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一种基于逗留时问的m a p 自适应选择机制 摘要 移动i p v 6 提供了移动节点在不同子网中漫游通信的能力，使用户在不同网 络中漫游时仍可保持通信，但是在网络间切换过程中的延迟及切换造成的丢包率 的上升降低了服务的质量，因此移动i p v 6 还需进一步的完善。 为了缩短切换延迟和减少丢包率，h m i p v 6 模型、快速切换机制及f - h m i p v 6 相继被提出。在h m i p v 6 和f - h m i p v 6 中引入了m a p 这个新的实体来缩短绑定 更新延迟。m a p 的角色就像区域化的本地代理，m i p v 6 协议管理移动节点全局 的移动性，而m a p 则用于处理本地切换，将切换过程的影响控制在子网范围内。 由于m a p 在h m i p v 6 和f h m i p v 6 中的核心作用，选择合适的m a p 显得相 当重要。h m i p v 6 中缺省的m a p 选择机制较为简单，移动节点每次选择的是生 命周期和偏爱度不为零的距离最远的m a p 。该机制实现简便，但存在着许多不 足，无法完全满足实际应用的需要。选择最远的m a p ，能相对减少移动节点发 生切换的次数，但随着距离的增加，a r 与m a p 间信息交互的延迟也会增加， 这在一定程度上不利于缩短切换延迟；此外，由于每个移动节点都选择最远的 m a p ，使得该m a p 的负载过重，从而使该m a p 很容易成为瓶颈，其处理效率 的降低也容易造成绑定更新延迟的增加。 其他学者也对m a p 的选择机制进行了研究，并提出了一些想法，其中大多 将移动节点的估计速度作为主要的选择依据。实际上移动节点的速度很难把握， 给出的估计值往往是不准确的，且单纯以速度为观察点无法全面反映移动节点的 运动特点，因此在为移动节点选择合适的m a p 时会出现偏差。这种偏差在处理 一些特殊的运动形态时尤为明显，如乒乓运动。 文中提出了一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制，它对移动节点的观 察由时间点转移到了时间段，用移动节点在m a p 域中的逗留时间来取代速度和 轨迹作为选择依据。该机制能充分结合移动节点的移动特点、业务类型及m a p 的分布结构等各种因素来选择距离合适的m a p ，且当移动节点运动状态或环境 发生变化时能自动地进行调整；另外在选择过程中充分考虑了m a p 的负载平衡， 从而保证对移动节点的高质量服务。 关键词移动1 p v 6 ，h m i p v 6 , m a p 选择机制，f - h m i p v 6 ，逗留时间 复旦大学硕士学位论文 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 a b s t r a c t m o b i l ei p v 6a l l o w sn o d e st or e i n a i nr e a c h a b l ew h i l er o a m i n gb e t w e e nd i f f e r e n t s u b n e t ，b u tt h el a t e n c ya n dp a c k a g el o s sd u r i n gh a n d o f fp r e v e n tm i p v 6f r o m p r o v i d i n gh i g hs e r v i c eq u a l i t y , s os o m ei m p r o v e m e n ti ss t i l ln e e df o rm i p v 6 i no r d e rt or e d u c et h eh a n d o v e rl a t e n c ya n dt h en u m b e ro fl o s tp a c k e t s ， h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，f a s th a n d o v e rp r o t o c o la n df a s th a n d o v e rf o rh i e r a r c h i c a l m o b i l ei p v 6a r ep r o p o s e do n eb yo n e m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ( m a p ) i sa d o p t e di n b o t hh m i p v 6a n df - h m l p v 6t or e d u c et h el a t e n c yo fb i n d i n gu p d a t e am a pi s e s s e n t i a l l yal o c a lh o m ea g e n t ；i ti sr e s p o n s i b l ef o rt h el o c a lm o b i l i t ym a n a g e m e n to f m o b i l en o d ew h i l em i p v 6m a n a g e st h em o b i l i t yi nt h ew h o l en e t w o r k d u et ot h ec o r er o l eo fm a pi nh m i p v 6a n df - h m i p v 6 ，i ti sv e r yi m p o r t a n t t os e l e c tap r o p e rm a pf o rm n h m i p v 6p r o v i d e sad e f a u l tm a ps e l e c t i o na l g o r i t h m a c c o r d i n gt oi t ，m nw i l ls e l e c tt h ef u r t h e s tm a p t oa v o i d 打e q u e n tr e r e g i s t r a t i o n s t h i sa l g o r i t h mi se a s yt oi m p l e m e n tb u th a ss o m ed i s a d v a n t a g e s f i r s t l y , t h ei n t e r n a l h a n d o f fl a t e n c yw i t h i nt h em a pd o m a i nw i l lb er a i s e da l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo f m a pd i s t a n c e s e c o n d l y , t h ef u r t h e s tm a pw i l lh a v eah e a v yw o r k l o a da n dw i l l b e c o m eab o t t l e n e c ko fh a n d l ep e r f o r m a n c e t h e r ei sa l s os o m eo t h e rp r o p o s e dm a ps e l e c t i o na l g o r i t h m sa n dm o s to ft h e m i sb a s e do nm n sv e l o c i t y b u tb e c a u s et h ec a l c u l a t e dv e l o c i t yi sn o ta c c u r a t ee n o u g h a n dc a nn o tr e f l e c tm n sr e a lm o b i l ec h a r a c t e r , s ot h e r ei sa l w a y ss o m ee r r o ri nm a p s e l e c t i o n i ns o m es p e c i a ls c e n a d o s ，f o re x a m p l e ，p i n g - p o n gm o v e m e n t ，t h es h o r t a g e i se s p e c i a l l yo b v i o u s a na d a p t i v em a ps e l e c t i o na l g o r i t h mb a s e do nd w e l l - t i m ei sp r o p o s e di n t h i s a r t i c l ew h i c hu s e sm n sd w e l l t i m ei nm a pd o m a i ni n s t e a do fu s i n gv e l o c i t ya n d t r a c ef o rm a ps e l e c t i o n i nt h i sa l g o r i t h m ，ap r o p e rm a pw i l lb es e l e c t e da c c o r d i n gt o t h em n sm o b i l i t y , b u s i n e s st y p ea n dd i s t r i b u t e ds t r u c t u r eo fm a p w h e nt h e e n v i r o n m e n ti sc h a n g e d ，t h ea l g o r i t h mc a nm a k eas e l f - a d j u s tt oa d a p tt h i sc h a n g ea n d s t i l lp r o v i d eap r o p e rm a ps e l e c t i o n i na d d i t i o n ，t h ew o r k l o a db a l a n c eo fm a p si s a l s ot a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o ni nt h em a ps e l e c t i o na l g o r i t h mp r o p o s e d k e y w o r d sm i p v 6 ，h m i p v 6 ，m a ps e l e c t i o na l g o r i t h m ，f - h m i p v 6 ，d w e l l - t i m e 复旦大学硕士学位论文 6 一种基于逗留时问的m a p 自适应选择机制 第1 章前言 1 1 研究背景 在今天的信息社会中，人们对信息的需求越来越强烈，除了对数据通信量的 要求越来越高，对通信的便利性也提出了更高的要求，并开始不断地寻求移动数 据业务。随着对移动应用要求的不断出现，移动i p 技术应运而生。移动i p 借鉴 了蜂窝移动通讯中的登记、查询、h l r ( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ) 、v l r ( v i s i t e d l o c a t i o nr e g i s t e r ) 等概念，并引入了家乡代理( h a ) 、外地代理( e a ) 和移动 节点( m n ) 、通信节点( c n ) 等实体，其中m n 以一个唯一不变的i p 地址来加 以标识。 目前被广泛采用的移动i p v 4 建立在1 p v 4 的基础上，i p v 4 大约能提供4 3 亿 地址，其有限的网络地址空间正成为互联网发展道路上的一个巨大障碍。以i p v 6 为基础的下一代互联网已成为互联网发展的必然趋势，移动i p v 6 取代目前的移 动i p v 4 也将成为必然。移动i p v 6 有着美好的前景，但到目前为止，它的标准仍 在制订当中，一些细节还需不断加以完善。 1 2 研究目的 移动i p v 6 提供了移动节点在不同子网中漫游通信的能力，并改进了移动i p v 4 中存在的许多不足。但随着无线网络应用的不断普及，人们对通信品质的要求也 越来越高，且不同的服务类型对服务质量有着不同的要求。移动i p v 6 给移动节 点带来了漫游的能力，但随之带来的还有切换延迟及丢包率的上升，切换时控制 信息的增加也在一定程度上增加了网络的负担，因此移动i p v 6 还需进一步的完 善以更好的满足应用服务的需求。 为了减少移动i p v 6 的切换延迟，层次化移动i p v 6 模型( h m i p v 6 ) 、快速切 换机制( f m i p v 6 ) 分别被提出，随后在层次化移动i p v 6 基础上引入快速切换机 制产生了最新的f h m i p v 6 。 在h m i p v 6 及f h m i p v 6 中引入了m a p ( m o b i l i t y a n c h o r p o i n t ) 来缩短绑定 更新延迟。同一子网中往往部署有多个m a p ，它们的部署类似于路由器，采用 层次化的部署方式。在这种层次化的部署模式下，需要重点考虑的问题有m a p 的合理选择和负载平衡。对于m a p 的选择，需要根据每个移动节点的运动特点 复旦大学硕士学位论文7 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 来为其选择合适的m a p ，避免其频繁的切换、降低丢包率；对于负载平衡，需 要将移动节点信息维护及数据包的转送工作平均的分配给每个m a p ，避免将工 作集中到某个或某几个m a p ，从而使这些m a p 成为整个移动网络的瓶颈。m a p 的合理选择与负载平衡二者是相辅相成的，m a p 的选择机制是关键。 1 3 文中成果 在h m i p v 6 及f h m i p v 6 中如何为m n 选择合适的m a p 至关重要，它将直 接决定整个网络的性能，但h m i p v 6 中缺省的m a p 选择机制较为简单，存在着 许多不足，无法完全满足实际应用的需要。该机制为移动节点选择的是生命周期 和偏爱度不为零的距离最远的m a p 。选择最远的m a p ，能相对减少移动节点发 生切换的次数，但随着距离的增加，a r 与m a p 间信息交互的延迟也会增加， 这在一定程度上不利于缩短切换延迟；此外，由于每个移动节点都选择最远的 m a p ，使得该m a p 的负载过重，从而便该m a p 很容易成为瓶颈，其处理效率 的降低也容易造成绑定更新延迟的增加。 目前其它的一些m a p 选择机制中，大多将移动节点的估计速度作为主要的 选择依据。实际上移动节点的速度很难把握，给出的估计值往往是不准确的，且 单纯以速度为观察点无法真实反映移动节点的运动特点，因此在为移动节点选择 m a p 时往往会出现偏差。 文中提出了一种基于逗留时问的m a p 自适应选择机制，将对移动节点的观 察由时间点转移到了时间段，用移动节点在m a p 域中的逗留时间来取代速度和 运动轨迹作为观察参数。该机制能充分结合移动节点的移动特点、业务类型及 m a p 的分布结构等各种因素来选择进行m a p 的选择，并能根据移动节点运动状 态或环境的变化进行自动调整，在保证缩短切换延迟的同时，也充分考虑了m a p 的负载平衡。 1 4 论文结构 论文共分为六章： 第1 章，前言：简介目前无线网络及移动i p v 6 的发展趋势，概述本文的研究 目的及成果，并列出各章的内容提要。 第2 章m i p v 6 相关介绍：介绍了m i p v 6 提供的移动解决方案，以及h m i p v 6 、 f m i p v 6 和f - h m i p v 6 对m i p v 6 的改进。 复旦大学硕士学位论文 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 第3 章m a p 选择机制研究现状：介绍了h m i p v 6 中缺省的m a p 选择机制， 并对目前其他学者对m a p 的选择机制的研究进行了简要的概括。 第4 章基于逗留时间的m a p 自适应选择机制：根据移动节点的不同移动特 点，提出了自适应的m a p 选择机制。将对移动节点的观察从时间点转 移到时间段，根据每个移动节点在不同时间段的不同移动特点来为其选 择合适的m a p 。 第5 章实验结果研究与比较：介绍了模拟实验的环境及实验结果，并对实 验产生的数据及图表等结果进行分析和比较，并对本文的研究进行了总 结。 第6 章未来研究方向：根据分析所得出的结论来探讨下一步的研究内容和 方向。 复旦大学硕士学位论文9 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 第2 章m i p v 6 相关介绍 2 。1 m i p v 6 1 l 2 1 1 名词介绍 在介绍m i p v 6 前，先进行些名词的介绍，便于接下来的理解： 移动节点( m o b i l en o d e ) ：可在不同网络中漫游、并能通过家乡地址进行访 问的节点。 本地网络( h o m el i n k ) ：移动节点最初所在的网络连接。 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ：移动节点在本地网络所获得的固定地址，该地 址不随移动节点的移动而改变。 家乡代理( h o m ea g e n t ) ：本地网络上的路由器，负责维护离开本地网络的 移动节点的转交地址信息。 通信节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ) ：正在与移动节点进行通信的节点，该节点 可以是移动节点也可以固定节点。 外地网络( f 0 r e i 印l i n k ) ：移动节点漫游到的非本地的网络连接。 转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) ：移动节点进入外地网络后获得的地址。 绑定( b i n d i n g ) ：家乡地址与转交地址的结合。 2 1 2 m i p v 6 的机制 移动i p v 6 提供了移动节点在不同子网中漫游通信的能力。每个移动节点都 具有一个固定的家乡地址，无论该节点移动到哪里，家乡地址都是保持不变的。 当移动节点位于本地网络中时，它与通信节点的通信按常规方式进行。 移动节点通过路由公告信息( r o u t ea d v e r t i s e m e n t ) 来判断是否处于外地网 络中。移动节点将家乡地址的前缀与所有接收到的路由宣告的网络前缀作比较， 如果有一个与家乡地址的前缀匹配，则表明移动节点位于家乡网络中，否则处于 外地网络中。当移动节点处于外地网络中时，它可以通过有状态自动配置( s t a t e f u l 复旦大学硕士学位论文 1 0 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 a u t o c o n f i g u r a t i o n ) 和无状态自动配置( s t a t e l e s sa u t o - c o n f i g u r a t i o n ) 两种方式来 获取转交地址。获取转交地址后，移动节点向家乡代理发送绑定更新消息，通知 家乡代理其目前的转交地址，家乡代理回复给移动节点绑定确认消息，从而完成 家乡地址与转交地址之间的绑定。 移动节点与通信节点间的通信方式可以采取两种方式：一种是双向隧道方 式，另一种是路由优化方式。通过家乡代理在通信节点和移动节点问建立的数据 包隧道称为双向隧道。在移动节点和支持移动i p v 6 的通信节点间直接发送数据 包的过程称为路由优化。 当移动节点离开本地网络时，可以采用如下方式来接受数据：如果通信节点 不支持移动i p v 6 ，或者还未完成通信注册，那么数据包将被发往移动节点的家 乡地址，家乡代理拦截数据包，并使用i p v 6 o v e r - i p v 6 隧道将其放在隧道上进 行传输，以发送给移动节点的转交地址，从而实现数据包的接收；如果通信节点 支持移动i p v 6 ，且已完成通信注册，那么数据包将被直接发送到移动节点在 i p v 6 网络上的位置。这些被发送的数据包中含有该移动节点家乡地址的新的 t y p e2 路由扩展报头。 离开本地网络的移动节点需要发送数据包时，如果通信节点不支持移动 i p v 6 ，或者还未完成通信注册，那么将使用i p v 6 o v e r - i p v 6 双向隧道进行数据传 输，发送给家乡代理后，再由家乡代理将这些数据包转发到通信节点；如果通信 节点支持移动i p v 6 ，并且已经完成了通信注册，那么数据包将被直接被发送到 通信节点。这些被发送的数据包中含有一个新的家乡地址选项。该选项位于含有 该移动节点家乡地址的目标选项( d e s t i n a t i o no p t i o n s ) 报头中。 图2 - 1 详细描述了移动节点与通信节点间的两种通信方式： 通信节点 图2 - 1 移动节点与通信节点的通信方式 复旦大学硕士学位论文1 1 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 要实现数据包的路由优化传送，移动节点和通信节点需要执行通信注册，包 括迂回路由过程( r e t u r nr o u t a b i l i t yp r o c e d u r e ) 和绑定更新。 迂回路由过程是为了证明通过移动节点的家乡地址和转交地址均可对其进 行访问。只有经过确认后，通信节点才能接受来自移动节点的绑定更新。在迂回 路由过程中，移动节点向通信节点发送两个不同的测试数据包，其中一个通过家 乡代理发送，另一个则直接发往通信节点。通信节点将响应发送给测试数据包， 而且每个响应都包含一个加密令牌。 完成迂回路由过程后，移动节点向通信节点发送绑定更新消息。绑定更新消 息包含使用通信节点在迂回路由过程中所发送的加密令牌计算的身份验证数据， 由通信节点验证身份验证数据。如果此身份验证数据有效，那么通信节点将在其 绑定缓存中为移动节点添加一个条目，并发送条绑定应答消息。收到绑定应答 消息后，移动节点在其绑定更新列表中为通信节点添加一个条目，从而最终完成 通信注册。 完成通信注册后，移动节点和通信节点便可以使用路由优化来相互发送数据 包了。 2 1 3 m i p v 6 与m i p v 4 的比较 m i p v 6 充分了吸收m i p v 4 多年应用的经验，并结合了i p v 6 先天上的优势， 从而提供了较完善的对网络漫游的支持。m i p v 6 继承了很多m i p v 4 的特点，并 进行了一定的改进，这些方面主要有： 夺省去了外地代理( f o r e i g na g e n t ) 的角色，m i p v 6 不再需要当地路由器 特殊的支持。 夺支持路由优化机制，有效避免了m i p v 4 中的三角路由问题。 夺继承了i p v 6 先天具有的地址自动配置的特点，降低了网络管理成本。 夺拥有足够多的地址空间，能提供更好的服务质量。 夺内嵌了i p v 6 的安全机制。 2 2 h m i p v 6 1 2 1 移动i p v 6 允许移动节点在网络中漫游并保持通信的连续性，但是需要移动 节点在变化位置时向本地代理及通信节点发送绑定更新信息。当移动节点的位置 复旦大学硕士学位论文 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 变化很小时，虽然绑定更新信息可以忽略，但按照要求还是必须发送。这就造成 了大量的带宽被冗余的绑定更新信息所占据，导致了网络资源的浪费，减少了有 效的数据传输。此外，移动节点向家乡代理和通信节点进行绑定更新，每次切换 平均需要大约1 5 个r t i ，这种延迟对于一些实时的应用来说是不可接受的。针 对这些情况，i e t f 提出了h m i p v 6 ，用于减少局部网络与外部网络间不必要的信 令交换，并提高切换速度。 移动节点的移动模式通常可分为微观移动和宏观移动两种，h m i p v 6 中引入 了m a p ( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) 这个新实体，其角色就像区域化的本地代理。 m i p v 6 协议管理移动节点全局的移动性，而m a p 则用于处理本地切换，将切换 过程的影响控制在子网范围内。 当移动节点进入m a p 的控制域，并连接到域中的访问路由器( a r ) 时，它会 收到来自m a p 的路由器公告。移动节点获取域转交地址( r c o a ) 和在线转交 地址( l c o a ) 后，将绑定更新信息发送到m a p 。只有当移动节点所处的m a p 域发生改变时，移动节点才需要将新的绑定更新发送给本地代理和通信节点，当 在同一个m a p 域中的不同a r 间变换时，无需向本地代理和通信节点发送绑定 更新信息，只需向m a p 发送绑定更新信息。m a p 此时的角色如同区域的本地代 理，由m a p 接收从本地代理和通信节点发送到区域转交地址的报文，封装后发 往移动节点的在线转交地址。 有了m a p 后，对较远的本地代理的绑定更新被对较近的m a p 的绑定更新所 代替；当在同一m a p 域中漫游时，只需对家乡代理及通信节点做一次绑定更新。 由此，h m i p v 6 减少了主干网络中冗余的绑定更新信息，减少了网络冲突，提高 了有效信息的发送，此外也减少了切换延迟。 2 2 1 h m i p v 6 对m i p v 6 的扩展 h m i p v 6 中新增加的术语有： 访问路由器( a r ) ：移动节点的缺省路由器。 移动锚点( m a p ) ：移动网络中充当局部h a 的路由器，同一网络中可以有 一个或多个m a p 。 区域转交地址( r c o a ) ：m a p 子网中的一个地址，与m a p 有相同的前缀， 在同一m a p 子网中时移动节点的r c o a 不变。 在线转交地址( l c o a ) ：移动节点自动配置的与a r 有相同前缀的地址，用 复旦大学硕士学位论文 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 于区分r c o a 。 h m i p v 6 对m i p v 6 的信息做了一些简单的修改，包括了对绑定更新信息及邻 居探测信息的扩展，并新增了o c o t ( o n 1 i n kc a r e o f a d d r e s st e s t ) 选项。 如图2 2 中所示，h m i p v 6 中绑定更新的信息格式在原有m i p v 6 绑定更新信 息的基础上又加入了m 标记，用来表示绑定更新是对m a p 的注册。当移动节点 对m a p 进行注册时，m 和a 标记必须被设置，以此来区分对家乡代理的注册和 对通信节点的绑定更新。 s e q u e n c e 社 ahlkmr e s e r v e dl i f e t i m e m o b i l i t yo p t i o n s 图2 2h m l p v 6 绑定更新信息格式 图2 - 3 中展示了h m i p v 6 中对邻居探测信息的扩展。 t y p el e n g t h d i s tp r e fri pv r e s v a l i dl i f e t i m e g l o b a li pa d d r e s sf o rm a p 图2 - 3h m i p v 6 中邻居探测信息的扩展 d i s t 中记录的是移动节点与m a p 之间的距离，通常以跳数为单位。该值不 能为0 ，且当m a p 与移动节点在同一链路中时该值必须设为1 。 p r e f 代表的是m a p 的喜好度，可以作为移动节点从多个m a p 中做选择的标 准。 复旦大学硕士学位论文 1 4 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 r 标志被设置时，移动节点必须利用m a p 选项中的前缀来设定r c o a 。 i 标志被设置时，表明移动节点可以将r c o a 作为其所发包的源地址。 p 标志被设置时，表明移动节点必须将r c o a 作为其所发包的源地址。 v a l i dl i f e t i m e 记录的是该m a p 信息的有效期限，该值也可以被用做移 动节点选择m a p 的参考。 h m i p v 6 中还增加了o c o t ( o n l i n k c a r e o fa d d r e s s t e s t ) 选项，该选项 是可选的，但m a p 和移动节点必须对该选项进行支持，图2 - 4 表示了o c o t 的 结构。 聊。l e n g t h r e s e r v e d s e q u e n c en 。 2 2 2 h m i p v 6 的运作机制 图2 4 0 c o t 结构 当移动节点进入新的m a p 域中时，它首先需要配置两个转交地址：一个是 r c o a ，一个是l c o a ，它们都是通过无状态的方式配置的。r c o a 形成后，移动 节点发送本地绑定更新消息到m a p ，信息中a 和m 标志被设置表明是发送到 m a p 的绑定更新。 随后m a p 会返回给移动节点绑定确认，在该绑定确认消息中有时会包含 o c o t 选项，如果包含该选项，则移动节点必须将o c o t 选项中的序号( s e q u e n c e n u m b e r ) 加一后返回给m a p 。通过该选项m a p 可以确认移动节点依旧呆在它 声明所在的链路中，而不是正在进入其他的链路。 为了加快移动节点在m a p 间的切换速度，移动节点有时需要发送一个本地 绑定更新消息给先前的m a p 来表明当前的l c o a ，这样发往先前m a p 的包将被 转发至新的l c o a 。 完成对m a p 的注册后，移动节点需要发送绑定更新消息给它的家乡代理， 告诉家乡代理其目前的r c o a ：同样移动节点还需发送一个类似的绑定更新消息 给通信节点。 复旦大学硕士学位论文 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 完成以上一系列步骤后，当移动节点在m a p 的域中避行漫游对，它不必再 向家乡代理及通信节点发送绑定更新，只需与m a p 作必要的更新。 圈2 5 中详细描述了h m i p v 6 中绑定更新的流程。 2 、 ，4 新的g a p 域旧的姒p 城 图2 - 5h m l p v 6 中绑定更新漉穰 h m i p v 6 中数据包的发送与接收与m i p v 6 中基本类似，唯不同的是m a p 会接受发送到移动节点r c o a 的数据包，然后转发给移动节点。h m i p v 6 中对 m i p v 6 的扩展并不对家乡代理及通信节点的工作造成任何影响。 复旦大学硕士学位论文 是。r 一 萋 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 2 3 f m i p v 6 3 m 6 提供了移动节点在网络中漫游并保持通信的能力，但当移动节点在不 同的a r 间切换时，链路层的切换延迟及碑协议层的切换延迟使得移动节点仍 有一段时间无法进行正常的收发包。标准m 1 p 、，6 协议层的切换延迟主要由对移 动的探测，c o a 地址的配置及绑定信息更新等一系列操作引起。这些切换延迟 对于那些实时系统来说是很难接受的，减少切换延迟无论对实时系统还是其他一 些吞吐量敏感的应用来说都是非常必要的。 移动i p v 6 快速切换机制( f m i p v 6 ，f a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6 ) 主要是 通过减少口层的切换延迟来提高切换速度。f m i p v 6 中力图解决的问题有：如何 让移动节点在刚检测到新的子网时就可以发包以及如何使a r 在检测到移动节 点后马上就可以为其传递数据。 2 3 1 f m i p v 6 对m l p v 6 的扩展 f m i p v 6 中新增了以下术语： p a r ( p r e v i o u s a c c e s sr o u t e r ) ：移动节点在切换前所依附的a r 。 n a r ( n e wa c c e s sr o u t e r ) ：移动节点预计切换后所依附的a r 。 p c o a ( p r e v i o u sc o a ) ：当移动节点在p a r 上所拥有的c o a ，该c o a 在n a r 上还将继续被使用一段时间，直到切换完成。 n c o a ( n e wc o a ) ：移动节点在n a r 上将拥有的c o a 。 r t s o l p r ( r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y ) ：由移动节点发往p a r 的消息，请求 将要进行切换。 p r r t a d v ( p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t ) ：p a r 回复给移动节点的消息，告知 移动节点可以进行切换。 f b u ( f a s tb i n d i n gu p d a t e ) ：移动节点发给p a r 的消息，告诉p a r 重定向 数据包到n a r 。 f b a c k ( f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g m e n t ) , p a r 针对f b u 回复给移动节点的 确认消息。 f n a ( f a s tn e i g h b o r a d v e r t i s e m e n t ) ：当移动节点连接到n a r 后，如果此时 复旦大学硕士学位论文 1 7 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 还没收到来自p a r 的f b a c k ，则由移动节点发送该消息给n a r ，表明已经连 接到n a r 并要求进行确认可以使用n c o a 。 h i ( h a n d o v e ri n i t i a t e ) ：p a r 发给n a r 的消息，用来初始化切换。 h a c k ( h a n d o v e l a c k n o w l e d g e ) ：n a r 发给p a r 的对h i 的回复消息。 m i p v 6 中，移动节点能否在进入新的网络连接后迅速的发包依赖于i p 连通 性的延迟，也就是说依赖于移动检测延迟及c o a 配置延迟。当移动节点n c o a 可用后，它便可发送绑定更新信息给家乡代理和相关的通信节点，因此移动节点 进入新的子网后何时可以接收数据包则由绑定更新延迟决定。 f m i p v 6 通过向移动节点提供新的网络前缀等信息，使移动节点还处于当前 子网中时就可以检测到自己马上要进入新的子网。移动节点在意识到将要发生切 换后，首先发送r t s o l p r 消息给p a r 请求进行切换，随后p a r 以p r r t a d v 消息 进行回应，移动节点利用p r r t a d v 中附带的网络前缀形成了新子网下的c o a ， 这样当移动节点还连接在p a r 上时就已经形成了n c o a ，这样切换过程中配置 n c o a 的延迟就被减少了。 f m i p v 6 通过在p a r 与n a r 之间建立一条通道来减少绑定更新延迟。首先 移动节点发送f b u 消息给p a r 来请求建立该隧道，通常该消息应该在移动节点 还处在p a r 链路中时发出，否则需要在依附到n a r 后马上发出。通道建立后， p a r 便开始将送往p c o a 的数据包转发给n c o a ，该操作一直持续到移动节点完 成与通信节点的绑定更新；同样在相反的方向，移动节点也通过该通道发送数据 包给p a r ，然后由p a r 转交给通信节点，这样可以保证发出的数据始终以p c o a 为源地址而不会被丢弃。 纯粹建立通道还不足以保证移动节点进入新的子网后马上可以接受数据，还 需要n a r 承认移动节点的存在。邻居发现操作通常需要几秒种的延迟，为了削 减这种延迟，移动节点通过发送f n a 消息给n a r 来告知它的到达。如果n a r 中没有已存在的入口则新建，否则进行更新。 由此可见，通过建立通道和及时通知机制，f m i p v 6 减少了绑定更新延迟及 邻居发现延迟的影响，使移动节点进入新的子网后能及时的收到数据信息。 2 3 2 舢p v 6 的运作机制 m i p v 6 快速切换从移动节点发送r t s o l p r 消息给p a r 时开始，随后p a r 以 p r r t a d v 消息进行回应，移动节点利用p r r t a d v 中附带的网络前缀形成了新子网 复旦大学硕士学位论文 1 8 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 下的c o a 。接下来移动节点发送f b u 消息给p a r 用来绑定p c o a 和n c o a 。通 常f b u 应该从p a r 的链路中发出，否则的话需要将f b u 包含在f n a 中一并从 新的链路中发出，f b u 何时发出决定着移动节点能否在原来的链路中接收到 f b a c k 消息。 f b u 发出后，移动节点需要收到f b a c k 消息来确定f b u 已经被p a r 成功的 处理。对于f b a c k 消息的接受有两种可能： 一种情况是移动节点在p a r 的链路上成功接收到了f b a c k 消息，这表明当 移动节点切换到n a r 时p a r 与n a r 之问的数据通道已经准备就绪。 另一种情况是移动节点没有在p a r 的链路上接收到f b a c k 消息，造成这种 情况的一个主要原因是移动节点没有p a r 链路中发出f b u ，另一个可能的原因 是在收到f b a c k 消息前移动节点已经离开了p a r 链路。没有收到f 1 3 a c k 消息， 移动节点就无法断定p a r 是否成功的处理了f b u 消息，因此需要重新发送f b u 。 此外，为了让n a r 及时的传递数据包并判断n c o a 是否有效，f b u 被封装在 f n a 消息中一并发出，f b u 及f n a 消息的格式分别如图2 - 6 和图2 7 中所示。 对于f b u ，当它从p a r 的链路中发出时，它的源i p 地址设为p c o a ；当从n a r 中发出时，源i p 地址设为n c o a 。 s e q u e n c e 撑 a h lk r e s e r v e d l i f e t i m e m o b i l i t yo p t i o n s 图2 - 6 f b u 消息格式 r e s e r v e d m 。b i l i t y 。p t i 。n s 图2 7 f n a 消息格式 复旦大学硕士学位论文 1 9 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 f h m i p v 6 中对于以上两种情况有不同的处理方式，图2 8 和图2 - 9 分别对这 两种方式进行了详细的描述，这两种方式分别被称为预期模式( p r e d i c t i v em o d e ) 和反向模式( r e a c t i v em o d e ) 。 在预期模式中，p a r 收到f b u 消息后，发送h i 消息给n a r 来判断n c o a 是否是可接受的。n a r 会在回复消息h a c k 中提供建议使用的n c o a ，p a r 将该 n c o a 包含在f b a c k 中提供给移动节点，作为移动节点连接到n a r 后所要使用 的地址。 反向模式中，移动节点通过n a r 链路来发送f b u 消息，f b u 信息包含在 f n a 中，该模式还包含的另一种情形是f b u 己从p a r 的链路中发出，但移动节 点没有在p a r 的链路上接收到f b a c k 消息。 。；上 薏i a 塞椰a e k 戆iq ! 艘t j f ，- - d f 蝴。r - - 一爿r 一一d e l i v e r 一。一一刁 ；| p a c k e t s： 复旦大学硕士学位论文 一种基于逗留时问的m a p 自适应选择机制 一一一_ _ _ - - - - _ _ _ _ h _ - _ _ _ _ _ _ 一 甲甲甲 i i r - r 铷】纷一 l k h 吼& d v ii d i 赢e c ti l 黜贮：赢：二 r o 聘r w a r a ，一 l r d e l i v e r p a c k e t s p a c k e t s 图2 - 9 反向模式快速切换 复旦大学硕士学位论文 2 1 一一，。 一种基于逗留时间的m a p 自适应选择机制 2 4 f h m i p v 6 4 标准m i p v 6 提供了移动节点在不同网络中切换的功能，但依然无法达到无缝 切换。无缝切换指的是快速切换与平滑切换的结合。快速切换的目标是减小或者 消除移动节点建立新的通信路径的延迟。平滑切换则是减小数据包的丢失率，而 无缝切换是两者的结合，即低延迟和低丢失率。 针对于此，层次化移动i p v 6 模型( h m i p v 6 ) 、快速切换移动i p v 6 机制 ( f m i p v 6 ) 分别被提出，它们各有各自的特点，解决问题的着重点也各不相同。 h m i p v 6 通过引入m a p 这个新实体来减少移动节点与家乡代理及通信节点绑定 更新的次数，用延迟更少的与m a p 的更新来代替较远的与家乡代理和通信节点 的更新。此举一方面减少了切换延迟，并减少了多余消息在网络中的蔓延。 f m i p v 6 则力图消除切换延迟对应用的影响，一方面通过切换前提前生成在新子 网下的c o a 来削减地址配置的时问耗费；一方面通过在p a r 与n a p , 问建立信 息通道来保证移动节点在到达新子网后能及时地接收到数据。 f h m i p v 6 在h m i p v 6 的基础上引入了快速切换的思想，在结合二者优点的 基础上又做了一定的改进。f h m i p v 6 中，隧道建立在m a p 与n a r 之间，当p a r 、 n a r 位于同一m a p 域内时，p a r 与n a r 问数据的传