（电磁场与微波技术专业论文）嵌套移动网络中的优化技术研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 声明 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 p 本人签名： 塾j ：豳 日期：丝2 ：2 ：! 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 校有权保窿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) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：盏：塑 导师签名： 第1 页共5 6 页 日期： 日期： 北京邮电大学硕士学位论文 嵌套移动网络中的优化技术研究 嵌套移动网络中的优化技术研究 摘要 利用网络移动性( n e m o ) ，在交通工具上为乘客提供因特网业务 是一项刚刚出现的技术。该技术依靠口层的移动性保证移动用户在 异构网络间可以随意移动和漫游，并且能够保证业务的连续性。这种 技术的应用，使移动用户更能适应下一代异构移动通信网络的发展要 求。 本文在对移动i p v 6 和n e m o 技术，尤其是嵌套n e m o 中的路 由优化技术及微移动管理技术的全面分析和研究的基础上，对基于单 个节点的动态型微移动性管理方案进一步扩展，并结合实际车载模型 进行数学建模，使之适用于嵌套n e m o 的场景，同时实现嵌套n e m o 的路由优化，本文称这种方案为h m i p 动态型路由优化方案。最后， 利用仿真工具分析该方案下分组到达率与区域选择、平均驻留时间与 区域选择的关系，并比较本文方案与h m i p 静态型路由优化方案在总 代价等方面的性能。仿真结果显示，根据分组到达率或平均驻留时间 动态选择m a p 及管理区域的大小，可以保证总代价最小化。 本文的研究成果为在b 3 g 无线移动通信系统网络中实现车载的 移动性，打下了良好的基础。 关键词：移动i p v 6 网络移动性嵌套移动网络微移动性管理路由 优化 第2 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文 嵌套移动网络中的优化技术研究 r e s e a r c ho no p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g y i nn e s t e d - n e m o a b s t r a c t p r o v i d i n gs e r v i c et op a s s e n g e r si nv e h i c l ew i m t h ep r i n c i p a lo f n e t w o r k m o b i l i t yi san e wt e c h n o l o g y t h i st e c h n o l o g yt a k e st h ei d e ao f m o b i l i t yi ni p l a y e r t om a k es e r v i c eu n b r e a k a b l ew h e nm o v i n gt h r o u g hh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k i ti sat e c h n o l o g yt h a tc o u l dm a k em o b i l eu s e r sa d a p t i v et ot h e d e v e l o p m e n to fn e x tg e n e r a t i o nh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k t h i st h e s i sn o t o n l y e v a l u a t e sv a r i o u sr o u t e o p t i m i z a t i o n a n d m i c r o - m a n a g e m e n ts c h e m e si nn e s t - n e m o ，b u ta l s op r o p o s e san e wm a t h m o d e ld e s i g n e df o rr e a l i t yv e h i c l en a m e dh m i pd y n a m i cr o u t eo p t i m i z a t i o n s c h e m e f i n a l l y , w em a k es i m u l a t i o no nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e g i o n s e l e c t i o na n dp a c k e ta r r i v er a t e ，r e g i o ns e l e c t i o na n da v e r a g er e s i d e n tp e r i o d u n d e rt h i sm a t hm o d e l a l s o ，w em a k eac o m p a r i s o nb e t w e e nt h i sp r o p o s e d s c h e m ea n dh m i ps t a t i cr o u t eo p t i m i z a t i o ns c h e m eo nt h ea s p e c to f t o t a lc o s t s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ts e l e c t i n gr e g i o na r e ab a s eo np a c k e ta r r i v er a t e o ra v e r a g er e s i d e n tp e r i o dc o u l dm a k et o t a lc o s tm i n i m i z e t h eo u t c o m eo f t h i st h e s i sl a y sa g o o df o u n d a t i o nf o rf u t u r eb 3 gn e m o r e s e a r c h k e yw o r d s ：m o b i l e i p v 6 ，n e t w o r km o b i l i t y , n e s t e d n e m o ， m i c r o m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , r o u t eo p t i m i z a t i o n 第3 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文 嵌套移动网络中的优化技术研究 1 1n e m o 产生背景 第一章n e m o 概述 近几年来，伴随着因特网规模的不断扩大和移动通信的迅猛发展，越来越多的移 动用户希望能够以更加灵活的方式随时随地接入到因特网中。而下一代移动通信网则 由不同的接入技术构成，比如移动蜂窝网、宽带接入网、w l a n 和w p a n 等。它依 靠i p 技术作为统一的网络互联平台，以保证移动用户在异构网络问可以随意移动和 漫游，并且对所有基于i p 的应用提供与原来网络相同的服务。因此，在异构网络间 移动时如何保证业务的连续性是下一代移动通信网中所要解决的问题。 目前移动i p v 4 和移动i p v 6 都提供对节点移动性的良好支持，为节点的移动提供 了基本的解决方案“。，但还不能处理网络移动这个特殊问题。而在未来的i p v 6 网 络中，移动网络将会非常普遍。2 0 0 2 年1 0 月，i e t f ( t h ei n t e m e te n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) 成立了n e m o ( n e t w o r km o b i l i t y ) 工作组，负责有关移动网络的问题，致力于 规范一个基于移动口隧道原理的基本的移动网络协议。 所谓n e m o 是指以一个整体统一移动的网络，在网络漫游过程中其内部结构基本 保持不变”“。n e m o 可以是简单的网络，也可以是复杂的网络。比如最简单的情况 就是该移动网络仅仅包括一个移动路由器m r ( m o b i l er o u t e r ) 和一台主机。比较复 杂的情况是该网络包括许多1 p 子网，这些1 p 子网通过本地路由器连接在一起，该移动 网络通过一个或者多个m r 与i p 骨干网相连接。更复杂的情形是一个移动网络连接到 另外一个移动网络上，也即嵌套网络的情形”。移动网络和1 p 骨干网可以有多个接口。 在移动网络内部，可以是有线的形式也可以是无线的形式，但通常都有一个相对稳定 的拓扑结构。 利用n e m o ，在交通工具上为乘客提供因特网业务是一项刚刚出现的技术。目 前，有的飞机、火车已经安装了车载因特网接人设备。在这些方案中，大部分都不支 持i p 层的网络移动性( 没有m r ：m o b i l er o u t e r ) ，而是通过一个覆盖广泛的无线网络( 卫 星网、g s m g p r s ) ，从而避免坤层的移动性来实现。所以当在不同网络间运行时， 便无法继续提供相应的业务。因此在b e y o n d3 g 系统中实现网络移动性十分必要。目 前这方面的研究才刚刚开始。在路由优化、无缝移动等方面仍然需要进一步的研究。 第6 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 一a r 腿囱 m n n 1 2n e m o 研究意义 移动的网络相对移动m v 6 的单点移动方案，至少有如下优势： 1 减小切换：当移动网络改变接入点时，只有m r 需要进行切换，从而减少了 切换的次数。 2 提高带宽的利用率、减少绑定更新时延：因为m r 代替m n n 发送集聚的b u 消息。 3 减少发送功率：在移动网络内，m r 代表m n n 通过无线链路接入骨干网，虽 然m n n 与m r 也是无线连接，但是该无线链路的距离远远小于与骨干网之间的无线链 路，因此对于功耗较低的终端来说，可以大大节省功耗，同时也降低了终端的技术要 求。 4 易于扩展：只需要更新m r 的软硬件设施，而不需要对每个m n n 进行操作。 此外，我们应该注意到n e m o 工作组提出的移动网络协议是基于移动口隧道原 理的，换句话说，从移动口v 6 过渡到n e m o 时，n e m o 应该采用移动i p v 6 的基本 协议，目的是与节点移动性兼容。 1 3n e m o 实际场景举例 在现实生活中，有很多n e m o 的场景，这也是n e m o 的研究刻不容缓的原因之一： 1 个人身上携带的个域网( p a n ) ：个人身上可能携带多个口设备，比如：m p 3 、 数码相机、p d a 等。当个人在不同网络间移动时，p d a 充当m r 为该个域网提供网络 第7 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 连接性。 2 飞机上的场景：飞机作为一个整体移动，构成一个v a n ( v e h i c u l a 口a r e a n e t w o r k ) 。乘客身上可能携带多个m 设备构成p a n ，p d a 可以充当该p a n 的m r 接入 飞机上部署的m r ，该m r 通过无线链路与骨干网相连，从而乘客可以享受在飞机上上 网的乐趣。该v a n 可以采用不同的接入技术，比如在空中飞行时，采用卫星。当停止 在地面上时，采用w l a n u m t s 。此外，在飞机上可以部署s e n s o f ，用以收集温度等 信息，s e n s o r 和飞机上的计算机其实也是n e m o 的一个例子，植入s e n s o r 这些处理单元 的目的主要是出于安全和便于驾驶以及交通问题的考虑。同样的情景可以发生在火 车、汽车上。 3 移动的a dh o c 网络：移动的a dh o c 网络事实上就是n e m o 的一个例子，例如 火车上的学生之间可以建立一个a dh o c 网络，同时需要m r 将这个a dh o c 网络与骨干 网相连。 4 一些特殊部门通常会出现移动网络多级嵌套的情况，例如消防。消防员携带 着一个由移动路由和多种i p 化设备构成的个人局域网。同时该移动路由无线接入该消 防员的车载系统。这个车载系统的移动路由又接入公共安全骨干网络，于是作为该骨 干网络的接入部分，消防员可得到所需各种数据，例如房屋结构图等，并给网络传回 各种图片和探测数据等。 图卜2n e m 0 实际场景示意图( 引用t h i e r r ye r n s t 的幻灯图) n e m o 的应用场景除以上所提到的之外，它还能应用于使用多种无线媒介 i n t e r n e t 进行连接、在多个i n t e r a c t 服务提供商之间进行切换的场景中，这主要归功于 n e m o 中的m u l t i h o m i n g 技术。以一个实际生活中的场景为例，在汽车等交通工具内 的网络就是典型的使用多种无线媒介与i n t e r a c t 相连，车辆在通过一个国家的边界时， 第8 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 既有可能改变不同的i s p ，也有可能改变媒体接入方式，更有可能两者一起发生。如 果n e m o 网络有多个接入点接入到不同的i s p ，不同接口使用不同的媒体接入方式， 就能够有效的避免因切换而引起的服务中断。可见，n e m o 的应用场景具有十分的 普遍性。 1 4n e m o 研究现状 目前，我国相关人士已经逐渐认识到了网络移动性的研究在下一代移动通信网中 的重要作用，认为基于移动m v 6 的网络移动性的研究将会提高我国在下一代移动通 信中的竞争力。然而我们认为，网络移动性在国内的研究并没有很好的展开，而在国 外，以欧洲、日本和韩国为代表，在这方面的研究均已走在我们的前列。 下面简要介绍几个有代表性的项目，这些项目大多是围绕为车载系统提供因特网 服务展开的。 o c e a n ( o n - b o a r dc o m m u n i c a t i o n , e n t e r t a i n m e n ta n di n f o r m a t i o n ) 6 的e m o t i o n ( n e t w o r k i n m o t i o n ) 项目，o c e a n 项目由多个国家参与，成立于2 0 0 3 年，主要致力 于为车载系统提供网络服务，其下的e m o t i o n 项目致力于为移动中的乘客提供因特网 服务，主要通过m r 和宽带无线接入。 欧洲的o v e r d r i v e ( o v e rd y n a m i c m u l t i - r a d i on e t w o r k si nv e h i c u l a r e n v i r o n m e n t s ) 项目正在从事网络移动性的研究活动”“。该项目设计了基于p v 6 的车 上网络，提供乘客经过车辆上的移动路由器接入i n t e m e t ，它能在3 g 、w l a n 、d v b - t ( 移动数字电视) 接入i n t e m e t 。在这个项目中，基于l i n u x 的移动路由器、家乡代理和 移动网络节点原型已经得到开发，使用了u v s i p v b 移动i p v 6 开放源代码协议栈。 这些原型将被综合到测试床中作为功能性确认和示范。 w i d e ( w i d e l yi n t e g r a t e dd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t ) 的n a u t i l u s 6 项目“”成立于2 0 0 3 年1 1 月，该项目主要研究网络移动性的相关问题，主要目标是实现i e t f - n e m o 的基本协 议。 日本k d o u n i v e r s i w 始于1 9 9 6 年的h t e m e t c a r ( i n t e m e tc o n n e c t e da u t o m o b i l e r e s e a r c h e s ) 项目，研究多种接入方式的情况下，怎样进行汽车与h t e m e t 的信息交互 【l l 】 类似的项目还有f l e e t n e t 项目“，该项目中引入了一种新的网络移动性模型 m o c c a ( m o b i l ec o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e ) ，具体见文献“。 n e m o 的研究能够融合i p 技术，更好的满足b 3 g 网络层网络移动性的需求，适应 第9 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文 嵌套移动网络中的优化技术研究 下一代移动通信网的发展要求，并且能够更好的满足人们随时随地通信的需求。因此， 我国学者应该对n e m o 的研究引起足够重视。 1 5 本文主要工作及研究成果 1 5 1 研究成果 通过对移动i p v 6 和n e m o 大量相关草案及论文的研究，分析和总结了各种技术 草案的核心思想及优缺点，对基于单个节点的动态型微移动性管理方案进一步扩展， 并结合实际车载模型进行数学建模。主要研究成果如下： 1 分析实现n e m o 基本性能的技术方法。 2 分析实现嵌套n e m o 路由优化的方案并比较优缺点，同时通过仿真手段验 证了路由优化方案在时延、吞吐量、控制信令开销方面的优越性。 3 分析微移动性管理技术和路由优化技术的结合对性能的进一步改善，并结合 实际车载模型，对适用于单节点的动态型微移动性管理方案重新建模，使之适用于嵌 套n e m o 的场景，并实现嵌套n e m o 的路由优化，同时进行仿真分析及性能比较。 4 对本文方案的思考及下一步工作的展望。 1 5 2 论文结构 本论文共分为五章，各章主要内容如下： 第一章为综述。介绍n e m o 研究背景、研究意义，总结n e m o 研究现状。 第二章介绍n e m o 基本原理。分析基本移动i p v 6 协议不能支持n e m o 的原因， 分析实现n e m o 的基本协议。 第三章具体分析嵌套n e m o 中的路由优化方案并比较优缺点，同时通过仿真手 段验证了路由优化方案相对于非路由优化方案的优越性。 第四章具体分析微移动性管理技术和路由优化技术的结合对性能的进一步改善， 并提出本文方案。 第五章是n e m o 研究的总结与展望。 第l o 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 参考文献 【1 】c p e r k i n sc ta l ，“i pm o b i l i t ys u p p o r tf o ri p v 4 ，i e t f , r f c3 3 4 4 ，a u g u s t2 0 0 2 2 】d j o h n s o ne ta l ， m o b i l i t ys u p p o r t i ni p v 6 ，i e t f , r f c3 7 7 5 ，j u n e2 0 0 4 【3 】t h i e r r ye r n s t , n e t w o r km o b i l i t ys u p p o r ti ni p v 6 ，p h dt h e s i s , u n i v e r s i t yj o s e p h f o u r i e rg r e n o b l e , f r a n c 皓，o c t o b e r2 0 0 1 4 】e r n s t , t ， n e t w o r km o b i l i t ys u p p o r tg o a l sa n dr e q u i r e m e n t s ”，d r a f l - i e t f - n c m o - r e q u i r e m e n t s 一0 4 ，i e t f , f e b r u a r y2 0 0 5 ，w o r ki np r o g r e s s 【5 】e r n s t ，t a n dh i _ a c h , ”n e t w o r km o b i l i t ys u p p o r tt e r m i n o l o g y ”，d r a f l - i e t f - n e m o t e r m i n o l o g y - 0 4 ，w o r ki np r o g r e s s ，o c t o b e r2 0 0 5 6 】h t t p ：w w w o c e a n c s e u n s w 4 0 d u a u 【7 】h t t p ：w w w o e e a n c s e u n s w e d u a u e m o t i o n i n d e x h t m l f 8 】e r a n g ap e r e r a , v 硒a ys i v a r a m a n , a r u n as c n e v i r a t n e , s u r v e yo nn e t w o r km o b i l i t y s u p p o r t ，m o b i l ec o m p u t i n ga n dc o m m u n i c a t i o n sr e v i e w , v o l u m e8 ，n u m b e r2 9 】h t t p ：w w w i s t - o v e r d r i v e o r g 【1 0 h t t p ：w w w n a u t i l u s 6 o r g 【l l 】h t t p ：w w w s f c w i d e a d j p i n t c m c t c a r p u b l i c a t i o n $ i n d c x h t m l 1 2 】h t t p ：w w w f l c o t n o t d e 1 3 】b e c h l e r m ，f r a n zj ，w o l f l ， m o b i l ei n t e m e t a c c 器si n f l e e t n e t ，1 3 f a c h t a g u n g k o m m u n i k a t i o ni nv e r t e i l t e ns y s t e m e n ( k i v s2 0 0 3 ) , l e i p z i g , f e b r u a r y2 0 0 3 p h d t h e s i s ，u n i v e r s i t yo f w a s h i n g t o n , s e a t t l e , w a , 1 9 9 4 第1 1 页共靳页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 第二章n e m o 的基本原理 由于n e m o 的研究主要是基于移动口v 6 的，因此，在这章中，将先介绍移动i p v 6 的基本原理，接着从n e m o 设计要求的角度考虑以下内容：1 、移动口v 6 是否支持 n e m o 。2 、移动i p v 6 如何实现对n e m o 的支持。在本章的最后，给出了其它不基 于移动i p v 6 的n e m o 支持方案。 2 1 基本术语 n e m o 的主要网络元素如下“。： 移动节点( m n ：m o b i l e n o d e ) ：一般为一台主机或者路由器，它在切换链路时不 改变i p 地址，也不中断正在进行的通信。 家乡网络( h n ：h o m en e t w o r k ) ：家乡网络可能是不存在的虚拟网络，发往移动节 点的数据将被标准的口路由机制转发到m n 的家乡网络。 外地网络( f n ：f o r e i g nn e t w o r k ) ：与家乡网络对应，即移动节点离开家乡后当前 接入的网络。 家乡链路( h l ：h o m el i n k ) ：比家乡网络更精确描述了m n 在家乡时候的位置， 与外地链路对应。 家乡地址( h o a ：h o m e a d d r e s s ) ：永久分配给m n 的i p 地址。 转交地址( c o a ：c a r eo fa d d r e s s ) ：m n 离开家乡连到外地网络时临时分配给m n 的地址，反映了m n 目前所在位置。 家乡代理( h a ：h o m ea g e n t ) ：移动节点家乡链路上的一个路由器，移动节点向其 注册当前的转交地址。当移动节点不在家乡时，家乡代理截获经家乡链路发往移动节 点的数据包，进行封装( e n c a p s u l a t i o n ) 后，通过隧道( t n n n e l ) 发送给移动节点注册的转 交地址。 接入路由器( a r ：a c c e s sr o u t e r ) ：骨干网络的接入路由器，是n e m o 到骨干网的最 后一跳。 对端节点( c n ：c o r r e s p o n d e n t n o d e ) ：与移动节点进行通信的对等节点。通信节 点可以是移动的也可以是静止的。 移动路由器( m r ：m o b i l er o u t e r ) ：是指能够动态改变其因特网的接入点的边缘 路由器，相当于移动网络的网关，在移动网络和固定因特网之间路由数据分组。m r 第1 2 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文 嵌套移动网络中的优化技术研究 的引入可以保证网络在发生移动时其内部m n n 的通信不发生中断。 移动网络节点( m n n ：m o b i l r n e t w o r kn o d e ) ：移动网络内的节点，包括本地移 动节点l m n ( l o c a lm o b i l en o d e ) 、本地固定节点l f n ( l o c a lf i xn o d e ) 和访问的移动 节点v m n ( v i s i t i n g m o b i l e n o d e ) 。其中l f n 不具有移动性，而l m n 和v m n 均具有移 动性，二者的区别是：l m n 的家乡链路位于移动网络内，而v m n 的家乡链路则不属 于该移动网络。 2 2 移动i p v 6 基本原理 由于n e m o 是以移动i p v 6 为基础的，因此这里将着重介绍移动i p v 6 的基本原 理( 移动停v 4 的原理与移动i p v 6 的原理类似) 。i e t f 于2 0 0 4 年6 月提出了移动i p v 6 标准( r f c 3 7 7 5 ) 羽。 图2 - 1 移动i p v 6 过程 如图2 1 ，移动口v 6 的基本过程是： 1 m n 从家乡移动到外地链路上，通过运行d h c p v 6 协议，将从外地链路上获 得转交地址。接着m n 向家乡代理h a 绑定其转交地址，h a 在其缓存建立了这样一 种关联：家乡地址一转交地址，表示发到m n 家乡地址的包可以先路由到m n 的转 交地址。 2 从对端节点c n 发给m n 的包先路由到m n 的家乡代理h a ，h a 根据缓存， 将包进行封装，以隧道( t u n n e l ) 的方式发到m n 的转交地址。m n 收到包后，对包 进行解封。 3 m n 发现c n 发给其的包是以隧道方式过来的，知道c n 还不知道其的转交 地址，因此，m n 向c n 发送绑定更新，c n 收到后，同样建立了这样一种关联：家 乡地址一转交地址。 第1 3 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 4 因此，后继由c n 发给m n 的包将直接发到m n 的转交地址，也即采用路由 优化的方式，不需要经过h a 。 2 3 移动i p v 6 到n e m o 的过渡 2 3 1 移动口v 6 不支持n e m o i e t f 的移动l p v 6 工作组主要是针对单个节点的移动性考虑的，其成立之初并没 有考虑到网络移动性的问题，也就是并不支持网络移动性。具体解释见图2 2 。 如图2 2 ，m r 和m n n 构成了基本的移动网络。假设m r 家乡地址的网络前缀 为3 虢：3 0 6 ：1 1 3 0 ：1 0 0 ：6 4 ，m n n 家乡地址的网络前缀为3 f f e ：3 0 6 ：1 1 3 0 ：2 0 0 ：6 4 。当移 动网络作为一个整体移动到a r 所在的外地链路时，通过运行d h c p v 6 协议获得外地 网络前缀3 腩：3 0 6 ：5 5 5 5 ：7 7 7 7 ：“作为转交地址，而m n n 的地址在此过程中保持不变。 当c n 想m n n 通信时，数据包的目的地址为3 f f e ：3 0 6 ：1 1 3 0 ：2 0 0 ：6 4 。由于该地 址标明m n n 位于m r 的家乡链路，因此发给m n n 的包首先被发给a r 。a r 根据路 由表查到3 位：3 0 6 ：1 1 3 0 ：2 0 0 ：6 4 的下一跳是m r ，由于m r 和h a 做了绑定，于是h a 截获了发给m r 的目的地址为m n n 的包。此时，h a 在自己的绑定缓存里查找与 m n n 地址相关的绑定，可是怎么找也找不到，因为根本就不存在关于m n n 的绑定， 只有m r 的绑定。h a 不知道该怎么处理，于是把包传回给路由器a r ，于是包进入 了死循环，最终t t l 超时被丢弃，由于c n 得不到m n n 的路由，所以不能与m n n 通信。 图2 - 2 移动i p v 6 不支持n e 湘 第1 4 页共5 6 页 1 1 3 0 ：1 0 0 ：m 3 0 ：2 0 0 ：6 4 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 由以上分析，移动i p v 6 的基本协议并不支持c n 和移动网络内节点的通信，因 此人们研究如何不改变或尽可能的少改变现有的移动坤v 6 协议，来实现网络移动性。 在2 0 0 2 年l o 月，i e t f 成立了n e m o ( n e t w o r km o b i l i t y ) t 作组，负责有关移动网络 的问题，致力于规范一个基于移动p 隧道原理的基本的移动网络协议。 2 3 2 移动p v 6 如何过渡到n e m o 由以上的分析可见，移动口v 6 并不支持网络的移动性，网络移动给移动i p v 6 带 来了许多新的问题： 1 路由问题。m n n 与通信对端c n 通信时需经过m r ，m n n 是否也需要获 得自己的转交地址，c n 是否需要了解正在与之通信的节点是否是m n n ，如何通过 m r 转发分组给m n n 等。 2 寻址问题。m r 代表移动网络还是代表自身获得新访问地址，这种寻址方式 会对m n n 产生如何影响。 3 如何在移动网络中运行网络协议，特别是对于嵌套n e m o ，本地的移动管理 如何完成。 4 安全问题，多级嵌套和移动访问节点对移动网络的访问，增加了m r 与其家 乡代理h a ( h o m e a g e n t ) 之间n e m o 信令的敏感点，提出了更多的安全要求。 因此，为了和节点移动性兼容，从移动i p v 6 过渡到n e m o 时，n e m o 应该采用 移动m 的基本协议，同时要进行扩展以满足网络整体的移动性。当m r 改变接入点 时，为了保持m n n 会话的连续性，要满足以下目标“”： 1 为口层的解决技术，即对m 层以上具有透明性。 2 虽为口层的技术，但是要兼容现存的p 层的地址和路由体系结构。 3 安全性的考虑。 4 必须支持v m n 访问移动网络。 5 对嵌套网络场景的支持。 6 终端系统的修改尽可能的少。也就是基本的n e m o 协议只需对m r 和h a 进行修改。 第1 5 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 2 4n e m o 基本协议分析 2 4 1 双向隧道方式 与移动i p v 6 的基本原理类似，在移动l p v 6 中，通过在m n 和h a 之间建立一条 双向隧道保证m n 的可达性；在n e m o 中，则是在m r 和h a 之间建立双向隧道嘲， 从而保证m r 移动过程中m n n 通信的连续性和可达性。 图2 - 3 双向隧道原理图 m r 和h a 之间的通信和移动口v 6 类似。m r 封装来自m n n 的数据包，通过隧 道发到h a ，h a 对数据包进行解封后转发给目的地c n 。同样，发给m n n 的数据包 被h a 截获，h a 对包进行封装后通过隧道方式发给m r 。m r 对包进行解封，然后 把包转发给m n n 。 为了将数据包通过隧道发送给m r ，h a 必须将移动网络内部节点的家乡地址同 m r 的家乡地址结合起来。否则，h a 截获的发往移动网络内部节点的数据包便无法 通过隧道发送给m r ，因为在由m r 发送给h a 的绑定信息中仅仅包括m r 的家乡地 址和转交地址，而m r 的转交地址不包括内部节点的信息。为了识别移动网络的内部 节点，方案规定属于m r 的节点带有相同的i p 地址前缀，该信息存储在h a 中。 2 4 2 通过双向隧道运行路由协议方式 在n e m o 草案设计中，当家乡代理h a 接收到移动路由m r 发送的绑定更新的时候 建立向移动网络的转发机制。另外，h a 和m r 也可以在双向隧道运行一个内部域的路 由协议，如r i p n g 和o s p f 。m r 可以继续运行与其在家乡链路时运行的相同的路由协 议 6 o 第1 6 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文 嵌套移动网络中的优化技术研究 运行路由协议时，双向隧道被视为一个隧道接口；m r 和h a 通过隧道交换路由消 息。具体为：当m r 移到外地链路的时候，通过双向隧道向h a 发送路由协议信息( 为 i c m p 重定向报文) 。h a 收到封装的路由协议信息的时候，它处理内部数据包并且相 应更新其路由表。在这些路由接口的下一跳信息填的是m r 链路本地地址，出口设置 为双向隧道。同样，h a 可以通过双向隧道向m r 发送路由更新。m r 处理这些路由协 议，更新它的路由表。 这一个特性在当移动的网络规模非常庞大，并有多个不同i p v 6 前缀的子网络的时 候十分有用。在移动的网络中路由的变化可以很快的传递给h a 。在家乡链路的路由 的改变也可以很快的告知m r 2 4 3p s b u 方式 2 4 1 节介绍的双向隧道方式，其引入目的是最小限度的改变现有的节点和协议， 但是没有提供c n 到m n n 之间的路由优化，所有数据分组都要经过m r - h a 之间的 双向隧道，当数据量增大时，h a 将成为通信的瓶颈。为了支持路由优化等更高的性 能要求，提出了p s b u ( p r e f i xs c o p e b i n d i n g u p d a t e ) 方式“。 p s b u 可以由m r 发向其h a ，使h a 能够动态配置m n p | 也可以由m r 直 接发向m n n 的所有c n ，以获得路由优化。 p s b u 将n e m o 中m n n 的网络前缀( 假设所有m n n 具有相同的网络前缀) 与 m r 的转交地址c o a 绑定在一起，并在绑定更新中设置p 标志。通过这种方法，m r 可以以透明方式通知整个网络的移动，不需要对现有节点进行扩展。这样c n 知道发 往m n p 的消息要先发给m r 的c o a ，这样c n 发出的包的目的地为m r 的c o a ， 同时在r h 2 中携带m n p ，这样包到达m r 后，m r 处理该r h 2 ，从而将包转给正确 的目的地，同时实现对上层协议的透明性。 p s b u 方式下路由优化的实现方案是：c n 发向m n n 的分组到达m r 的家乡网 络后，被m r 的h a 拦截，通过隧道发向m r 的c o a 。当m r 从隧道接收到来自其 h a 的分组后，了解到该分组的c n 并没有关于该m n p 的绑定缓存，于是m r 给该 c n 发送p s b u 。c n 接收到来自m r 的p s b u 后，在绑定缓存表中增加一个新项， 关联m n p 和m r 的c o a 。由于有了这样一种关联，c n 就知道后续以m n n 为目的 地址的分组应该发向m r 的c o a 以获得优化路由。此后，c n 直接将分组发向m r 的c o a ，不需要经过m r 的h a 。 第1 7 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 图2 - 4p s b u 原理示意图( 路由优化方式) p s b u 方法支持路由优化，但是也有其局限所在。其最大的局限是不支持嵌套移 动网络，也即将出现隧道的多重封装问题。在文献“中也提到了p s b u 在嵌套网络中 的考虑，主要思想是：该嵌套网络中的各个m r 向其c n 发b u ，c n 可以根据收到 的p s b u 推断出该移动网络的拓扑结构，建立多跳的路由头；但是若各个m r 发b u 不同步，可能c n 无法推出网络的拓扑( 比如快速变化的场合，如m r 与根路由器相 对位置发生了改变，c o a 要重新配置) 。因此，p s b u 只适用于单网络的情形。 2 4 4 以上三种协议的比较 上面介绍了支持n e m o 的几种基本协议。但是这几种基本协议各有其特点。双 向隧道方式的优点是其最小限度的改变现有的节点和协议，但是没有提供c n 到m n n 之间的路由优化。p s b u 方法支持路由优化，但是也有其局限所在，其最大的局限是 不支持嵌套移动网络。通过双向隧道运行路由协议方式下，由于能够很快反映网络的 拓扑变化，因此适用于网络规模比较大，且有多个口v 6 子网前缀的场景。 2 5 支持n e m o 的其它协议 以上介绍的n e m o 支持协议都是基于移动i p v 6 的，但是也有人提出了不基于移动 i p v 6 的n e m o 支持协议，比较有代表性的是基于l i n 6 ( l o c a t i o ni n d e p e n d e n t n e t w o r k i n gf o ri p v 6 ) 的n e m 0 支持协议。除t l i n 6 方法，文献n 0 3 提出基于 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 的n e m o 支持协议，文献 i l l 提出基于s c t p ( s f i r 喀c 伽缸d l t r a n s m i s s i o np r o t o c a l ) 的n e m o 支持协议，详细介绍见参考文献。 第1 8 页共5 6 页 北京邮电大学硕士学位论文嵌套移动网络中的优化技术研究 2 6 本章小节 为了与节点移动性兼容，n e m o 的基本支持协议以移动i p v 6 为基础。因此，在 本章中，首先介绍了移动i p v 6 的基本原理，接着分析了移动口v 6 到n e m o 的过渡 需要考虑的因素，最后重点介绍了n e m o 的几种基本支持协议，包括双向隧道方式、 通过双向隧道运行路由协议方式以及p s b u 方式。双向隧道方式的优点是其最小限度 的改变现有的节点和协议，但是没有提供c n 到m n n 之间的路由优化。p s b u 方法 支持路由优化，但是也有其局限所在，其最大的局限是不支持嵌套移动网络。通过双 向隧道运行路由协议方式下，由于能够很快反映网络的拓扑变化，因此适用于网络规 模比较大，且有多个口v 6 子网前缀的场景。以上几种方式都是基于移动p v 6 的，在 本章的最后，还列举了几种不基于移动i p v 6 的n e m o 支持协议，有兴趣的读者可参 见相关文献。 参考文献 1 】e r n s t , t a n dh l a t h , ”n e t w o r km o b i l i t ys u p p o r tt e r m i n o l o g y ，d r a f l - i e t f - n e m o - t e r m i n o l o g y - 0 4 ，w o r ki np r o g r e s s ，o c t o b e r2 0 0 5 2 】d j o h n s o ne ta l ，“m o b i l i t ys u p p o r ti n 球v 6 ”，i e t f ，r f c3 7 7 5 ，j u n e2 0 0 4 3 】t h i e r r ye r n s t , n e t w o r km o b i l i t ys u p p o r ti n 脚6 ，：p h dt h e s i s ，u n i v e r s i t yj o s e p h f o u r i e rg r e n o b l e , f r a n c e ，o c t o b e r2 0 0 1 4 】h o n g - y o n l