（电路与系统专业论文）异构融合网络环境下切换技术研究.pdf

三l 。、 北京 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， 本人签名：磊叠盘 本人承担一切相关责任。 日期：2 型垒：1 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 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，适用本授权书。 。本人签名：立迭叠趋 导师签名： 日期：型呈：! ! ! ! 日期：垫旦：f ：生 北京邮电大学硕上论文 l i ， 气 一 1 北京邮电大学硕士论文 异构融合网络环境下切换技术研究 摘要 移动性管理技术是异构融合网络下亟待解决的关键问题之一。在 多重网络重叠区域、环境下，网络的差异性和异构性使移动性管理技 术已经无法满足终端在不同网络间的无缝切换、位置管理、终端协作 等方面的需求。目前对移动性管理的研究多集中在水平切换阶段分析 上，垂直切换技术也是具有挑战性的问题。 本文分析了异构网络环境下不同的切换算法，但是这些算法中只 考虑网络、终端和用户的特性，没有考虑到切换过程中信令等的开销， 所以本文提出一种基于利润的垂直切换机制，将信令开销等多种因素 包括在利润函数中，通过利润函数来做出切换决策。本文还分析了 h m i p v 6 自适应切换机制，并且搭建了基于h m i p v 6 原型实验床系统， 并对基于信号强度白适应与基本移动h m i p v 6 网络切换进行了实验验 证，结果证明自适应切换在提高切换性能方面有很大优势。 本文提出一种新的基于动态模糊神经网络切换网络算法，通过模 糊逻辑与神经网络的结合，实现移动终端对目标接入网络的最优选 择，并且通过m i p v 6 原型实验床系统，结合基于网络性能参数综合 决策的动态模糊神经网络的切换决策算法，对m i p v 6 原型实验系统 下的切换性能进行实验分析。仿真和实验结果表明该算法能够保证目 标接入网络的最优选择，能够有效降低丢包率，改善q o s 。 文章最后概括总结了本论文所取得的成果，指出目前研究存在的 不足之处，展望了在未来异构融合网络环境下切换技术的发展前景， 为进一步深入的研究提出建议。 关键词：异构网络移动性管理垂直切换模糊神经网络m i p v 6 i i i 北京邮电大学硕十论文 i v w ， 气 一 j r f l s e a m l e s ss w i t c h i n g ，l o c a t i o nm a n a g e m e n t ，t e r m i n a lc o l l a b o r a t i o nn e e d s c u r r e n tm o b i l i t ym a n a g e m e n tt e c h n o l o g yr e s e a r c hf o c u s e do nt h e h o r i z o n t a ls w i t c h i n ga n a l y s i s ；a n dv e r t i c a lh a n d o f ft e c h n o l o g yi sa l s oa c h a l l e n g i n gp r o b l e m t h i sp a p e ra n a l y z e sd i f f e r e n ts w i t c h i n ga l g o r i t h m su n d e rd i f f e r e n t h e t e r o g e n e o u s n e t w o r ke n v i r o n m e n t s ，b u tt h e s ea l g o r i t h m so n l y c o n s i d e r e dt h en e t w o r k 、t e r m i n a lo ru s e rf e a t u r e sf a c t o r s ，w i t h o u tt a k i n g i n t oa c c o u n ts i g n a l i n go v e r h e a di nt h ep r o c e s so fs w i t c h i n g ，s ow e p r o p o s e a p r o f i t b a s e d v e r t i c a lh a n d o f fm e c h a n i s m ，i tc o n t a i nt h e s i g n a l i n go v e r h e a da n do t h e rf a c t o r si n t ot h ep r o f i tf u n c t i o n ，t h r o u g ht h e p r o f i tf u n c t i o nt om a k es w i t c h i n gd e c i s i o n s t h i sp a p e ra l s oa n a l y z e st h e h m i p v 6a d a p t i v es w i t c h i n gm e c h a n i s m ，a n db u i l tah m i p v 6t e s t - b e d s y s t e m ，b a s e do nt h ee x p e r i m e n t sb e t w e e na d a p t i v et h r o u g hs i g n a l s t r e n g t ha n db a s i cm o b i l eh m i p v 6n e t w o r ks w i t c h i n gh a v ep r o v e d a d a p t i v es w i t c h i n gi ni m p r o v i n gt h es w i t c h i n gp e r f o r m a n c eh a sag r e a t a d v a n t a g e n e x t ，t h i sp a p e rp u tf o r w a r dan e ws w i t c h e dn e t w o r km o d e lb a s e d o nd y n a m i cf u z z yn e u r a ln e t w o r k , w i t ht h ec o m b i n a t i o no ff u z z yl o g i c a n dn e u r a ln e t w o r kt oa c h i e v et h eo p t i m a lc h o i c ew i t ht h et a r g e tn e t w o r k ， a n db ym i p v 6t e s t b e ds t r u c t u r e s ，c o m b i n e dw i t ht h ei n t e g r a t e d d e c i s i o n m a k i n ga l g o r i t h mw i t ht h en e t w o r kp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ，t o v 北京邮电大学硕二l 论文 一一一 h a v eah a n d o v e rp e r f o r m a n c eu n d e rt h ee x p e r i m e n t a la n a l y s i s t h r o u g h s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a la n a l y s i s ，t h ea l g o r i t h mc a no p t i m i z et a r g e t t i o n s e f f e c t i v e l e d u c et h e c k e t o s sr a t ea ndaccess n e t w o r ko p t i o n sc a ne c t l v e l yr e d u c em ep a c k e tl o s s， g u a r a n t e eq o s i nt h ee n d ，t h ea r t i c l es u m m a r i z e st h er e s u l t so ft h i sp a p e r ，a n d p o i n t e do u t t h ee x i s t e n c eo ft h ep r e s e n ts t u d ys h o r t c o m i n g s ，l o o k e dt ot h e f u t u r eo fm u l t i o v e r l a p p i n g ，h e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t si nt h e h a n d o f ft e c h n o l o g y , p r o p o s e df u r t h e ri n d e p t hs t u d ys u g g e s t i o n s k e yw o r k s ：h e t e r o g e n e o u sn e t w o r km 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 f u z z yn e u r a ln e t w o r k m i p v 6 f ， ， 一 北京邮电人学硕士论文 目录 第一章绪论1 1 1 选题背景及意义1 1 1 1 全i p 异构融合网络1 1 1 2 移动性管理技术3 1 1 3 移动i p 及其扩展技术4 1 2 论文完成工作5 1 3 本文组织结构6 第二章移动p 技术一7 2 1 移动l p 概述7 2 2 基本移动i p 技术7 2 2 1 移动i p v 4 技术8 2 2 2 移动i p v 6 技术11 2 3 移动ip v 6 扩展技术1 4 2 3 1 哪i p v 6 技术1 4 2 3 2 刚l p v 6 技术1 7 2 3 3f h m l p v 6 技术简介1 9 2 4 本章小结2 1 第三章基于利润的垂直切换判决机制研究一2 2 3 。1 异构网络的切换及分类2 2 3 1 1 切换分类2 2 3 1 2 切换操作的过程分析2 3 3 1 3 切换性能评价2 5 3 2 研究现状及存在问题2 5 3 2 1 基于信号强度的单属性切换算法2 6 3 2 2 基于简单加权的多属性判决算法2 7 3 2 3 基于模糊推理的多属性判决算法2 7 3 2 4 基于策略的多属性切换判决算法2 7 3 2 5 基于层次分析法的多属性切换判决算法2 8 3 3 基于利润的垂商切换机制研究2 9 3 3 1 系统模型2 9 3 3 2 系统描述2 9 3 3 3 利润分析3 0 3 3 4 切换决策3 2 3 4 本章小结3 2 第四章基于h m i p v 6 自适应切换机制研究及原型系统验证3 3 4 1 研究现状3 3 4 1 1m ip v 4 实验床3 3 4 1 2m lp v 6 实验床3 5 4 2 基于信号强度的自适应切换3 6 v i l 北京邮电人学硕：仁论文 4 3 基于删ip v 6 的自适应切换平台构建3 8 4 3 1 试验床拓扑结构3 8 4 3 2 节点配置3 8 4 3 3 搭建流程3 9 4 3 4 自适心过程的构建4 2 4 4 结果分析及验证4 4 4 4 1 场景设置4 4 4 4 2 性能及分析4 5 4 5 本章小结4 8 第五章基于动态模糊神经网络的切换决策方法4 9 5 1 研究现状4 9 5 1 1 动态模糊神经网络简介4 9 5 1 2 基于模糊逻辑、神经网络的切换方案5 0 5 2 基于动态模糊神经网络的切换算法研究5 2 5 2 1 系统流程5 3 5 2 2d f n n - n s 算法描述5 3 5 2 3 学习算法5 6 5 3 结果及分析6 2 5 3 1 场景设置6 2 5 3 2 性能及分析6 3 5 4 本章小结6 6 第六章总结与展望6 7 参考文献。6 9 附录：脚本代码7 2 致谢7 4 攻读学位期间发表的学术论文7 5 v i l i 、 一 未来的信息通信社会中，移动性的目标就是要实现“5 w 通信，即任何人 可在任何时间、任何地方、与任何对象进行任何形式的通信，但是当前的网络， 不管是电话网，还是互联网或移动网，都不能适应未来通信技术发展趋势。随着 网络技术迅猛发展，不同标准化组织制定的无线接入技术，通常在覆盖范围、接 入速率、容量、移动性和业务特性等方面有着很大差异，其适用的场景各有侧重， 彼此之间很难相互替俐。无论是网络运营商、业务提供商还是网络用户，都 要求在现有的高度异构通信基础设施上，网络能提供开放、稳定、高性能、可重 用、可灵活定制的服务，这是原来相对封闭的专用服务平台和业务环境所无法提 供的，需要一种技术能够屏蔽底层接入技术的差异，在网络层向上提供统一的接 口，而在网络层以下的各种链路问可以实现自由的切换，因此，异构融合网络应 是一个能够屏蔽底层通信传输设备的异构性，提供一个统一开放、可伸缩、安全 稳定和高性能的服务平台，以支持快速灵活的开发、集成、定制和部署网络业务 应用而受到广泛关注。提出异构融合网络这个名称也是网络界为了描述未来电信 网共同使用的一个新概念，涵盖了g s m 、w l a n 、u m t s 、有线系统、无线系 统、固定接入系统、无线广播系统、卫星系统、无线广播电视接入系统等许多内 容，如图1 1 所示。 北京邮电大学硕上论文 图1 - 1 异构网络融合结构图 随着移动通信技术的发展，无线移动技术向高速与融合方向发展，未来的无 线网络将是一个全球统一的全i p 的无线融合系统( 如图1 2 所示) ，该系统能够 为用户提供任意时间任意地点的可高速移动的移动通信接入服务，通信服务的应 用不仅包括最基本的语音和数据业务，还包括多媒体娱乐综合信息等新的应用， 我们称这样的网络为下一代无线网络【2 1 。 m o b i l i t y - 1 4 4 k b p s1 4 4 k b p s3 8 4 k b p s m i p v 4 中的两种地址n 2 1 m i p v 4 协议中存在家乡地址和转交地址两种地址类型。 家乡地址是移动节点的对端节点所知道的移动节点的i p 地址，移动节点在 互联网上移动时，其家乡地址保持不变。移动节点家乡地址的网络前缀与它的家 乡链路上的节点网络前缀是一样的。 转交地址是指移动节点连接在外地链路时的相关m 地址，从概念上讲，转 交地址分为两类：外地代理转交地址和配置转交地址。外地代理转交地址( f o r e i g n a g e n tc a r e - o f - a d d r e s s ) 是外地代理的i p 地址，有一个端口连接移动节点所在的 外地链路。外地代理转交地址可以是外地代理的任一个口地址，只要外地代理 至少有一个端口与外地链路相连就可以了，因此，外地代理转交地址的网络前缀 并不一定与外地链路的网络前缀相同，多个移动节点可以同时共用一个外地代理 转交地址。配置转交地址( c o l l o c a t e dc a r e o f a d d r e s s ) 是暂时分配给移动节点 的某个端口的口地址，其网络前缀必须与移动节点当前所连的外地链路的网络 前缀相同。当外地链路上没有外地代理时，移动节点可以采用这种转交地址。一 个配置转交地址同时只能被一个移动节点使用。 移动节点的转交地址与其外地链路和外地代理是密切相关的，它与移动节点 北京邮电大学硕士论文 所连接的外地链路最多只有跳之隔。它要么是有一个端口在外地链路上的外地 代理的i p 地址，要么就是暂时分配给移动节点的一个端口的地址。当移动节点 与外地链路相连时，家乡代理利用这个地址向移动节点传送数据包。特别地，转 交地址是从家乡代理到移动节点的隧道出口。 移动节点的3 种功能n 2 1 ( 1 ) 移动检测移动检测需要执行代理搜索过程。移动节点通过移动检测确 定移动节点当前连接的是家乡链路还是外地链路，并且通过移动检测确定移动节 点是否从一条链路移动到了另条链路上。当连接在外地链路上时，移动节点取 得一个转交地址。 ( 2 ) 注册注册时移动节点向其家乡代理通知它当前转交地址的一种认证机 制，移动节点也可以通过注册过程得到其家乡代理地址。 ( 3 ) 隧道隧道技术是对数据包进行路由的特殊规程，尤其是对源或目的地 是当前连接在外地链路上的移动节点的数据包。隧道协议用来向那些连接在外地 链路上的移动节点传送数据包。 m i p v 4 的工作流程n 幻 移动i p v 4 的操作流程如下： ( 1 ) 移动代理( 外地代理和家乡代理) 通过代理通告消息告诉移动节点移 动代理的存在，移动节点也可以通过向当前访问网络发送代理请求获得代理通告 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。如果它是从 其他注册的网络回到家乡网络，将通过和家乡代理交换“注册请求和“注册应 答 消息在家乡代理上进行注销。 ( 2 ) 如果移动节点发现它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。这个转交地址或者来自外地代理的通告，或者由d h c p ( 动态主机配置协议) 等外部分配机制确定，前者称为外地代理转交地址( f o r e i g n a g e n tc a r e o f a d d r e s s ) ，后者称为配置转交地址( c o 1 0 c a t e dc a r e - o f a d d r e s s ) 。 ( 3 ) 移动到外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数据分组。 ( 5 ) 家乡代理通过隧道把截获的数据分组发送到移动节点的转交地址。 ( 6 ) 隧道的输出端点( 外地代理或者移动节点本身，在图2 1( 8 ) 中是 外地代理) 收到的报文进行拆封后，交给移动节点。 ( 7 ) 移动节点发出的报文通过标准的i p 路由机制被路由到目的节点，不 需要经过家乡代理。 9 北京邮电大学硕士论文 图2 - 1 移动i p v 4 的操作流程 基本的移动i p v 4 虽然成功的实现了对主机移动性的支持，但是也存在一些 不足之处 1 3 j ，主要有以下几点： 地址空间问题：下一代移动i n t e r n 中会存在大量的m n ，每个节点都需要至 少一个i p 地址，这是移动i p v 4 面临的一个显而易见的问题。 三角路由问题：由c n 送给连接在外地链路上的m n 的数据包首先被路由到 它的归属代理上，然后经隧道送到b i n 的转交地址，然而，由m n 发出的数据 包却被直接路由到了c n ，这构成了一个三角形。 切换性能问题：在基本的移动i p v 4 协议下，m n 每次发生切换，都需要通 过f a 想h a 进行绑定更新，在更新完成之前，切换无法完成，因此而引入的时 延是很显著的，所导致的信令及其传输开销也很大。 安全性问题：移动i p v 4 协议也存在安全问题。i p v 4 协议本身的安全性支持 有限，移动i p v 4 难以在此基础上保证很高的安全性。 ， ， 图2 - 2 移动i p v 4 的三角路由问题 1 0 北京邮电大学硕士论文 2 2 2 移动i p v 6 技术 为了解决i p v 4 中逐渐暴露的局限性，i e t f 开发了新一代网络协议i p v 6 ，相 应的，移动i p v 6 ( m o b i l ei p v 6 ，m i p v 6 ) 也继承了移动i p v 4 中的众多特性，并 在此基础上做了很多显著的改进f l 4 1 。 m i p v 6 中提出了一些新的概念f l 5 j ： ( 1 ) 路由器通告( r o u t e ra d v e r t i s e m e n t ，r a ) 。路由器可以定期的主动向 本地链路的所有节点发送路由器通告消息。节点从收到的路由器通告获知当前的 网络前缀、缺省路由器、最大m t u 等信息。通过路由器请求报文，节点可查询 当前链路的路由器。 ( 2 ) 路由器请求( r o u t e rs o l i c i t a t i o n ，r s 0 1 ) 。m n 如果在一定时间内没有 收到路由器通告，可以主动的发送路由器请求报文。当路由器收到请求时，直接 向提出请求的节点发送路由器通告报文。 ( 3 ) 地址自动配置。在i p v 6 协议中提供了两种地址自动配置的方法：无状 态地址自动配置( s t a t e l e s sa d d r e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ) 和有状态地址配置( s t a t e f u l a d d r e s sc o n f i g u r a t i o n ) 。有状态地址配置使用动态主机配置协议( d y n a m i ch o s t c o n f i g u r a t i o np r o t o c o lf o ri p v 6 ，d h c p v 6 ) 。无状态地址配置不需要手工操作和额 外服务器，体现了i p v 6 协议即插即用( p l u ga n dp l a y ，p o p ) 的特性，是i p v 6 协 议中主要的地址配置方法。无状态地址自动配置方法是将路由器通告中获得的网 络地址前缀和节点的接口标识( 如链路层地址) 以一定的机制组合在一起，生成 完整的i p v 6 地址。由于网络前缀在i n t e r n e t 上唯一的标识了网络，接口标识在链 路上也是唯一的标识接口，两者的组合就能唯一的标识i n t e m e t 上的一个接口。 i p v 6 移动节点功能【l5 j ： ( 1 ) 移动检测 m i p v 6 中定义的移动检测机制主要是利用i p v 6 的邻居发现机制，包括路由 发现和邻居不可达检测。m n 通过检查当前默认路由器是否可达来判断自己是否 发生了移动。如果当前默认路由器已经不可达，并且发现了一个新的默认路由器， 移动节点就可以假定自己已经移动到了新的链路上。 m n 可以使用路由发现机制定义的路由器通告消息，发现新的路由器和新的 “链路在线子网前缀 ( o n 1 i n ks u b n e tp r e f i x ) 。m n 向路由器发送路由器通告请 求r s o l ，或被动地等待下一个通告周期来获得路由器通告消息r a 。根据收到的 r a 消息的内容，m n 在默认路由器列表中为每个路由器维护一个表项，在前缀 列表中为每个链路在线子网前缀维护一个表项。这两种表项一般都关联着计时 器，用于判断表项是否过期。 m n 使用邻居不可达检测机制来检查默认路由器的不可到达。如果m n 一直 北京邮电人学硕士论文 在通过默认路由器发送分组，例如上层协议指示某个连接状态为正在进行，或者 从默认路由器收到了响应自己邻居请求消息的通告，那么m n 就认为路由器是可 达的。相反地，m n 可以通过路由器通告中的通告间隔选项发现通告的丢失，每 个m n 单独决定在丢失多少条路由器通告后，判断该路由器为不可达。 ( 2 ) 配置转交地址 m n 通过移动检测发现自己移动到一个外地网络后，首先要获得外地网络中 的c o a 。具体可采用地址自动配置机制，也可采用外地网络的管理员预先分配 的地址。由于i p v 6 协议具有巨大的地址空间，而且无状态地址自动配置机制可 以很方便的每个m n 配置一个c o a ，所以通常采用无状态地址自动配置方法。 m n 利用收到路由器通告中的链路前缀和自身的m a c 地址合成新的c o a 。家乡 代理将截取的数据发向c o a ，采用这种机制有利于m n 在无线网络间平稳切换。 获得c o a 后，m n 就向家乡代理注册c o a 。 ( 3 ) 注册与绑定更新 m i p v 6 中存在两种注册过程：家乡注册和通信节点注册，m n 将其转交地址 分别通告给h a 和c n 。 家乡注册的目的是使h a 获得m n 最新的转交地址。m n 向h a 发送一个含 有绑定更新目的选项的报文。h a 将c o a 信息存入绑定缓存，并回送一个含有绑 定确认目的选项的报文。然后，h a 用代理邻居发现截获发向该m n 家乡地址的 报文，将截获的报文通过隧道转发到m n 的c o a 。 通信节点注册的目的是实现m n 与c n 之间分组转发的优化路由。m n 向 c n 发送b u ，使c n 为它的转交地址和家乡地址建立相应的绑定缓存项。之后， c n 就可利用该缓存项直接向m n 的c o a 发送数据分组。这样，c n 就可以和 m n 直接通信，而避免使用“三角路由”。这也被称为移动i p v 6 的路由优化。 ( 4 ) 分组通信 m n 发送报文时，通过传统的i p 机制直接向通信对端发送报文。为了避免 所在外地网络中路由器的源过滤，将i p v 6 头标中的源地址设为m n 的c o a ，将 m n 的家乡地址写入家乡地址选项附在基本头标之后。 通信对端发送报文时，先在绑定缓存中查询目的地址，若存在相应的表项( 说 明存在此m n 的家乡地址和转交地址的绑定) ，则用路由扩展头( r o u t i n gh e a d e r ) 发送该分组。此时，将m n 的c o a 写入i p v 6 头标的目的地址中，将m n 的家乡 地址写入路由扩展头的地址列表。若无此项绑定缓存，则按正常程序发送，将报 文发送到m n 的家乡地址，由家乡代理负责将通信对端发送的分组转给m n 。 m n 收到家乡代理通过隧道发送过来的分组，就认为通信对端不知道m n 的c o a ， 则主动向通信对端发送带绑定更新目的选项的报文。最终，m n 可使用c o a 直 1 2 - 、 北京邮电大学硕上论文 接和通信对端通信，这样可解决三角路由问题，减少报文传输的延时，节约网络 带宽。图2 3 表明了m i p v 6 的切换流程： 矽9 州a rh a i发毪拯磁j i 防嘲 睁缓琏臻j k o u t e r s o li c ir a t i o n r o u t e ra d c e r t i s o m e n t b i n d i n eb r d a t e。 b i n d i n ga u k 层连接 簇熬缓骝糍翰嬲麓嬲懿曛臻缀鞠渤糍黧嘲糍糍缀鼎黼麓翰麓燃 诤黝黼粉一 飞 路由优化 b i n d t n gu p d a t e 磋勃黝翰鬈搿秘翰醴暖搦戮鳃嘲暖霸翰缀鼎嘲瞄强翻翻暖黝缓翳麓圜嚣黧黧圈疆雹 一。缀 飞 l 图2 - 3m i p v 6 切换流程 m i p v 6 的工作流程【1 5 】 移动i p v 6 协议的操作步骤如图2 2 所示。移动i p v 6 的基本操作与移动i p v 4 类似。更确切的讲，直到h a 第一次转发包到c o a ，移动i p v 6 的过程与移动i p v 4 是相同的。但是，从此开始，m n 和c n 由绑定更新和绑定确认消息被绑定。通 过这一步，m n 可以通知c n 它的c o a 以使m n 和c n 能直接互相通信，而不 需要h a 。 具体操作过程如下： ( 1 ) 移动主机采用i p v 6 版的路由器发现( r o u t e rd i s c o v e r y ) 确定它的转交 地址； ( 2 ) 移动主机连接在它的归属链路上时与任何固定的主机和路由器一样工 作； ( 3 ) 当移动主机连接在外地链路上时，它采用i p v 6 定义的地址自动配置方 法得到外地链路上的转交地址； ( 4 ) 移动主机通过通知( n o t i f i c a t i o n ) 过程将它的转交地址告诉归属代理； ( 5 ) 如果可以保证操作时的安全性，移动主机也可以将它的转交地址布告通 知其他几个通信对端； ( 6 ) 不知道移动主机的转交地址( 如图2 - 4 所示) 的通信对端c n 送出的数 讲 北京邮电大学硕士论文 据包和移动i p v 4 中一样进行路由，即它们先被路由至移动主机的归属网络，归 属代理再将它们经过隧道送到移动主机的转交地址； ( 7 ) 知道移动主机转交地址( 如图2 5 所示) 的通信对端送出的数据包可以 利用i p v 6 选路报头直接送给移动主机，选路报头将移动主机的转交地址作为一 个中间目的地址； ( 8 ) 在相反方向，移动主机送出的数据包采用特殊的机制被直接路由到它们 的目的地。然而，当存在入口方向的过滤时，移动主机可以将数据包通过隧道送 给归属代理，隧道的源地址为移动主机的转交地址。 删 图2 - 4c n 未知m n 转交地址时数据包转发 2 3 移动i p v 6 扩展技术 2 3 1h m l p v 6 技术 删 图2 - 5c n 已知m 1 4 转交地址时数据包转发 在移动i p v 6 中，m n 能够在改变其接入网络前后保持业务可达性，即c n 仍然能够使用m n 的家乡地址与它进行通信。当通信节点移动到外地域时，发送 到它的家乡地址的报文会被家乡代理所捕获，然后由家乡代理转发到m n 的临时 c o a 。而c n 在知道m n 的c o a 后会保存下来，在随后的通信中可以直接将报 文发往通信终端的c o a 。 但是，移动i p v 6 协议存在着明显的不足，当m n 移动到一个新的外地网络 就要发送一个绑定更新消息到家乡代理或通信对端。这样将会在骨干网络中传输 大量的注册报文，这些信令消息占据了带宽，浪费了宝贵的网络资源，还会引发 网络冲突，减少有效数据的传输。特别是当m n 远离家乡网络时，还会造成较大 的切换延时，从而引起严重的分组丢失和通信吞吐量的下降【1 6 】。 1 4 北京邮电大学硕士论文 为了解决上述问题，i e t f 提出了分层移动i p v 6 1 6 1 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l e ，i p v 6 h m i p v 6 ) 。这个协议的重要之处在于它引入了一个新的移动i p v 6 实体移动 锚点( m o b i l i t y a n c h o rp o i n t ，m a p ) ，从微移动性来解决上述问题，提高了切换 效率，减少了信令消息，并将部分家乡代理移动性管理的能力下放到m a p 节点 上。 图2 - 6 分层移动i p v 6 场景 分层移动i p v 6 方案把移动性问题分成了微移动( m i c r om o b i l i t y ) 和宏移动 ( m a c r om o b i l i t y ) 。m a p 通常位于网络的边缘接入路由器的上层。如图2 - 6 所示。 在图2 - 6 中，外地网络1 和外地网络2 共同连接在m a p 下，则m n 外地网 络1 和外地网络2 之间的切换属于微移动，即切换只在m a p 所管辖网络内进行， 而无需通知m n 的家乡代理。m n 在外地网络2 和外地网络3 之间进行的切换则 属于宏移动，m n 需要向家乡代理注册新的c o a 。 当m n 移动到一个新的m a p 域并连接到其中一个a r 时，它通过无状态地 址自动配置获得一个区域转交地址( r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s ，r c o a ) 。同时它 也会从这个a r 处获得一个本地转交地址( o n l i n kc a r e o f a d d r e s s ，l c o a ) 。随 后，m n 发送绑定更新到m a p ，m a p 收到该消息后会把m n 的r c o a 和l c o a 保存起来。然后m n 还需要向它的家乡代理和通信对端发送帮定更新消息，通知 它目前的r c o a 。这样，发往m n 的报文会首先被它的家乡代理拦截，并由家乡 代理转发给它的r c o a 。m a p 会拦截所有发往m n 的r c o a 的报文，并转发到 它的l c o a 。 只有m n 在不同m a p 域问移动时，它才需要向家乡代理和通信对端发送绑 定更新，注册它当前的r c o a 。如果m n 是在同一个m a p 域内移动时，由于r c o a 北京邮电大学硕士论文 不变，它无需向家乡代理和通信对端发送绑定更新，只要把它目前的l c o a 向 m a p 注册即可。这样，主干网络中传输的绑定更新报文大大减少，并减少了切 换的时延。h m i p v 6 切换流程信令交互如图2 7 所示： 图2 - 7h m i p v 6 切换流程分析 当移动节点断开与原来的接入路由器的链路连接时，它会与该接入路由器进 行协商。如果移动节点是被强制的断开链接，如用户执行改变e s s i d 的指令， 它会在连接断开前向原来的接入路由器发送d e a u t h e n t i c a t i o n 消息。如果移动节 点检测到链路性能较差时，它会向原来的接入路由器发送a s s o c i a t i o nr e q u e s t 消 息，并等待回复的a s s o c i a t i o nr e s p o n s e 消息，如果因为某种原因，移动节点没 有收到回复，它会多次重复发送该请求消息。 接着移动节点会尝试着寻找一个新的接入路由器，它会不断的切换到一个新 的频点，发送一个p r o b er e q u e s t 消息，并等待应答。处于该频点的接入路由器 1 6 北京邮电大学硕上论文 会回复以p r o b er e s p o n s e 消息。当移动节点经过数轮扫频后，它会选择一个最合 适的接入路由器并向其发出接入请求。经过移动节点与新接入路由器间的 a u t h e n t i c a t i o nr e q u e s t r e s p o n s e 和a s s o c i a t i o nr e q u e s t r e s p o n s e 消息交互后，说 明移动节点与新接入路由器已经建立二层的连接。 在建立二层连接后，移动节点会接收到新接入路由器发送的路由器通告消 息，并判断当前的网络前缀与原来的网络前缀是否相同，如果不同则需要进行三 层的切换。如果需要切换，移动节点会配置新的l c o a 地址并对该地址执行重复 地址检测d a d 过程。 在d a d 成功后，如果是域内切换则向m a p 发送绑定更新消息，并等待m a p 的绑定确认，如果超过一定时间没有收到应答，则需要重发若干次。如果是域间 切换，则在向m a p 注册成功后还需要向移动节点的家乡代理和所有的通信对端 发送绑定更新消息。 在图2 7 中，i n t e r v a l1 是从移动节点向原来的接入路由器发送 d e a u t h e n t i c a t i o n 消息开始到移动节点与新的接入路由器之间a s s o c i a t i o n r e q u e s t r e s p o n s e 消息结束过程，表示链路层切换时延。i n t e r v a l2 是从a s s o c i a t i o n r e q u e s t r e s p o n s e 消息结束到移动节点向新接入路由器发送绑定更新消息之前， 表示移动节点完成切换判决并配置新转交地址的过程。i n t e r v a l3 是域间切换过程 中，在完成向新m a p 的注册后，移动节点还需要向家乡代理和所有通信对端发 送绑定更新消息的过程。而i n t e r v a l4 指的是一个完整的切换过程。 2 3 2f m i p v 6 技术 快速移动i p v 6 t 1 7 】在移动i p v 6 基础上进行了一些扩展，主要解决两个问题： a ) 移动节点如何检测到新的子网链路就立即发送数据包。b ) 新的接入路由器如 何检测到移动节点的接入就立即发送数据包到该移动节点。 快速移动i p v 6 协议是一种基于预先切换的技术，通过第二层触发0 - ；2t r i g g e r ) 来预测切换将要发生，在与当前链路保持连接的情况下，进行转交地址生成和重 复地址检测( d a d ) ，从而在移动结点到达新的链路后，就可以使用该转交地址进 行通信。这种技术可以减少移动i p v 6 协议中的移动检测和新转交地址配置时延。 快速移动i p v 6 主要涉及3 个阶段的操作：切换初始化、隧道的建立以及数据包 的转发。快速移动i p v 6 可以很容易地在m n 移动到n a r 之前，为其配置新的 转交地址，并建立p a r 与n a r 之间的转发隧道。当m n 连接到n a r 时，就可 以立即使用该转交地址。快速移动讲v 6 技术可以加快移动碑v 6 协议中m n 的切 换过程，减少已有通信连接的中断时间，减少在切换过程中数据包的丢失，保证 通信流的实时传输。 1 7 北京邮电大学硕上论文 根据m n 是否在p a r 链路上收到快速绑定确认报文f b a c k , 快速移动i p v 6 的切换可以分为预先式切换( p r e d i c