移動通信IP節點技術研究

胡 川，陳 勇

（中國電信重慶公司云網運營部，重慶 400000）

0 引 言

在移動通信發展過程中，通過對IP節點技術的合理應用，不僅可以避免發生移動終端信號中斷問題，而且還可以提高移動通信效率。移動IP節點技術應用的主要目的是在移動通信中確保移動節點的連接性與連續性，進而更好地發揮IP節點技術的作用。在傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）網絡中，IP節點技術可以擺脫地域的限制，為廣大用戶提供更加優質的服務。

1 移動通信概述

這里所提及到的移動通信一般是指移動一方在移動狀態下借助無線方式來完成通信，并實現與世界各國、各地區、各類人的有效通信。從某種程度上講，移動通信實現了有線通信和無線通信的有效結合，并先后經歷了1G到5G時代，下面對其進行簡單介紹。

1.1 1G時代

20世紀90年代，美國摩托羅拉公司推出的大哥大最能代表1G時代特征。1G通信技術選擇借助模擬信號進行傳輸，通過對電磁波按照一定的方式進行頻率調制后就能夠將語音信號傳輸到載波電磁波上，這樣就可以將電磁波傳輸至接收設備，最終還原成語音信息，即所謂一次完整的通話過程。然而不同國家所制定的1G通信標準不同，從而導致1G無法實現“全球漫游”，在一定程度上限制了其發展。同時，1G所選擇的模擬信號傳輸容量有限，只可以對語音信號進行傳輸，且存在信號不穩定、涵蓋范圍有限以及語音品質低等問題，進而出現易受外界因素干擾、安全性能差等問題。

1.2 2G時代

1994年，吳基傳借助諾基亞2110撥通了第一個全球移動通信系統（Global System for Mobile Communication，GSM）電話，由此說明我國開始步入2G時代。與1G不同的是，2G通信技術選擇了數字調制技術。隨著系統容量的不斷增加，2G時代背景下的手機能夠進行上網，雖然具有比較慢的數據傳輸速度，但是第一次實現了文字信息的傳輸，為推動移動互聯網發展奠定了良好基礎。從2G時代開始，世界各國開始爭奪移動通信標準的主導權，且隨著GSM歐洲標準在全球范圍內的應用，諾基亞開始在移動手機市場占領霸主地位。

1.3 3G時代

雖然2G時代下的手機可以打電話，并且能夠實現對簡單文字信息的傳輸，然而隨著視頻和圖片傳輸需求的不斷增加，2G時代的網速已經無法滿足上述要求，在此基礎上研發出了蜂窩移動通信技術（3G），其可以實現數據的高速傳輸。與2G時代相比，3G時代選擇了數字化數據傳輸，而且根據需求開辟了全新的電磁波頻譜，制定了與之相匹配的通信標準，以確保3G傳輸速度達到了384 kb/s，甚至達到了2 Mb/s，基本上是2G時代的140倍。3G時代采用了更寬的頻帶，不僅提高了信息傳播速度，而且還提高了通信傳輸的穩定性，這就使得3G時代成為移動通信發展過程中比較關鍵的一個環節。2008年，在3G網絡的基礎上發布了iphone 3G，通過手機人們能夠實現電腦網頁登錄、視頻通話、收發郵件以及收看直播等，代表了移動多媒體時代的到來。

1.4 4G時代

工信部于2013年12月在其官網上公布正式將“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務”經營許可頒發給中國移動、中國聯通、中國電信，即所謂的4G牌照，代表了移動互聯網時代的到來。在3G基礎上發展而來的4G選擇了更先進的通信協議，與2G、3G相比，4G具有更快的傳輸速度，用戶可以觀看高清電影。如今，基于4G時代背景下，微博、微信、視頻等手機應用在人們的日常生活中得到廣泛應用，極大地提高了人們的生活質量。

1.5 5G時代

隨著移動通信帶寬的不斷增加，有效提高了移動網絡的傳輸速率，從2G時代的10 kb/s提高至4G時代的1 Gb/s。與1G、2G、3G、4G相比，5G不再通過某項業務或某個典型特征來進行定義，既屬于具備更高速率、更強能力、更大帶寬的一項技術，而且還實現了多技術、多業務的有效融合，可以為用戶提供優質服務并提高通信效率。

2 移動IP的原理

在移動通信技術快速發展的過程中，每一個移動節點均能夠與IP核心網實現無縫連接，由此便可以形成無線網絡。通常情況下，數據連接方法具有多元化的特點，最常見的是無線局域網（Wireless Local Area Networks，WLAN）、GSM以及藍牙等。在移動無線網絡發展歷程中，移動IP是一項關鍵技術，其涵蓋了移動節點、外埠代理和歸屬代理。其中外埠代理和歸屬代理又分別被稱為外地代理與本地代理，統稱為移動代理。外埠代理一般是指分布在外部鏈路上的代理路由器；歸屬代理一般是指分布在本地鏈路上的代理路由器。

實際上，移動IP的原理如下。（1）在移動通信中，外埠代理屬于信息的出口，而歸屬代理屬于信息的入口，通過對歸屬代理進行數據包封裝后向外埠代理進行傳輸，待數據包傳輸至外埠代理后，將進行數據解封操作，并將其向移動節點傳輸。（2）在隧道內時，路由環會將數據包重新轉移至隧道的入口位置，這樣就需要將IP報頭加封在數據包上，如果歸屬代理要想將廣播包向移動節點傳輸，則需要對其進行重新封裝。（3）作為歸屬代理，在向移動節點傳輸時，所對應的本地地址屬于里層隧道，反之屬于外層隧道。數據傳輸至解封的IP報頭時，將會向移動節點報告，即所謂的節點向移動節點傳輸數據的整個過程[1]。

在移動IP節點技術中，如果數據和隧道不能實現連接，那么在數據未達到出口之前，將會有路由環發生，且被迫重回入口。這樣一來，隧道會為其配備IP報頭，且每一個報頭均擁有獨特的生存時間（Time To Live，TTL）值，從而實現數據包的有效擴張。實際上，為了降低上述現象的發生，則需要細化和完善以下措施。（1）預封裝數據包所對應的源地址一般屬于隧道入口地址，此時最好假定存在遞歸封裝。（2）預封裝所采用的數據包源地址與隧道入口位置路由表顯示的隧道出口地址一致時，同樣需要假定存在遞歸封裝。通常情況下，如果隧道入口希望將移動節點上的廣播包進行傳輸時，最好給予多樣化的處理，以此來提高移動通信傳輸效率[2]。

3 在移動通信過程中IP節點實現流程

通過對移動IP工作原理進行分析后得知，外部鏈路上所采用的移動節點無法與另一端實現快速、精準匹配，亟需對轉交地址進行合理分配，并通過中間介質隧道實現對IP數據包的再次封裝。通常情況下，要按照要求對IP數據包進行相應加工后才可以完成再封裝，此時借助外部鏈路上所對應的IP地址可以達到承載目標IP地址的目的，以確保該數據包能夠實現從本地代理開始向外部鏈路進行傳輸，其優勢在于擺脫了外部代理與本地代理間所需路由的限制，且無需做任何改動[3]。

3.1 移動節點關鍵技術

在移動通信IP節點技術中，隧道技術是關鍵技術，其涉及到IP封裝、最小封裝以及通用路由封裝。IP的最小封裝一般是由RFC204定義，且屬于可選隧道，需要降低隧道所需額外字節數，此時在IP封裝過程中可以去除內層IP報頭和外層IP報頭中所存在的冗余部分。通用路由封裝既包括了IP協議，還需要支持其他網絡層協議。

3.2 移動節點工作方式

在移動通信中，為了更好地發揮IP節點的技術優勢，則需要明確移動節點的工作方式，具體包括以下幾個方面的內容。

（1）代理搜索。在移動IP節點運行過程中，代理搜索發揮著關鍵性的作用，其屬于各個環節的開端，需要在維持正常通信方面投入更多的時間和精力，以期更好地發揮代理搜索的功能優勢。

（2）注冊。作為移動IP節點，要結合整個移動通信特點來確定自己在外地的鏈路。在整個循環系統中，用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）包屬于關鍵性的傳輸介質，在家鄉鏈路中發揮著不可替代的作用。在移動通信中，需要明確當前自己的IP地址，并配備與之相對應的轉交地址，且在獲取代理服務器應答消息后結束工作。

（3）注銷。移動IP節點借助相匹配的流通通道可以重新回到家鄉鏈路，并憑借UDP包形式來轉交給家鄉代理，同樣在獲得家鄉代理應答消息后就可以完成該環節操作。

（4）數據包接收、發送。如果在家鄉鏈路上明確了所選擇的移動節點屬于傳輸端點時，需要選擇TCP/IP網絡，其優勢在于未將數據包看成包袱，而且借助正常的傳輸渠道將其進行發送。但是也存在相反的情況，此時需要以另一種方式來完成轉化操作，進而實現信息的有效發送[4]。

3.3 注冊、注銷機制

完成代理搜索后就開始進入移動IP注冊環節，在該環節中要對移動IP節點開展相關計算，根據計算結果來確定自己所處的位置。實際上，對到底是外地鏈路還是家鄉鏈路需要結合具體情況進行取舍，并作出相應的選擇。如果所采用鏈路存在差異，則說明下一步會產生有效的改變。對于移動IP節點而言，在網絡接入點選擇時要做好鏈路切換工作，該階段涉及到注冊環節，當注冊超過一定時限時，將會導致生存時間無法保證。同時，在該過程中，移動節點位置并未發生移動，從而確保注銷和重新注冊工作的順利完成[5]。

3.4 傳遞數據包的選路

對于移動IP節點技術來說，在分析過移動節點所處的位置后開展傳遞數據包的選路工作，該過程中需要考慮如下兩種情況，即移動節點與外地鏈路連接、移動節點與家鄉鏈路連接。前一種情況下，移動節點涉及到代理轉交地址和配置轉交地址兩個方面的選擇工作。互聯網技術發展過程中，IPv6屬于標準協議，且未出現地址空間問題，這就使得在IPv6下移動IP階段不具備外地代理權限。

3.5 代理搜索

在移動IP節點中，代理搜索具備3個方面的功能，具體如下。（1）準確判定自身當前所處的位置，并在此基礎上做出相應的判斷，確定是選擇外地鏈路還是家鄉鏈路；（2）在鏈路選擇后，后續的重要任務是切換；（3）當處于外地鏈路狀態時，可以選擇相關措施來進行交替，從而獲取與外地鏈路上相匹配的轉交地址。

通常情況下，代理搜索主要由代理廣播消息和代理請求消息兩條簡單的消息構成，具體涉及到的內容如下。（1）代理廣播消息。在移動IP節點中，對于家鄉代理功能主要是借助代理廣播消息來向移動IP節點進行宣傳。在鏈路上，按照要求對移動IP節點進行合理配置，并且不同的IP節點需要為其配置相匹配的角色，承擔不同的責任。如果該節點屬于家鄉代理服務器，則需要做出相應的調整和準確的判斷，從而明確該鏈路上是否存在代理。當存在代理時，需要從代理廣播消息中來對IP地址的獲得方式進行探索，該過程需要通過代理來完成。實際上，在移動IP節點中，要依靠相關專家來對其代理功能進行準確判定，以實現對IP地址的快速有效捕捉。（2）代理請求消息。在移動通信中，如果移動IP節點未按照要求開展工作，將會不得不在下一個周期來發送代理廣播消息，該信息一般具備唯一性的特點，保證所有鏈路上的代理在進行代理廣播消息發送時不附帶任何附加條件。

3.6 快速切換

在移動通信中，快速切換在與第二層完成協調耦合后就可以對MH的移動情況進行準確預測，并且可以將相關信息移動至潛在的節點中，完成對發送消息的有效備份，這樣就可以更好地滿足低時延效果。

4 結 論

在移動通信發展過程中，移動IP節點可以為移動主機的正常運行提供不間斷的通信，而在移動IP節點技術中，隧道技術屬于一項關鍵性技術，其能夠確保通信節點向移動節點進行相關數據信息的發送。在移動通信中，為了更好地發揮IP節點技術優勢，則需要完善移動節點關鍵技術、移動節點工作方式、注冊與注銷機制、傳遞數據包的選路、代理搜索以及快速切換等工作，以此來促進移動通信的快速發展。