代理移動(dòng)IPv6的路由優(yōu)化協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要： PMIPv6作為MIPv6的一種改進(jìn)版本，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。然而現(xiàn)有研究表明，在PMIPv6中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲](méi)有達(dá)到最優(yōu)化，特別是在移動(dòng)用戶節(jié)點(diǎn)（MN）與通信節(jié)點(diǎn)（CN）處于相近的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信令交互時(shí)，很容易導(dǎo)致整個(gè)鏈路和LMA的負(fù)擔(dān)嚴(yán)重加重，進(jìn)而造成不必要的網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延，影響移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種代理移動(dòng)IPv6的路由優(yōu)化協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，通過(guò)該協(xié)議有效地提高代理移動(dòng)IPv6的網(wǎng)絡(luò)性能。

關(guān)鍵詞： PMIPv6； 路由優(yōu)化； 切換； 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延

中圖分類號(hào)： TN915.04?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）17?0072?03

0 引 言

移動(dòng)IPv6技術(shù)給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)了革命性的推動(dòng)作用，近年來(lái)隨著移動(dòng)IPv6的快速推廣和應(yīng)用有效地提高了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能，但是隨著移動(dòng)IPv6的廣泛應(yīng)用，其在很多應(yīng)用場(chǎng)景下也出現(xiàn)了一定的缺陷，代理移動(dòng)IPv6作為對(duì)移動(dòng)IPv6的一種改進(jìn)，通過(guò)增加代理機(jī)制，讓移動(dòng)用戶節(jié)點(diǎn)有效地?cái)[脫了參與移動(dòng)性管理的束縛，從而提高了移動(dòng)IPv6的移動(dòng)性能。

PMIPv6（Proxy Mobile IPv6）是一種基于網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)管理思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理協(xié)議，在MIPv6（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)MIPv6協(xié)議中的MN和HA（家鄉(xiāng)代理）之間的信令交互支持IPv6的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，進(jìn)而使得MN可以不參與任何移動(dòng)性管理相關(guān)的信令，通過(guò)這種方式使PMIPv6網(wǎng)絡(luò)中的代理移動(dòng)實(shí)體能夠執(zhí)行與HA之間的相關(guān)信令，并且替代MIPv6網(wǎng)絡(luò)中的MN進(jìn)行移動(dòng)性管理。在PMIPv6中引入了移動(dòng)接入網(wǎng)關(guān)MAG（Mobile Acess Gateway）和本地移動(dòng)錨點(diǎn)LMA（Local Mobility Anchor）。使用MAG作為MN的代理路由，進(jìn)而替代MN的移動(dòng)性管理功能，LMA作為MN在PMIPv6中的家鄉(xiāng)代理，實(shí)現(xiàn)MIPv6中所有家鄉(xiāng)代理的功能。然而由于在PMIPv6中，MN在通信過(guò)程中發(fā)出的信令以及相關(guān)的數(shù)據(jù)包都是通過(guò)LMA和MAG間的雙向隧道完成傳輸?shù)?，其?shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲](méi)有達(dá)到最優(yōu)化，特別是在MN與CN節(jié)點(diǎn)處于相近的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信令交互時(shí)，很容易導(dǎo)致整個(gè)鏈路和LMA的負(fù)擔(dān)嚴(yán)重加重，進(jìn)而造成不必要的網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延，影響移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能，因此對(duì)PMIPv6進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)采取一定的策略提高PMIPv6的網(wǎng)絡(luò)性能是非常有必要的。

本文通過(guò)對(duì)代理移動(dòng)IPv6進(jìn)行研究和分析，從降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)中LMA負(fù)載兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)直接模式下的代理移動(dòng)IPv6方案，對(duì)兩個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的路由路徑進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效降低了PMIPv6移動(dòng)切換時(shí)延和LMA負(fù)載，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能有了較大的改善。

1 代理移動(dòng)IPv6協(xié)議概述

代理移動(dòng)IPv6是一種基于網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)機(jī)制的新的解決移動(dòng)IP移動(dòng)性需求的方法，PMIPv6相對(duì)于MIPv6，新增了LMA和MAG兩個(gè)實(shí)體，使用LMA代替MN的家鄉(xiāng)代理的功能，并通過(guò)MAG代替MN執(zhí)行移動(dòng)性管理的功能，從而使得整個(gè)移動(dòng)IPv6網(wǎng)絡(luò)中MN無(wú)需參與移動(dòng)性管理的任何工作，提高了MN的移動(dòng)性。當(dāng)MN在不同的MAG之間進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，MAG會(huì)將MN新連接的路由信息發(fā)送到本地的移動(dòng)LMA中，由于是用MAG代替MN移動(dòng)管理的功能，因此MN在不同的MAG之間進(jìn)行移動(dòng)時(shí)無(wú)需再參與到移動(dòng)性管理中，整個(gè)過(guò)程中只需要擁有移動(dòng)檢測(cè)等一般性的功能即可，這就使得PMIPv6協(xié)議獨(dú)立于全局的移動(dòng)管理協(xié)議，對(duì)接入的AN實(shí)現(xiàn)了分層分級(jí)管理，并引入了接入域的概念。在PMIPv6協(xié)議中MN在不同的MAG中移動(dòng)時(shí)，只需要通知LMA即可，這時(shí)候與MN通信的CN節(jié)點(diǎn)就不會(huì)感覺(jué)到MN在移動(dòng)，直到MN移動(dòng)超出了LMA的接入服務(wù)域才會(huì)發(fā)起不同LMA之間的切換。這種方式與傳統(tǒng)的MIPv6方式相比，在一定程度上降低了信令開銷和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能。

2 代理模式下的MIPv6路由優(yōu)化協(xié)議設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)代理模式下的MIPv6原理的介紹可知，在代理模式下其MAG不直接進(jìn)行信令交換，MAG只通過(guò)與MN相關(guān)聯(lián)的信令與LMA進(jìn)行信息交流，因此，整個(gè)過(guò)程中將由LMA代理MAG進(jìn)行RO（路由優(yōu)化）的設(shè)置和更新過(guò)程中的信令傳輸和交互。本節(jié)將從PMIPv6的RO的啟動(dòng)和切換兩個(gè)過(guò)程對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 RO的啟動(dòng)過(guò)程協(xié)議設(shè)計(jì)

當(dāng)MN1和MN2注冊(cè)在同一個(gè)LMA（LMA1）中時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中假設(shè)由MN1向MN2發(fā)起通信，使用該LMA1作為ROC，整個(gè)RO的啟動(dòng)過(guò)程如圖1所示，LMA1首先發(fā)送RO Init消息到MAG2創(chuàng)建RO狀態(tài)，MAG2返回RO Init ACK消息進(jìn)行確認(rèn)，LMA1收到MAG2確認(rèn)消息后又發(fā)送RO Init ACK消息給MAG1創(chuàng)建RO狀態(tài)，MAG1返回確認(rèn)消息，LMA1收到MAG1的確認(rèn)消息后又向MAG2發(fā)送RO Setup啟動(dòng)消息到MAG2，MAG2收到啟動(dòng)消息后完成整個(gè)RO的啟動(dòng)并返回確認(rèn)消息到具有ROC功能的LMA1。

當(dāng)MN1和MN2注冊(cè)于不同的LMA中時(shí)，假設(shè)分別注冊(cè)在LMA1和LMA2中，并且LMA1作為RO觸發(fā)，LMA2作為ROC對(duì)該特定的RO進(jìn)行關(guān)聯(lián)，由于LMA1沒(méi)有關(guān)聯(lián)MN2的MAG2信息，其發(fā)送的RO消息將通過(guò)LMA2來(lái)建立MAG1和MAG2之間的RO關(guān)聯(lián)，LMA2通過(guò)向MAG2發(fā)送RO消息的方式啟動(dòng)RO，后續(xù)的過(guò)程與MN1和MN2處于同一個(gè)LMA中的步驟相似，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程如圖2所示。

2.2 RO切換過(guò)程協(xié)議設(shè)計(jì)

當(dāng)MN1和MN2注冊(cè)于同一個(gè)LMA（LMA1）時(shí)，代理模式下的路由優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過(guò)程是在MN完成切換之后，由nMAG1向LMA1發(fā)送PBU消息的方法來(lái)通知LMA1有關(guān)MN1的到來(lái)，具有ROC功能的LMA1將意識(shí)到RO的狀態(tài)，需要在具有特定關(guān)聯(lián)的nMAG1和MAG2之間進(jìn)行更新，LMA1將根據(jù)如圖3所示的過(guò)程，首先發(fā)送RO Init消息到nMAG1然后nMAG1設(shè)置RO狀態(tài)返回確認(rèn)消息，LMA1收到確認(rèn)消息后發(fā)送RO Setup消息給MAG2啟動(dòng)RO確認(rèn)后發(fā)送RO Setup消息給nMG1設(shè)置RO狀態(tài)，完成整個(gè)切換建立路由優(yōu)化路徑。

當(dāng)MN1和MN2分別注冊(cè)于不同的LMA中時(shí)，假設(shè)分別注冊(cè)于LMA1和LMA2中，這種情況下的切換是由不同的LMA追蹤完成的，LMA1意識(shí)到需要更新RO狀態(tài)時(shí)，并作為更新RO的觸發(fā)器，這種情況下，假設(shè)LMA2為ROC，因此LMA1發(fā)送RO消息到LMA2，進(jìn)行坐標(biāo)更新，再?gòu)腖MA2接收啟動(dòng)確認(rèn)ACK消息之后的LMA1通過(guò)發(fā)送RO啟動(dòng)消息到MAG1啟動(dòng)RO更新過(guò)程，接收到MAG1的ACK消息后LMA1發(fā)送RO report消息給LMA2，并接收LMA2的確認(rèn)消息，然后交由LMA2發(fā)送RO setup給MAG2完成RO更新，LMA2接收到MAG2的ACK消息后又發(fā)送RO Report消息到LMA1然后交由LMA1發(fā)送RO setup消息到nMAG1完成RO更新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)路由路徑的優(yōu)化設(shè)置，整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖4所示。

3 代理移動(dòng)IPv6路由優(yōu)化協(xié)議的程序?qū)崿F(xiàn)

根據(jù)對(duì)PMIPv6路由優(yōu)化協(xié)議原理的設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)如圖5所示，在整個(gè)PMIPv6的RO協(xié)議中，首先MAG處于起始狀態(tài)。定義MN的個(gè)數(shù)[N，]給[N]賦初值1 000。MAG2接收到來(lái)自MAG1的消息時(shí)，先要提取消息中的MN_ID，即調(diào)用函數(shù)MN_ID（s）。將指針*p強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)體為Mobility的變量[T。]然后提取該結(jié)構(gòu)體中的類型，判斷其是否是MAG2狀態(tài)下所需要的消息，如果符合要求，則繼續(xù)下一步的解碼；不符合，則直接轉(zhuǎn)入結(jié)束狀態(tài)。解碼RO init消息后提取有用信息，填入RO init ACK的相應(yīng)項(xiàng)目中，進(jìn)行RO init ACK的編碼。最后得到完整的RO init ACK后，由MAG2發(fā)送給MAG1，整個(gè)程序結(jié)束。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，大量的手機(jī)、平板電腦和智能終端設(shè)備的使用，對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，代理移動(dòng)IPv6作為一種較新的移動(dòng)IPv6改進(jìn)協(xié)議，近年來(lái)得到了眾多研究機(jī)構(gòu)和專家的青睞，在這一背景下，本文提出了一種基于代理模式的代理移動(dòng)IPv6路由優(yōu)化協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，給出了代理移動(dòng)IPv6的RO模式的啟動(dòng)和切換的基本原理設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上給出了整個(gè)代理移動(dòng)IPv6的程序?qū)崿F(xiàn)流程，通過(guò)該協(xié)議有效地提高了代理移動(dòng)IPv6的路由切換性能，減小了切換時(shí)延，對(duì)促進(jìn)PMIPv6技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用具有非常重要的意義。

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