移动IP切换机制性能分析

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摘  要  目前移动IP技术的研究成为业界研究的重点，热点问题主要集中在移动IP切换过程中如何保证通信的连续性，如何缩短切换的时延和QOS保证等等。本文主要对在MIPV4和MIPV6中的切换性能做分析。
    关键词  移动IP；切换；切换时延


    切换是无线网络的重要特征，切换机制的性能直接影响到整个网络的性能。移动IP己经提供了切换过程，但是在某些情况下不适合支持实时应用程序。研究切换的目的是要减少切换的延迟和丢包率，使得移动IP能很好的处理运行实时应用的移动节点的移动问题。
移动节点在网络切换过程中，移动IP的切换时延可以表示为
        T handover二T md+T reg             (1)
    这里Tmd为移动检侧的时延，T reg为移动节点注册时延。注册时延根据不同的移动IP协议有所不同。后面根据不同的协议流程详细描述。移动IP定义了三种移动检测算法，分别是LCS (Lazy Cell Switching)，前缀匹配PM(Prefix Matching), ECS (Eager Cel Switching)。根据不同的移动检测算法Tmd的差别将很大。下面详细介绍这三种移动检测的方法。根据LCS的特点，移动节点与家乡代理注册以后一直保持CoA有效直到代理的生存时间超时(RFC2002中建议的代理生存时间为3倍的公告间隔).这种情况发生在移动节点连续3次没有收到它当前注册的代理的代理公告时MN才进行代理请求并向HA注册新的CoA，如果二层支持的话MN将接收到不同的代理公告。PM网络前缀匹配法与LCS基本相同，所不同的是它在代理公告中加入前缀长度扩展，该扩展中包括代理的IP地址的网络前缀，根据它MN可以判定是否两个代理公告是从同一个子网接收的。ECS同LCS算法不同，它假设MN移动方向改变较慢时，移动节点一旦发现一个新的代理公告就发生切换。因此，在移动检测方面M1Pv4和MIPv6是一致的。
1  移动I Pv4切换时延分析
     前面我们了解到在移动检测方面即Tmd中MIPv4和IPv6是一致的，这里重点考虑切换时延公式(1)后一部分的详细分析，即T reg。
    移动I Pv4为移动节点到家乡代理的注册定义了两种不同的过程，在这里我们以通过外地代理转发移动节点的注册请求此注册过程进行分析：
    外地代理注册过程需要下面4个消息:
    (1)移动节点发送注册请求到预期的外地代理，开始注册过程;
    (2)外地代理处理注册请求，然后把它转发到家乡代理;
    (3)家乡代理发送注册应答到外地代理，同意或者拒绝这个请求:
    (4)外地代理处理注册应答，把处理的结果告知移动节点。



   
图1
    假设FA与MN之间的链路跳数为无线链路1跳，根据图1，将MIPv4切换过程的时延分解如下:TMadv表示移动节点发送注册请求消息在无线链路上的一跳的时延，TMP，TFP和T HP分别表示MA, FA和HA处理注册报文的时间，T MFreq表示MN发送注册请求到FA的链路延迟，T FHreq表示FA处理完注册请求后转发给HA的注册请求的链路延时，同样对于注册响应延时分别为T HFack和丁FMack。这样MIPv4的注册时延表示为
             T handover=T md+T reg      (1)
    根据上面的假设，T reg表示为
T reg二T MFreq+T FP+T FHreq+T HP+T HFack+T FP+T FMack+T MP                            (2)
    当为ECS检测机制时
                 T md=x/2              (3)
    其中的x表示为发送代理公告的时间间隔。
    根据(2), (3)，式(1)式可以表示为:
    Thandover=x/2+TMFreq +T Fp +T FHreq+T HP十T HFack+T FP十T FMack+Tmp                 (4)
    MIPv4切换后与通信对端的通信的数据包的传输时延为:
         T delay=T ch十T hf十T fm          (5)
    其中Tch为通信对端到家乡代理的传输时延，T hf为家乡代理到外地代理的传输时延，T fm为外地代理到移动节点的时延。从中可以看出MIPv4的切换机制存在的三角路由问题，对时延要求比较高的数据业务，MIPv4的切换机制不能保证很好的服务质量。
2  移动I Pv6切换时延分析
    连接到外地链路后，通过常规的I Pv6无状态或有状态的自动配置机制，移动节点可以获得一个或多个转交地址。只要移动节点一直连接到这个外地链路，目的地址是这个转交地址的分组都会被转发到移动节点。
    移动节点在外地网络获得转交地址后，需要向家乡代理申请注册，为移动节点的家乡地址和转交地址在家乡代理上建立“绑定”.移动节点首先向家乡代理发送“绑定更新”消息中请求注册，家乡代理则通过一个“绑定确认”消息对移动节点的请求进行应答。随后，移动节点的家乡代理使用“代理邻居发现”机制，在家乡链路上截取目的地址是移动节点家乡地址的所有IPv6分组，并通过隧道将它们转发到移动节点的主转交地址。在隧道中，家乡代理对数据分组使用IPv6封装，把移动节点的主转交地址放在外层I Pv6报头的目的地址字段。同时在移动I Pv6中，路由优化是移动IPv6协议的基本功能部分。移动IPv6允许通信对端发出的分组直接路由到移动节点，不必通过家乡代理转发，解决了在基本移动I Pv4协议中的三角路由的问题。在切换发生后，如果不考虑安全机制移动节点可以对支持移动I Pv6的通信对端发送绑定更新。切换过程如图2所示。  



图2
    假设同IPv4，根据图2将MIPv6切换过程的时延分解如下：T Mbu:表示移动节点发送注册请求消息在链路上的时延(它包含两个部分一部分是无线链路的时延，另一部分是有线链路的时延); T MP和T HP分别表示MN和HA、处理注册报文的时间;Tmba。表示HA发送注册应答到MN的链路延迟(同样也是包含两部分链路传输延时)。这样MIPv6的切换时延表示为
           T handover  = T md+T reg         (1)
将假设条件代入(1)式:
     T handover== T md+Tmbu+Tmp+T Mba+Thp  (6)
    同时Tmbu，和Tmba都包含两个部分:有线和无线链路传输延时，其中下标w表示无线链路;下标!表示有线链路:
        Tmbu=T Mbuw +T Mbu!                 (7)
        Tmba=T Mbaw +T Mba!                 (8)
将(7)式和(8)式代入(6)式
  T handover=T md+T Mbuw+T Mbu!+TMP+T Mbaw+T Mba! +Thp                                    (9)
    使用路由优化机制后与通信对端通信的传输时延为
        T delay=T cm               (10)
    当移动节对与通信对端完成了绑定更新的操作，数据传输就是正常的传输时延。
3  结束语
    相对于移动IPV4，在移动IPV6协议的基础上，切换延迟有一定的优越性，切换性能也就相对地提高，以至在此基础上提出的移动IPV6快速切换，层次性移动IPV6管理模型等都从各种不同的角度对切换性能进行了改进。
参考文献
    1 王隽峰.移动IP技术在WCDMA分组域中的应用.IP Technology.
    2 [美]Douglas E.Comer著.Internetworking With TCP/IP.
    3 [美]Solomon JD著，裘晓峰等译.移动IP.北京机械工业出版社
    4 G. Dommety et al., "Fast Handovers for Mobile IPv6," Internet Draft, IETF, March 2002. Work in Progress.
    5 H. Soliman, C. Castelluccia, K. Malki, and L. Bellier,“Hierarchical MIPv6 Mobility Management," Internet Draft,IETF, July 2002. Work in Progress
    6 J. Hunskaar and T. Lunde, "Mobility in IPv6," Graduate Master Thesis, Hogskoleniagder, 2001