（通信与信息系统专业论文）基于移动ipv6的微移动性管理技术的研究.pdf

北京邮i 乜人学硕b 学位论文甚于移动i p v 6 的微移动性管理技术的 i j 究 基于移动i p v 6 的微移动性管理技术的研究 摘要 随着i n t e m e t 和移动通信技术的飞速发展，人们对获取包括语音在内的各种 信息( 如文本、多媒体等) 的移动性提出了越来越高的要求。由i e t f 提出的移 动i p 技术无疑是移动互联时代最基础、最关键的技术之一，必然成为全球个人 通信的关键技术和移动互联网的基石。移动i p 实现了网络全方位的移动或者漫 游，即移动节点宏移动性( m a c r o m o b i l i t y ) ，也满足了操作透明性并且支持切 换。 但是对于商用蜂窝网络来说，它在微移动性管理( m i c r om o b i l i t y ) 方面还 存在缺陷。这主要体现在两个方面：一方面，随着移动网的用户增多，网络为 了增加容量，蜂窝小区裂变成更小的区域，那么未来的移动网络中必然存在大 量频繁移动的节点。这将引起大量的位置更新消息。信令交互量激增会增加网 络的负荷，使网络的性能受到比较严重的损伤，从而使移动i p 的可扩展性( 即 支持大量且频繁移动的用户的能力) 变得极差，进而影响移动i p 的商用。这是 未来全i p 网络必须要解决的问题；另一方面，位置更新消息传输时带来的时延， 使得m o b i l ei p 不适于在互联网上支持实时陛业务。但是实时业务( 如话音和视 频业务) 是3 g 和n g n 业务的一个重要组成部分。 i p 微移动性协议就是解决微移动性造成网络性能损伤的一种有效方案。基 本原则是：在域内引入新的路由机制、快速切换机制和位置管理寻呼机制。从 而使移动节点在域内移动和切换时位置更新的信令开销和占用网络资源减少， 并显著减小传输时延和i p 包丢失率，从而提高服务质量。研究工作者们为此提 出了多种解决方案：基于i p v 4 的有c e l l u l a ri p 、h m i p 、h a w a i i 、t e l e m i p 等， 基于i p v 6 的有h m i p v 6 。 本论文正是在对上述技术的充分研究及深入理解的基础上，创新性地提出 了基于h m i p v 6 的一种改进算法：p e - h m i p v 6 。h m i p v 6 通过m a p 实现了注册 信息的本地化，从而在一定程度上解决了扩展性的问题。但是它缺少对口级寻 呼的支持。p e ，h m i p v 6 就是在h m i p v 6 的基础上引a p a g i n g 技术。其设计思想来 源于蜂窝网络中基于位置区的移动性管理方案。 本论文定义了p e h m i p v 6 的概念、网络架构，并对原有如咀p v 6 协议进行了 扩展，而且还定义了实现p e h i m p v 6 所必须的信令消息及其报文格式。同时本 论文对h m i p v 6 和p e 如m p v 6 的性能进行了比较分析，从而证明了p e 一 玎p v 6 在改善网络信令开销方面有显著效果，可以进一步降低m a p 域内的本地注册的 信令开销和m a p 的负荷，从而提供了更好的可扩展性。 北京邮电人学颂扛学位论文基f 移动i p v 6 的微移动性管理技术的研究 关键词：微移动性管理、分级移动i p v 6 、可扩展性、寻呼、p e h m i p v 6 i i i ! 生型! ! 叁兰塑! ：兰堡丝兰 苎三堡垫! ! 竺堕堡竺垫丝笪矍垄查塑堕壅 r e s e a r c ho nm i c r om o b i l i t ym a n a g e m e n tb a s e do ni p v 6 a b s t r a c t t h ch i g h e rd e m a n df o rt h em o b i l i t yo fo b t a i n i n ga v a r i e t yo fi n f o r m a t i o nf s u c ha st e x t m u l t i m e d i aa n ds oo n ) ，i n c l u d i n gv o i c ei s u n p r e c e d e n t e di n c r e a s i n gw i t ht h ef a s tg r o w t ho f i n t e r a c ta n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y i ti sn od o u b tt h a tm o b i l ei pp r o p o s e db yi e t f s h o u l db eo n eo f b a s i ca n dc r u c i a lt e c h n 0 1 0 9 i e so f m o b i l ei n t e r a c ti nt h ef u t u r e m o b i l e 球e n a b l e s g l o b a lm o b i l i t yo rr o a m i n go ni n t e m e t , m e e t st h en e e d so fo p e r a t i o n a lt r a n s p a r e n c ya n da l s o s u p p o r t sh a n d o f t b u ti th a si i m i t a t i o n sw h e na p p l i e di nc o m m e r c i a lc e l l u l a rn e t w o r k s t w om a i n l i m i t a t i o n sa r ep r e s e n t e dh e r e ： f i r s t l y c e l l i nf u t u r ew i r e l e s sn e t w o r k sw i l lb es m a l l e ra n ds m a l l e rw i t ht h eg r o w t ho fu s e r n u m b e r st oi n c r e a s et h en e t w o r kc a p a c i t y u n d e rs u c hc i r c u m s t a n c e ，am a s so fl o c a t i o nu p d a t e m e s s a g ew i l lb ci n d u c e di n t on e t w o r kd u et ol a r g en u m b e r so fu s e r s f r e q u e n tm o v e m e n t t h e i n c r e a s e m e n to fs i g n a l i n ge x c h a n g ew i l lo v e r l o a dn e t w o r ka n ds e r i o u s l yd a m a g ei t sp e r f o r m a n c e t h ec o m m e r e i a la p p l yo fm o b i l ei pm u s tb ep o s t p o n e db yt h i s1 i m i t a t i o n s of u t u r ea 1 1 i pn e t w o r k m u s ts o l v et h i sp r o b l e m s e c o n d l y ，d e l a yd u et ot r a n s p o r t a t i o no fl o c a t i o nu p d a t em e s s a g em a k e sm o b i l ei p u n s u i t a b l et os u p p o r tr e a l t i m ea p p l i c a t i o n so ni n t e m e t b u tr e a l t i m ea p p l i c a t i o n ss h o u l db eone o fm o s ti m p o r t a n tp a r t si nf u t u r en g no r3 g i pm i c r o m o b i l i t yp r o t o c o l sa r ee f f e c t i v es o l u t i o n st or e d u c et h ei m p a c to fp e r f o r m a n c eo n a c c o u n to fm i c r om o b i l i t yo fm o b i l en o d e s t h eb a s i cp r i n c i p l et os o l v et h i sp r o b l e mi st l l a t r e d u c i n gs i g n a l i n gc o s to fl o c a t i o nu p d a t em e s s a g ea n dl o w e rc o n s u m i n go fn e t w o r kr e s o u r c e sb y i n t r o d u c i n gn e wr o u t i n gm e c h a n i s m ，f a s th a n d o f ft e c h n o l o g i e s a n dp a g i n gt e c h n o l o g yf o r l o c a t i o nm a n a g e m e n t i nr e s u l ti tw i l li m p r o v eq o sf o rr e d u c e dd e l a ya n d1 0 w e rr a t i oo fi pp a c k e t i o s s m a n yt e c h n i q u e sh a sb e e np r e s e n t e db yr e s e a r c h e r s ，s u c ha sc e l l u l a ri p , r m i ph a w a i i ， 1 e l e m i p h m i p v 6a n ds oo n an e wa r i t h m e t i ct oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fh m i p v 6i sp r e s e n t e di nt h i s d i s s e r t a t i o n b a s e do nr e s e a r c ha n dd e e pu n d e r s t a n d i n go f t h o s et h e e h n i q u e sl i s t e da b o v e h m 6 i m p r o v e st h es c a l a b i l i t yo fm i p v 6t oae x t e n t , b u ti tl a c k so fi pp a g i n gs u p p o r t p e - h m i p v 6 i n t r d o u c ei pp a g i n gt e c h n o l o g yt oh m i p v 6 i t sd e s i g ni d e ao d g i n a t e sf r o mm o b i l i t ym a n g e m e n t s o l u t i o nb a s e do nl o c a t i o nr e g i o ni ne e l l 山a rn e t w o r k s t 1 1 i d i s s e r t a f i o nh a sp r e s e n t e dt h eb a s i cc o n c e p t 。n e t w o r ka r c h i c t e c t u r ea n de x t e n s i o n m e t h o do fh m i p v 6 s i g n a l i n gm e s s a g ea n di t sf o r m a tt oi m p l e m e n tp e h m i p v 6a r ea l s o d e f i n e d ，i nt h ee n do ft 1 i sd i s s e r t a t i o n , c o m p a r i s o n sb e t w e e nh m i p v 6a n dp e h m i p v 6a l e c a r r i e do u t t h ea n a l y s i sr e s u l tc o n f i r m st h a tp e h m v 6h a ss i g n i f i c a n te f f e c to nr e d u c i n g s i g n a l i n gc o s to fh m i p v 6 ，t h a ti si tc a na f f o r db e t t e rs e a l a b i l i t yb yr e d u c i n gl o c a lr e 西s t r a f i o n s i g n a l i n gi n 知队pa n d1 0 a do f 硝卫 k e yw o r d s ：m i c r om o b i l i t y , h m i p v 6 ，s c a l a b i l i t y , p a g i n g ，p e - h m i p v 6 i i i t 求| l j i 毡人学顺l ：幸止论文堆于移动i p v 6 的微移动性管理技术的 0 f 究 独创性( 或刨新性) 声明 本人声明所里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：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，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 北京【f 1 1 5 t 也大学硕i ：学位沦立 坫j 二移动i p v 6 的微移动性管理技术的研亢 第一章绪论 在快速发展的信息通信技术的推动下，i n t e m e t 应用日益成熟，移动通信技术也在飞速 发展，经历了差不多每隔十年一跃交的发展历程，目前已经发展到3 g 应用、4 g 研究的阶段， i n t e m e t 和移动通信技术的发展给人们的工作、学习和生活带来了诸多的便利，因而也对人 们固有的生活方式产生了深远的影响。与此同时，手机、掌上电脑、膝上电脑、笔记本电脑 等便携式移动设备大量应用，人们越来越来希望在日常生活和商务环境中使用这些设备方便 地上网，迫切需要在任何时间、任何地点都能获得i n t e m e t l l l l 务。随着移动通信技术的迅猛 发展，人们关注的不汉仅是普通语音业务的可移动性，而且对各种信息( 文本、音频、视频 等信息) 的移动性提出了要求。大量使用移动设备的用户希望在移动过程中保持i n t e m e t 接 入和连续通信，获得如固定接入一样的网络服务质量。这种潜在的巨大的商业需求经i n t e r n e t 带来了新的机遇，也带来了新的技术难题。 1 1 移动i p 提出的原因 在传统的i p 路由机制下，因特网上的一个节点在改变了其在网络上的接入点以后，如 果不重新配置其i p 地址，那么它就不能继续与网上的其它节点进行通信。为了实现移动主 机接入i n t e m e t ，研究工作者曾经提出下面的几种方案： 第一种方案：在移动节点每次变换位置时，改变其i p 地址。此方法对上层协议不能提 供移动的透明性，不能保持通信的连续性，特别当移动节点在两个子网之间漫游时，由于其 i p 地址不断变化，将导致移动节点无法与其他用户通信。 第二种方案：根据特定主机地址进行路由选择。这种方案将大量浪费路由器的有限资源， 对每个数据分组选路时，路由器都要搜索大量的主机地址入口，系统的可扩展性差，不能满 足大规模网络互联的要求。 第三种方案：在链路层使用蜂窝数字分组数据等标准。蜂窝数字分组数据标准提供1 l k b s 的传输速率且支持多种协议，但它需要新的网络基础设拖和大量管理维护费用，无法与 现存的互联网兼容，因此也不是合适的解决方案。 以上这些方案都存在问题，因此必须寻找一种新的机制，解决主机能够在不同网络间的 自由移动问题。为此i n t e r n e t 工程任务组i e t f 下属的移动i p 工作组在1 9 9 2 年制定了移动 i p 的最初标准草案，i n t e m e t 工程指导小组i e s g 在1 9 9 6 年6 月通过了移动p 标准草案， 在1 9 9 6 年n 月公布了建议标准，为移动m 成为i n t e m e t 正式标准打下了基础，对移动i p 的发展起了关键性的作用。 所谓移动i p 技术，是移动用户在跨网络随意移动和漫游中，使用基于t c p i p 协议的网 络时，不用修改计算机原来的i p 地址，同时，继续享有原网络中一切权限。简单的说，移 北京邮i 乜大学坝l 学位论文砖十移动i p v 6 的微移动作管理技术的研究 动i p 就是实现网络全方位的移动或者漫游。移动i p 与移动计算机通信时所采用的物理媒介 无关，允许移动计算机在不中断通信和不重新启动应用程序的情况下改变地理位霞， 1 2 移动i p 的研究现状及应用 无论是对于移动l p 协议自身还是对于移动i p 的应用目前仍然处于不断地完善与成热的 阶段。对于完善移动i p 协议自身的研究工作主要集中在以下的几个方面： 1 路由优化问题 移动i p 中存在“三角路由问题”。这会增加数据包传输的时延，占用网络资源并且加 重家乡代理的处理负担。为此人们提出了用路由优化技术，但是路由优化将会带来新的安全 问题( 参见前文) 。所以必须考虑在实际的网络拓扑结构中保证安全性的前提下如何实现路 由优化。 2 外地代理的平滑切换问题 由于移动主机的移动频率可能很高，移动节点有时不能及时将当前的新转交地址注册到 家乡代理，此时发往移动节点的数据包将会丢失，这个问题可以通过代理之间的平滑切换来 解决。一种简单的实现方法是在新的外地代理得到移动节点认证前就发送绑定更新给旧外地 代理，之后旧外地代理开始向新外地代理转发数据。这种方法的切换虽然时延较短，但存在 很大的安全缺陷。如果一个攻击者假冒了新的外地代理，则可能会截获送往移动节点的数据。 为增加代理切换的安全性能同时尽量减少切换过程中的数据丢失，必须要求新外地代理首 先要得到移动节点的认证。移动节点可以在向新的外地代理发送注册请求的同时向旧外地代 理发送绑定更新消息，并通知i e i # i - 地代理暂时缓存数据。然后，移动节点对新外地代理进行 认证，如果认证成功，移动节点将通知旧外地代理转发它缓存的数据到新外地代理，从而实 现一种更平滑、安全的切换。 3 网络性能问题 移动i p 是一种与媒介无关的协议，它可以工作在多种环境。当移动i p 工作在无线网 络时，由于无线网络的带宽是一种宝贵的资源，必须尽可能减少网络开销。当移动节点数目 较多时，由于移动节点和家乡代理的认证而引入的开销将会占用过多的网络带宽。另外，应 该认识到强密码方案是通过牺牲网络性能来提高安全性能的，因此我们应在安全性能和网络 性能之间进行折衷，根据实际需要来选择合适的安全策略。q o s 保障问题：随着移动业务的 不断开展，通过移动i p 开展实时业务的需求也日益迫切。但是无线网络的资源相对匮乏， 特别是移动节点不断改变位置且作为接收者时，向它提供实时业务将变得非常困难。现有的 q o s 体系结构包括集成服务模型和差分服务模型，它们都没有考虑移动环境下的q o s 保证， 必须进行适当修改。可行的方法是采用修改过的资源预留协议( r s v p ) 。r s v p 不是路由协 议，也不是传输层协议，而是一种单向信令协议。由于r s v p t l l 只在一条特定路径上预留资 源，通信对端到移动节点路径的经常变化意味着移动节点每次切换链路时都要重新迸行资源 2 北京f 1 | jz u 人学坝卜学位论交 基于移动i p v 6 的微移动性管理技术的研亢 预留。它的解决方法是每当移动节点移动时，重新为从家乡代埋到转交地址的路径预留资源。 同时由于移动i p 使用隧道技术并且采用a h 和e s p 等安全手段，使得中间路由器很难识别 出数据包的种类进行资源预留，通过增加一个传输层报头，利用传输层协议的端口号柬区分 不同的数据包来解决。因此在移动i p 中进行资源预留的代价将会很高，服务提盐商将会向 得到较高q o s 保证的用户收取更多的费用。 4 m o b i l ei p 中t c p 的性能1 2 1 移动i p 中的移动性和使用的无线媒介对t c p 的性能造成了很大影响。t c p 协议认为 几乎所有的数据包丢失都是由于拥塞而引起的，当数据包发生错误或丢失时，t c p 就认为 网络发生了拥塞，从而调整发送窗口来降低数据的发送速率。但这种假设对移动i p 中的t c p 协议并不成立。误码率较高的无线链路经常会引起数据传输错误，并且频繁变动的移动节点 可能在数据包到达前就离开了原来的位置，从而引起数据包的丢失。因此t c p 错误地将这 些数据丢失归咎于网络拥塞，从而降低发送数据的速率，使得t c p 的性能在移动i p 环境 下变得很差。 5 移动i p v 6 以i p v 6 技术为主导的下一代互联网，不仅将彻底解决i p v 4 协议造成的地址危机，让后 起的国家获得足够的互联网地址，从而实现真正的“端到端”连接，大大提高网络的服务质量、 安全性和传输速度，更重要的是，它的出现，带来了互联网重新洗牌的机会。所以目前全世 界各国都对i p v 6 投入了巨大的热情。2 0 0 3 年6 月美国国防部宣布，投入专项资金3 0 0 亿美 元，在2 0 0 8 财政年度将军网全面实现向i p v 6 网络过渡，并自2 0 0 3 年1 0 月开始所有新采购 的设备必须支持i p v 6 ：欧洲于2 0 0 0 年确定i p v 6 为e e u r o p e2 0 0 5 计划的核心，在3 g p p 下 一代移动技术中采用i p v 6 。每年投入数亿欧元预算；日本自1 9 9 5 年起每年投入数亿美元。 计划在2 0 0 5 年实现所有互联网的i p v 6 过渡。已有了一批厂商、运营商、应用服务提供商， 成为世界i p v 6 领域的领跑者；韩国自2 0 0 0 年资助i p v 6 的研发和推广，预计在2 0 1i 年实现 全部网络的纯i p v 6 过渡；中国面对i p v 6 带来的机遇与挑战也不甘落后，2 0 0 4 年1 2 月2 5 日，世界上规模最大的纯i p v 6 互联网第二代中国教育科研网( c e r n e t 2 ) t 式开通。到 现在，第二代中国教育科研网已经与国内2 0 个城市的1 0 0 所高校相连通，进行着一系列宽 带视频广播、模拟仿真、移动式应用和大容量、高可靠性的数据传输试验，并为国产设备提 供测试和应用环境。 i p v 6 对未来必将产生深远的影响，因此移动i p v 6 将成为移动i p 技术发展的必然趋势。 后续的章节中将对移动i p v 6 做进一步地阐述，而本论文的研究工作也正是在移动i p v 6 的基 础之上进行的。 对于移动i p 的应用，研究工作者和各国的设备制造商也是不遗余力。主要的应用研究 集中在以下几个方面： 毕卡移动i p v 6 的微移动性管理技术的。旰充 7 v p n 应用【j i 商业应用中除办公应用外，移动商务应该是最主要最有潜力的应用。利用移动i p 技术 可以便方便地实现远程访问v p n 技术。安装了移动i p 服务器的子网之问可以通过隧道方式 进1 亍通信，移动用户也可以通过隧道方式与企业网进行通信，它实际上已经部分实现了v p n 的功能。对于此项应用，国内的西电捷通通信有限公司处于较高的水平，成功地研制了具有 自主知识产权的天畅移动i p 系统，此系统相比传统的i p s e cv p n 、s s lv p n 具有更多的优 点。 8 w e a n 中移动i p 的应用1 4 l 尽管w l a n 将缠绕在局域网中的线缆“剪断”了，使用户有了一定的自由，但在跨网 段移动方面还是力不从心，而且目前w l a n 服务覆盖的区域都很有限，用户经常会漫游出 服务区。正是w l a n 的移动狭隘性，使其无法被更广泛地应用。 当能够进行w l a n 访问的服务区域从“点”发展成“面”的时候，以满足用户跨网段 漫游的要求，并且要向用户提供了两方面的透明性，即操作透明性和性能透明性。操作透明 性指移动前后，用户不需要进行特殊的操作，而性能透明性是指通信性能不因主机的移动而 受影响。此时必须要采用某种关键技术才能解决。 移动i p 正好提供了独一无二的、维持会话的能力。从一个连接点到另一个连接点的无 缝转移，不需要用户干预和用户资料，移动i p 是第一个提供这种透明移动性的协议。从有 线网络到无线或w l a n 的漫游也非常方便。w l a n + 移动i p 的应用可以使用户更加自由。 9 。m p l s 与移动i p 的结合p j 【叫 m p l s 是将三层的i p 路由技术和二层的交换技术结合在一起的一种快速包交换技术， 它在网络边缘对数据进行分类( f e c ) ，并为每类数据添加l a b e l ，在核心网络中只根据标签 进行交换，从而实现数据包的快速交换。m p l s 克服了传统的i p 技术仅提供尽力而为( b e s t e f f o r t ) 服务的缺点，可以保证用户的q o s 要求，用通过应用流量工程提高了网络资源的利 用率。 但是基本的m p l s 并不支持移动性管理，移动m 和m p l s 结合将使m p l s 网络具备了 支持l p 移动性的能力。两者结合不仅能满足用户的移动性要求，而且可以为用户服务提供 q o s 保证。 目前主要有两种基本模型：一是传统的m p l s 与移动i p 结合的方案，它只考虑对用户 宏移动性的支持。另一种是m p l s 与分级移动i p 的结合，即h m p l s ，用于解决用户的微 移动性管理。这是一个新的研究领域，并且日益成为研究的热点。 10 移动i p 在移动通信系统中的应用【7 】【8 1 【9 】【o 】【1 1 1 移动通信技术正由2 g 向3 g 平滑过渡，瀚处于2 5 g 时期。而3 1 3 的建设工作己经在 全球范围内展开，中国政府也有望在今年内发放3 g 牌照。目前i p 网络带宽有限，限制了 移动i p 接入速度和功能的发挥。 北京l i l l l i 也大学硕士学位论文 某于移动i p v 6 的微移动性管理技术的埘究 进入3 g 后，随着制约因素的逐步消除，移动i p 的应用会越来越广泛，移动i p 的功能 将得到充分发挥。在移动环境下提供因特网服务正是第三代移动通信系统的主要业务特征。 i t u 在i m t - 2 0 0 0 中规定，第三代移动通信以i p 网络作为核心网络，必须支持i p 分组业务 荚国t 1 、同本a r j b 、t t c 、欧洲e t s i 、韩国t t a 以及u m t s 成立的3 g p p ( 3 r d g e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) ，目的在于解决提供多媒体业务和下一代移动因特网等问题；著名的移 动通信设备制造商摩托罗拉公司同著名计算机厂商s u n 公司共同开发基于i p 的无线网络， a t & t 、e r i c s s o n 、l u c e n t 、n o k i a 等9 大公司合作，专门研究开发基于采用第三代移动通信 技术的无线网络的i p 协议，这个组织被命名为3 g i p 。这些公司支持基于全i p 网络结构的 下一代无线业务，例如语音、高速数据和因特网接入以及图像和视频会议等。这种全i p 网 络结构将由基于通用分组无线系统( g p r s ) 的通用核心网络逐渐过渡。3 g p p 在r e l e a s s4 规定了基于i p 网络的传输标准，3 g p p 在r e l e a s s5 中还对i p 多媒体系统进行了定义。近几 年来，g p r s 、w l a n 、c d m al x 技术正在得到广泛的发展与完善，都推动着移动i p 技术 的发展，并为移动i p 业务的技术实现提供了平台。 4 g 时代，移动i p 将作为主流技术得到普及应用，因为4 g 系统的无线连接速率在初 期就可达到拨号调制器的9 0 倍，是目前移动上网速率的3 0 0 倍，下载速率可达j 1 0m b s 。 4 g 技术将促进移动通信和i p 的进一步融合，使移动i p 和移动互联网实现统一。在将来从 宽带的c d m a 向全妒演进的网络中，在未来的全i p 的移动通信系统中，运营商提供给用 户的内容将更加丰富，费用也更加低廉。首先，在全i p 网络中，语音、短信和其他一些通 信业务基于i p 包交换技术，无疑将导致通信成本的降低，用户可以支付更少的费用来享受 同等质量的服务；其次，通过i p ，用户可以非常容易地把新型通信业务和传统的语音业务 结合在一起，这样就可以通过i p 网络来同时传输各种信息，满足通信双方多方面的需要， 让用户交流起来更加方便和生动。可以展望，将来移动用户的高速接入、网络用户的灵活移 动将成为通信的最主要最普遍的业务途径，移动i p 将发展成为通信产业应用最为普及的主 流技术。 1 3 本论文的主要工作 i p v 6 是n g n 的基础，而且已经成为3 g p p 标准。3 g p p 在r e l e a s s4 规定了基于i p 网络的传 输标准，3 g p p 在r e l e a s s5 中还对i p 多媒体系统( i m s ) 进行了定义。由此可见移动i p v 6 也必 然成为移动i p 技术发展的趋势。 移动i p v 6 的技术研究框架结构组成如图l l 所示。研究方向总体上可以分为宏观移动性 和微观移动性两个方面。基本协议包括：i p v 4 协议对移动的支持和移动i p v 6 凯, s ( 1 “，其他协 议主要包括移动i p 中的隧道技术、封装技术、移动i p 的管理信息库m i b 等。微观移动主要研 究关于快速切换、平滑切换、无缝切换、区域注册、缓存管理和报头压缩等方面。同时，与 宏观移动性和微观移动性都相关联的研究包括关于服务质量q o s 、a a a 、组播和流量工程等 此京f 皑人学顾匕学逝论义基于移动i p v 6 的微移动性管理技术的研究 问题。 m a c r o - m o b i t i t y q o s a a a b a s i ct 砷o t o c o i m u l f i c a x t m i c r o - m o b i l i t y t e s e a m l e s sh a n d o f f m o t c p m o u d p f a s th a n d o f f s m o o t hf i a n d o f f o 置! 。 王a r c h 罚 雏 o ； ；j； 3 g o t h e r s 譬 差 薯 习 至 嗵 图1 1 移动i p v 6 研究框架 本论文的研究工作属于基于分级移动i p v 6 1 3 j 【1 4 j 1 5 1 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，h m i p v 6 ) 技术基础上的低延迟切换( l o wl a t e n c yh a n d o f f ) 技术，分级移动i p v 6 目的是，通过采用 层次型路由结构，减少移动节点与家乡代理和通信对端的信令交互量，减少切换引起通信中 断的时间。在h m i p v 6 中，引入一个新的实体m a p ，称为移动锚点。一个区域包含多个子 网，子网的个数根据情况可以变化。每个子网都有接入路由器，每个区域有一介m a p 。移 动节点通过m a p 获得的地址是指区域转交地址，可以使用r c o a 向家乡代理和通信对端进 行绑定。当移动节点在m a p 的区域内移动时，就可以不需要向家乡代理和通信对端重新绑 定，减少了在区域内子网间切换引起的通信中断时间。 h m i p v 6 最大的贡献是减少了m n 向家乡代理注册的信令传输的时延，同时降低了注册 信令在核心网络传输时对核心网数据量造成的压力。降低m i p v 6 在核心网的信令开销就意 味着h m i p v 6 有了很好的可扩展性，即支持大量且频繁移动的移动节点的能力。这使m i p v 6 在未来n g n 或者3 g 环境中可应用性进一步提高。 但是，h m i p v 6 达到这一效果是以把核心网的信令开销转移成本地的信令开销为代价 的。 本论文的研究工作就是研究可以降低本地m a p 域内信令开销的方法。通过对移动蜂窝 北京f i 乜大学硕士学位论文罐干移动 p v 6 的微移动性管理技术的研究 和其他移动性管理技术等的深入研究，本论文创新性的提出了解决这一问题的技术 p e h m i p v 6 。在只对康h m i p v 6 作少量扩展的基础上，使在h m i p v 6 的m a p 下移动的某些 节点( 空阑状态的节点) 以零延迟移动到另一个小区。更为重要的是p e h m i p v 6 大大降低 了m a p 域内的信令开销，使m i p v 6 具有了更加良好的可扩展性和实用性。通过对 p e h m i p v 6 的性能分析，我们可以证明p e h m p v 6 对h m i p v 6 的性能有着显著的改善， 本论文的研究工作属于国家自然科学基金研究项目( 6 0 1 7 2 0 5 2 ) 和国家自然科学基金重 大研究项目( 9 0 1 0 4 0 1 8 ) 1 中的一部分。主要研究基于o f d m 的高速无线i n t e m e t 中物理 层、网络层、传输层的若干关键技术，重点是对移动i p 中的微移动性管理提出改进策略， 对切换模型进行了理论研究和性能分析。 1 4 本论文的结构和内容 鉴于i p v 6 应用的广阔前景，m i p v 6 必然成为n g n 、3 g 在全p 网络中真正实现个人通 信的基础。本论文对基于i p v 6 的微移动性做了较为深入的研究工作。 本论文第二章首先对移动i p 的相关基础技术即移动i p v 4 、移动i p v 6 作了简要的描述， 然后对本论文重点研究的对象h m i p v 6 做了详细的分析和研究。 第三章对现有的一些微移动性管理协议如t e l e m i p 、h a w a i i 、c e l l u l a t - i p 等进行了深入 的分析比较，从而可以深入理解移动i p 可扩展性的两种思路：注册本地化和i p 寻呼技术对 性能的不同影响。 第四章详细的阐述了本论文的创新算法一分级移动i p v 6 的寻呼扩展，包括基本概念、术 语、以及对h m i p v 6 的扩展和实现该算法所必须的消息和相应的报文格式，最好详细地描述 了该算法的工作原理即工作流程。 在第四章的基础上，第五章进一步对p e h m 瑾v 6 的性能进行了分析。 第六章是本论文的总结，概括了本论文的主要工作，并提出了今后进一步的研究方向。 北京| | | | i 乜大学倾匕学位论j 基于移动i p v 6 的微移动性管理技术的研究 2 1 移动i p v 4 技术 第二章移动i p 相关技术 移动i p 是在1 9 9 6 年1 1 月由因特网工程指导组i e s g ( i n t e m e te n g m e e d n gs t e e d n gg r o u p ) 公布为建议标准( p r o p o s e ds t a n d a r d ) 的。建议标准是一个协议从因特网草案发展成因特网 标准的第一个重要步骤。这一建议标准的主要内容包括下面一系列的r f c 文件： r f c2 0 0 2 定义了移动i p 协议。 r f c2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 定义了移动口中用到的三种隧道技术。 r f c2 0 0 5 叙述了移动p 的应用。 r f c2 0 0 6 定义了移动i p 的管理信息库m i b ( m a n a g e m e mi n f o r m a t i o nb a s e ) ，移动i p 的m i b 库是实现移动i p 的节点的变量集合，管理平台通过简单网络管理协议s n m p v 2 ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e mp r o t o c 0 1 ) 【r f c1 9 0 5 1 对这些变量进行检查和配置。 21 1 移动i p 的功能实体 1 移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) 简称m n 。它可以将接入因特网的位置从一条链路切换到另一条链路上，但不需要改变 i p 地址，并且使用原有的i p ( 即h o m ea d d r e s s ，家乡地址) 仍然保持所有正在进行的通信。 2 通信对端( c o r r e s p o n d e n t n o d e ，c n ) 即与移动节点( m n ) 进行通信的节点，它是m n 的对等实体，可简称c n 。它可以是移 动节点或者位置固定的节点。 3 家乡代理( h o m ea g e n t h a ) 简称h a 。当移动节点切换链时，家乡代理一直通知移动节点它的当前位置，这个信息 由移动节点保存在它的转交地址( c a r eo f a d d r e s s ，c o a ) 中；有时，家乡代理广播对移 动节点家乡地址的网络前缀的可达性，从而吸引那些送往移动节点的家乡地址的p 包，并 将这些包通过隧道技术传送到移动节点的转交地址上。 4 外地代理( f o r e i g na g e n t ，f a ) 简称f a 。它是位于m n 所访问的网络上的路由器。f a 帮助m n 通知它的h a 它的转交地 址：f a 还可以提供m n 的转交地址，并为已被h a 设置了隧道的移动节点发送拆封后的包： 当m n 发送数据时，f a 作为连接在外地链路上的移动节点的缺省路由器。图2 一l 表明了这些 实体以及它们之间的关系。 8 e 京螂l 皂k 学顺i 学位论文螭于移动i p v 6 的微移动性管理技术的研究 n 琦可。：。日 ”e j 蟠 图2 - 1 移动i p 各功能实体之间的关系 212 移动i p v 4 的关键术语 1 家乡地址( h o m e a d d r e s s ) 指每个移动节点在家乡链路上拥有的一个“长期有效”的i p 地址。对这种地址的管理 类似对固定主机i p 地址的管理。 2 转交地址( c o a ) 指当移动节点离开家乡链路后，它被赋予的反映其当前链路接入点的临时地址。从概念 上讲，有两种转交地址： 外地代理转交地址( f o r e i g na 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i p 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i p 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。 c o a 是一个与移动节点连接的外地链路紧密相关的i p 地址，它与移动节点所连接的外 地链路最多只有一跳之隔。它要么是有一个端口在外地链路上的外地代理的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。 3 移动绑定 由家乡代理维护的移动节点的家乡地址和转交地址的关联，还包括关于关联的剩余生存 期等其他信息。 9 基于移动i p v 6 的微移动性管堙技术的研究 4 隧道 当一个数据分组被封装在另一个数据分组的净荷中进行传送时，所经过的路径称为隧 道。在移动i p 中，家乡代理将发送给移动节点的分组通过隧道转发，隧道的一端