代理移動IPv6的路由優化協議設計與實現

摘 要： PMIPv6作為MIPv6的一種改進版本，近年來得到了廣泛的應用。然而現有研究表明，在PMIPv6中數據傳輸的路徑并沒有達到最優化，特別是在移動用戶節點（MN）與通信節點（CN）處于相近的拓撲網絡上進行信令交互時，很容易導致整個鏈路和LMA的負擔嚴重加重，進而造成不必要的網絡通信時延，影響移動網絡性能。針對這一問題，提出了一種代理移動IPv6的路由優化協議的設計和實現，通過該協議有效地提高代理移動IPv6的網絡性能。

關鍵詞： PMIPv6； 路由優化； 切換； 網絡時延

中圖分類號： TN915.04?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）17?0072?03

0 引 言

移動IPv6技術給移動互聯網發展帶來了革命性的推動作用，近年來隨著移動IPv6的快速推廣和應用有效地提高了移動網絡服務性能，但是隨著移動IPv6的廣泛應用，其在很多應用場景下也出現了一定的缺陷，代理移動IPv6作為對移動IPv6的一種改進，通過增加代理機制，讓移動用戶節點有效地擺脫了參與移動性管理的束縛，從而提高了移動IPv6的移動性能。

PMIPv6（Proxy Mobile IPv6）是一種基于網絡移動管理思想進行設計的網絡移動性管理協議，在MIPv6（移動節點）的基礎上進行了擴展設計，通過對MIPv6協議中的MN和HA（家鄉代理）之間的信令交互支持IPv6的節點移動性，進而使得MN可以不參與任何移動性管理相關的信令，通過這種方式使PMIPv6網絡中的代理移動實體能夠執行與HA之間的相關信令，并且替代MIPv6網絡中的MN進行移動性管理。在PMIPv6中引入了移動接入網關MAG（Mobile Acess Gateway）和本地移動錨點LMA（Local Mobility Anchor）。使用MAG作為MN的代理路由，進而替代MN的移動性管理功能，LMA作為MN在PMIPv6中的家鄉代理，實現MIPv6中所有家鄉代理的功能。然而由于在PMIPv6中，MN在通信過程中發出的信令以及相關的數據包都是通過LMA和MAG間的雙向隧道完成傳輸的，其數據傳輸的路徑并沒有達到最優化，特別是在MN與CN節點處于相近的拓撲網絡上進行信令交互時，很容易導致整個鏈路和LMA的負擔嚴重加重，進而造成不必要的網絡通信時延，影響移動網絡性能，因此對PMIPv6進行優化設計，通過采取一定的策略提高PMIPv6的網絡性能是非常有必要的。

本文通過對代理移動IPv6進行研究和分析，從降低網絡時延和網絡中LMA負載兩個方面對其進行優化設計，通過直接模式下的代理移動IPv6方案，對兩個移動節點之間的路由路徑進行了優化設計，有效降低了PMIPv6移動切換時延和LMA負載，使得整個網絡性能有了較大的改善。

1 代理移動IPv6協議概述

代理移動IPv6是一種基于網絡移動機制的新的解決移動IP移動性需求的方法，PMIPv6相對于MIPv6，新增了LMA和MAG兩個實體，使用LMA代替MN的家鄉代理的功能，并通過MAG代替MN執行移動性管理的功能，從而使得整個移動IPv6網絡中MN無需參與移動性管理的任何工作，提高了MN的移動性。當MN在不同的MAG之間進行移動時，MAG會將MN新連接的路由信息發送到本地的移動LMA中，由于是用MAG代替MN移動管理的功能，因此MN在不同的MAG之間進行移動時無需再參與到移動性管理中，整個過程中只需要擁有移動檢測等一般性的功能即可，這就使得PMIPv6協議獨立于全局的移動管理協議，對接入的AN實現了分層分級管理，并引入了接入域的概念。在PMIPv6協議中MN在不同的MAG中移動時，只需要通知LMA即可，這時候與MN通信的CN節點就不會感覺到MN在移動，直到MN移動超出了LMA的接入服務域才會發起不同LMA之間的切換。這種方式與傳統的MIPv6方式相比，在一定程度上降低了信令開銷和網絡時延，提高了移動網絡的服務性能。

2 代理模式下的MIPv6路由優化協議設計

通過對代理模式下的MIPv6原理的介紹可知，在代理模式下其MAG不直接進行信令交換，MAG只通過與MN相關聯的信令與LMA進行信息交流，因此，整個過程中將由LMA代理MAG進行RO（路由優化）的設置和更新過程中的信令傳輸和交互。本節將從PMIPv6的RO的啟動和切換兩個過程對其進行詳細介紹。

2.1 RO的啟動過程協議設計

當MN1和MN2注冊在同一個LMA（LMA1）中時，設計過程中假設由MN1向MN2發起通信，使用該LMA1作為ROC，整個RO的啟動過程如圖1所示，LMA1首先發送RO Init消息到MAG2創建RO狀態，MAG2返回RO Init ACK消息進行確認，LMA1收到MAG2確認消息后又發送RO Init ACK消息給MAG1創建RO狀態，MAG1返回確認消息，LMA1收到MAG1的確認消息后又向MAG2發送RO Setup啟動消息到MAG2，MAG2收到啟動消息后完成整個RO的啟動并返回確認消息到具有ROC功能的LMA1。

當MN1和MN2注冊于不同的LMA中時，假設分別注冊在LMA1和LMA2中，并且LMA1作為RO觸發，LMA2作為ROC對該特定的RO進行關聯，由于LMA1沒有關聯MN2的MAG2信息，其發送的RO消息將通過LMA2來建立MAG1和MAG2之間的RO關聯，LMA2通過向MAG2發送RO消息的方式啟動RO，后續的過程與MN1和MN2處于同一個LMA中的步驟相似，整個啟動過程如圖2所示。

2.2 RO切換過程協議設計

當MN1和MN2注冊于同一個LMA（LMA1）時，代理模式下的路由優化實現過程是在MN完成切換之后，由nMAG1向LMA1發送PBU消息的方法來通知LMA1有關MN1的到來，具有ROC功能的LMA1將意識到RO的狀態，需要在具有特定關聯的nMAG1和MAG2之間進行更新，LMA1將根據如圖3所示的過程，首先發送RO Init消息到nMAG1然后nMAG1設置RO狀態返回確認消息，LMA1收到確認消息后發送RO Setup消息給MAG2啟動RO確認后發送RO Setup消息給nMG1設置RO狀態，完成整個切換建立路由優化路徑。

當MN1和MN2分別注冊于不同的LMA中時，假設分別注冊于LMA1和LMA2中，這種情況下的切換是由不同的LMA追蹤完成的，LMA1意識到需要更新RO狀態時，并作為更新RO的觸發器，這種情況下，假設LMA2為ROC，因此LMA1發送RO消息到LMA2，進行坐標更新，再從LMA2接收啟動確認ACK消息之后的LMA1通過發送RO啟動消息到MAG1啟動RO更新過程，接收到MAG1的ACK消息后LMA1發送RO report消息給LMA2，并接收LMA2的確認消息，然后交由LMA2發送RO setup給MAG2完成RO更新，LMA2接收到MAG2的ACK消息后又發送RO Report消息到LMA1然后交由LMA1發送RO setup消息到nMAG1完成RO更新，進而實現整個路由路徑的優化設置，整個實現過程如圖4所示。

3 代理移動IPv6路由優化協議的程序實現

根據對PMIPv6路由優化協議原理的設計，對實現流程進行設計如圖5所示，在整個PMIPv6的RO協議中，首先MAG處于起始狀態。定義MN的個數[N，]給[N]賦初值1 000。MAG2接收到來自MAG1的消息時，先要提取消息中的MN_ID，即調用函數MN_ID（s）。將指針*p強制轉換成結構體為Mobility的變量[T。]然后提取該結構體中的類型，判斷其是否是MAG2狀態下所需要的消息，如果符合要求，則繼續下一步的解碼；不符合，則直接轉入結束狀態。解碼RO init消息后提取有用信息，填入RO init ACK的相應項目中，進行RO init ACK的編碼。最后得到完整的RO init ACK后，由MAG2發送給MAG1，整個程序結束。

4 結 語

隨著移動互聯網技術的快速發展和應用，大量的手機、平板電腦和智能終端設備的使用，對移動網絡服務性能帶來了極大的挑戰，代理移動IPv6作為一種較新的移動IPv6改進協議，近年來得到了眾多研究機構和專家的青睞，在這一背景下，本文提出了一種基于代理模式的代理移動IPv6路由優化協議的設計和實現，給出了代理移動IPv6的RO模式的啟動和切換的基本原理設計，并在此基礎上給出了整個代理移動IPv6的程序實現流程，通過該協議有效地提高了代理移動IPv6的路由切換性能，減小了切換時延，對促進PMIPv6技術的進一步發展和應用具有非常重要的意義。

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