分級無線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)是對原有移動IP網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)，它與底層的接入技術(shù)無關(guān)，是一種網(wǎng)絡(luò)層移動性管理技術(shù)。通過將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的區(qū)域，使主機(jī)的移動分為域間（宏）移動和域內(nèi)(微)移動。移動 IP協(xié)議因用于處理域間(宏)移動而被稱為宏移動協(xié)議，其分級擴(kuò)展協(xié)議則用于處理域內(nèi)(微)移動，因而稱為微移動協(xié)議。當(dāng)移動主機(jī)進(jìn)行微移動時，微移動協(xié)議要求移動主機(jī)只需要向域內(nèi)移動錨點(diǎn)(Mobility Anchor Point，MAP)發(fā)送綁定更新消息，不必再向其歸屬代理發(fā)送綁定更新消息，從而縮短了綁定更新時延，改善了網(wǎng)絡(luò)性能。

1 宏、微移動協(xié)議的性能分析

分級的移動 IP網(wǎng)絡(luò)雖然結(jié)構(gòu)多種多樣，但都能抽象為圖 1所示的網(wǎng)絡(luò)模型。

圖1 分級移動IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

圖中AR為接入路由器，MAP為移動錨點(diǎn)。在宏移動協(xié)議下，移動錨點(diǎn)為路由器，不對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，只對數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，起到網(wǎng)關(guān)的作用。在微移動協(xié)議下，移動錨點(diǎn)為區(qū)域移動管理實體，管理各自域內(nèi)的移動主機(jī)。

移動主機(jī)在一個 MAP域內(nèi)擁有兩個轉(zhuǎn)交地址 CoA(CareofAddress，簡稱 CoA)：一個是區(qū)域轉(zhuǎn)交地址 RCoA(RegionalCareofAddress，簡稱 RCoA)，一個是鏈路轉(zhuǎn)交地址LCoA(LinkCareofAddress，簡稱 LCoA)。當(dāng)移動主機(jī)剛剛進(jìn)入一個新的 MAP域時，它將與某個接入路由器AR(AccessRouter， AR)建立聯(lián)系。通過文獻(xiàn)[1]中提到的移動 IP地址自動配置機(jī)制，移動主機(jī)在接入路由器處獲得鏈路轉(zhuǎn)交地址 LCoA，在移動錨點(diǎn)處獲得區(qū)域轉(zhuǎn)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(jī)在進(jìn)行域間切換時需要依次與域內(nèi)移動錨點(diǎn)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(fā)綁定更新方式。此綁定更新方式可以使移動主機(jī)并發(fā)地與域內(nèi)移動錨點(diǎn)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(diǎn)為中心的層次化移動 IP網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)新型綁定更新方式的基礎(chǔ)。移動主機(jī)發(fā)往歸屬代理和域內(nèi)錨點(diǎn)的綁定更新消息結(jié)構(gòu)是基本相同的，區(qū)別僅在于本地綁定更新消息中包含M標(biāo)識位(M 位表明該消息是發(fā)送到本地移動錨點(diǎn)的，而不是向歸屬代 理發(fā)送的綁定更新消息)。這便引發(fā)了一種新想法,如果本 地移動錨點(diǎn)接收到綁定更新消息后,在向移動主機(jī)返回綁定更新確認(rèn)消息的同時，對接收到的綁定更新消息進(jìn)行解封修改。首先對M位進(jìn)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(jìn)行修改，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿又鳈C(jī)發(fā)送到歸屬代理的綁定更新消息;然后對其進(jìn)行封裝，由移動錨點(diǎn)發(fā)送到歸屬代理，將縮短移動主機(jī)域間綁定更新的時延，改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

移動主機(jī)發(fā)往歸屬代理的綁定更新消息報頭，移動主機(jī)發(fā)往本地移動錨點(diǎn)的綁定更新消息報頭。 二者都是移動主機(jī)發(fā)出的，只是由于到達(dá)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(nèi)綁定更新過程與原有的微移動協(xié)議下域內(nèi)綁定更新過程相同。移動主機(jī)進(jìn)人到新的MAP域后，首先向移動錨點(diǎn)發(fā)送綁定更新消息。移動錨點(diǎn)對綁定更新消息處理完畢后，向移動主機(jī)返回一個綁定更新確認(rèn)消息;此后則不按原有的微移動協(xié)議工作了 (原有的情況∶在移動主機(jī)接到移動錨點(diǎn)的綁定更新確認(rèn)消息后，再向歸屬代理發(fā)送綁定更新消息），而是域內(nèi)移動錨點(diǎn) 對收到的綁定更新消息進(jìn)行解封修改，將M位的值由1變?yōu)?,使綁定更新消息的格式由域內(nèi)傳輸模式轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜷g傳輸模式。這樣，原先只能在域內(nèi)傳遞的綁定更新消息便可以在整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳遞。接著是對目的地址選項進(jìn)行修改，將目的地址由域內(nèi)移動錨點(diǎn)的地址改為移動節(jié)點(diǎn)的歸屬地址(歸屬地址在IPv6擴(kuò)展報頭部分的歸屬地址選項中獲得），然后封裝并轉(zhuǎn)發(fā)至移動主機(jī)的歸屬代理;歸屬代理接收到此消息后，便會對其進(jìn)行處理，并向移動主機(jī)返回綁定更新確認(rèn)消息。至此，完成了微移動協(xié)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(diǎn)對接收到的域內(nèi)綁定更新消息進(jìn)行解封、修改和封裝所用的時間。

MAP接收到移動主機(jī)的綁定更新消息后，從中提取出移動主機(jī)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(diǎn)需要以固定頻率向域內(nèi)移動主機(jī)發(fā)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(jī)連續(xù)兩次進(jìn)人同一錨點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行綁定，便可以直接與移動錨點(diǎn)和歸屬代理以及其他通信主機(jī)進(jìn)行通信。此“記憶性綁定更新”策略尤其適用于移動主機(jī)在相對固定f3幾個MAP域內(nèi)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(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的“三角路由”問題，優(yōu)化了整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

3 實驗描述與結(jié)果分析

在NS2+Mobiwan環(huán)境下，設(shè)置兩個通信節(jié)點(diǎn)（一個作為移動節(jié)點(diǎn)，一個作為對端節(jié)點(diǎn)），再設(shè)置兩個路由節(jié)點(diǎn) (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(diǎn)，通過軟件實現(xiàn)移動錨點(diǎn)的記憶功能和對綁定更新包的處理能力），兩個通信節(jié)點(diǎn)在相距50米處經(jīng)過兩個路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測得無線傳輸延遲為1. 93733ms，有限傳輸延遲為1. 0803ms，對數(shù)據(jù)包的處理時間為0.00000032ms。

4 結(jié)束語

本文針對分級移動IP網(wǎng)絡(luò)采用移動IP協(xié)議及其擴(kuò)展協(xié)議，分別管理移動主機(jī)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(nèi)綁定更新與域間綁定更新并發(fā)執(zhí)行，從而縮短了綁定延遲，優(yōu)化了綁定更新過程。對移動錨點(diǎn)引入記憶性綁定更新策略，避免了移動主機(jī)對同一移動錨點(diǎn)產(chǎn)生的大量重復(fù)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(jī)在不同MAP域內(nèi)切換的綁定更新延遲，使分級移動 IP網(wǎng)絡(luò)的性能得到改善，對于實現(xiàn)域間平滑且無縫切換也有一定的推動作用。

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