移動IP）、SIP(Session Initiation Protocol，會話發(fā)起協(xié)議)、HIP(Host Identity Protocol，主機標識協(xié)議)等，HIP是近幾年研究的熱點。

在目前的相關文獻中，常見的是HIP切換方案是由RVS[2]（Rendezvous Server，匯聚服務器）來實現(xiàn)移動性，MN(mobile node,移動節(jié)點)在DNS（Domain Name Server，域名服務器）中登記MN的RVS。每一次MN的移動，都需要向RVS報告，由RVS來管理記錄節(jié)點的域名，HIT[3]、IP地址、以及節(jié)點所屬的RVS的域名。只能解決宏移動，而不能解決微移動[4]。而本文的這種設計方案都可以解決。

1 支持微移動的HIP切換機制

移動管理機制為每個移動節(jié)點存儲位置信息[5]，即就是如何組織移動節(jié)點的地址信息的分布與存貯。在這里采用層次結構，從而可以將接入網(wǎng)按照分層結構分成好幾個層次和合適大小的覆蓋區(qū)域。根據(jù)Ramon Caceres[6]的理論三層結構模型更合適，而覆蓋區(qū)域的大小要根據(jù)實際情況。圖1給出的示意圖是三層結構模型，參照微移動的MIP-RR[7]協(xié)議，把HIP原有的RVS細分成兩層GRVS（Gateway RVS，網(wǎng)關匯聚服務器）和LRVS（ Local RVS，本地匯聚服務器），DNS相當于MIP-RR中的HA（Home Agent，歸屬代理），GRVS和LRVS相當于GFA（Gateway Foreign Agent，網(wǎng)關外地代理）和FA（外地代理）。在圖1中GRVS作為接入網(wǎng)接入internet的網(wǎng)關，第一層是MN在域間移動，即同一RVS（服務集合點）內，不同的GRVS，包括接入網(wǎng)1和接入網(wǎng)2兩個域(接入網(wǎng)2同接入網(wǎng)1，圖中未畫)；第二層是MN在域內移動，即同一GRVS內，不同的LRVS，每個域包括2個子網(wǎng)（用虛線所示），子網(wǎng)包括LRVS和2個BS (Base Station，基站)；第三層是MN在本地移動，同一LRVS內，MN在不同的BS范圍間移動。

針對每一層要完成不同的功能，對應的數(shù)據(jù)結構如圖2所示，接入網(wǎng)中的LRVS管理的是MN的主機標識HIT和IP地址（HIT-MN， IP-MN），G R V S管理的是各個L R V S的I P地址及M N標識（HIT-MN，IP-LRVS），RVS管理的是各個接入網(wǎng)的GRVS的IP地址及MN的標識（HIT-MN，IP-GRVS），DNS域管理MN的標識HIT，RVS的標識HIT及IP地址（HIT-MN，HIT-RVS，IPRVS）。

圖2 三級結構模型的數(shù)據(jù)結構

2 MN的切換過程

當移動主機無線接入Internet時，MN的移動分為三層：本地移動、域內移動、域間移動。

2.1 本地切換

MN在同一個子網(wǎng)中（LRVS）的不同BS之間的移動，如果處于BS1到BS2的移動中，就可以收到新的BS的通告消息，通過收到的通告消息所包含的LRVS的信息與自己保存的LRVS的信息是否一致，決定是否是本地切換，如果是，新BS2分配新IP，LRVS就綁定MN的HIT和新IP，LRVS就要刪除舊IP和HIT綁定，這樣由CN發(fā)送的數(shù)據(jù)就可以根據(jù)GRVS的表中的LRVS的IP地址轉發(fā)給MN所在的LRVS，然后由LRVS轉發(fā)給MN。這樣，發(fā)生本地移動時，相關的切換都在同一子網(wǎng)中。

2.2 域內切換

在同一個域內（同一GRVS控制下）的不同子網(wǎng)間(LRVS1—LRVS2)移動，即微移動，如，MN從BS2到BS3的移動。首先判斷從BS3發(fā)出的通告信息中的GRVS和LRVS信息與保存的MN保存的GRVS和LRVS信息是否一致，如果LRVS一致，而GRVS不一致，就是發(fā)生域內切換，只需要通知GRVS的更新MN當前所在的LRVS的IP地址，刪除舊的LRVS的IP地址，這樣由CN發(fā)送的數(shù)據(jù)就可以根據(jù)GRVS的表中的LRVS的IP地址轉發(fā)給MN所在的LRVS，然后由LRVS轉發(fā)給MN。這種情況下也不需要RVS的參與。只有GRVS負責維護MN的HIT和LRVS的IP地址的更新。

2.3 域間切換

當MN在域間（接入網(wǎng)1到接入網(wǎng)2）移動時，即是宏移動。首先判斷從新BS發(fā)出的通告信息中的GRVS和LRVS信息與保存的MN保存的GRVS和LRVS信息是否一致，都一致就是發(fā)生域間切換。然后在RVS中記錄的是GRVS的新IP地址，在GRVS中存有所有在本域內的MN的信息。所當收到發(fā)往本移動節(jié)點MN的數(shù)據(jù)時，GRVS轉發(fā)給MN所在的LRVS，然后由LRVS轉發(fā)給MN。這些通信過程就采用宏移動的HIP協(xié)議。

3 性能分析

切換管理的性能指標主要是切換時延、包丟失率和切換成功率。對于切換來講，又分域內外切換，要網(wǎng)絡層協(xié)議和鏈路層[8]結合使用。

3.1 切換時延

對于切換來講，一次成功的切換，切換時延 T包括MN切換到新BS的鏈路切換時延Tlink，MN在新BS獲得IP的時延Tip，以及MN對CN進行位置更新的時延Treg。

Tlink、Tip跟切換的BS的半徑大小，MN運動速度等有關。Treg跟位置更新所綁定的實體有關，按照圖1的層次結構，切換時延最主要的是位置更新時延。針對上面三種切換，給出不同的位置更新時延。

3.1.1 本地更新時延

MN在同一個子網(wǎng)中（LRVS）的不同BS之間的移動，更新時延主要由MN-LRVS的信息傳遞時間YMN-LRVS決定。

3.1.2 域內更新時延

在同一個域內（同一GRVS控制下）的不同子網(wǎng)間(LRVS1—LRVS2)移動，即微移動，更新時延主要由MN-LRVS的信息傳遞時間YMN-LRVS和GRVSLRVS信息傳遞時間YGRVS-LRVS決定。

3.1.3 域間更新時延

當MN在域間（接入網(wǎng)1到接入網(wǎng)2）移動時，即是宏移動。更新時延主要由MN-LRVS的信息傳遞時間 和GRVS-LRVS信息傳遞時間YMN-LRVS和RVS-GRVS 信息傳遞時間YGRVS-LRVS決定。

如果MN距離 RVS比較遠的話，采用微移動機制，式(2)、式(3)明顯小于式(4)，即就是本地更新時延和域內更新時延比采用宏移動的切換機制的位置更新時延要小很多。MN的更新時延主要與管理它的LRVS、GRVS實體位置有關。按照層次結構，MN距離越近，時延越少。因此，MN移動時，切換性能與LRVS、GRVS實體的放置位置、管理下層實體的個數(shù)有關系。

3.2 包丟失率

在MN發(fā)生移動時，在切換中，由于CN沒能及時的獲得MN的IP地址，還是把報文發(fā)給MN的原IP，就會造成報文丟失，那么丟包跟切換時延存在一定的關系。如果r為CN給MN發(fā)送報文的速率，不考慮其他因素，那么丟包數(shù)[9]N為：

如果r一定，那么切換時延T越大，丟包數(shù)N就越大。

3.3 切換的成功率

對于無線鏈路來講，由于各種原因會造成沒有可用信道導致切換不成功，在這里只考慮由于時延造成的切換的不成功[10]。如果MN在一個BS中停留的時間小于切換時間，那就切換不成功。

在切換時延中，切換時延主要取決于MN對CN進行位置更新的時延。由于無線鏈路的傳輸能力有限，出錯的概率大（誤碼率高），需要重傳的幾率大，所以位置更新的時延將會增加，那么導致切換的時延增加。按照上面的分析，時延與丟包率的關系，可以得出，丟包率也增加。那么切換成功率就低。

從MN的運動速率來分析，如果運動速度增加，那么BS的半徑固定的話，那么MN移出BS的概率增加了，位置更新的次數(shù)增加了，位置更新的時延也增加了，丟包也增加了，切換成功率降低了。

從BS的覆蓋半徑來分析，在MN的運動速率固定的情況下，如果半徑越大，MN移出BS的速率就小，位置更新的次數(shù)小，切換時延也就小，丟包少，成功率高。

4 結論

文章討論了支持微移動的HIP的切換機制，詳細的分析了這種機制的切換過程和性能分析，得出此種機制比原來不支持微移動的方案的在切換性能方面的優(yōu)勢，不僅可以降低節(jié)點移動時的切換時延，包丟失率和提高切換成功率，而且很好的支持微移動應用。

[1]景娜娜,程車年,陳魏新.基于MIP和HIP的移動性管理方案設計[J].電視技術,2007,31(9):56-58.

[2]郭娟. 全IP移動通信網(wǎng)中微移動管理方案[J].西安郵電學院學報,2005,10(3):69-72.

[3]唐宏,吳中福,聶能,等.宏移動協(xié)議和微移動協(xié)議的注冊性能比較[J].計算機學報,2003,26(6) :765-768.

[4]陳偉,王艷濤,張書欽,等.基于主機標識的訪問控制模型研究[J].通信技術, 2009,42(3):206-208.

[5]翟羽佳,袁堅,山秀明,等.一體化網(wǎng)絡下移動性管理的索引結構模型 [J].電子學報,2009,43(7):706-712.

[6]王勝靈,劉國榮,沈鈞毅,等.移動IPV6種的一種分布式動態(tài)型微移動管理方案[J].軟件學報,2005,16(7):1314-1321.

[7]鄭華貴,蔣鴿玲,何晨,等.一種改進的下一代無線通信網(wǎng)絡移動切換方案[J].上海交通大學學報,2009,49(8):1184-1188.

[8]汪靜,王能.基于多協(xié)議層聯(lián)合優(yōu)化的移動性管理技術[J].計算機應用,2006,26(10):2285-2288.

[9]Jiang Xue,Akyildiz.I.E.A distributed dynamic regional location management scheme of Mobile IP[C].twentyfirst Annual joint conference of the IEEE computer and communications societies proceedings.IEEE press,2002,2(2):1069-1078.

[10]李勇,陳文濤,金德鵬,等.集成HIP和SIP的多層次移動管理方案[J].清華大學學報(自然科學版),2009,49(8):1184-1188.

A handoff mechanism to support micro-mobility of hip

LIU Xing-yu

為了解決主機標識協(xié)議HIP（Host Identity Protocol）在微移動中的不足，采用移動IP解決微移動的分層的方法，把HIP的匯聚服務器RVS(Rendezvous Server)分成三層結構，得到一種支持微移動HIP切換機制。此機制不僅可以降低節(jié)點移動時的切換時延、包丟失率和提高切換成功率，而且很好的支持微移動應用。

HIP；移動性管理；域名系統(tǒng)DNS(Domain Name System)；RVS

劉星宇（1975 -），女，陜西富平人，講師，碩士，研究方向是無線互聯(lián)網(wǎng)。

TP391

A

1009-0134(2011)5(上)-0067-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).24

2010-11-29