基于QoS保證的移動(dòng)IP通信機(jī)制的研究

方勇

【摘要】在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支持下，移動(dòng)lP通信技術(shù)已經(jīng)成為社會(huì)生活必不可少的內(nèi)容。大量的移動(dòng)設(shè)備用戶不僅希望能夠隨時(shí)隨地的接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，而且迫切的希望能夠提升移動(dòng)通訊的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。本文將立足于移動(dòng)通信的實(shí)際，從IP通信機(jī)制的角度出發(fā)，結(jié)合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量實(shí)際，對(duì)基于QoS保證的移動(dòng)IP通信機(jī)制進(jìn)行簡要分析。

【關(guān)鍵詞】 QoS 移動(dòng)通信 通信機(jī)制

前言：在現(xiàn)代社會(huì)，移動(dòng)通信借助移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)滲入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)角落，當(dāng)前已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)賴以維持的重要基礎(chǔ)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展環(huán)境下，移動(dòng)通信用戶對(duì)移動(dòng)通信的需求越來越高，如何提升移動(dòng)IP通信的質(zhì)量成為移動(dòng)通信領(lǐng)域面臨的主要問題，因此對(duì)基于QoS保證的移動(dòng)IP通信機(jī)制的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

一、移動(dòng)lP環(huán)境中QoS的影響因素

1.1 移動(dòng)性對(duì)QoS的影響

移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于固定網(wǎng)絡(luò)而言最大的特點(diǎn)就是其自身的移動(dòng)性，移動(dòng)用戶端的頻繁移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致終端數(shù)據(jù)連接的連續(xù)性被打斷。用戶端的位置出現(xiàn)移動(dòng)后往往需要與之前的路由端斷開連接，并與新的、當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的路由端口進(jìn)行重新連接。在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要獲取新的轉(zhuǎn)交地址，并向家鄉(xiāng)代理注冊(cè)新的轉(zhuǎn)交地址，如果通信對(duì)端支持移動(dòng)IP還需要向移動(dòng)對(duì)端注冊(cè)新的轉(zhuǎn)交地址，只有完成全部上述動(dòng)作，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)才能保持在移動(dòng)過程中的通信連續(xù)性。但是在這一過程中因?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑出現(xiàn)改變，數(shù)據(jù)傳輸需求很難再得到如起始網(wǎng)絡(luò)中那樣合理的網(wǎng)絡(luò)資源配屬，所以在實(shí)際的移動(dòng)用戶端應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與子網(wǎng)絡(luò)的連接經(jīng)過切換以后就很難再保持原有的QoS。

1.2 無線鏈路對(duì)QoS的影響

從本質(zhì)上講移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)并不是純粹的無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際應(yīng)用中的無線網(wǎng)絡(luò)是由有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)共同組成的，移動(dòng)IP信號(hào)大部分都是借助有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳輸，只有在移動(dòng)lP信號(hào)的最后一程會(huì)使用無線鏈路，同時(shí)也正是這最后一程的質(zhì)量影響了整個(gè)移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的QoS。在實(shí)際應(yīng)用中單跳無線鏈路存在嚴(yán)重的不穩(wěn)定性，由于最后一程的無線鏈路不穩(wěn)定導(dǎo)致整個(gè)移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)都無法為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供QoS的“硬”保證，在移動(dòng)用戶端的實(shí)際運(yùn)行中，往往都需要移動(dòng)端適應(yīng)移動(dòng)環(huán)境的鏈路質(zhì)量以提升QoS，而不是通過移動(dòng)用戶端提供高質(zhì)量的QoS。

無線鏈路帶寬的不穩(wěn)定問題，并不是淺層的移動(dòng)通信問題，而是深層的互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議問題，當(dāng)前的移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了大量的固定網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，導(dǎo)致移動(dòng)IP信號(hào)在無線鏈路的傳播過程中出現(xiàn)的帶寬不穩(wěn)定問題。但是當(dāng)前移動(dòng)lP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際上是有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)共同組成的，兩種網(wǎng)絡(luò)形式的并存為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的完善設(shè)置了障礙。

二、移動(dòng)IPv6網(wǎng)絡(luò)中的切換分析

2.1 移動(dòng)IPv6協(xié)議的切換過程分析

移動(dòng)IP層的切換是指一個(gè)正在通信中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)改變或者試圖改變與當(dāng)前子網(wǎng)的連接，而移動(dòng)到另一個(gè)不同的子網(wǎng)中去，實(shí)質(zhì)上就是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的位置改變。在這一過程中因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理問題和信號(hào)強(qiáng)度問題，移動(dòng)端可能會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)無法接收和發(fā)送信號(hào)的現(xiàn)象。這一轉(zhuǎn)換過程基本如下：首先，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)通過分析接人路由器的公告信息來分析當(dāng)前是否處于一個(gè)新的子網(wǎng)絡(luò)中。其次如果確定處于一個(gè)新的子網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，新的接人路由器在確定信息中會(huì)包含有給這一移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在新的鏈路上進(jìn)行重復(fù)地址的檢測(cè)，確定新的鏈路可用以后形成新的轉(zhuǎn)交地址。這一地址會(huì)被傳遞給家鄉(xiāng)的代理，并通過綁定更新信息的方式，更新移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與子網(wǎng)絡(luò)的連接緩存，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)。

2.2 主要的切換協(xié)議分析

因?yàn)橐苿?dòng)IPv6協(xié)議不能夠完整的解決移動(dòng)IP服務(wù)的QoS問題，所以研究人員在現(xiàn)有的移動(dòng)IPv6協(xié)議基礎(chǔ)之上開發(fā)了其他的切換協(xié)議，主要包括有快速移動(dòng)IPv6、分級(jí)移動(dòng)IPv6和分級(jí)快速移動(dòng)IPv6，這三種技術(shù)可以看做是移動(dòng)IPv6協(xié)議的升級(jí)版。其中快速移動(dòng)IPv6技術(shù)主要解決的是移動(dòng)檢測(cè)問題，而分析移動(dòng)IPv6技術(shù)主要解決的是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的信令負(fù)載和延時(shí)問題，分級(jí)快速移動(dòng)IPv6一定程度上集成了二者的優(yōu)勢(shì)，其轉(zhuǎn)換性能得到進(jìn)一步提升。

三、DiffServ移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中支持QoS保證的方案

3.1 資源管理器的功能模型

DiffServ網(wǎng)絡(luò)采取集中式的管理方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)這一功能的主要機(jī)構(gòu)是資源管理器，這一系統(tǒng)在運(yùn)行中收集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)鏈路的狀態(tài)信息，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的硬件網(wǎng)絡(luò)資源情況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源分配。在網(wǎng)絡(luò)資源充沛的前提下，資源管理其可以根據(jù)承諾承載的業(yè)務(wù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行充分的分配管理，在保證網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)為所承載的業(yè)務(wù)提供QoS保證。

從整體結(jié)構(gòu)的角度來看資源管理器主要由五大部分組成，分別是策略管理模塊、用戶接口、接納控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和路由管理模塊。其中策略管理模塊主要根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的資源分配策略對(duì)用戶的資源請(qǐng)求進(jìn)行接納控制；用戶接口是系統(tǒng)與用戶之間資源分配信息和請(qǐng)求的主要通道；接納控制模塊負(fù)責(zé)結(jié)合用戶的資源請(qǐng)求和用戶所處邊緣路由器的承載能力，對(duì)用戶的資源請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要將系統(tǒng)收集到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和無線鏈路信息進(jìn)行存儲(chǔ)；路由器管理模塊以經(jīng)過層層審核的合理資源請(qǐng)求為基礎(chǔ)，為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和連接的路由器提供QoS保證。

3.2 資源管理器提供QoS保證的流程

移動(dòng)用戶端的數(shù)據(jù)連接首先會(huì)表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求，進(jìn)入到資源管理器內(nèi)部，資源管理器接收到資源請(qǐng)求以后，會(huì)在移動(dòng)用戶端當(dāng)前連接的網(wǎng)絡(luò)中為其預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，并根據(jù)移動(dòng)用戶端的歷史移動(dòng)記錄，對(duì)其周邊的幾個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行移動(dòng)概率分析，在移動(dòng)目標(biāo)地概率較大的子網(wǎng)區(qū)域?yàn)槠漕A(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源。在其后的網(wǎng)絡(luò)連接過程中，資源管理器會(huì)不斷對(duì)移動(dòng)用戶端家鄉(xiāng)代理的維護(hù)緩存記錄和資源管理其中移動(dòng)用戶端的位置記錄進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)檢測(cè)到這兩個(gè)位置信息不同時(shí)就可以確定移動(dòng)用戶端已經(jīng)從一個(gè)子網(wǎng)移動(dòng)到另一個(gè)子網(wǎng)。資源管理器會(huì)根據(jù)移動(dòng)用戶端的存儲(chǔ)記錄對(duì)為移動(dòng)用戶端準(zhǔn)備的資源，未用到的資源將會(huì)被釋放，而移動(dòng)用戶端連接的子網(wǎng)絡(luò)就可以借助預(yù)留的資源保證移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的QoS。

四、結(jié)論

移動(dòng)IP通信是現(xiàn)代移動(dòng)通信的主要形式，由于其自身的便捷性和高效性已經(jīng)深入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，成為對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有基礎(chǔ)性影響作用的重要因素，同時(shí)在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，移動(dòng)用戶端對(duì)移動(dòng)通信的質(zhì)量要求越來越高，因此對(duì)基于QoS保證的移動(dòng)IP通信機(jī)制的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。本文從移動(dòng)IP通信的影響因素、切換機(jī)制兩個(gè)角度對(duì)這一問題進(jìn)行了簡要分析，并在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了DiffServ移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中支持QoS保證的方案，以期為移動(dòng)IP通信機(jī)制的QoS保證水平提升提供支持和借鑒。