（电路与系统专业论文）无线IP网交互式MIPSIP移动性管理方案研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

无线i p 网交互式m i w s l p 移动性管理方案研究 摘要 早期的网络环境是固定的，但是随着无线技术的蓬勃发展，以及 越来越多的移动设备的普及，用户开始要求能够随时随地的获得网络 服务，因此各种无线接入方式应运而生。无线接入方式中比较流行的 就是无线局域网。无线局域网虽然能解决终端获得移动性服务的问 题，但是它的局限性也很明显，那就是不能在不同的域间移动。移动 节点在域问移动时需要使用移动性管理，这样可以有效地管理无线网 络资源，保证域间移动时i p 不会改变，连接服务不会中断。目前已 经提出了许多种移动性管理机制，其中，尤其以i e t f 的m o b i l ei p 和s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l 最为被众多学者所讨论。 本文首先研究了移动性管理的基本概念、移动性管理与无线接入 的关系。在此基础上，本文深入讨论了当前流行的各种移动性管理方 案，包括宏观移动性和微观移动性；分析了相应的各种移动性管理方 案；重点研究了解决宏移动性的几种移动性管理方案：m i p ，s i p 和 多层m i p s i p 架构。通过研究和分析，阐述了这几种移动性管理方案 各自的优势和缺陷，并针对目前多层m i p s i p 架构存在的效率不高的 问题，对交互式b l i p s i p 解决方案进行研究。 本文对交互式m i p s i p 移动性管理方案，从原理和理论性能估计 等方面进行了深入研究和详细阐述。本文认为，通过两种协议的交互 工作，能显著的降低切换时延和信令开销，提高网络系统性能。 关键字移动i p 、s i p 、移动性管理、多层架构、无线局域网 r e s e a r c h0 ni n r e ra c n n gm i pa n ds i pf o rm o b l l i t y s u p p o i r ri na il i pw i r e l e s sn e r w o r k t h en e t w o r kw a sn o td e s i g n e df o rn l o v ei nt h ee a r l yp e r i o d b e c a u s et h ew i r e l e s s n e t w o r ki sf l o u r i s h i n ga n dt h eh o l d - d e v i c ei sg e t t i n gp o p u l a r , u s e r ss t a r tt or e q u i r e a c c e s s i n g n e t w o r ka n y w h e r ea ta n yt i m e al o to fw i r e l e s sa c c e s s i n gt e c h n o l o g i e si n w h i c hw l a ni sa m a j o r a r ep r o p o s e d w ec a l la c c e s si n t e m e tw i r e l e s s l yi naw l a n b u tt h e r ei sa ne v i d e n tp r o b l e mt h a tw ec a no n l ya c c e s st h ei n t e r a c tw h e nl o c a t e di n i t sd o m a i n i fm o v i n go u t s i d ed o m a i no rb e t w e e nd i f f e r e n ti ps u b n e t ，m o b i l en o d e w i l lc h a n g ei t si pa n dt h ec o n n e c t i o nw i l lb ed o w n i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ， m o b i l i t ym a n a g e m e n t ( m m ) i si n t r o d u c e dt om a n a g et h ew i r e l e s sl i n kr e s o u r c e ，t o m a k es u r ed u r i n gm o v i n gt h ei pa d d r e s sw i l lr e m a i na n di n t e r a c ts e r v i c ew i l lk e e p u n t i ln o w , m a n ys c h e m e so fm ma r ep r o p o s e di nw h i c hm o b i l ei pa n ds e s s i o n i n i t i a t i o np r o t o c o l ( s m ) f r o mi e t fi se s p e c i a l l yd i s c u s s e db ym o s te x p e r t s i nt h i sp a p e r , w ef i r s ts t u d i e dt h ec o n c e p to fm o b i l i t ym a n a g e m e n t , t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nm ma n dw i r e l e s sa o 文燧a f t e rt h a tw ed e e p l yd i s c u s s e dt h e p o p u l a r m m i n c l u d i n gm a c r o m o b i l i t y a n d m i c r o - m o b i l i t y , a n a l y z e d t h e c o r r e s p o n d i n gm m s c h e m e se s p e c i a l l ym i p , s i pa n dh y b r i d m i p s i pa r c h i t e c t u r e i n o r d e rt or e s o l v et h el o we f f i c i e n c yp r o b l e mo fh y b r i d - m w s l pa r c h i t e c t u r e ，w eg a v e t h ei n t e r a c t i n gm 1 p s i ps c h e m ead e t a i l e dd i s c u s sa n da n a l y s i sf r o mt h ev i e w so f p r i n c i p l ea n dn u m e r i c a lr e s u l t s a c c o r d i n gt o t h er e s u l tw eb e l i e v et h a tt h ep r o p o s e di n t e r a c t i n ga r c h i t e c t u r e s c h e m eg a l le v i d e n t l yr e d u c et h ed e l a ya n do v e r h e a da n di m p r o v et h ew h o l en e t w o r k p e r f o r m a n c eg r e a t l y k e yw o r d sm o b i l ei ps i p m o b i l i t ym a n a g e m e n t m u l t i - l a y e r e d w l a n 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 本人签名 处，本人承担一切相关责任。 日期：欲盘三目强 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 本人签名 导师签名 适用本授权书。 只期：趁垒墨目绸 日期：丑崞善五一 北京邮电大学硕士学位论文无线i p 同交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 1 1 研究背景与环境 第一章绪论 1 1 1 移动l p 的发展 近年来，随着网络( i n t e r a c t ) 的蓬勃发展，下一代无线网络正向全i p 系 统演进，连接到i n t e m e t 以提供全球化服务。 各方面多样化的服务都和网络紧密结合，大大增加了各项资讯获取的便利 性，使得网络和社会的关系更加密不可分。然而，有线的环境会限制网络资源 的获取，用户必须在固定的地方才能获得网络服务。移动通讯技术的运用使得 人们不再受到有线环境的约束，i e e e 制定了无线局域网标准( 8 0 2 1 1 ) 2 2 1 ， 用户只需要使用支持无线局域网的移动设备就可以在无线的环境下与i n t e r a c t 连接。 而为了实现i p 的移动性，i e t f 制定了m o b i l e i p ( m i p ) 6 - 8 2 3 】网络架构来 解决这个问题。m i p 的网络架构中，通过h o m e a g e n t ( h a ) 和f o r e i g n a g e n t ( f a ) 的协作，当用户移动到任何地方时都不需要更改其i p 地址就能获得网 络资源和服务。 传统的移动性管理通常局限于终端移动性，即允许一个运动的移动节点 ( m n ) 继续一个正在进行的通话会话或者发起接受一个呼叫，而不依赖于 其网络接入点。在下一代通信系统中( 3 g 或者b e y o n d3 g ) ，移动用户可以通 过一系列个人设备接入多种异种网络，来获得各种服务，建立多媒体会话。因 此，出现了许多新的移动类型，并且主要分为两种：第一种是以设备为中心的 低级移动，除传统意义上的终端移动性外，还包括a d h o e 移动性( 可以在a d h o e 网络内部路由) 和模式移动性( 在a d h o c 模式和普通模式之间切换) ：另一种 就是以用户为中心的高级移动，包括会话移动性( 把一个会话转移到另一个终 端) ，个人化移动性( 用户在全球范围内可达) ，服务移动性( 不依赖于服务提 供商而可以获得预定的或者个性化的服务) 。 1 1 2 发展迅速的v o i p 除了无线网络的发展外，另一个重要的趋势就是语音服务( v o i c eo v e r i p o 口) 的兴起。利用妒分组数据包格式传送语音信号，将面对以下问题： 北京邮电大学硕士学位论文 无线i p 网交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 首先，在一般的i p 网络环境中，势必发生封包顺序性问题( o u t o f - o r d e r ) 。第 二，传统的语音是建立在电路交换( c i r c u i t s w i t c h ) 的通信网络上的，这意味 着通信双方必须独享部分网络带宽来防止他人再使用，如此做法将造成网络带 宽的严重浪费。i e t f 为了避免这些问题的发生，针对v o i p 设计了许多标准 协议，例如h 3 2 3 ，m g c p 及s e s s i o n i n i t i a t i o np r o t o c o l ( s i p ) 等等。近来又以 简单易用的s m 为主流。s i p 是一个网络层协议，能处理所有的信号，具有呼 叫转移，视频会议，及会议协商能力。随着对s i p 的进一步认识，我们发现， 虽然该协议是为v o i p 而设计的呼叫控制协议，却有天生的优势支持通信终端 和通信服务的移动性 i , 2 1 j 。因此移动性管理就不再是只有移动m 这一种方式 了。同时，移动i p 虽然是为i n t e m e t 移动服务而设计的，但是随着网络融合的 趋势越来越明朗，移动i p 与v o i p 的关系也在变的越来越紧密。 1 2 研究动机和目标 1 2 1 移动i p 和s i p 各有优缺点 传统的m i p 方案中，众所周知的三角路由产生了巨大的网络时延，而采用 隧道机制进行传输，又增加了带宽本来就小的无线链路的带宽开销。 虽然基于s i p 的移动性管理相对m i p 有着众多的优势，但是也有着一定程 度的缺陷，比如，在s i p 切换管理机制中，如果移动终端在网络重叠的区域不 能及时建立新的s i p 会话，那么将引起呼叫中断。在通过d h c p 重新分配口地 址的时候，如果时间过长，在通话切换中能明显的感觉到相当时间的空白。 m i p 在传输基于t c p 的非实时信号时要好于s i p ，相反的，在用r t p ，u d p 传输实时信号时，支持个人移动性方面，s i p 性能好一些。两者各有优缺点， 因此近年来两者结合支持移动性使网络性能取得了很大的提高。 1 2 2 传统融合机制存在缺陷 在传统的m i p 硌i p 融合机制中，两者都是作为独立的个体进行网络通信的， 他们之间几乎没有什么互通，互相不清楚自己的对应部分做的是什么工作。因 此有很多时候，s i p 和m i p 同时做了很多相同的工作，比如用户位置信息的更 新，移动节点需要同时向家乡代理和s i p 服务器发送注册信息。这种方法的优 点在于对现有的标准s i p 和m i p 需要做的改动很小，但同时缺点也很明显：实 现相同功能的重复信息传输明显地带来了冗余，在信令传输和处理的过程中产 生了明显的带宽开销，进而影响了系统性能。 为了解决这一问题，本文引入了交互式m i p s i p 移动性管理机制支持移动 北京邮电大学硕士学位论文无线i p 猎交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 性。通过整合m i p 和s i p 的移动性实体和通信流程，这种机制可以将传统融合 机制里面的冗余降到最小，极大地提高网络性能。 1 3 本文结构 第二章研究了无线m 网络的构成，分类，主要包括w l a n ，a dh o e 网 络，b l u e t o o t h 等无线技术。 第三章讨论了s i p 协议，包括协议功能，通信流程，协议优点等内容。 第四章主要阐述了移动性管理的概念、分类，与无线球网络的关系。移 动性管理主要分析了微观移动性管理，宏观移动性管理等分类。详细说明了宏 移动协议m i p 和s i p 的移动性原理及其优缺点。 针对目前移动性管理方案的缺陷，在第五章引入交互式m i p s i p 管理方 案，从原理和详细过程等方面对方案进行深入分析和详细阐述，并对其性能进 行理论分析。 第六章对论文的主要工作做了总结。在结束语中，对本课题的研究成果做 了一个简要总结，同时对本课题的后续工作做了简要说明。 北京邮电大学硕士学位论文无线i p 罔交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 第二章无线l p 技术 2 1 无线i p 技术的发展现状 当今世界，科学技术日新月异，特别是以电子信息技术为代表的高新技术 产业得到迅速发展。但是，电子信息技术和产业的发展始终分为两条主线或两 个方面： 1 、 以传统电信系统为代表的电信行业； 2 、 以传统电子系统为代表的电子行业。 相应的国际标准、国家标准或行业标准也非常明显地分为这两方面。电信 网的发展是从固定网( 主要是地面电话网) 到移动网( 主要包括地面移动电话 网和卫星网) 。而近些年来，以移动( 电话) 通信为代表的移动通信网发展十分 迅猛，移动电话几乎席卷了整个世界。它不但成为许多人经营业务的必需品，而 且还是时髦的装饰。移动电话己成为工作和社会生活不可或缺的一部分。 另一方面，由电子计算机( 电子产品) 互联而成的网络h n e m e t 得到了 迅猛发展，i n t e m e t 的网络规模急剧膨胀。i n t e m e t 成功的关键技术原因在于分 组交换理论的提出以及t c p i p 协议( 传输控制协议网际协议) 的成功应用。 分组交换不同于传统电信技术中电路交换技术，它是将数据报文分成一系列的 “分组( p a c k e t ) ”或称为“包( p a c k a g e ) ”。这些分组被分别发送，在接收端再 将它们重新组装起来，进而恢复出原始报文。这种技术在需要的时候才占用线 路，不同的分组可以通过不同的路径传输到接收端，比起电路交换技术更有效、 灵活。而且拆分的报文难于被监听，保证了报文传输的安全性。 随着i n t e m e t 业务的增加和计算机( 包括台式计算机、便携计算机等) 的普 及，人们随时随地、快捷地接入i n t e r a c t ，获得i n t e m e = t 服务，也越来越成为人 们工作和生活的必需。i n t e r a c t 将各种形式的网络集成起来，t c m p 协议的设计 目的就是保证异构网络间的无缝互联，而网络中任何一点出现故障都不应导致 整个网络瘫痪。为满足通信应用的多样性，t c p i p 协议已发展为包括几十个协 议的i n t e m e t 协议簇。因为t c p 和i p 是其中最重要最基本的两个协议，因此习 惯上又称为t c p i p 协议簇。其中，口协议是实现多个网络互联的关键。因此， 网络发展的趋势是i p 化，不同形式的物理网在m 层得到统一，各种网络用口 协议实现互联互通。 4 北京邮电大学硕士学位论文无线砰同交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 电信行业中的移动通信是基于电路交换的，提供的业务主要是话音。随着 网络发展的m 化趋势越来越明显，移动通信通过改造( 技术叠加) 来传输m 业务，进而接入i n t e r a c t ，实现由“移动”到“i p ”，是移动通信化的必由之路。 这条道路称作“( 由) 移动( 到) 互联”。由于带宽和费用的限制，其应用将受 到较大的局限。谈到i p 化，决不能忽视本身就是碑机制的电子计算机的互联 网，即i n t e r a c t 。它是在互联网的基础上，以无线的方式让互联网“动”起来。这 种方式叫做“( 由) 无线( 到) 互联”。这种方式是在互联网的基础上利用宽带 无线i p 技术直接实现的，简单快捷。 事实上，不论是“( 由) 移动( 到) 互联，还是“( 由) 无线( 到) 互联”， 其核心都是可以移动的、广域的互联网络，只是实现的方式不同而已。实质上， “( 由) 无线( 到) 互联列。是真正的i p 网，而“( 由) 移动( 到) 互联”的物理 网并不是i p 网。“( 由) 无线( 到) 互联”这条途径我们称之为“宽带无线i p ”。 2 2 行业标准 电信( 通信) u t 标准，g s m ，w a p ，g p r s ，3 g 等。 计算机( 计算机网) i e t f 标准，i e e e 8 0 2 标准，蓝牙等。 “无线妒标准针对的是“( 由) 无线( 到) 互联”的实现方式，它是在固定 i n t e r a c t 的基础上，利用宽带无线介入( b w a ) ( 无线城域网、无线局域网、无 线个人区域网) 技术、移动l p 技术以及相关的安全技术等，提供宽带的、可移 动的、广域的l p 服务。因此，它包括如下几部分： 2 2 1 无线局域网标准 从七十年代，人们就开始了无线局域网的研究。在整个八十年代，伴随着 以太局域网的迅猛发展，无线网以具有不用架线、灵活性强等优点之长补“有线” 所短，也赢得了特定市场的认可，但也正式因为当时的无线网是作为有线以太 网的一种补充，遵循了i e e e 8 0 2 3 标准，使直接架构于8 0 2 3 上的无线网络产 品存在着容易受其他微波噪声干扰、性能不稳定、传输速率低且不易升级等缺 点，不同厂商的产品相互也不兼容，这一切都限制了无线网的进一步应用。 这样，制定一个有利于无线网自身发展的标准就提上了议事同程。到1 9 9 7 年6 月，第一个w l a n 标准i e e e 8 0 2 1 1 正式颁布实施，为无线局域网的物理 层和媒体访问控制层制定了统一的规范，有力地推动了该技术地快速发展。 无线接入技术区别于有线接入的特点之就是标准不统一，不同的标准有 不同的应用。在众多的无线接入标准中，无线局域网标准更成为人们关注的焦 北京邮电大学硕士学位论文无线m 网交互式m i i s 1 p 移动性管理方案研究 点。主要的无线局域网标准是m e 鹞0 2 1 1 协议族。 1 、珏崛e 8 ( ) 2 1 1 标准 该标准对网络的物理层和媒质访问控制层( m a c ) 进行了规定，其中对 m a c 层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，而逻辑链 路控制层( l l c ) 是一致的，即m a c 层以下对网络应用是透明的。 在m a c 层以下，i e e e 8 0 2 1 1 规定了三种发送及接收技术：两种采用射频 技术一扩频( s p r e a ds p e c t r u m ) 技术和窄带( n a r r o wb a n d ) 技术，频带为 2 4 0 0 m l - l z 2 4 8 3 5 m h z ；另一种是红外( i n f r a r e d ) 技术，用红外光来传输。而扩 颏又分为直接序列扩频技术( d s s s ) 和跳频( f r e q u e n c yh o p p i n g , f r ) 扩频技术 两种。 1 9 9 9 年8 月的8 0 2 1 1 标准的修订增加了两项新内容： ( 1 ) i e e e 8 0 2 1 l a ，它扩充了标准的物理层，规定该层使用5 g h z 的频带。该标准采用正交频 分调制数据，传输速率范围为6 m b s 5 4 m b s 。这样的速率既能满足室内的应 用，也能满足室外的应用。 ( 2 ) i e e e s 0 2 1 l b 它是i e e e 8 0 2 1 1 标准的另一个扩充，它规定采用2 4 g h z 频带，调制方法 采用补偿码键控( c c k ) 。c c k 来源于直接序列扩频技术，多速率机制的介质接 入控制( m a c ) 确保当工作站之问距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限时， 传输速率能够从l l m b s 自动降到5 5 m b s ，或者根据直接序列扩频技术调整到 2 m b s 和1 m b s 。 2 、i e e e 8 0 2 1 1 扩充的意义 l e e 脚2 1 l b 对无线局域网通信的最大贡献是可以支持两种速率一5 5 m b s 和1 1 m b s 。i e e e 8 0 2 1 l b 系统可以与速率为1 m b s 和2 m b s 的i e e e 8 0 2 1 1d s s s 系统交互操作，但是无法与1 m b s 和2 m b s 的i e e e 8 0 2 1 1f h s s 系统交互操作。 5 g h z 频带的i e e e 8 0 2 1 l a 不是使用2 4 g h z 频带的扩展频谱技术，而是已 发展到名叫正交频分多路复用( o f d m ) 的复杂技术，该技术可帮助提高速度和改 进信号质量，并可克服干扰。扩展频谱技术必须以直接序列发送信号，而o f d m 技术与之不同，它可打破无线信道，将其分成以低数据速率并行传输的分频率， 然后可把这些频率一起放回接收端。这一方法可大大提升无线局域网的速度和 整体信号质量。 3 、其他8 0 2 1 1 标准 除了上述8 0 2 1 1 a 和舳2 1 1 b 外，舳2 1 1 系列标准还有： 8 0 2 1 1 d ：r e g u l a t o r yd o m a i n ，定义域管理； 6 北京邮电大学硕士学位论文无线口同交互式m 口s i p 移动性管理方案研究 8 0 2 1 l e ：o o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) ，定义服务质量； 8 0 2 1 l f ：i a p p ( i n t e r - - a c c e s sp o i n tp r o t o c 0 1 ) ，接入点内部协议； 8 0 2 1 l g ：在2 4 g h z 频率空问取得更高的速率； 8 0 2 1 l h ：5 g h z 频率空问的功耗管理，并研究8 0 2 1 l a 与h i p e r l - - a n 2 之间的一致性，集中关注动态频率选择( d y n a m i cf r e q u e n c ys e l e c t i o n ) 和传输功率控制( t r a n s m i tp o w e rc o n t r 0 1 ) 8 0 2 1 l i ：s e c u r i t y ，定义网络安全性。 2 2 2 无线个人区域网标准 无线个域网的核心就是短距离的无线链接技术。目前，为大家所熟知的技 术有b d a 、h o m e r f 和b l u e t o o t h 。下面就这3 种技术的产生背景和核心技术进 行阐述。 1 、l r d a i r d a 是一种利用红外线进行点对点通信的技术。当前，i r d a 技术的软件 和硬件技术都已经比较成熟，主要的技术优势如下： 无需专门申请特定频率的使用执照。这在当前频率资源匮乏、频道使用 费用增加的背景下是非常重要的。 具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。 传输速率在适于家庭和办公室使用的微微网中( p i c o n e t ) 是最高的，达 到1 6 m b s 。由于采用点到点的连接，所以数据传输所受的干扰较少。 除了在技术上有自己的特点外，i r d a 的市场优势也是十分明显的。目前， 全世界有5 0 0 0 万台设备采用b d a 技术，并且仍然以年递增5 0 的速度增长。 当今有9 5 的手提电脑都安装了l r d a 接口。在成本上，红外线l e d 及接收器 等组件远较一般r f ( r a d i of r e q u e n c y ) 组件来得便宜，i r d a 端口的实现成本 在5 美元以内，如果对速度要求不高甚至可以低到1 5 美元以内，这只是蓝牙 产品的1 1 0 。 目前i r d a 技术除了传输速度由原来的f i r ( f a s ti n f r a r e d ) 的4 m b s 提高到 最新v f i r 的1 6 m b s 标准外，在接收的角度方面，也由传统的3 0 。扩展到1 2 0 。 这样，在台式电脑上采用低功耗、小体积、移动余度较大的含有i r d a 接口的键 盘、鼠标就有了根本的技术保障。 i r d a 有其自身的局限性。首先，i r d a 是一种视距传输技术，也就是说两 个具有i r d a 端口的设备之间如果试图传输数据，中问就不能有阻挡物，这在两 个设备之自j 是容易实现的，但多个电子设备间就必须调整彼此位置和角度等。 其次，i r d a 设备中的核心部件红外线l e d 不是一种十分耐久的部件，对于不 7 北京邮电大学硕士学位论文无线i p 网交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 经常使用的扫描器、数码相机等设备虽然游刃有余，但如果经常用装配k d a 端 口的手机上网，可能很快就不堪重负了。 2 、b l u e t o o t h ( 蓝牙) 蓝牙旨在设计通用的无线电接口( r a d i o a i r i n t e r f a c e ) 及其控制软件的国际 标准，使通信和计算机进一步结合，让不同厂家生产的便携式设备在没有电线 或电缆相互链接的情况下，能利用无线技术在近距离范围内具有互用和相互操 作的性能。 蓝牙技术从应用的角度来讲，十分类似于当今广泛用于微波通信中的一点 多址技术，只不过后者应用于范围在3 0 k m 的地区内。因此，它很容易穿透障 碍物实现全方位的数据传输。除此之外，它的其他技术特点还包括下面几点： ( 1 ) 蓝牙收发信部分采用跳频扩展频谱( f r e q u e n c y h o p p i n g s p r e a d s p e c t r u m f h s s ) 技术，在2 4 g h z 的i s m ( i n d u s t r i a l 、s c i e n t i f i ca n dm e d i c a l ，即工业、 科学和医药的缩写) 频带上以1 6 跳s 的速率进行跳频来实现信息的发送和接收。 跳频技术是把频带分成若干个跳频信道( h o pc h a n n e l ) ，在一次链接中，无线 电收发器按一定的码序列即“伪随机码”不断地从一个信道“跳”到另外一个信 道，只要收发双方同步地按照这个规律进行跳频，而干扰源是不可能也按照同 样的规律变化的，这样信息传输质量就可以得到保证；同时通过查询( i n q u i r y ) 和寻呼( p a g i n g ) 过程来同步跳频频率和不同蓝牙设备的时钟。 ( 2 ) 蓝牙支持点到点和点到多点的连接，这样可以在一个小范围内( 基站c - 基站e - 基站g 是去向移动节点的最佳 路由。因此相应地，每个基站记录下移动节点的家乡地址，以及上一个送路由 更新包到此的基站地址。通过这样的方式，基站到移动节点的路由就可以通过 3 1 北京邮电大学硕士学位论文无线口网交互式m i f s i p 移动性管理方案研究 路由暂存中的记录来维持。而路由暂存会通过某些特定的数据包更新和刷新。 很显然，在同一个c i p 网络下移动是完全不需要更改网关路由器中的记录，即 h a ( h o m ea g e n t ) 的记录，只需在网络接入点( a p ) 改变时发送路由更新数 据包即可维持一条自移动节点到网关路由器的路由，此原则符合m i c r o - m o b i l i t y 的精神。而路由暂存中的信息是有时效性的，当超过某一特定时间而没有被刷 新时，路由记录就会被清楚。因此移动节点如果想继续维持路由就必须定期发 送刷新包。特别值得注意的是，移动节点发出的数据包在被转发到网关路由器 的途中也会一并刷新途中经过的基站的路由暂存信息。 m n 1 6 3 1 7 2 1 2 9 图4 4 蜂窝口架构图 4 3 2 微移动架构之州 卧i l h a w a i i 【1 8 l ( h a a d o h a w a r e w i r e l e s a c c e s s l a t e r a e t i n f r a s t r u c t u r e ) 是由l u c e n t t e c h n o l o g y 提出的一个以网域为基础的m i c r o - m o b i l i t y 协议。移动节点本来所在 的网域称为h o m e n e t w o r k ，即家乡网络。当移动节点离开家乡网络进入外地网 络( f o r e i g n n e t w o r k ) 时会获得一个c o - l o c a t e dc o a ，同时它会向家乡代理( h a ) 进行注册，注册的地址就是移动节点所在外网的根路由器地址。家乡网络中的 路由器称为家乡根路由器，它是进入家乡网络的必经路由。在同一个外地网络 内移动时，移动节点可以一直保持一开始进入时获得的c o a 而不做任何的改 动，也就是在同一个外地网络下的不同接入点问做移动时不需要更好家乡代理 中的记录。在h a w a i i 中的路由器可视作一般的i p 路由器再加上h a w a i i 的特 殊功能。特别值得注意的是，在h a w a i i 中的移动节点本身并不知道h a w a i i 北京邮电大学硕士学位论文 无线1 1 3 同交互式m i p s i p 穆动性管理方案研究 的存在，而只知道m i p 机制的存在。我们用图4 5 表示当移动节点在外地网 络时是如何设定路径的。 ( 1 ) 移动节点发送一个m 球注册消息给目前所在网络范围的基站b s 2 。 b s 2 收到m e t 注册消息时会发送一个p o w e r - u p 的消息给r o u t e r 2 。 ( 2 ) 此时r o u t e r 2 会记录一条转发通道，其中包含了节点的c o 1 0 c a t e d c o a , 即通往此节点的外网接口。 ( 3 ) r o u t e r 2 同时会发送一个p o w e r - u p 信息给r o u t e r l ，同样也会维持一 条转发通道。 ( 4 ) 因为r o u t e r l 是根路由器，所以会回一个注册应答给b s 2 ， ( 5 ) b s 2 再将这个注册应答发送给移动节点。 家乡 转交 b s l 图4 - 5h a w a i i 架构 夕 哆国 北京邮电大学硕士学位论文 无线球网交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 4 3 3 微移动架构之州n i p h m i p ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p ) 微移动架构【1 0 ，蜘1 6 l 是由m o b i l e 口的原设计 作者c h a r l e s e p e r k i n s 等为了改进m 讲存在的远端h a 注册问题，并且支持m 传呼而提出的m i c r o - m o b i l i t y 通信协议。h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p 增加了区域注册 以及区域传呼两个动作。在h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p 中，一个管理网络由曾阶式 f a 组成，如图所示，最高层的f a 称为网关f a ( g a t e w a y f a ) ，而位于最高层 与最底层的f a 则称为区域f a ( r e g i o n a lf a ) 。在这个架构下，最底层的f a 会 定期方波代理公告信息( a g e n ta d v e r t i s e m e n t ) ，信息中会依次把位于最底层f a 到网关e a 之问所有经过的e a 列出来。第一位是发出公告的e a ，第二位是这 个f a 的上一层，以此类推，直到找到网关f a 为止。 图4 6 层阶式m i p 架构图 在层阶式架构中，网关f a 管理网络中所有的移动节点信息。移动节点进 入该外地网络，并依次往e a 2 ，f a 3 和f a 4 的方向移动，一共需要三次注册的 动作。 ( 1 ) 移动节点第一次进入该网络进行注册时，注册消息会经过 f a 2 f a l 网关f a - h a 的路径发送。此时移动节点向h a 注册的 c o a 是当前g f a 的地址，当对等通信节点给移动节点发送数据时会 由h a 发送给网关e a ，再由网关f a 转发至f a 2 ，最有由f a 2 将数 北京邮电大学硕士学位论文 无线球嗣交互式m i p s i p 移动性管理方案研究 据发送给移动节点。 ( 2 ) 当移动节点移动到f a 3 进行注册时，会将注册信息转发到f a l ，此 时f a l 通过自身的路由缓存信息知道移动节点是从f a 2 移动到f a 3 的，于是更新缓存中的路由信息，当数据包要发送给移动节点时， 不再发送到f a 2 ，而是发送到f a 3 。由于移动节点的路由信息已经 在f a 3 找到，因此不需要将移动节点的注册信息再发送给网关f a 。 ( 3 ) 当移动节点移动到f a 4 执行注册时，由于f a 4 没有记录移动节点之 前的信息，因此会将注册信息发送给网关f a ，当网关f a 收到注册 消息时，会跟更新移动节点的信息。当有数据包要发送给移动节点 时，网关f a 会将数据转发给f a 4 。 在同一个网络中移动时( m i c r o m o b i l i t y ) ，移动节点的注册动作都在同一 个网络内完成，可以有效缩短注册时f b j ，但是层阶式管理架构会产生性能瓶颈， 当网络内存在许多移动节点时，网关f a 需要转发不同的移动节点注册信息， 这会使网关f a 称为网络性能的瓶颈。 总结以上所述的m i c r o m o b i l i t y 协议大致上可以归为两类，一类称为特定 节点绕送( m o b i l e s p e x i f i er o u t i n g ) ，如c i p ，h a w a i i ，另一种则称为层阶式 穿隧( h i e r a r c h i c a lt u n n e l i n g ) ，如h m i p 。特定节点绕送可以避免不断重复做穿 隧而耗费在封装与解封的负担。此架构是针对每一个特定节点进行绕送，绕送 时由绕送的实体来根据数据包内的信息来更新或者利用特殊的一些信号来更新 绕送机制中关于移动节点的位置信息。在c e l l u l a ri p 网络中，移动节点是利用 其本身地址，h a w a i i 则是利用c o l o c a t e c o a 作为识别其网络信息的唯一身份。 相对于特定节点绕送，层阶式穿隧是将位罨信息分散存放在一组阶层结构的f a 中，当有数据包送达最上层的f a 时，f a 查找访客列表，然后穿隧至下一层目 的节点位置所对应的f a ，然后再寻找下一层f a 的访客列表，依次向下穿隧， 知道送达移动节点为止。每一个位置信息都是由移动节点发送注册信息来更新 的，而且通常更新的位置会在最佳的f a 上。因此，由上述可以发现，使用 h m i p 作为m i c r o m o b i l i l y 管理协议不仅可以减少网络的建设成本，并且h m i p 每次更新位置信息后，都能得到最佳的信息传送路径。 4 4 多层移动性管理机制 a d u t t a 、ev a k i l 与h s c h u l z r i n n v 等作者们【1 ，2 1 1 曾提及m i p 不利于传送 即时性数据。由于传统的m i p 存在三角路由问题，这将增加信息传递的延迟时 间，因此不适用于即时性的多媒体数据传输例如：视频会议，语音通信等对于 北京邮电大学硕士学位论文无线讲同交互式m w s i p 移动性管理方案研究 信息的完整性要求较低但对于传送时延由较高要求的情况。以语音通信为例， 当用户正在通话的时候，倘若发生语音延迟，这将造成用户沟通的困难，即系 统提供了不友善的服务。后续虽有c p e r k i n s 和d j o h n s o n 学者提出解决m 坤 三角路由问题的方法1 1 3 l ，但是这需要额外修改现有的礤机制，因此不符合实用 性。 s f a c c i n 、p l a l w a n e y 和b p a t i l l t o l 提及将信号分为实时的和非实时的， m 球适用与处理实时性要求底、可靠性要求高的数据；实时性要求高的数据交 给s i p 协议处理。m i p 与s i p 各自的特性如表。另外，s i p 不适合处理可靠性 传输的原因是：可靠性传输需建立在t c p 协议上，然而当m n 在移动的情况下， 会因进入不同的网络而改变其i p 地址，这将造成会话的终端，无法提供可靠的 传输。 因为不同的协议适合处理不同的信息类型，因此在c p o l i t i s 、kw o n g 和j j u n g 等学者的文献中2 , t , t l ，都提出多层式架构的方案( m u l t i - - l a y e r e dm o b i l i t y m a n a g e m e n t ) ，结合不同的协议以提高数据传送的性能。相对于单一协议来处 理所有数据的方法，多层式架构的方法能提供更加的性能和效率。表4 3 表示 了m 1 p 与s i p 在支持不同移动性方面的比较。 表4 3 m i p 与s w 之比较 协议路由最佳化移动性传输延迟数据封包的 o v e r h e a d m i p ( 4 )否终端移动性高高 服务移动性 s i p是个人化移动性低低 服务移动性 北京邮电丈学硕t 学位论文无线m 嘲交互式m 1 p s i p 移动性管理方案研究 第五章交互式m i p s i p 移动性管理方案 通过以上几章的介绍，我们知道，m 口和s i i i 协议分别运行于网络层和应 用层，二者相互补充支持各种移动性要求。m i p 对于支持基于t c p 非实时应用 的移动性较好，而s i p 对于r t i a j d p 实时应用的移动性支持较好。因此，近几 年m l p s i p 结合的方式受到越来越多的重视。 然而，传统的结合机制中很少有m i p 与s i p 的交互活动，而是分别独立的 运行m i p 和s i p 。他们互相不理解对方对应部分的协议含义。因此，m l p 和s i p 并行地做了很多相似的移动性操作，像位置更新等。这种机制的优点在于通过 对现有的标准m 1 p 和s i p 做最小的改动就能进行操作，但是，这样做的缺点甚 至更明显，完成相同工作的并行信号很明显造成了冗余，对于信息的发送和处 理产生了严重的附加丌销。为了解决这个问题，学者0 w a n g 和 m a a b u r 窟l l e f ! f 1 2 4 j 提出了交互式m i p - s i p 机制。在此机制中紧密地结合了这两 个协议以提供有效的移