移動IPv6快速切換性能中基于分層移動的方案分析

宋俊珂

【摘要】本文通過對移動IPv6快速切換性能中基于分層移動的方案HMFH進行了分析，探討了該方案的設計思路、結構層次、切換管理等，并通過性能分析，論證了這一技術在實踐中的可行性和有效性。

【關鍵詞】移動通信移動IPv6分層移動HMFH

隨著網絡技術研究的不斷深入，無線網絡技術也在不斷成為，更多的用戶希望Internet的接入方式能夠支持移動接入。為了滿足用戶的這一要求，互聯網任務組的工作人員在IPv6的技術上針對其快速切換性能進行了研究和改進，提出了一種新的網絡層快速切換方案。

一、IPv6

IPv6是一種由互聯網任務組研制出來的取代IPv4的下一代IP協議。比起IPv4，IPv6有更大的地址空間、使用更小的路由表、增加了增強的組播支持以及對流的控制，它還允許擴充、有更好的頭部格式、新的選項和更高的安全性，其中加入的對自動配置（Auto Configuration）的支持還能夠使網絡的管理更加便捷。

IPv6不僅具有IPv4的人機對話功能，為人類服務，還能服務于硬件設備，如汽車、家用電器、傳感器等，可以說，成熟的IPv6技術是真正能夠無時不刻地深入到社會各個角落的寬帶網，對互聯網的持續和長久發展有著十分有利的作用。

但IPv6還只處在發展完善的過程中，對于移動IPv6技術還有一些問題正在解決中，而在這些問題中，由于基本的移動IPv6切換延遲太大，影響實時業務的效率，因而對快速切換性能是改善IPv6技術的關鍵問題之一。

二、基于分層移動的IPv6快速切換方案

網絡層在進行切換的過程中，一般經過移動檢測、新轉交地址配置和綁定更新三個階段，其理想的狀態是在切換的時候能夠同時具備切換的快速和平滑，實現無縫切換，這就要求系統具有最小的切換延時和最低的丟包率。

通常，網絡層在進行切換的時候，會通過對接收到的路由器通過信息判斷節點的鏈路切換，比起鏈路層，網絡層的這種切換方式會帶來比較大的切換延遲，不但無法滿足一些時間性比較高的應用，還很容易造成較嚴重的丟包現象，影響切換的平滑。但節點的快速頻繁移動又會產生大量的綁定更新信息，使網絡負載嚴重，甚至可能破壞路由信息。因此在設計改善IPv6快速切換方案的時候需要綜合考慮這兩個問題。

1、方案設計思路

根據對IPv6網絡層切換問題的分析，得出設計方案的主要思路是用微移動和鏈路層幾結合來解決快速切換問題。在常規解決網絡層切換問題時，主要有微移動和鏈路層出發兩種思路。微移動是一種層次化的思想，它將網絡層的移動分為域內移動和域間移動兩個層進行管理，節點進行域內移動時至需要在移動區域內記錄其位置信息即可，只有域間移動時，才需要綁定更新。

鏈路層觸發是利用鏈路層的服務進行跨層設計，據此提出的FMIPv6方案是利用鏈路層觸發，使網絡層能快速檢測到要進行的切換，且過程中節點仍在其原來的鏈路層上，這一方案能很好地解決切換的延遲和丟包，但是對路由效率并沒有太大改善。基于兩種方案的優缺點，設計人員提出了將兩種思路結合在一起，以分層移動為主，結合鏈路層觸發，設計出了基于分層移動的IPv6快速切換HMFH方案。

2、HMFH的結構層次

在HMFH中引入了一個新的實體DFA，也即是區域移動代理，它能在網絡中任意層次的路由器上進行設置，代表了區域內所有的移動節點（MN）與家鄉代理（HA）和通信對端（CN）通信，再通過隧道將分組在區域內路由到相應的移動節點。

在網絡層進行移動切換時，移動節點在區域內的移動只需將自己的位置變化通知給DFA即可。域間的移動由于通過DFA得到了屏蔽，也不需要重新發送綁定信息，不但能降低切換延時和丟包，還能有效地降低控制消息的通信量，改善路由效率。

3、協議操作

HMFH協議從一定程度上來看，可以說是IPv6的一種拓展，它增加了一個新實體，并適當修改了移動節點和接入路由器（AR）的操作過程，并對新實體的選項包頭和本地綁定更新消息進行了一個新的定義，對家鄉代理和通信對端也不會造成影響。實際上，新實體DFA可以做是一個身處外地的家鄉代理。

DFA通過隧道，將它接收的所有由它服務的MN數據包發到相應的LCoA上，并利用來自MN的本地綁定更新，建立MN和DCoA與LCoA的綁定關系，并將其存入綁定緩存，成功之后，再向MN發送一個綁定的確認消息。

MN利用路由器的發現過程接收AR的路由器廣告消息，廣告消息向MN提供AR的前綴和新實體DFA的至少一個本地地址，之后主動配置自己的LCoA并向選定的DFA發送綁定更新消息，將其與主動配置的DCoA綁定，進入DFA域。本地綁定在MN和DFA之間建立了一個雙向的隧道，MN發送的數據包在DFA處解封之后，將內層的數據包發送出去。也就是說，MN的所有數據包都會經過隧道被DFA先接收，處理后再到達MN，這就很好地解決了丟包率的問題。

在協議中，接入路由器可以自成一個DFA，也可以屬于一個DFA域，或者二者兼備，因此它既能對外廣播自己的路由消息，還能接收DFA廣播的路由廣告消息，并對接收到的廣告消息進行廣播，如此一來，MN接收到的路由廣告消息里就包含有了多個的DFA選項，通過對其設置優先級和距離向量之后，可以幫助MN選擇最佳的DFA。

4、快速切換管理

HMFH協議的切換管理是以移動IP工作組提出的FMIPv6方案作為基礎的。MN接收到鏈路層的出發后，會立即將路由請求代理器（RtSolPr）消息發送給它當前的接入路由器，再由接入路由器發送回一個路由廣告消息PrRtAdv。協議對FMIPv6方案的PrRtAdv消息進行了擴展，增加了另一個接入路由器（AAR）的DFA選項，MN通過對AAR的DFA地址和當前DFA的地址的比較，判斷出鏈路層的切換是在域內還是域外。

在AAR支持移動IP的情況下，MN利用DFA分別通過本地綁定更新和家鄉綁定更新實現鏈路層的域內和域外的切換；如果APP不支持移動IP，可以先在AAR子網上的LCoA上配置MN，通過這個新的LCoA與當前的DFA進行本地綁定，建立起DFA和AAR之間的隧道，完成網絡層的快速切換。

5、性能分析

通過對HMFH方案進行仿真實驗后，實驗結果與方案預想中的效果相差不大。對實驗的結果進行分析，得出使用這一方案能使網絡路由信息更加穩定，路由效率也得到了提高，且由于方案加入了一個新實體，很好地擴展了IPv6的性能，且由于MN的真正接入地址LCoA對外是不可見的，因而也具有更好的安全性和可靠性。

三、結語

基于分層移動的移動IPv6快速切換方案HMFH是采用了將微移動和鏈路層觸發相結合的思路，利用鏈路層觸發提前獲知節點的移動，并用有限的計算進行網路層第三層切換，能很好地解決網絡層切換的切換延遲和丟包問題，為移動IIPv6的無縫切換提供了新方法。但這一技術還并不完善，需要我們在實踐的過程中對其進行不斷的研究改進，使其發展的更為成熟，更好地解決移動IPv6的快速切換問題，從而為用戶提供更好的網絡服務。

參考文獻

[1]馬爭鳴，張飛，胡海峰，王波濤，王琳，王可，張荀，梁艷盈，梁玉琪.一種支持IPv4的分層移動IPv6的方法.[P].中國專利：H04W8/08，2012-08-01.

[2]楊怡，董永強.面向分層移動IPv6網絡的動態指針推進機制.軟件學報，2011，（1）

[3]王康華.改進分層移動IPv6的LT-TMAP快速切換方案.蘭州理工大學，2010，（4）

[4]黃國勝，陳志剛，趙明，李慶華，梁平原.分層移動IPv6中呼叫接入控制的動態優化.高技術通訊，2010，（1）