基于QoS保證的移動IP通信機制的研究

方勇

【摘要】在現(xiàn)代社會經濟發(fā)展的推動下，在網(wǎng)絡信息技術的支持下，移動lP通信技術已經成為社會生活必不可少的內容。大量的移動設備用戶不僅希望能夠隨時隨地的接入互聯(lián)網(wǎng)絡，而且迫切的希望能夠提升移動通訊的服務質量（QoS）。本文將立足于移動通信的實際，從IP通信機制的角度出發(fā)，結合移動通信網(wǎng)絡的服務質量實際，對基于QoS保證的移動IP通信機制進行簡要分析。

【關鍵詞】 QoS 移動通信 通信機制

前言：在現(xiàn)代社會，移動通信借助移動通信網(wǎng)絡滲入到社會經濟的各個角落，當前已經成為社會經濟賴以維持的重要基礎。在社會經濟的快速發(fā)展環(huán)境下，移動通信用戶對移動通信的需求越來越高，如何提升移動IP通信的質量成為移動通信領域面臨的主要問題，因此對基于QoS保證的移動IP通信機制的研究具有鮮明的現(xiàn)實意義。

一、移動lP環(huán)境中QoS的影響因素

1.1 移動性對QoS的影響

移動IP網(wǎng)絡相對于固定網(wǎng)絡而言最大的特點就是其自身的移動性，移動用戶端的頻繁移動會導致終端數(shù)據(jù)連接的連續(xù)性被打斷。用戶端的位置出現(xiàn)移動后往往需要與之前的路由端斷開連接，并與新的、當前位置所對應的路由端口進行重新連接。在移動節(jié)點從一個子網(wǎng)絡移動到另一個子網(wǎng)絡的過程中，移動節(jié)點需要獲取新的轉交地址，并向家鄉(xiāng)代理注冊新的轉交地址，如果通信對端支持移動IP還需要向移動對端注冊新的轉交地址，只有完成全部上述動作，移動節(jié)點才能保持在移動過程中的通信連續(xù)性。但是在這一過程中因為移動節(jié)點的數(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)絡中那樣合理的網(wǎng)絡資源配屬，所以在實際的移動用戶端應用中，網(wǎng)絡節(jié)點與子網(wǎng)絡的連接經過切換以后就很難再保持原有的QoS。

1.2 無線鏈路對QoS的影響

從本質上講移動IP網(wǎng)絡并不是純粹的無線網(wǎng)絡，實際應用中的無線網(wǎng)絡是由有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡共同組成的，移動IP信號大部分都是借助有線網(wǎng)絡實現(xiàn)傳輸，只有在移動lP信號的最后一程會使用無線鏈路，同時也正是這最后一程的質量影響了整個移動IP網(wǎng)絡的QoS。在實際應用中單跳無線鏈路存在嚴重的不穩(wěn)定性，由于最后一程的無線鏈路不穩(wěn)定導致整個移動IP網(wǎng)絡都無法為移動節(jié)點提供QoS的“硬”保證，在移動用戶端的實際運行中，往往都需要移動端適應移動環(huán)境的鏈路質量以提升QoS，而不是通過移動用戶端提供高質量的QoS。

無線鏈路帶寬的不穩(wěn)定問題，并不是淺層的移動通信問題，而是深層的互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議問題，當前的移動IP網(wǎng)絡應用了大量的固定網(wǎng)絡的網(wǎng)絡協(xié)議，導致移動IP信號在無線鏈路的傳播過程中出現(xiàn)的帶寬不穩(wěn)定問題。但是當前移動lP網(wǎng)絡的實際上是有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡共同組成的，兩種網(wǎng)絡形式的并存為網(wǎng)絡協(xié)議的完善設置了障礙。

二、移動IPv6網(wǎng)絡中的切換分析

2.1 移動IPv6協(xié)議的切換過程分析

移動IP層的切換是指一個正在通信中的移動節(jié)點改變或者試圖改變與當前子網(wǎng)的連接，而移動到另一個不同的子網(wǎng)中去，實質上就是移動節(jié)點在網(wǎng)絡拓撲結構中的位置改變。在這一過程中因為網(wǎng)絡協(xié)議的處理問題和信號強度問題，移動端可能會出現(xiàn)短時間內無法接收和發(fā)送信號的現(xiàn)象。這一轉換過程基本如下：首先，移動節(jié)點會通過分析接人路由器的公告信息來分析當前是否處于一個新的子網(wǎng)絡中。其次如果確定處于一個新的子網(wǎng)絡環(huán)境，新的接人路由器在確定信息中會包含有給這一移動節(jié)點的轉交地址，移動節(jié)點在新的鏈路上進行重復地址的檢測，確定新的鏈路可用以后形成新的轉交地址。這一地址會被傳遞給家鄉(xiāng)的代理，并通過綁定更新信息的方式，更新移動節(jié)點與子網(wǎng)絡的連接緩存，實現(xiàn)移動節(jié)點的移動。

2.2 主要的切換協(xié)議分析

因為移動IPv6協(xié)議不能夠完整的解決移動IP服務的QoS問題，所以研究人員在現(xiàn)有的移動IPv6協(xié)議基礎之上開發(fā)了其他的切換協(xié)議，主要包括有快速移動IPv6、分級移動IPv6和分級快速移動IPv6，這三種技術可以看做是移動IPv6協(xié)議的升級版。其中快速移動IPv6技術主要解決的是移動檢測問題，而分析移動IPv6技術主要解決的是節(jié)點移動的信令負載和延時問題，分級快速移動IPv6一定程度上集成了二者的優(yōu)勢，其轉換性能得到進一步提升。

三、DiffServ移動IP網(wǎng)絡中支持QoS保證的方案

3.1 資源管理器的功能模型

DiffServ網(wǎng)絡采取集中式的管理方式對網(wǎng)絡資源進行管理，實現(xiàn)這一功能的主要機構是資源管理器，這一系統(tǒng)在運行中收集網(wǎng)絡拓撲、網(wǎng)絡節(jié)點以及節(jié)點鏈路的狀態(tài)信息，并根據(jù)網(wǎng)絡現(xiàn)有的硬件網(wǎng)絡資源情況進行網(wǎng)絡資源分配。在網(wǎng)絡資源充沛的前提下，資源管理其可以根據(jù)承諾承載的業(yè)務量對網(wǎng)絡資源進行充分的分配管理，在保證網(wǎng)絡性能的同時為所承載的業(yè)務提供QoS保證。

從整體結構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)預設的資源分配策略對用戶的資源請求進行接納控制；用戶接口是系統(tǒng)與用戶之間資源分配信息和請求的主要通道；接納控制模塊負責結合用戶的資源請求和用戶所處邊緣路由器的承載能力，對用戶的資源請求進行應答；數(shù)據(jù)存儲模塊主要將系統(tǒng)收集到的網(wǎng)絡拓撲結構，移動節(jié)點和無線鏈路信息進行存儲；路由器管理模塊以經過層層審核的合理資源請求為基礎，為移動節(jié)點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

移動用戶端的數(shù)據(jù)連接首先會表現(xiàn)為網(wǎng)絡資源請求，進入到資源管理器內部，資源管理器接收到資源請求以后，會在移動用戶端當前連接的網(wǎng)絡中為其預留網(wǎng)絡資源，并根據(jù)移動用戶端的歷史移動記錄，對其周邊的幾個子網(wǎng)絡進行移動概率分析，在移動目標地概率較大的子網(wǎng)區(qū)域為其預留網(wǎng)絡資源。在其后的網(wǎng)絡連接過程中，資源管理器會不斷對移動用戶端家鄉(xiāng)代理的維護緩存記錄和資源管理其中移動用戶端的位置記錄進行對比，當檢測到這兩個位置信息不同時就可以確定移動用戶端已經從一個子網(wǎng)移動到另一個子網(wǎng)。資源管理器會根據(jù)移動用戶端的存儲記錄對為移動用戶端準備的資源，未用到的資源將會被釋放，而移動用戶端連接的子網(wǎng)絡就可以借助預留的資源保證移動節(jié)點的QoS。

四、結論

移動IP通信是現(xiàn)代移動通信的主要形式，由于其自身的便捷性和高效性已經深入到社會經濟活動的各個領域，成為對社會經濟活動具有基礎性影響作用的重要因素，同時在現(xiàn)代社會經濟的推動下，移動用戶端對移動通信的質量要求越來越高，因此對基于QoS保證的移動IP通信機制的研究具有鮮明的現(xiàn)實意義。本文從移動IP通信的影響因素、切換機制兩個角度對這一問題進行了簡要分析，并在其基礎上設計了DiffServ移動IP網(wǎng)絡中支持QoS保證的方案，以期為移動IP通信機制的QoS保證水平提升提供支持和借鑒。