（通信与信息系统专业论文）基于演进分组系统eps的pmipv6的实现及其路由机制的研究.pdf

。、 - i - _ 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请 本人 本人承担一切相关责任。 日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围， 本人签名： 王主立之 导师签名： 教三笔 适用本授权书。 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 基于演进分组系统( e p s ) 的p m i p v 6 的实现 及其路由机制的研究 摘要 为了适应未来移动通信技术的发展，满足用户不断增多的数据业 务需求，3 g p p 启动了长期演进( l 1 匝) 计划和系统架构演进( s a e ) 项目，推出了演进分组系统( e p s ) 。 e p s 是一个开放的系统，其核心网关和移动性管理实体能够支持 其他各种非3 g p p 接入网络。e p s 采用了包括双栈移动i p v 6 、移动i p v 4 以及代理移动i p v 6 ( p m i p v 6 ) 在内的网络层移动性管理协议来支持 终端在不同网络中的移动性。 本文对演进分组系统( e p s ) 进行了分析，尤其是对其网络层移 动性管理协议进行了深入的研究，在广泛调研的基础上得出p m i p v 6 在e p s 下更具有优势的结论。在此研究的基础上，本文深入研究了 p m i p v 6 的关键技术，并基于开源软件u m i p 实现了p m i p v 6 协议，实 现的p m i p v 6 基本符合i e t fr f c 5 2 1 3 标准，并支持部分3 g p p 扩展。 为了测试所实现p m i p v 6 的功能，本文搭建了一个测试平台。测 试平台包括i p 多媒体子系统( i m s ) 核心网络、基于i m s 的i p t v 服务 器、p m i p v 6 软件、i e e e8 0 2 1 l g 无线路由器以及支持i m s 的移动终端。 在平台中测试了p m i p v 6 软件中的附着、去附着功能，并且利用i m s 业务对p m i p v 6 的路由功能做了测试，测试结果表明p m i p v 6 软件运行 良好，实现了所设计的功能。 基于p m i p v 6 协议本身在路由优化方面的需求，本文对p m i p v 6 的 路由机制以及对现有的p m i p v 6 路由优化机制进行了详细研究，提出 了一种可使用于e p s 网络的基于组播的p m i p v 6 路由优化方案，并进行 了具体设计。 关键词：演进分组系统移动性管理协议代理移动i p v 6 路由优化 北京邮电大学硕士学位论文 t h ei m p l 巳m e n l = f 盯i o na n dr o u t i n gr e s e 根c h0 f e v o l 忱dp a c k e t s y s t e m ( e p s ) b a s e d p m i p v 6 a b s t r a c t 3 g p ps t a r t e dt h em ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) p r o g r a ma n ds a e ( s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ) p r o j e c tf o ra d a p t i n gt h ed e v e l o p m e n to f m o b i l ec o m m u n i c a t i o ni nf u t u r ea n ds a t i s f y i n gt h eg r o w i n gr e q u i r e m e n t s o f d a t as e r v i c ed e m a n d s t h ee p s ( e v o l u t i o np a c k e ts y s t e m ) w a s d e f i n e da n ds t a n d a r d i z e d e p sh a sa n o p e na r c h i t e c t u r e ，i n w h i c ht h em m e ( m o b i l i t y m a n a g e m e n te n t i t y ) a n dc o r eg a t e w a y s a r ea b l et os u p p o r tv a r i o u s n o n 一3 g p pa c c e s sn e t w o r k s t h en e t w o r k 1 a y e rm o b i l i t ym a n a g e m e n t p r o t o c o l ss u c ha sd u a ls t a c km o b i l ei p v 6 ，m o b i l ei p v 4a n dp r o x y m o b i l ei p v 6 ( p m i p v 6 ) a r ea d o p t e dt op r o v i d et h e m o b i l i t y o fu e b e t w e e nd i f f e r e n ta c c e s sn e t w o r k si ne p s i nt h i st h e s i s ，t h ee v o l v e dp a c k e ts y s t e mi sa n a l y z e dd e e p l y ，e s p e c i a l l y o nt h en e t w o r k - l a ym o b i l i t ym a n a g e m e n tp r o t o c o l so fe p s b a s e do nt h e c o m p a r i s o no fs e v e r a lp r o t o c o l sf o rn e t w o r k - l a ym o b i l i t ym a n a g e m e n t ， p m i p v 6s e e m st ob em o r es u i t a b l ef o re p st h a no t h e rp r o t o c o l s b a s e d o nt h ea b o v ec o n c l u s i o n ，t h ek e yt e c h n o l o g i e so fp m i p v 6a r er e s e a r c h e d d e e p l yi nt h i st h e s i s ，a n dt h ei m p l e m e n t a t i o ni sc o m p l e t e db a s e do nt h e o p e ns o u r c es o f t w a r en a m e du m i p t h i si m p l e m e n t a t i o no fp m i p v 6 m a i n l yc o n f o r m st ot h er f c5 2 1 3w h i c hi st h es t a n d a r do fp m i p v 6 d e f i n e db yi e t f ，a n da l s os u p p o r t sp a r to f e x t e n s i o n sd e f i n e db y3 g p p at e s t b e di sc o n s t r u c t e dt ot e s tt h ep m i p v 6i m p l e m e n t a t i o ni nt h i s t h e s i s t h et e s t b e dc o n s i s t so fc o r en e t w o r ko fi pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ( i m s ) ，i m s - b a s e di p t vs e r v e r , p m i p v 6i m p l e m e n t a t i o n ，i e e e8 0 2 1l g w i r e l e s sa c c e s sr o u t e ra n dt h em o b i l ee q u i p m e n tw h i c hs u p p o r t si m s t h ea t t a c h m e n ta n dd e t a c h m e n tp r o c e d u r e sa r et e s t e da st h es i g n a l i n g p r o c e s s i n g f u n c t i o n so fp m i p v 6i m p l e m e n t a t i o n t h e nt h e r o u t i n g f u n c t i o n so fp m i p v 6i m p l e m e n t a t i o na r et e s t e db yr u n n i n gt h ei m s n 北京邮电大学硕士学位论文 s e r v i c eo nt h et e s t b e d t h et e s tr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ep m i p v 6 s o f t w a r er u n sw e l la n ds a t i s f i e st h er e q u i r e m e n t sd e f i n e db yt h e s t a n d a r d s b a s e do nt h er e s e a r c ho nr o u t eo p t i m i z a t i o no fp m i p v 6a n di t sr e l a t e d p r o p o s a l s ，am u l t i c a s t - b a s e dr o u t eo p t i m i z a t i o ns c h e m e i ne p si s p r o p o s e d ，a n dt h ed e t a i l e dd e s i g no ft h ea b o v es c h e m ei sa l s op r o v i d e d k e yw o r d s ：e v o l v e d p a c k e ts y s t e m ，m o b i l i t ym a n a g e m e n tp r o t o c o l ， p m i p v 6 ，r o u t eo p t i m i z a t i o n i i i 北京邮电大学硕士学位论文 目录 目录 第一章绪论。1 1 1 课题研究背景l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1i e t f 对p m i p v 6 的研究2 1 2 23 g p p 对p m i p v 6 的研究2 1 2 3 其他组织及个人的研究2 1 - 3 本论文主要的研究工作3 1 4 论文的组织结构3 第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术5 2 1e p s 的架构5 2 1 1e p s 支持的接入技术6 2 1 2e p s 主要功能实体6 2 1 3 各主要相关参考点7 2 2 e p s 中基于主机的网络层移动性管理协议8 2 2 1 移动i p v 4 ( m i p v 4 ) 8 2 2 2 移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 9 2 2 3 双栈移动i p v 6 ( d s m i p v 6 ) 1 2 2 3e p s 中基于网络的网络层移动性管理协议1 3 2 3 1 代理移动i p v 6 的主要概念1 4 2 3 2p m l p v 6 的信令过程。1 5 2 3 3p m l p v 6 的路由机制1 6 2 3 4p m i p v 6 与其他移动i p 的比较1 7 2 4 本章小结。1 8 第三章p m i p v 6 协议的设计和实现1 9 3 1u m i p 的实现机制分析1 9 3 2p m l p v 6 的模块设计2 0 3 3p m i p v 6 的实现。2 l 3 3 1m a g 的相关数据结构2 1 3 3 2m a g 的处理流程。2 3 3 3 3l m a 的相关数据结构2 9 3 3 4l m a 的处理流程3 0 3 3 5p m l p v 6 主要模块的实现和修改3 1 3 4 本章小结3 2 第四章p m i p v 6 的测试及验证3 3 4 1p m i p v 6 测试环境的搭建3 3 4 1 1i m s 网络及l 盯v 服务的搭建3 4 4 1 2p m i p v 6 的配置及部署3 5 4 2p m i p v 6 的测试3 6 i v 北京邮电大学硕士学位论文目录 4 2 1 测试工具及方法。3 6 4 2 2 附着过程的测试3 6 4 2 3i m s 数据传输测试4 4 4 2 4 去附着过程的测试4 7 4 3 本章小结。5 0 第五章e p s 中p m i p v 6 路由机制的研究。5 1 5 1p m i p v 6 路由机制的现有研究状况5 1 5 1 1p m i p v 6 定义的路由机制5 1 5 1 2p m l p v 6 路由优化的现有研究状况5 3 5 2e p s 中的p m i p v 6 路由机制5 5 5 3e p s 中基于组播的p m i p v 6 路由优化5 6 5 3 1 优化方案对e p s 标准信令流程的影响5 6 5 3 2 基于组播的路由优化方案。5 8 5 4 本章小结6 1 第六章总结与展望。6 2 6 1 本文所做研究工作总结6 2 6 2 未来的工作展望6 3 参考文献：6 4 附录1 缩略语6 6 附录2p m i p v 6 相关数据结构的定义6 8 致谢7 1 作者攻读学位期间发表的学术论文目录7 2 v 无线接入网络，并随后成立了系统架构演进( s a e ) 项目以对现有的网络架构进 行重新设计。项目的最终成果是推出了演进分组系统( e p s ) 【l 吲。e p s 使用了 更加扁平化的网络结构以及全口的设计理念，能够对各种接入技术如：g e r a n ， u t r a n ，e u t r a n ，w i m a x ，w i f i 等提供支持。这些优点使得e p s 迅速成为 未来最具竞争力的移动通信系统。 球技术是现有互联网上使用最广泛的网络层技术，而且也被视为未来移动 互联网的基础，e p s 在定义设计之初就非常注意对i p 的支持，因此在e p s 中如 何保证口移动性变得尤为重要，即如何保证移动用户在移动的过程中改变口接 入点后仍然能够保持已有的数据连接，3 g p p 在e p s 中利用网络层移动性管理协 议来解决这一问题。 对网络层移动性管理协议的研究及标准化，i e t f 做了大量工作并有许多成 果。正t f 早在2 0 0 2 年就完成了移动i p v 4 ( m i p v 4 ) i 4 j 的定义，在2 0 0 3 年完成了 移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 5 j 的定义，对这些协议改进、增强等的研究一直在正t fm i p s h o p 工作组【6 】中进行，相继提出了移动i p v 6 的快速切换( f m i p v 6 ) 【7 l ，层次化移动 i p v 6 ( h m i p v 6 ) 8 】以及对移动i p v 6 的路由优化【9 】等。为了使移动口能够同时支持 i p v 4 和i p v 6 ，i e t f 对m i p v 6 进行了扩展，定义了双栈移动i p v 6 ( d s m i p v 6 ) 1 1 0 j 。 除了对以上的基于主机的移动性管理协议进行研究，i e t f 还开设了n e t l m m 工 作纠1 1 l ，对基于网络的移动性管理协议进行了研究，最终完成并通过了代理移动 i p v 6 ( p m i p v 6 ) 1 1 2 】的标准文档。e p s 中采用了多种上述协议来支持终端在不同 接入技术问的移动性。 目前已出现了大量对基于主机的协议进行实现或改进的研究成果，因此本文 对这几个协议只做介绍，而不再进行研究。而p m l p v 6 作为一个基于网络的移动 性管理协议，于2 0 0 8 年8 月份才通过i e t f 讨论完成标准化，对此协议在路由、 多p m i p v 6 域间的通信、切换等方面的研究还不成熟，因此，对p m i p v 6 的研究 和改进将成为一个研究的热点。 第1 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 国内外研究现状 许多标准化组织以及研究人员都在对p m i p v 6 进行研究，其中主要的标准化 组织包括i e t f 、3 g p p 以及3 g p p 2 等。以下分别予以介绍。 1 2 1i e t f 对p m i p v 6 的研究 i e t f 在m i p s h o p 工作组中所定义的网络层移动性管理协议都是需要涉及对 移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) 的改动，而这一点使得其推广应用变得艰难。因 此，i e t f 成立了n e t l m m 工作组，致力于开发一种基于网路的，m n 不用作任何 改变的网络层移动性管理协议，工作组重要的研究成果就是r f c5 2 1 3 文档，即 p m i p v 6 。在p m i p v 6 完成标准化之后，仍然不断有文档在工作组内提交，以对 标准作扩展和优化。随着一些新的研究议题如多宿主( m u l t i h o m i n g ) 等的提出，代 理移动i p v 6 标准急需改进和扩展。在这种背景下，i e t f 于近期又成立了n e t e x t ( n e t w o r k b a s e dm o b i l i t ye x t e n s i o n s ) 工作组i l 引，专门研究标准p m i p v 6 所需要 解决的问题。在这个工作组中，各厂商及研究机构所关注的主要在以下几个方面： 路由优化、不同接入技术间切换的研究、本地移动锚点( l o c a lm o b i l i t ya n c h o r , l m a ) 间的负载均衡、流标识、控制及q o s 等。其中路由优化、切换、多宿主 ( m u l t i h o m i n g ) 为目前主要的研究热点。 1 2 23 g p p 对p m i p v 6 的研究 为了让p m i p v 6 能够应用于自己所定义的网络，3 g p p 对p m i p v 6 标准做了 一些改变和扩展【1 4 】，其中最主要的是增加了对接入点名称( a p n ) 的支持，使 得用户可以通过p m i p v 6 同时连接到多个不同的分组数据网络( p d n ) 。除此之 外，3 g p p 还扩展了p m i p v 6 的信令，使其携带更多信息以支持计费、网络选择 等功能。在3 1 中，3 g p p 针对不同的网络场景，详细阐述了p m i p v 6 在e p s 各流 程中的作用。 1 2 ，3 其他组织及个人的研究 3 g p p 2 对p m i p v 6 并没有做过多的扩展【1 5 l ，而是充分利用了正t f 定义的标准， 并且也探讨了代理方式下对i p v 4 的支持。其他研究机构及学者的研究点除了切 换、路由优化、多宿主、负载均衡几个方面外，还包括p m i p v 6 的性能评估、认 证、p m i p v 6 与8 0 2 2 1 的交互以及p m i p v 6 在a dh o e 等特定网络上的应用等。 从上面的调研可以看出3 g p p 、3 g p p 2 等几个标准化组织对p m i p v 6 的研究主 第2 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文第章绪论 要体现在修改此协议以适用于自身网络特点这一方面，而对p m i p v 6 协议本身的 一些不足( 如路由优化等) 并没有做出改进，然而随着未来网络数据流量的急剧 增多，对p m i p v 6 性能方面做出改进将显得非常重要。 1 3 本论文主要的研究工作 本文通过对i e t f 所定义的p m i p v 6 标准进行深入研究，并参考了e p s 中对标 准p m i p v 6 做的扩展，在移动i p v 6 开源软件u m i p ( u s a g i p a t c h e dm o b i l ei p v 6f o r l i n u x ) i 1 6 l 的基础上，开发了p m i p v 6 协议。所开发的协议支持p m i p v 6 信令流程及 路由机制，支持部分3 g p p 扩展。 为了测试所实现的协议，本文利用l i n u x 系统及相关软件搭建了一个包括口 多媒体子系统( i m s ) 网络在内的测试平台。在平台上测试了包括伊t v 服务获取 等在内的多种场景，验证了p m i p v 6 协议软件的主要功能。 考虑到现有e p s 架构在未来出现性能瓶颈的情况，路由优化将显得非常重 要，因此本文最后着重于路由优化对p m i p v 6 进行了研究。针对p m i p v 6 的路由 问题，本文结合e p s 的网络结构，给出了一种基于组播的路由优化机制，这种 机制以组播为基础，结合“初始数据触发优化流程 的方法，能够在实现路由优 化的前提下，减轻e p s 中分组数据网网关( p d ng w ) 的负载。 1 4 论文的组织结构 本论文的组织结构如下： 第一章是绪论部分，主要介绍本课题的研究背景、意义以及研究现状； 第二章首先系统地介绍e p s 中的相关技术背景，包括e p s 系统架构、系统中 的主要功能实体以及各功能实体之间的参考点；然后详细介绍了e p s 中的网络层 移动性管理协议，尤其对p m i p v 6 的关键技术做了重点介绍；最后对前面介绍的 几种网络层移动性管理协议作了比较； 第三章作为论文的重要工作之一，实现了基本的p m i p v 6 协议，包括移动接 入网关( m a g ) 的主要功能( 如移动终端的附着、去附着检测、认证授权、绑 定消息的构建处理及发送、路由规则的建立、路由通告的发送等) 和l m a 的主 要功能( 如代理绑定更新的处理、分组数据网的选择、代理绑定应答的构建和发 送、i p 隧道的建立等) ，此外还包括3 g p p 所定义的部分扩展； 第四章做了大量工作用以测试p m i p v 6 软件的功能，主要是基于所实现的 p m i p v 6 以及其他软件，搭建了一个综合测试平台。平台主要包括i p t v 服务器、 i m s 网络、l m a 、m a g 、w i f i 接入网络和笔记本终端。最后利用搭建的平台对 第3 页蔫7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 p m i p v 6 做了功能测试； 第五章主要针对p m i p v 6 中所存在的路由问题及现有研究的不足，结合e p s 架构提出了一种基于组播的路由优化机制； 第六章对论文的研究工作进行了总结，同时提出了论文下一步研究的方向及 前景展望。 第4 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文 第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 本章首先介绍了e p s 的系统架构和系统特点，随后详细介绍了e p s 所采用 的网络层移动性协议，本章最后详细介绍了p m i p v 6 的相关关键技术，并对几种 网络层移动性管理协议进行了比较。 2 1e p s 的架构 e p s 由演进分组核心但p c ) 网络和各种无线接入网络两大部分构成。其中演 进分组核心网络提供通向外部数据网络( 如互联网等) 和运营商业务( i m s 网络) 的 通道，负责执行鉴权功能，密钥协商，追踪非激活终端( 例如节能模式的终端) 的 移动情况，并且支持多种不同接入技术之间的移动切换。无线接入网络负责所有 激活终端( 例如传送数据的终端) 与无线相关的功能。终端直接接入无线网络的接 入点，然后通过核心网获得相应的服务，图2 1 列出了非漫游情况下的e p s 架构。 图2 - 1 非漫游情况下e p s 网络架构 第5 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文第二章e p s 与p m l p v 6 的关键技术 2 1 1e p s 支持的接入技术 e p s 支持的接入技术包括3 g p p 定义的各种接入技术以及非3 g p p 定义的接 入技术。对于3 g p p 定义的接入技术，下面主要介绍演进通用陆地无线接入网 ( e - u t r a n ) 。 e u t r a n 采用了更加扁平化的网络结构，不再具有像r n c 一样的基站控 制实体，在无线侧只有e n o d e b 来进行终端无线接入控制，通过与m m e 的交互 来管理终端的移动性。各个e n o d e b 之间也可以通过x 2 接口来进行交互，从而 使得系统更加合理和健壮。基站控制节点的减少使得系统更简化，且用户处理时 延更少，从而达到更佳的用户体验。 除了系统架构方面的改进，e u t r a n 的优势更体现在其对各种先进物理层 技术的采用【17 l ：在下行方向采用基于循环前缀的正交频分复用( o f d m ) ，在上行 方向采用基于循环前缀的单载波频分多址技术。为了支持成对的和不成对的频 谱，支持频分双工和时分双工两种模式。为了支持更高的数据率和系统容量， e u t r a n 还采用了多输入多输出技术( m i m o ) 。 e p s 对3 g p p 原有接入技术如g e r a n 和u t r a n 等的支持主要通过移动性 管理实体( m m e ) 以及服务网关( s g w ) 来实现。m m e 通过与s g s n 进行信 令交互来支持终端在各个网络的移动性，而用户数据统一通过s g w 进行传输。 对于非3 g p p 接入技术( n o n 3 g p p a c c e s s ) ，e p s 主要将其分为两类：可信的 ( t r u s t e d ) 和不可信的( u n t r u s t e d ) 。可信和不可信的非3 g p p 接入网络是指接入技 术在3 g p p 之外定义的i p 接入网络。对于网络可信与可信的界定并不是由接入 网络的特点来决定，而是由各个运营商自己根据策略来决定【3 1 。一般而言，对于 w l a n 技术看做是不可信接入网络，而其他如w i m a x ，c d m a 2 0 0 0 等大规模 成熟运营的可控可计费网络则视为可信网络。对于不可信接入网络，必须通过增 强分组数据网关( e p d g ) 接入到3 g p p 网络。 不同接入网络之间的终端移动性主要由服务网关、分组数据网网关，演进分 组数据网关等网络功能实体通过网络层移动性管理协议来实现，下一节将对这些 演进分组核心( e p c ) 网中的主要功能实体进行介绍。 2 1 2e p s 主要功能实体 这节主要介绍上面e p s 架构中演进分组核- 6 , ( e p c ) 网相关的几个主要功能实 体：移动性管理实体( m m e ) 、服务网关( s g w ) 、分组数据网网关( p d ng w ) 、 接入网关( a g w ) 、演进分组数据网关( e p d g ) 。 1 ) 移动性管理实体( m m e ) ：主要负责用户控制平面的一些信令，包括： 第6 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文 第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 非接入层( n a s ) 相关的信令操作、终端在3 g p p 各接入网络之间移动 时核心网节点间的信令、用户终端( u e ) 在e c m i d l e 状态下的可达性、 跟踪区域列表的管理、p d ng w 和s g w 的选择等。当终端进行跨m m e 的切换时，负责选择下一个合适的m m e ，当移动到2 g 或3 g 时，进行 s g s n 的选择，此外还提供接入的认证和授权，承载管理和漫游支持等。 2 ) 服务网关( s g w ) - 主要负责用户面的数据传输和控制，其功能主要包 括e n o d e b 间切换时的本地移动锚点、3 g p p 网络间移动时的移动性锚点、 e c m i d l e 模式下，缓存下行数据包并初始化网络触发的服务请求流程、 数据包的路由和转发及q o s 控制、运营商间的计费、代理移动i p v 6 中的 移动接入网关( m a g ) 、d h c p v 4 和d h c p v 6 的中继代理、处理路由请 求( r s ) 路由通告( r a ) 消息及邻居请求( n s ) 邻居通告( n a ) 等。 3 ) 分组数据网网关( p d ng w ) ：主要功能包括包过滤及q o s 处理、用户 设备口地址分配、运营商间的计费、上下行的服务等级处理及执行、 d h c p v 4 和d h c p v 6 功能( 服务器和客户端) 、代理移动i p v 6 中的l m a 、 双栈移动i p v 6 或者移动i p v 4 中的家乡代理、为每一个p d n 连接分发一 个上行的g r e 密钥等。 钔演进分组数据网关( e p d g ) ：主要功能有路由p d ng w 与u e 之间的数 据、解封封装i p s e c 数据包及p m i p v 6 隧道数据jp m i p v 6 中的m a g 、 隧道认证授权、在传输层标记上行数据包、执行从a a a 服务器中获得的 q o s 策略、为每个p d n 连接分配下行g r e 密钥等。 5 ) 接入网关( a - g w ) ：各个可信的非3 g p p 接入网络通过a - g w 接入到 3 g p p 核心网。a - g w 还具有p m i p v 6 中m a g 的功能，并支持用户设备 网内的移动性。 2 1 3 各主要相关参考点 1 1s 2 a ：此参考点为可信j i z 3 g p pi p 接入和e p s 网关之间提供用户平面的控 制，同时为用户在这两个网络之间的移动性提供支持。s 2 a 采用代理移动 i p v 6 ( p m i p v 6 ) 协议实现。当可信非3 g p p 接入网络不支持代理移动i p v 6 时，s 2 a 接口也还应该支持移动i p v 4 。 2 ) s 2 b ：为e p d g 和p d ng w 之间提供用户平面的相关控制，并支持终端在 不可信! i i z 3 g p pi p 接入网和其他网络之间的移动性。s 2 b 采用的是i e t f 定 义的代理移动i p v 6 ( p m i p v 6 ) 协议。 3 1s 5 s 8 ：s 5 和s 8 功能类似，不过s 8 是漫游架构下s g w 和p d ng w 间的参 考点，而s 5 是非漫游架构下的参考点。主要用于建立s g w 和p d ng w 之 第7 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 间的用户数据隧道，并提供隧道的管理。此参考点可以采用g t p 协议或 者p m i p v 6 协议。 4 ) $ 2 c - 采用双栈移动i p v 6 ，支持用户终端和各网关之间的用户数据控制， 并支持终端在各不同接入网络之间的移动。 2 2e p s 中基于主机的网络层移动性管理协议 终端的移动性一直是各个移动网络必须保证的关键技术，目前多是采用物理 层及链路层技术来保证终端在网络内的移动及无缝切换。然而3 g p p 演进分组系 统的一个关键部分是在核心网提供了对多接入技术的支持。底层技术已经不能满 足不同接入技术之间的移动性，而网络层移动性管理协议很好的满足了这个需 求。 为了使得终端能够在不同接入技术问移动的同时保持业务的连续性，3 g p p 在演进分组核心( e p c ) 网络中采用了i e t f 定义的两种类型的网络层移动性管理 协议：基于主机的移动性管理协议( x 2 栈移动i p v 6 、移动i p v 4 ) 和基于网络的 移动性协议( 代理移动i p v 6 ) 。下面分几个小节分别介绍几种常见的基于主机的 网络层移动性管理协议。对于基于网络的移动性管理协议，我们将在2 3 节中重 点介绍。 2 2 1 移动i p v 4 ( m i p v 4 ) 移动i p v 4 协议是i e t f 制定的移动性标准，可以让移动节点在现有的网络架 构下随时地连接上网络并且可以实现在不同子网中漫游。移动i p v 4 协议不需要 更改现有的网络协议，可以使节点使用同一个i p 地址连接在任何子网上，在移 动过程中保持现有通信。图2 2 是移动i p v 4 的架构和工作过程： 图2 - 2 移动i p v 4 网络 第8 页共7 2 页 写q 瀛 j 一 一 北京邮电大学硕士学位论文 第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 对于图2 2 中的实体介绍如下： 1 ) 移动节点( m a 0 ：与网络相连并时常移动的网络实体，即可以在网络上改变 连接点的主机或者路由器。m n 在位置发生改变之后不需要改变口地址， 但是可以保持原来的通信。 2 ) 家乡代理( h a ) ：连接在移动节点的家乡链路上，为移动主机截获分组， 并把分组传送到移动节点的当前位置。 3 ) 外地代理：连接在移动节点的家乡链路上，帮助移动节点实现移动检测， 并为移动节点提供转交地址和路由服务。 移动i p v 4 的工作过程如下： 1 ) 移动代理( 外地代理或家乡代理) 通过代理通告消息通知移动节点移动代 理的存在，移动节点也可以通过主动发送代理请求来获得代理通告消息。 移动节点接收到代理通告消息后，可以确定它是在家乡网络还是在外地网 络上。如果移动节点发现自己在家乡网络，则其操作与固定主机一样。如 果是从其他注册的网络回到家乡网络，移动节点将通过和家乡代理交换注 册请求和注册应答消息，在家乡代理上注销它在外地网络的注册信息。 2 ) 如果移动节点发现自己已经移动到了一个外地网络上，它将获得该外地网 络上的一个转交地址。 3 ) 移动n j b 地网络上的移动节点随后与家乡代理交换注册请求和注册应答 消息，注册它的转交地址。 4 ) 家乡代理截获发往移动节点家乡地址的分组。 5 ) 家乡代理通过隧道把截获的分组发送到移动节点的转交地址 6 ) 隧道的终点( 外域代理或者移动节点本身) 对收到的分组进行拆封，并进 行转发 乃移动节点发出的分组通过标准的职路由机制被路由到目的节点，不需要 经过家乡代理。 2 2 2 移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 中的许多概念与移动i p v 4 相同或类似，如移动节点、 家乡代理、家乡地址和转交地址等。不过，移动i p v 6 又吸收了许多i p v 6 的优点， 对移动i p v 4 做了许多改进，例如路由优化功能和动态家乡代理发现的能力，提 供了管理i p v 6 网络移动性的功能。移动i p v 6 协议比移动i p v 4 协议具有更多优 势： 1 ) 移动i p v 6 协议为每个移动节点分配了全球的i p 地址，无论它们在何处 连接到互联网上，为移动节点服务的链路要预留足够多的i p 地址来给移 第9 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文 第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 动节点分配一套( 至少一个) 转交地址，在v 4 地址短缺的情况下，要预 留足够多的全球i p v 4 地址是不太可能的。 2 1 使用i p v 6 的任播地址使得某个节点能够发送数据包给有该任播地址的几 个系统中的某一个，移动1 1 v 6 协议有效利用这一原理实现动态家乡代理 发现机制，通过发送绑定更新给家乡代理的任播地址来从几个家乡代理 中获得最合适一个的响应，i p v 4 无法提供类似的方法。 3 ) 使用无状态地址自动配置和邻居发现机制之后，移动i p v 6 协议既不需要 d h c p 也不需要外区链路上的外区代理来配置移动节点的转交地址。 4 ) 移动i p v 6 协议可以为所有安全的要求使用i p s e c ，如授权、数据完整性 保护和重发保护。 5 1 ) 为了避免由于三角路由造成的带宽的浪费，移动i p v 6 协议指定了路由优 化的机制，路由优化是移动i p v 4 的一个附加功能，却是移动i p v 6 协议 的完整组成部分之一。 6 ) 在互联网中有个别路由器会对他们转发的数据包实行入口过滤，他们检 查该源地址来的数据包是否应该送到接收该数据包的接口处，移动i p v 6 协议能够与这种入口过滤方式毫无问题地并存，一个在外区链路上的移 动节点使用其转交地址作为数据包的源地址，并将其家乡地址包含在其 家乡地址目标选项中，由于在外区链路中转交地址是一个有效地址，所 以数据包将顺利通过入口过滤。 下面将对移动i p v 6 的基本工作过程，路由优化等做介绍。工作过程如图2 3 所 示。 家乡移功谛点 图2 - 3 移动i p v 6 的工作过程 第1 0 页共7 2 页 北京邮电大学硕士学位论文第二章e p s 与p m i p v 6 的关键技术 对图2 - 3 中的过程描述如下： 1 ) 移动节点接收到外地网络的路由器公告，判断出自己己经移动到了新的网 络，并配置新的转交地址。 2 ) 移动节点向家乡代理发送绑定