（计算机科学与技术专业论文）基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现.pdf

jii1j，高 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 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。 本人签名：奇呼 日期：l d - 3 甜 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) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：眯午 导师签名： 磁戎 日期： f d 3 浸c 叉 日j 胡： 扣了、io 一 j ，0 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 摘要 随着通信与计算技术的发展，层出不穷的各种无线技术为人们提 供了多种多样的通信方式和无处不在的接入服务。但是，要实现真正 自组织、白适应的泛在服务，还需要充分利用不同网络间的互补特性， 通过移动性管理机制实现异构网络间的有机结合。其中，垂直切换技 术是移动性管理领域的研究重点和研究热点之一。 作者重点针对基于嵌入式移动终端的移动切换模块进行设计和 实现，主要内容包括： 首先，作者对切换相关的移动i p v 6 、n e m o 、s i p 技术进行了详细 分析，并针对切换策略提出了一种基于模糊判据的多标准决策方法。 然后，针对嵌入式移动终端的轻量级特性，提出了较为完整的终 端协议实现方案，并设计、实现了一种无状态s i p 模块、m l s 模块、 切换决策模块和m i p 模块。 其次，基于上述成果，作者针对a r m s 3 c 2 4 4 0 开发板，在l i n u x 环境中实现了上述成果的移植和测试。 最后，在实验室环境中搭建了g p r s 和w l a n 实验平台，实现了 垂直切换功能，并通过平均时延等参数对切换性能进行了分析。 关键字：移动性管理，垂直切换，移动i p v 6 ，n e m o ，s i p ，a r m ，；砖 ；壤0墨1篇一 f e a t u r e so fd i f f e r e n tn e t w o r k sh a v et ob ep u ti n t of u l lu s es ot h a tt h ei n t e g r a t i o n so f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s 啪b e f u l f i l l e d b y m e a n so fm o b i l i t ym a n a g e m e n t m e c h a n i s m a m o n gv a r i o u st e c h n o l o g i e s ，t h ev e r t i c a lh a n d o f ft e c h n o l o g yi so n eo f t h ek e ya n dh o tt o p i c so fr e s e a r c hi nt h ef i e l do fm o b i l i t ym a n a g e m e n t t h ea u t h o rf o c u s e so nt h ed e s i g na n df u l f i l l m e n to fm o b i l i t yh a n d o f fm o d u l e a p p l i e dt ot h eb u i l t i nm o b i l i t yt e r m i n a l s ，i n c l u d i n g ： h r s t l y ，t h ea u t h o ra n a l y s e si nd e t a i lt h em i p v 6 ，n e m o ，a n ds i pm o b i l i t y t e c h n o l o g i e sr e l a t e dt oh a n d o f f sa n dp r o p o s e s ，w i t hr e g a r d st oh a n d o f fs t r a t e g i e s ，a m u l t i p l es t a n d a r dd e c i s i o nm e t h o db a s e d o nt h ef u z z yc r i t e r i a s e c o n d l y ，t h ea u t h o r ，w i t hr e s p e c tt o t h el i g h t w e i g h tf e a t u r e so ft h eb u i l t i n m o b i l i t yt e r m i n a l s ，p u tf o r w a r dar e l a t i v e l yc o m p l e t ef u l f i l l m e n tp l a nf o rt e r m i n a l p r o t o c o l s ，a n dm e a n w h i l ed e s i g n sa n df u l f i l l sak i n do fs t a t e l e s ss i pm o d u l e ，m l s m o d u l e h a n d o f fd e c i s i o nm o d u l ea n dm i pm o d u l e t h i r d l y ，b a s e d o nt h ea b o v e m e n t i o n e dr e s u l t s ，t h e a u t h o r , c o n c e r n i n gt h e a r m s 3 c 2 4 4 0 d e v e l o p m e n tb o a r d ，a c h i e v e s t h e t r a n s p l a n t a n dt e s to ft h e a b o v e m e n t i o n e dr e s u l t si nt h el i n u xe n v i r o n m e n t l a s tb u tn o tl e a s t ，g p r sa n dw l a ne x p e r i m e n t a lp l a t f o r mh a v e b e e np u tu pi n t h el a b o r a t o r ye n v i r o n m e n ta n dt h ev e r t i c a lh a n d o f ff u n c t i o n sh a v eb e e nf u l f i l l e d ，a n d a n a l y s e sh a v e b e e nm a d et o w a r d st h eh a n d o f ff u n c t i o n sb ym e a n so fa v e r a g e t i m e - l a p s eq u o t i e n ta n do t h e rp a r a m e t e r s k e y w o r d s ：m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，v e r t i c a lh a n d o f f ，m o b i l i t yi p v 6 ，n e m o ， s i p ，a r m f 0 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 目录 摘要1 a b s t r a c t 1 e | 录i 第一章绪论。1 1 1 项目背景及意义1 1 2 国内外研究技术现状2 1 3 本文的主要工作3 第二章终端切换协议分析4 2 1 移动lp v 6 分析4 2 1 1 移动i p v 6 产生背景4 2 1 2 移动l p v 6 工作原理4 2 1 3 协议的基本操作7 2 2 移动式网络( n 酬0 ) 分析8 2 2 1 移动ip v 6 在网络移动支持中的不足8 2 2 2n e m o 基本支持协议介绍8 2 2 3 消息格式9 2 2 4 移动路由器操作1 1 2 2 5 家乡代理操作12 2 2 6p s b u 方式13 2 2 7n e m o 路由中的嵌套问题14 2 3sip 协议分析15 2 3 1s i p 消息描述1 5 2 3 2sip 基本会话过程。19 2 4 基于多标准决策方法的切换控制2 0 2 4 1 基于模糊逻辑的综合评判的关键步骤21 2 4 2 监测网络q o s 性能参数的原理与基本方法2 2 2 5 本章小结2 3 第三章嵌入式移动终端切换模块的协议设计与实现2 5 3 1 系统总体功能模块图2 5 3 2sip 模块设计2 6 3 2 1m o b i l e _ s i p s t a c k 工作原理2 6 3 2 2 协议栈模块详细设计。2 7 3 3m l s 层设计3 0 3 3 1 封装类具体实现31 3 3 2 公共类具体实现3 5 3 3 3 应用类具体实现4 1 3 4mip 模块分析4 3 3 5 切换判决模块设计4 6 3 6 本章小结4 9 i 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 第四章基于嵌入式移动终端的平台实现与功能测试5 0 4 1 嵌入式终端硬件平台介绍5 0 4 2 嵌入式终端系统的底层软件实现5 0 4 2 1 主机端交叉编译链制做5 1 4 2 2 移植并配置u b o o t 5 1 4 2 3l ；r u x 内核和m o bileip v 6 移植方案5 2 4 2 4y a f f s 根文件系统制做5 3 4 2 5 为嵌入式i n u x 环境定制g t k + 的方法5 3 4 3 功能测试5 5 4 3 11 i i l a n 间的切换测试5 5 4 3 2g p r s 与w l a n 之间的切换测试6 0 4 4 本章小结6 3 第五章总结和展望6 4 5 1 总结6 4 5 2 展望6 4 参考文献6 6 致谢6 8 作者攻读学位期间发表的学术论文目录6 9 附录一：7 0 附录- - ：7 1 设计与实现 随着移动通信技术的不断发展，各种无线接入技术层出不穷，越来越多的移 动终端具有多种接入网络，其中包括无线个域网( w p a n ，8 0 2 1 5 ) ，无线局域 网( w l a n ，8 0 2 1 1 a b g n 等) ，无线城域网( w m a n ) ，无线传感器网络， 蜂窝网络等。这些在应用背景，目标，发展方向，系统结构，覆盖范围，通信协 议，链路特性和业务提供能力等方面具有不同的特性，而这些网路共同为用户提 供了一个泛在的接入网络环境。为了满足用户的移动性需求，向用户提供跨泛在， 异构网络的无缝业务，以支持用户跨异构网络的无缝漫游和切换，支持异构的移 动性管理技术成为未来网络架构的主要问题。 本项目隶属于国家8 6 3 计划一支持异构网络融合的终端协同技术，具体研究 移动性管理中的关键技术一协议切换。跨越异构接入网络的垂直切换是网络移动 性管理中的研究重点，用于保证用户跨异构网络移动时的会话连续性。 协议切换的主要研究内容包括切换决策方法，垂直切换技术等功能。并且， 应尽量降低切换过程中的时延和丢包，以实现无缝切换，从而降低切换对业务的 影响。切换决策方法是一个多标准决策问题，决策中涉及的因素很多，而且不同 网络之间的因素无法归一化处理，这些正是切换决策方面的难点之一。而在垂直 切换技术方面，目前提出的解决方案主要有简单改变节点i p 地址方案和移动i p 方案。由于简单改变节点i p 地址方案会导致传输层上协议t c p ，u d p 的连接被 断开，使得切换动作影响了业务的进行。所以，目前移动i p 方案成为解决这一 问题的一大亮点。i e t f 于2 0 0 3 年成立了m i p v 6 ( m o b i l ei p v 6 ) 工作组并于2 0 0 4 年提出协议标准r f c 3 7 7 5 ( i p v 6 移动性支持) 。移动i p v 6 的提出解决了单个节 点的移动问题，但无法解决整个网络的移动性管理，和m i p v 6 同年提出的n e m o 组正是为了解决这一移动问题而成立的，并也于2 0 0 4 年提出协议标准 r f c 3 9 6 3 。 基于上述的研究问题，本论文着重从多标准切换决策和垂直切换技术两个方 面入手，进行了一定的研究。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 1 2 国内外研究技术现状 首先，协议决策是一个多标准决策问题。在决策的过程中需要综合的考虑包 括应用、网络、用户、终端等各种因素。目前多标准决策方法主要有几下几种： ( 1 ) 基于简单加权和的方法1 1 1 ；( 2 ) 基于模糊推理的方法【2 】；( 3 ) 基于策略的 方法【3 】【4 】；( 4 ) 基于层次分析法【5 】。这些方案综合考虑了决策中的多种属性，并 充分利用了不同类型的无线网络在移动性支持能力和服务质量( q o s ) 等方面的 不同特点，为用户提供泛在的接入服务。 其次，在协议切换实现环节，移动i p 具有能够保证数据包正确路由转发、 保证通信的连续性、相对上层协议和应用透明等特点一直以来都是协议切换的研 究重点。世界上第一个移动主机协议c o l u m b i am h p 协议由哥伦比亚大学的 j o h nj o a n n i d i s 设计，之后s o n y 公司的f u m i ot e r q o k a 设计了另一个移动 主机协议s o n ym h p 协议。不久之后i b m 等世界上著名的计算机行业公司也都 提出了自己的移动i p 协议。在19 9 6 年10 月，i e t f 提出了移动i p 协议标准， 主要包括r f c 2 0 0 2 ，r f c 2 0 0 3 ，r f c 2 0 0 4 ，r f c 2 0 0 5 和r f c 2 0 0 6 等文档。 r f c 2 0 0 2 定义了基于i p v 4 网络的移动l p 协议；r f c 2 0 0 3 、r f c 2 0 0 4 和r f c17 0 1 定义了移动i p v 4 中用到的三种隧道技术；r f c 2 0 0 5 叙述了移动i p v 4 的应用： r f c 2 0 0 6 定义了移动i p v 4 的管理信息库m i b i i 9 11 2 0 1 。这些协议文档一经发表， 立刻引发了全球范围研究移动i p 技术的高潮。美国哥伦比亚大学，纽约大学， 新加坡国立大学，日本科学与技术研究所等都成立了相应的工作组，针对移动i p 进行研究。 i e t f 一直致力于移动l p 技术相关的标准制定方面的工作，目前已经成立了 m o b i l ei p v 6 工作组，n e t w o r km o b i l i t y 工作组以及m o b i l ea d h o cn e t w o r k s ( m a n e t ) t 作组对移动i p 技术进行研究。 m i p l ( m o b i l ei p v 6f o rl i n u x ) 系统最早是由芬兰赫尔辛技术大学的h u t s o f t w a r ep r o j e c t 工作组开发的，现由赫尔辛基大学的通信与多媒体实验室项 目组负责后续的开发工作。m i p l 项目最新的版本是m i p v 6 2 0 ，全面支持 r f c 3 7 7 5 ，支持的l i n u x 内核版本为2 6 16 需要对内核打补丁来实现功能。 n a u t i l u s 6 工作组隶属于w i d eo r g a n i z a t i o n ，其目标是在l i n u x 或b s d 平台下提供良好的移动i p v 6 方案。u m i p 开源项目便是n a u t i l u s 6 工作组开发 出来的一套移动i p v 6 和n e m o 解决方案，它全面支持r f c3 7 7 5 和r f c3 9 6 3 。 d s m i p v 6 6 j 在u m i p 的基础上开发出来的，是支持i p v 4 ，i p v 6 双协议栈的移动 方案。使用该协议可以在i p v 4 协议中通过隧道、n a t 穿越方式较为便捷地扩展 至m o b i l ei p v 6 和n e m o 协议。要实现d s m i p v 6 需要在u m l p 和l i n u xk e r n e i 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 上打p a t c h ，目前最新的p a t c h 支持u m i p0 4 和l i n u x2 6 2 8 。 1 3 本文的主要工作 本论文研究了异构网络中协议切换的几个关键技术，包括：切换决策方法， 垂直切换技术一m o b i l ei p v 6 和n e m o ，s i p 协议。本文主要进行了如下几方面的 工作： ( 1 )研究i e t f 工作组m i p v 6 和n e m o 的工作内容，分析和研究移动i p v 6 和n e m o 协议，了解其总体情况和相关细节。 ( 2 )研究s i p 协议，了解协议的相关细节，为实现简单s i p 协议栈做好准 备。 ( 3 )详细描述了基于嵌入式移动终端切换模块的模块划分以及每个子模 块的工作机制，并对涉及到的关键技术进行说明。 ( 4 )基于特定a r m 开发板，重点介绍了底层l i n u x 内核和m i p v 6 协议 栈的移植方案、u b o o t 的移植以及配置、定制g t k + 环境等相关细 节。 ( 5 )提出一种将强制切换和优化切换相结合的协议决策算法，其中优化 切换采用多标准的决策方式完成。首先通过s i p 协议得到当前传输 的媒体类型，从而设定不同的因素和不同等级的评价量，之后通过 相应算法得出判决结果并完成决策工作。这种决策算法具有一定的 实用价值。 3 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 2 1 移动ip v 6 分析 第二章终端切换协议分析 2 ；1 1 移动i p v 6 产生背景 随着移动通信技术的发展和与互联网的不断融合，越来越多的用户希望可以 随时随地接入i n t e r n e t 中，而不中断应用层的通信业务。移动l p 技术的提出正 是为了解决i n t e r n e t 下主机的移动问题。在传统的l p 路由机制中，当节点从一 种网络移动到另一种网络时，如果不改变i p 地址就无法在新链路上接受数据包。 所以节点在移动时就必须中断和重启正在进行的上层通信。移动l p 技术较好的 解决了这些问题，每个移动节点总是由其家乡地址识别的，而与其当前接入 i n t e r n e t 的位置无关。当移动节点离开家乡链路时，移动节点将与一个转交地址 相关联，该转交地址包含了移动节点当前位置的信息。寻址到移动节点家乡地址 的i p v 6 报文分组经过其家乡代理h a ( h o m ea g e n t ) 被透明的路由到其转交 地址上。 现有的移动协议主要包括m i p v 4 和m i p v 6 两个版本，而m i p v 6 技术由于其 特有的无状态的地址配置技术和良好的安全机制和报头扩展性等优势，逐渐被大 家认可，本文主要工作即基于m i p v 6 的相关机制进行研究和设计实现。 2 1 2 移动i p v 6 工作原理 在移动i p v 6 中，一共主要有四个功能实体。他们是移动节点m n ( m o b i l e n o d e ) ，家乡代理h a ( h o m ea g e n t ) ，通信节点c n ( c o r r e s p o n d i n gn o d e ) 和访问路由器a r ( a c c e s sr o u t e r ) 。当m n 在家乡链路与c n 通信，c n 与 m n 会通过正常的路由方式通信。如图2 _ 1 所示。 4 广。1 。 一 一 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 图2 1 心在家乡链路的路由过程 m n 在家乡链路时，m n 通过家乡地址( h o a ) 通过a m _ a 眨链路与 c n 进行通信。 当m n 移动到外地链路时，会完成如下几步工作，如图2 - 2 所示： ( 1 ) m n 首先接受到a r l 定期广播的路由器宣告消息，得知自己已经移动 了，这时便根据宣告消息中的前缀信息通过无状态的地址配置技术得到一个转交 地址c o a 。 ( 2 ) m n 向h a 发送b i n du p d a t e 消息，消息中包含m n 新的转交地址 c o a ，h a 端将在在自己的c a c h e 中将h o a 与c o a 进行映射。 ( 3 ) c n 继续向m n 的h o a 发送数据，h a 这时会通过代理邻居发现协议 截获下这些数据包，把这个包作为净荷，在其上加入一层i p v 6 报头，将新的c o a 作为目的地址，通过这样的一个隧道发送到m n 端。 ( 4 ) m n 接受到h a 发来的数据包后，查看数据包内部的源地址，发现时 c n 想和自己通信，并不知道自己的c o a 地址，这时便向c n 发送一条b i n d u p d a t e 消息，其中包含c o a 地址。 ( 5 ) c n 接受到数据包之后，在自己的c a c h e 中将h o a 和c o a 映射，以 后直接发送到c o a 地址。这种称为路由优化机制，防止三角路由发生l 。 5 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 之间) 图2 2 心在外地链路的路由过程 从上面的路由过程图可以看出，m n 和c n 之间存在两种通信模式。 第一种模式：隧道模式，不要求c n 支持移动i p v 6 机制。来自c n 的数据 包路由至家乡代理( h a ) 上，然后通过隧道发送至m n 。发送至c n 的数据包 从m n 通过隧道发送至家乡代理( 反向隧道) ，然后正常地从家乡网络路由至 c n 。在这种模式下，h a 使用代理邻居发现协议截获家乡链路上所有发送至m n 家乡地址的i p v 6 数据包。每个截获的数据包通过隧道发送至m n 的主转交地址。 第二种模式：路由优化模式，要求m n 在c n 注册其当前绑定。来自c n 的数据包能够直接路由至m n 的转交地址。发送一个数据包至任何i p v 6 目的地 时，c n 检查其缓存地数据包目的地地址条目的绑定。如果找到对于该目的地地 址的缓存的绑定，节点使用一种新的i p v 6 路由报头类型，以绑定中表示的转交 地址将数据包路由到m n 。这样消除了m n 的h a 和家乡链路上的拥塞。原理是： 当数据包直接路由到m n 的转交地址时，c n 在i p v 6 报头中将m n 的转交地址 设置为目的地址的同时，一个新的i p v 6 路由报头也添加至数据包，其中包含所 需的家乡地址。类似，m n 在数据包的i p v 6 报头中将源地址设置为其当前的转 交地址。m n 添加一个新的i p v 6 “家乡地址”目的地选项来携带其家乡地址。这 些数据包中包含的家乡地址使得转交地址的使用在网络层上透明。 下图2 3 为基于移动i p v 6 的基本切换信令过程。其中包括移动检测，地址 获取，家乡注册和c n 注册等信令交互过程 8 】。 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 图2 - 3m i p v 6 信令流程图 图中o a r 和n a r 分别表示旧的接入路由器和新的接入路由器。切换执行的关 键信令是州进行家乡注册和c n 注册的两组b u ( b i n d i n gu p d a t e 绑定更新) 和 b a ( b in d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ) 消息交互。 2 1 3 协议的基本操作 ( 1 ) m n 基本操作 每一个m n 都保持一个绑定更新列表，每个绑定更新列表条目主要包含有： 绑定更新发送至的节点l p 地址；绑定更新为之发送的家乡地址；绑定更新中发 送的转交地址等。基本操作有：1 移动头的处理；2 数据包的处理；3 家乡代 理以及前缀的处理；4 双向隧道的建立；5 移动相关操作；6 返回路由可达性 过程操作；7 对绑定的处理等。 ( 2 ) h a 基本操作 h a 需要维护一个绑定缓存列表和一个家乡代理列表。前者用于记录m n 当 前的位置信息，后者用来维护家乡网络的代理信息。随后h a 广播到达家乡地址 7 a c c e s sr o u t e r 时，首先它得到一个c o a ( c a r eo fa d d r e s s ) ，之后发送带 有r 标识符的b u ( b i n d i n gu p d a t e 消息到h a 。该b u 消息中包含有移动网络 前缀信息和c o a 地址，这样h a 收到b u 消息后，将c o a 地址和移动网络前缀 信息在b c ( b i n dc a c h e ) 内进行地址映射，并返回b a ( b i n da c k n o w l e d g e ) 至u 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 m r 的c o a 地址。这时从h a 到m r 之间的双向隧道建立完成，隧道的一端是 h a 的地址，另一端是m r 的新转交地址。 当c n 节点发送包的目的地址位移动网络中的一个节点时，该包会由于h a 广播到达移动网络前缀的路由信息而被首先路由到h a ，之后通过隧道技术发送 到m r 位置。m r 首先会解封收到的数据包，后根据数据包内部i p v 6h e a d e r 中的目的地址信息，将该包转发到相应的移动节点上。 同样的，如果m r 收到一个源地址为移动网络中的内部节点地址，目的地址 为外部通信对端地址的数据包时，m r 使用反向隧道将数据包发送到h a 。h a 首先解封数据包，之后将包路由到通信对端实现通信。如图2 4 所示： 图2 - 4 n e m 0 基本支持协议路由过程 图中m r 有两个接口，一个内部接口和一个外部接口。其中内部接口负责与 子网中的m n n ( m o b i l en e t w o r kn o d e ) 连通，而外部接口负责与姒建立双向隧道。 2 2 3 消息格式 2 2 3 1 绑定更新 n e m o 中的绑定更新数据包与移动i p v 6 基本相同，主要区别在于n e m o 中增加了一个新的标记( r ) ，来说明绑定是来自一个移动路由器而不是标准的移 动节点。n e m o 绑定更新消息格式9 】如下表2 1 所示： 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 表2 - 1n b i o 绑定更新消息格式 o8162 4 3 1 s e q u e n c e ahlkmrr e s e r v el f t f m e d o p t i o n 其中，如果移动路由器标记( r ) 标记值为0 ，家乡代理则会认为这个消息 来自一个标准移动节点，如果为1 则说明这个绑定更新来自一个移动路由器。报 文中这罩包含零或多个t l v ( t y p el e n g t hv a l u e ) 编码的o p t i o n 。在绑定更新消 息中o p t i o n 值为移动网络前缀信息。 2 2 3 2 绑定确认 与绑定更新类似，绑定确认也比标准的移动i p v 6 多了一个新标记r 。只有 当家乡代理接收到来自移动路由器并且被正确的设置了r 标记，绑定确认才要相 应的设定r 标记。如果r 设为1 则说明绑定来自移动路由器。绑定确认的消息 格式9 1 如下表2 2 所示： 表2 2n e m o 绑定确认消息格式 081 62 4 3 1 状 krr e s e r v e d 态 s e q u e n c e # l f t t i m e o p t i o n 在r f c 2 9 6 3 中定义了几个新的确认状态值( s t a t u sv a l u e s ) ，对应的状态 值如下： 1 4 0 ：不允许进行移动路由操作，说明家乡代理不支持移动路由器功能。 1 4 1 ：不合法的网络前缀，说明绑定更新中指定的网络前缀不正确，可能是 格式不正确，也可能是拓扑不正确。 1 4 2 ：非授权的网络前缀，说明绑定更新中指定的网络前缀没有被授权，权 限不够。 14 3 ：转发设置失败，说明家乡代理在建立转发映射，如建立本地绑定映射 时发生错误。 l o 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 返回的状态值如果大于12 8 的说明家乡代理在处理绑定的时候发生错误， 而小于12 8 的说明绑定更新成功。 2 2 3 3 移动网络前缀选项 移动网络前缀选项( m o b i l en e t w o r kp r e f i xo p t i o n ) 是n e m o 特有的消 息格式，它被包含在绑定更新消息中，用于告诉h a 它所拥有的家乡网络前缀。 绑定更新消息中可以包括多个移动网络前缀选项，家乡代理收到多个网络前缀绑 定并成功后，将为符合前缀的数据包提供转发操作。移动网络前缀选项格式网 如表2 - 3 所示： 表2 - 3 移动网络前缀选项格式 | 81 62 43 1 t y p el e n g t h r e s e r v e dp r e f i xl e n g t h m o b i l en e t w o r kp r e f i x 类型( t y p e ) ：6 长度( l e n g t h ) ：8 位非负整数，除了类型和长度域外的数据包长度。 前缀长度( p r e f i xl e n g t h ) ：8 位非负整数，标明包含在此可选项中i p v $ 移 动网络前缀的长度。 移动网络前缀：一个16 个字节的空间，用来存放家乡网络前缀内容。这里 16 幸8 = 12 8 ，足够存放前缀信息。 2 2 4 移动路由器操作 移动路由器首先是一个移动节点，是主机和路由器的结合体。它可能只是一 个移动节点，还可能又是一个移动路由器。移动节点通过绑定更新中的r 标记告 诉家乡代理，它是移动节点还是移动路由器。如果是移动路由器的话，家乡代理 需要为其维护移动网络的前缀信息。 移动路由器在本地将维护一个绑定更新列表，用来保存所发送的绑定更新， 这里n e m o 会给绑定更新增加一个新的前缀信息域，对于任何在绑定更新中的 前缀信息都会存储在这个域中。 移动路由器的操作主要分三种： ( 1 ) 发送绑定更新：移动路由器和家乡代理之间的通讯分显式和隐式两种 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 方式，在显式模式下，所有的消息传递都是通过绑定更新操作完成的，但是在隐 式模式下，消息传递是通过专有的路由协议完成的。所以移动路由器在在发送绑 定更新也有两种方式。当隐式模式下，移动路由器不发送任何的前缀信息，所有 的前缀信息更新由专有的路由协议完成；而在显示模式下，在绑定更新中需要包 含移动网络的前缀信息，并且前缀可以是一个或多个。 ( 2 ) 接受绑定确认：家乡代理在接受到发送的绑定更新后，将会返回一个 确认消息，成功消息或包括其他错误代码的错误消息。每个确认消息要求包含一 个r 标记，说明这是用于网络移动支持的，如果移动路由器收到的绑定确认没有 包含r 标记，它就会认为目前的家乡代理不支持网络移动，就会进行动态家乡代 理查找操作。 ( 3 ) 建立双向隧道：和家乡代理建立一个双向的隧道，其上所传输的数据 都经过封装。移动路由器能够发送数据包到家乡代理，也能够接受家乡代理发来 的数据。 2 2 5 家乡代理操作 家乡代理会在本地建立一个绑定更新的缓存，这里绑定关联的是移动路由器 的转交地址和家乡网络前缀。为了防止不同的移动路由器请求相同的网络前缀， 家乡代理还需要维护一个网络前缀列表。这是一张以移动路由器的家乡地址为键 值，家乡网络前缀为内容的哈希表。 家乡代理操作的主要包含以下三个方面： ( 1 ) 网络前缀注册绑定：家乡代理要操作移动路由器发来的绑定消息。首 先家乡代理将判断绑定更新中是否有h 标记，如果没有说明绑定不合法。之后 再判断是否有r 标记，如果有说明是发自一个移动路由器，如果没有则说明发自 一个普通的移动节点。如果是移动路由器，则把绑定更新数据包中的移动网络前 缀选项提取出来，计算其中的前缀值，然后放入本地的绑定缓存记录中。这里每 条绑定记录，将来都需要为他们进行数据转发。之后，向移动路由器转发一个绑 定响应消息。 ( 2 ) 移动网络可达性广播：为了能够截获发向移动路由器的数据包，家乡 代理要代表移动路由器不断的发送路由广播，告诉周围的节点移动路由器可达。 ( 3 ) 建立双向隧道：和移动路由器建立一个双向的隧道，其上所传输的数 据都经过封装。家乡代理和移动路由器之间是通过这条隧道进行数据交互。 1 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 2 2 6p s b u 方式 在n e m o 的基本支持协议中，当c n 节点要与m n n 节点通信，必须经过 m r _ h a 与m r 之间的双向隧道。当通信数量较大时，h a 成为通信的瓶颈和故 障单点，为了支持路由优化以提高性能，提出了p s b u i l o 】( p r e f i x s c o p eb i n d i n g u p d a t e ) 方式。 p s b u 消息将m n n 的网络前缀( m n p ) 和m r 的c o a 地址绑定起来，并 在绑定更新中设置p 标志。p s b u 主要作用包括两方面的作用：1 m r 向h a 发 送p s b u 消息，使h a 能够动态配置m n p 。2 m r 直接向c n 发送p s b u 消息， 实现路由优化能力。 具体过程如图2 5 所示： c n 发送移动网络中m n n 的数据包由径c n ，m r h a 到m r 新的转交地 址，当m r 收到数据包并下发数据的同时，了解到c n 并没有关于该m n p 的绑 定缓冲，这时m r 向c n 发送p s b u 消息，c n 接受后在绑定缓冲表中增加一个 表项，用于关联m n p 和m r 的c o a 。这样以后c n 再次发送数据到m n n 时， 便直接发向m r 的c o a 地址从而防止了三角路由的问题实现路由优化。 图2 - s p s b u 扩展协议路由过程 北京邮电人学硕士研究生毕业论文基于嵌入式移动终端的切换模块设计与实现 2 2 7n e m o 路由中的嵌套问题 n e m o 基本支持协议当中允许n e s t e d ( 嵌套) 发生，即一个n e m o 子网 移动到另一个n e m o 网络中以获得连到i n t e r n e t 的能力。如图2 6 所示，从c n 到m n 3的数据包路径是这样的 ： c n - m r 1 一h a - m r 2 _ h a - m r 3 _ h a - m r 1 - m r 2 一 m r 3 。 承2 姒 图2 6n e m o 基本支持协议一嵌套路由 从图中可以看出，c n 向m r 3 发送数据时要流经所有父路由器对应的家乡 代理( h a ) ，每一个h a 都要对数据包进行封装，相应的每个m r 都要对数据包 进行解封装。这样必将引起传输时延的增大，分组大小的增加，因为每一级嵌套 都将增加额外的i p v 6 报头。之所以会出现多重封装的嵌套问题的最基本的原因 是：m r 不知道整个嵌套网络的结构，因此需要多重封装来选路。针对这一问题， 文献 1 1 】【1 2 】中提出了一系列的路由优化机制，其中比较典型的是r r h ( 翻转路 1 4 实现 2 3slp 协议分析 本节主要针对s i p 协议进行分析，目的在于为切换模块内部的s i p 子模块的 实现提供理论依据和指导。内容包括有：s i p 消息描述和基本会话过程。 2 3 1s i p 消息描述 s i p ( s e s s i o n i n i t i a t i o n p r o t o c a l ) 1 3 l 【1 9 】称为会话初始化协议，是由 i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 组织于19 9 9 年提出的一个基于i p 网络 中实现实时通信应用的一种信令协议。s i p 系统在r f c 3 2 6 1 中有详细的定义， 其中按逻辑功能分为4 种元素：u s e ra g e n t ( 用户代理) ，p r o x y ( 代理服务器) ， r e d i r e c ts e v e r ( 重定向服务器) ，r e g i s t r a r ( 注册服务器) 。 s i p 协议是基于文本的通信信令协议。s i p 消息以文本形式表示消息的语法、 语义和编码。消息有两种：客户端到服务器的请求消息和服务器到客户端的响应 消息。s i p 消息由一个起始行( s t a d 1 i n e ) 、一个或多个字段( f i e l d ) 组成的消 息头、一个标志消息头结束的空行( c r l f ) 以及作为可选项的消息体( m e s s a g e b o d y ) 组成。下面分别对起始行、消息头及消息体一一进行解释。 2 3 1 1 起始行 起始行