集成N-PMIPv6和同步綁定消除NEMO中包的丟失

杜龍洋 梁曉誠

1桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 541004

2桂林理工大學(xué)圖書館 廣西 541004

0 引言

一般情況下，用戶想要一個(gè)不考慮連接點(diǎn)的持續(xù)的互聯(lián)網(wǎng)訪問權(quán)限。通常他們需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻和其他一些多媒體數(shù)據(jù)，雖然數(shù)據(jù)的規(guī)模巨大，但我們必須避免數(shù)據(jù)包丟失，這樣才不會影響到多媒體的質(zhì)量。移動(dòng)IP被設(shè)計(jì)用于支持當(dāng)用戶從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)而不用更改其IP地址。移動(dòng)IPv6是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的IP移動(dòng)性實(shí)現(xiàn)，它允許互聯(lián)網(wǎng)中位置無關(guān)的IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由。每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是由其家鄉(xiāng)地址標(biāo)識，當(dāng)離開當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)由其轉(zhuǎn)交地址標(biāo)識。家鄉(xiāng)代理存儲著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的永久性地址信息，外部網(wǎng)絡(luò)對訪問它的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通告轉(zhuǎn)交地址以實(shí)現(xiàn)連接。在諸如VPN或者VOIP的應(yīng)用中，可能會出現(xiàn)IP地址或者網(wǎng)絡(luò)鏈接的突發(fā)變化而導(dǎo)致問題的產(chǎn)生，這樣就應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)經(jīng)過身份驗(yàn)證的路由過程以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址到家鄉(xiāng)代理的通信。

1 網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性(NEMO)

IETF一直致力于終端移動(dòng)性問題的工作，在IETF中的NEMO組提出了對IPv4及IPv6的網(wǎng)絡(luò)層解決方案，這個(gè)方案使得終端的移動(dòng)無需停止其正在進(jìn)行的會話。終端移動(dòng)性問題已經(jīng)進(jìn)行過分析。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性的第一步是在IP網(wǎng)絡(luò)中有終端移動(dòng)性的支持，但還存在著需要配套的完整的網(wǎng)絡(luò)更改其固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，以維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備的會話：這既是IP網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性。在此情況下，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將有至少一個(gè)稱為移動(dòng)路由器的路由器(MR)連接到固定的基礎(chǔ)設(shè)施，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備將通過此MR獲得到外網(wǎng)的連接。IP終端移動(dòng)性的解決方案并不支持網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)，因此IETF NEMO WG 被建立，定義了一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)層中實(shí)現(xiàn)IPv6網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)的解決方案。NEMO工作組通過修改IPv6 主機(jī)移動(dòng)性的解決方案(MIPv6)建立了基于IPv6 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性問題的基本解決方法。但該解決方案在處理不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)一定得特別靈活，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中包含不同子網(wǎng)和嵌套的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)。

2 PMIPv6(代理移動(dòng)IPv6)

代理移動(dòng)IPv6嘗試向堆棧中沒有移動(dòng)IPv6的IPv6主機(jī)提供移動(dòng)性。它使移動(dòng)設(shè)備與特定域中相同的IP地址進(jìn)行漫游。這種支持完全是從稱之為基于本地化移動(dòng)域的網(wǎng)絡(luò)中來。它提供沒有任何軟件依賴的流動(dòng)性支持以及在終端復(fù)雜的移動(dòng)性配置。IETF通過 PMIPV6提供此功能。這個(gè)概念對操作者真的很有用，因?yàn)樗鼫p少了移動(dòng)的復(fù)雜性，它可以通過與 NEMO協(xié)議的整合而應(yīng)用于大的區(qū)域。實(shí)現(xiàn)如圖 1所示，這是現(xiàn)有的提供連接的方法，在車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中更為突出。因?yàn)樵谶@些網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)性很高，連通性就成了最大的挑戰(zhàn)，它可以通過現(xiàn)有的辦法加以克服。

圖1 代理移動(dòng)域

3 同步綁定

同步綁定是FMIPv6(層次化移動(dòng)IPv6)的擴(kuò)展，它試圖減少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)移動(dòng)過程中包的丟失，它通過向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流量的雙播到其當(dāng)前的位置以及可以預(yù)期的以后會到的位置來實(shí)現(xiàn)，此功能是內(nèi)置在IPv4中的，但在IPv6中卻沒有。在無線網(wǎng)絡(luò)中，很難確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從何處已分離和新的接入點(diǎn)，這就導(dǎo)致難以確定數(shù)據(jù)包的傳輸從何時(shí)開始。對此一個(gè)簡單的解決方法即是在短時(shí)間里在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從OAR(舊接入路由器)到一個(gè)或多個(gè)之后可能會到的位置到達(dá)之前進(jìn)行數(shù)據(jù)包的雙播或者單播。對移動(dòng)節(jié)點(diǎn)而言，重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳遞也是可能的，所以數(shù)據(jù)包的復(fù)制和刪除應(yīng)該遵循在每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中維護(hù)一個(gè)簡單的列表。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過設(shè)置一個(gè)短的生命周期來丟棄數(shù)據(jù)包。因?yàn)?UDP不進(jìn)行確認(rèn)，所以它是這種方法的最佳方案。該網(wǎng)絡(luò)將充斥著數(shù)據(jù)包，服務(wù)質(zhì)量也會受到影響，在此移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過向先前的、當(dāng)前的或者之后的接入路由器發(fā)送數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)可達(dá)。通過采用這種方法可以避免巨大的頭部信息。結(jié)果顯示，同步綁定和高延時(shí)是因?yàn)閿?shù)據(jù)包的重復(fù)和對包的確認(rèn)。如果網(wǎng)絡(luò)考慮到延遲的問題，我們可以使用其它的方法，比如快速切換或者 HMIP(層次化 IP)，但為了避免數(shù)據(jù)包的丟失，同步綁定始終是最好的解決方法。用戶仍然可以進(jìn)行任何漫游，因?yàn)榈骄W(wǎng)絡(luò)的連接已經(jīng)得到了保障。

4 N-PMIPV6體系結(jié)構(gòu)

這是一種新穎的結(jié)構(gòu)，稱為 NEMO下啟用的 PMIPv6(N-PMIPv6)，其中完全集成了在本地化移動(dòng)PMIPv6 (代理移動(dòng) ipv6)域中的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。用此方法，用戶可以從固定的位置或移動(dòng)平臺(如車輛)獲取連接，可以在兩者之間移動(dòng)的同時(shí)保持它們正在進(jìn)行的會話連接。N-PMIPv6 體系結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出兩個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，N-PMIPv6是完全基于網(wǎng)絡(luò)的，因此在終端沒有移動(dòng)性支持的要求；第二，不管是在延遲還是信令開銷方面, 切換性能得到改善。

NEMO B.S協(xié)議要求MRs(移動(dòng)路由器)管理它們自己的移動(dòng)性，而這在N-MIPv6中是不做要求的，同樣的，N-MIPv6也不要求在 MTs(移動(dòng)終端)中移動(dòng)性的相關(guān)功能。這是因?yàn)樵贜-MIPv6中MRs和MTs的移動(dòng)性都是由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理的。這使得 IP節(jié)點(diǎn)可以在固定的 MAGs(移動(dòng)接入網(wǎng)關(guān))和 MRs間漫游而不用改變IPv6地址。LMA (本地移動(dòng)錨點(diǎn))添加新的綁定緩存條目關(guān)聯(lián)MT的標(biāo)號和前綴及它所附加的MAG的IPv6地址。MAG 充當(dāng)代理的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，所以只有一個(gè)控制消息被發(fā)送到LMA 或者到維護(hù)著單獨(dú)列表的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)。此體系結(jié)構(gòu)為車輛網(wǎng)絡(luò)提供良好的連通性，用戶可以從一個(gè)固定網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)路由器漫游或者獲得連接。嵌套隧道是這種體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)，它會引起數(shù)據(jù)包的丟失，這樣的諸如音頻和視頻的消息是不合要求的。應(yīng)該有某種機(jī)制來驗(yàn)證移動(dòng)網(wǎng)關(guān)以提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的信息從而避免安全問題。

5 提出的架構(gòu)—N-MIPv6和同步綁定的集成

當(dāng)我們把同步綁定的方法和N-MIPv6集成時(shí)，數(shù)據(jù)包的丟失就減少了。無論何時(shí)當(dāng) CN(通信節(jié)點(diǎn))通過 LMA 或者HA(家鄉(xiāng)代理)向MT發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，它總是被發(fā)送到之前、當(dāng)下或者下一個(gè)路由器。所有的路由器會盡力將數(shù)據(jù)包傳遞到MT或者M(jìn)N。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過為每個(gè)數(shù)據(jù)包設(shè)置生命周期來加以避免任何重復(fù)數(shù)據(jù)包即相同數(shù)據(jù)包到達(dá)該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在N-MIPv6中數(shù)據(jù)包丟失的問題被消除，這樣就可以接受到高質(zhì)量的音頻、視頻和其它的文件。用戶在互聯(lián)網(wǎng)中通常使用此類型的文件用于數(shù)據(jù)傳輸。

當(dāng)CN需要向MT2發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先被路由到LMA，然后LMA參照包含了如IP地址，訪問路由器、終端等整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息的表。通過驗(yàn)證表，LMA確定MT的當(dāng)前位置及它來自的接入點(diǎn)。根據(jù)同時(shí)綁定技術(shù)，數(shù)據(jù)包被發(fā)送到先前的、當(dāng)下的或者下一個(gè)接入點(diǎn)或者接入路由器。這樣即使 MT2出于移動(dòng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)包也可以順利到達(dá)。

在圖2中，MT2在MAG2下面，因此數(shù)據(jù)包可以被發(fā)送到MAG1、MAG2和MAG3，數(shù)據(jù)包可以同時(shí)到達(dá)這三個(gè)接入點(diǎn)，這樣即使節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)過快，它也能被到達(dá)。會出現(xiàn)以下三種情況：

在 MAG2中，MT2沒有太大的移動(dòng)性。在此情況下，MAG2傳送數(shù)據(jù)包，MAG1和MAG3試圖傳送數(shù)據(jù)包，因?yàn)?MT2不在后兩者的覆蓋范圍里，一段時(shí)間后，它們都將丟棄數(shù)據(jù)包。如果MT2在MAG3的覆蓋范圍里，MAG3將傳送數(shù)據(jù)包，MAG1和MAG2將丟棄數(shù)據(jù)包。如果MT2移向它之前的接入路由器，MAG1將傳送數(shù)據(jù)包，MAG2和MAG3將丟棄數(shù)據(jù)包。如果MT停留在任意兩個(gè)MAG之間，它將會是兩者皆可達(dá)，在此期間，數(shù)據(jù)包被復(fù)制，因它被傳送了兩次。MT可能會維護(hù)著包含數(shù)據(jù)包的標(biāo)識和生命周期的表。MT2應(yīng)當(dāng)通過驗(yàn)證之前接收到的數(shù)據(jù)包的生命周期和包標(biāo)識來丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)包，這樣重復(fù)的數(shù)據(jù)包從節(jié)點(diǎn)就被丟棄掉。由于重復(fù)確認(rèn)和否定確認(rèn)，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中可能會出現(xiàn)擁塞，通過為ACK和N-ACK添加額外的列可以克服這種情況，這樣的列表必須包含包的標(biāo)識、生命周期、ACK和N-ACK。這些表必須在移動(dòng)接點(diǎn)中維護(hù)以克服在移動(dòng)終端的擁塞和數(shù)據(jù)包重復(fù)。當(dāng)新的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，表中的條目被建立，當(dāng)數(shù)據(jù)包的生命周期一過，此表就會被刪除。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以很容易的維護(hù)自己的表而不會影響它的性能和其它因素。表1給出樣表。

表1 移動(dòng)終端的包驗(yàn)證表

6 結(jié)論

同步綁定協(xié)議和通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所要求的參數(shù)而維護(hù)列表的新技術(shù)可以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩瑫r(shí)不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的情況，任何類型的數(shù)據(jù)都可以被傳送。提出的系統(tǒng)可以增強(qiáng)車載網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)網(wǎng)接入的性能，也保障了數(shù)據(jù)包的接收，使得多媒體信息的質(zhì)量得到改善，數(shù)據(jù)包被設(shè)置了生命周期以避免重復(fù)。提出的架構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)接入到城市公共交通系統(tǒng)，如地鐵、城市公交等時(shí)可以有一個(gè)有效可靠的實(shí)現(xiàn)方法。在這些系統(tǒng)中，提供從車輛到站的連接不是惟一的要求，因?yàn)楫?dāng)車輛改變時(shí)，這種連接也必須被維持。當(dāng)我們考慮寬帶低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這種解決方法可能就會變的無效。今后的工作可以圍繞著怎樣避免車載網(wǎng)絡(luò)的延遲和可解決的安全問題來開，相應(yīng)的通信量減少和維護(hù)工作也應(yīng)跟著開展。

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