（计算机应用技术专业论文）移动ipv6切换技术的研究及仿真.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着因特网和无线通信技术的发展，人们需要在任何地方、任何时候都 能获得互联网服务。为此i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o c r e ) 制定了移动 i p v 6 ，在全球互联网范围内提供移动数据解决方案。当移动主机在一个子网内 移动时对数据分组的接收几乎没有影响，但是当移动主机在两个不同的子网 之间移动时，就会发生切换过程，这时己有的连接就会出现短时间的中断， 这对于一些实时性的应用是无法接受的。为此i e t f 提出了相关的切换技术标 准，不少研究工作者在这些标准的基础上又提出了许多改进方案，其目的都 是为了提高切换过程的服务质量，这也正是本文的研究目标。 本文在阅读了大量参考文献的基础上，对快速切换模型、层次切换模型 以及层次切换与快速切换相结合的切换模型进行了深入分析研究，在此基础 上提出了一种基于信号，移动节点( m o b i l e n o d e ，m n ) 运动历史，动态m a p 定位和选择的改进方案：s h d m ( s i g n a lh i s t o r yd y n a m i cm a p ) 方案。 本文的主要研究工作及创新性可体现在以下几个方面： 1 ) 通过对快速切换方案的研究，发现现有方案没有考虑到移动节点的运 动行为模式可能导致m n 断流或丢包和延迟显著增加，在本文所建议的s h d m 方案中，m n 通过对信号强度变化模式的判断作出是否发出f b u 信号，和现有 的m n 收到p r r t a d v 后就发出f b u 不同，本方案解决了m n 在特定运动模式下断 流的问题；通过m n 对其运动历史的判断，决定是重新进行n a r 和o a r 的绑定 还是取消原绑定来解决乒乓运动导致的丢包和延迟显著增加问题。 2 ) 通过对层次切换的研究，发现在现有单m a p 方案下一旦m a p 设备出现 问题将会导致整个m a p 域瘫痪，同时整个m a p 域的性能也受到m a p 设备性能 的限制。目前虽然也有一些其它的动态m a p 选择方案，但是过于复杂，性能 不佳。在本文所建议的s h d m 方案中，通过利用类似o s p f 路由机制来动态定 位m a p 可解决上述问题。 3 ) 在快速分层切换技术的基础上，s h d m 方案结合i p v 6 的部署，通过在 绑定更新时发送网络位差的方法来定位m a p ，与快速分层切换技术相比，节 省了大量的i p 地址。 武汉理工大学硕士学位论文 4 ) 对n s 2 进行了研究分析，在n s 2 下对改进的切换方案进行了仿真实 现，仿真结果表明，s h d m 方案是切实可行的。 本文得到了国家自然科学基金资助项目( 批准号：9 0 3 0 4 0 1 8 、6 0 6 7 2 0 3 5 ) 和教育部博士点基金项目( 批准号：2 0 0 6 0 4 9 7 0 1 5 ) 的资助。 关键词：移动i p v 6 ，路由，快速切换，层次切换，n s 2 武汉理工大学硕士学位论文 ab s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e ta n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ， p e o p l en e e dt oc o n n e c tt oi n t e r n e ta n y t i m e ，a n y w h e r e t h e r e f o r e ，i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o c r e ) p r e s e n t st h ed e f i n i t i o no fm o b i l ei p v 6f o rp r o v i d i n ga s o l u t i o nt ot h i sn e e d m o v i n gw i t h i nas u b n e t ，m o b i l en o d e ( m n ) c a nw o r kp r o p e r l y w i t h o u ta n yn e g a t i v ee f f e c t ；w h i l em o v i n gb e t w e e nd i f f e r e n ts u b n e t s ，t h e r ei sa n e g a t i v ee f f e c to nm n ，a tt h i sm o m e n t ，h a n d o f fw i l lh a p p e n ，t h e r ei sab l a c k o u t t i m ed u r i n gt h i sp e r i o d i ti su n a c c e p t a b l ef o rs o m er e a l t i m ea p p l i c a t i o n s i e t fh a s p r e s e n t e ds o m eh a n d o f ft e c h n o l o g i e st os o l v et h i sp r o b l e m i na d d i t i o nt ot h e s e t e c h n o l o g i e s ，m a n yo t h e re x p e r t sa n dg r o u p sh a v ep r e s e n t e ds o m eo t h e rh a n d o f f t e c h n o l o g i e s t o o t h ea i mo fa l lt h e s e t e c h n o l o g y i st o i m p r o v e h a n d o f f p e r f o r m a n c ew h i c hi st h ea i mo f t h i st h e s i st o o a f t e rr e a d i n gl o t so fl i t e r a t u r e so nh a n d o f ft e c h n o l o g ya n dd o i n gm u c h r e s e a r c ho nf a s tm o b i l ei p v 6 ( f m i p v 6 ) ，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 ) a n d f a s t h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( f h m i p v 6 ) ，a u t h o rp r o p o s e san e ws h d m ( s i g n a l h i s t o r yd y n a m i cm a p ) s c h e m eb a s e do ns i g n a l ，m n sb e h a v i o l d y n a m i cm a p s e l e c t i o na n dl o c a t i n gt e c h n o l o g y t h em a i nw o r ki nt h et h e s i si sa sf o l l o w s ： 1 ) d u r i n gt h er e s e a r c ho nf a s th a n d o f fs c h e m e ，al a c ko fm n sb e h a v i o r c o n s i d e r a t i o ni sf o u n dw h i c hw i l lc a u s em - nt or e c e i v ep a c k e t sp o o r l yo ra d dm u c h l a t e n c yo fp a c k e t s i nt h es h d ms c h e m e ，j u d i n gf r o ms i g n a ls c h e m e ，m nw i l l d e c i d ew h e t h e rt os e n df b uo rn o tw h i c hi sd i f f e r e n tf r o mf m l p v 6s c h e m ei n w h i c hm nw i l ls e n df b us o o na f t e rr e c e i v e i n gp r r t a d vt os o l v et h ep r o b l e mt h a t m nc a n tr e c e i v ea n y p a c k e t s j u d g i n gf r o mo w nb e h a v i o r ，m nw i l ld e c i d e w h e t h e rt ob i n dn a ra n dn a p , o rn o tt os o l v et h ep r o b l e md e r i v i n gf r o mm n s p i n g - p a n g b e h a v i o r 2 ) d u r i n gt h er e s e a r c ho nh i e r a r c h i c a lh a n d o f fs c h e m e ，s i n g l em a p l i m i t a t i o n w a sf o u n d o n em a p p e rd o m a i ns c h e m el e a d st oas i n g l ep o i n to ff a i l u r ep r o b l e m i nt h en e t w o r k i na d d i t i o nt ot h i s ，t h ep e r f o r m a c eo fm a pd e v i c e st u r n st ob ea i 武汉理工大学硕士学位论文 b o t t l e n e c ki nt h ew h o l en e t w o r k a k h o u g h ，t h e r ea r es o m eo t h e rd y n a m i cm a p t e c h n o l o g i e sn o w a d a y s ，b u tt h e y a r et o oc o m p l e x ，a n dt h ep e r f o r m a c ei sn o t s a t i s f y i n gy e t i n t h ep r o p o s e ds h d ms c h e m e ，t h e s ep r o b l e ma r e s o l v e d b y d y n a m i cm a pl o c a t i n gt e c h n o l o g yb a s e do no s p fr o u t i n ga l g o r i t h m 3 ) b a s e do nf a s ta n dh i e r a r c h i c a lm i p v 6s c h e m e ，t h es h d ms c h e m e c o m b i n e si p v 6t e c h n o l o g yt os a v el o t so fi pa d d r e s s e sb ys e n d i n gn b d ( n e t w o r k b i t sd i f f e r e n c e ) p a r a m e t e rt ol o c a t em a p ，c o m p a r i n gw i t hf - h m i p v 6s c h e m e 4 ) b a s e do ns o m er e s e a r c ho nn s - 2 ，t h es h d ms c h e m ei sp r o v e dt ob e a p p l i c a b l eu n d e ri t t h i st h e s i si ss u p p o r t e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ( 6 0 6 7 2 0 3 5 、9 0 3 0 4 0 18 ) a n dt h ep h d p r o g r a m sf o u n d a t i o no fm i n i s t r yo f e d u c a t i o no fc h i n a ( 2 0 0 6 0 4 9 7 0 1 5 ) k e yw o r d s ：b l i p v 6 ，r o u t i n g ，f a s th a n d o f f , h i e r a r c h i c a lh a n d o f f , n s 2 主要名词中英文对照表 b a ：b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t 绑定确认 b u ：b i n d i n gu p d a t e 绑定更新 c n ：c o r r e s p o n d e n tn o d e 通信对端节点 c o a ：c a r e o fa d d r e s s转交地址 f a ：f o r e i g na g e n t 外地代理 h a ：h o m ea g e n t家乡代理 h a c k ：h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t切换确认消息 h i ：h a n d o v e ri n i t i a t e切换初始消息 h m i p v 6 ：h i e r a r c h i c a im o b i l ep r o t o c o lv e r s i o n 6层次化移动i p v 6 m a p ：m o b i l i t ya n c h o rp o i n t 移动锚点 m n ：m o b i l en o d e移动节点 m i p v 6 ：m o b i l ei p v 6移动i p 版本6 n a r ：n e wa c e e s s r o u t e r新的归属接口路由器 n d ：n e i g h b o rd i s c o v e r y 邻居发现 o a r ：o r i g i n a la c c e s sr o u t e r 原先归属接口路由器 p r r t a d v ：p r o x yr o u t e ra d v e r t i s c m e n t代理路由器通告消息 r t s o i 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路由器请求代理消息 i v 武汉理工大学硕士学位论文 b o t t l e n e c ki nt h ew h o l en e t w o r k a k h o u g h ，t h e r ea r es o m eo t h e rd y n a m i cm a p t e c h n o l o g i e sn o w a d a y s ，b u tt h e y a r et o oc o m p l e x ，a n dt h ep e r f o r m a c ei sn o t s a t i s f y i n gy e t i n t h ep r o p o s e ds h d ms c h e m e ，t h e s ep r o b l e ma r e s o l v e d b y d y n a m i cm a pl o c a t i n gt e c h n o l o g yb a s e do no s p fr o u t i n ga l g o r i t h m 3 ) b a s e do nf a s ta n dh i e r a r c h i c a lm i p v 6s c h e m e ，t h es h d ms c h e m e c o m b i n e si p v 6t e c h n o l o g yt os a v el o t so fi pa d d r e s s e sb ys e n d i n gn b d ( n e t w o r k b i t sd i f f e r e n c e ) p a r a m e t e rt ol o c a t em a p ，c o m p a r i n gw i t hf - h m i p v 6s c h e m e 4 ) b a s e do ns o m er e s e a r c ho nn s - 2 ，t h es h d ms c h e m ei sp r o v e dt ob e a p p l i c a b l eu n d e ri t t h i st h e s i si ss u p p o r t e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ( 6 0 6 7 2 0 3 5 、9 0 3 0 4 0 18 ) a n dt h ep h d p r o g r a m sf o u n d a t i o no fm i n i s t r yo f e d u c a t i o no fc h i n a ( 2 0 0 6 0 4 9 7 0 1 5 ) k e yw o r d s ：b l i p v 6 ，r o u t i n g ，f a s th a n d o f f , h i e r a r c h i c a lh a n d o f f , n s 2 主要名词中英文对照表 b a ：b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t 绑定确认 b u ：b i n d i n gu p d a t e 绑定更新 c n ：c o r r e s p o n d e n tn o d e 通信对端节点 c o a ：c a r e o fa d d r e s s转交地址 f a ：f o r e i g na g e n t 外地代理 h a ：h o m ea g e n t家乡代理 h a c k ：h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t切换确认消息 h i ：h a n d o v e ri n i t i a t e切换初始消息 h m i p v 6 ：h i e r a r c h i c a im o b i l ep r o t o c o lv e r s i o n 6层次化移动i p v 6 m a p ：m o b i l i t ya n c h o rp o i n t 移动锚点 m n ：m o b i l en o d e移动节点 m i p v 6 ：m o b i l ei p v 6移动i p 版本6 n a r ：n e wa c e e s s r o u t e r新的归属接口路由器 n d ：n e i g h b o rd i s c o v e r y 邻居发现 o a r ：o r i g i n a la c c e s sr o u t e r 原先归属接口路由器 p r r t a d v ：p r o x yr o u t e ra d v e r t i s c m e n t代理路由器通告消息 r t s o i 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路由器请求代理消息 i v 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 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。 研究生签名：鏊薹垒日期适：! ) 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：要辫导师签名叠錾越日期艘、 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景与选题意义 当今时代是信息时代，邛技术和移动通信技术的高速发展，高性能笔记本 电脑，g p s 终端，3 g 手机的普遍使用都为移动互联网技术的发展提供了必要条 件，人们需要在任何地方、任何时候都能获得互联网服务。移动通信技术和互 联网( i n t e m e t ) 技术在均取得了巨大发展的同时，也在走向融合。i n t e m e t 的核心 技术p 通信在向无线移动通信领域延伸。基于i e e e8 0 2 11 ，i e e e8 0 2 1 5 ，i e e e 8 0 2 1 6 的无线网络技术从协议的设计中就与t c p i p 1 1 无缝融合，而包括g p r s 和3 g 在内的蜂窝移动通信网络【2 】的协议栈不断向全口的方向演进。下一代移动 i n t e m e t 将是移动通信技术与i n t e m e t 技术不断演进和融合的结果，而移动口【3 卅 技术则是两者的重要结合点。移动将在整合的过程中起到重要的作用。 移动i p v 6 是最近几年较新的技术，它是随着很多新技术的不断发展而发展 起来的，包括i p v 6 技术、移动d 技术、移动通信技术及各种移动终端技术的发 展。但是，移动i p v 6 是一个尚未完全标准化的协议，目前移动l p v 6 系统多为实 验原型系统，可用的商业系统很少见到。 移动口v 6 技术的研究方向集中在宏观移动性和微观移动性两个方面。微观 移动主要关于“无缝 切换，这包括快速切换和平滑切换，一些关于服务质量、 虬蚣( 鉴定、认证和计费) 、组播和流量工程等问题也是广泛研究的热点。 然而移动l p v 6 协议中没有说明如何优化移动节点在切换过程中的性能，如 何确保移动节点在切换的过程中保持流畅的、连续的通信。流畅的通信在于减 小切换过程中的延时，即快速切换；连续的通信在于减少切换过程中的丢包率， 即平滑切换。 优化切换性能对于高质量的v o i p 和视频会议等多媒体应用是非常重要的。 为了保持移动节点流畅的、连续的通信，必须研究移动节点在切换过程中的性 能。 总之，移动d 通信是未来通信的发展趋势，移动终端要想随意漫游，必然 武汉理工大学硕士学位论文 会发生切换，切换会导致延迟和丢包，因此只有提高切换性能才能使移动口真 正地投入实际运营。本课题对于下一代互联网( n g i ) 的研究与发展具有重要的理 论及实际意义。 本论文得到了国家自然科学基金重大计划项目( 批准号：9 0 3 0 4 0 1 8 ) ，国家自然 科学基金项目( 批准号：6 0 6 7 2 0 3 5 ) 和教育部博士点基金项目( 批准号： 2 0 0 6 0 4 9 7 0 15 ) 的资助。 1 2 移动ip 技术研究现状 巨大的商业需求给i n t e m e t 带来了新的机遇，也带来了新的技术难题。移动 终端接入互联网成为迫切的要求，而传统的p 技术对网络节点的移动性支持不 够。1 9 9 6 年i e t f 出台了移动口版本4 ( m i p v 4 ) 7 1 ，其目的是为移动节点提供 透明的无缝连接，但i p v 4 存在地址空间严重匾乏、路由表爆炸、通信处理烦琐、 对网络安全和服务质量支持不够等缺点，无法满足移动服务的需求。为此，i e t f 开发了新一代口协议版本i p v 6 i s , 9 】，将现有的p v 4 地址长度从3 2 位增加到1 2 8 位，提供了在可预见未来用之不尽的地址空间。另外，i p v 6 并非只是将口v 4 的 地址空间简单的进行扩展，同时集成了网络安全、服务质量、移动性等特性， 弥补了i p v 4 在性能、安全性和对移动性支持方面的不足。口v 6 的出现是移动 计算的一个重要里程碑，也是实现移动口最理想和最有前景的解决方案。i p v 6 作为下一代因特网协议，己进入实用化阶段，最终将取代现有的i p v 4 网络。为 了使用户在i p v 6 子网之间进行切换时能够保持口通信，i e t f 制定了移动i p v 6 协议。i e t f 从1 9 9 6 年就开始研究移动n 6 并发表了相应的标准草案，在经 历了2 4 次的版本修改之后，于2 0 0 4 年6 月制定出了正式的建议标准 r f c 3 7 7 5 。 当前人们的研究主要集中在如下几个方面： 1 ) 移动p 中的安全问题 移动节点由于需要在整个网络上漫游，其所遭遇到的安全问题除了象固定 节点会遇到的拒绝服务攻击、会话窃取【lo 】与监听等外，还会出现和移动特性相 关的一些问题。由于移动口的实现往往要借助于无线通信的手段，数据就必须 在空中传输，由于暴露在空中，给窃取者提供了更多窃取的机会，所以数据必 2 武汉理工大学硕士学位论文 须经过加密后才能传输：女口果移动节点的归属网络安装有防火墙，那么移动节点 离开归属网络进人其他网络后，它和归属网络的连接就会出现中断。移动节点 往往在很大的一个网络中漫游，当它需要接人某个网络时，必然存在着认证、 授权和记帐方面的问题，其倾向性的解决方法是采用u 蚺协议【1 1 , 1 2 j 。 2 ) 移动口中的q o s 保证 作为无连接的p 协议，本身不具备支持实时业务的特征，构成因特网的许 多链路同样没有预留带宽的功能，它们给实时业务带来了较大的、不可预测的 时延，同时t c p 的超时重传机制只能使问题变得更严重。为了解决这些问题， t f 正在定义一些机制，节点可利用这些机制向网络要求定的服务质量【1 3 , 1 4 】。 因为移动节点总是在不停地改变接入点的位置，那么移动口比固定网络存在更 多的问题。 3 ) 无线网络中的t c p 协议改进 t c p 假设绝大多数数据包或确认报文的丢失是由于因特网的拥塞引发的， 对大多数因特网链路来说是有效的，但是对于无线链路来说，大多数包丢失是 由于数据包在红外、无线链路等高误码的链路上传输时发生的错误引起的。当 有错误发生时，t c p 就假设网络发生了拥塞，从而大大降低新数据包和旧数据 包的发送速率，反而使得t c p 性能更差【1 5 , 1 6 1 。对于移动节点来说，当其移动到 新子网之前的一刻，归属代理通过隧道向移动节点的转交地址发送了一个数据 包，在这个包到达移动节点的旧子网时，移动节点已经离开那里，因此无法接 收这个数据包，发送这个数据包的节点上的t c p 就会检测到一个包丢失，并假 设这是由于网络发生了拥塞，于是开始降低发送数据包的速率。由此可看出， 移动节点自己以及移动节点通信所用的无线链路都能使t c p 的性能严重地恶 化。 4 ) 切换性能研究 国际上对移动i p v 6 切换性能的研究主要集中以下4 个方面： ( 1 ) 对已有的标准切换方案提出改进方案 层次型移动i p v 6 ( h m i p v 6 ) ：通过将电信网络管理的思路引入到口网 络，引入移动锚点m a p ( m o b i l ea n c h o rp o i n t ) ，将m n 的移动区分为宏移动 ( m a r c om o b i l i t y ) 和微移动( m i c r om o b i l i t y ) ，将h a 的功能分布化，增强 3 武汉理工大学硕士学位论文 m n 的移动管理性，实现本地注册，减少m n 切换时的延迟和发送信令的数量。 移动l p v 6 快速切换( f m p v 6 ) ：正t f 工作组提出的移动i p v 6 快速切换技 术是对移动i p v 6 协议的改进，可以加快i p v 6 移动节点的切换过程，减少已有 通信连接的中断时间，保证通信流的实时传输。它通过m n 提前注册，以及在 新的外地网络切换未完成时通过和前一个网络保持通信的方法，实现快速切换。 综合切换方案f - h m i p v 6 ：通过联合前两种方案的优点来实现移动切换，具有 最高的切换性能。 ( 2 ) 移动检测优化t 通过修改标准邻居发现机制中的建议参数、利用链路 层提供的信息等方法来缩短移动检测的时间。 ( 3 ) 切换性能评估及优化：测试不同类型业务流在标准移动口环境中m n 切换时的性能指标如转发时延、延时抖动、数据分组吞吐量、带宽、信道利用 率等) 的变化，分析其原因并提出特定的快速切换方法。 ( 4 ) 基于不同类型网络的优化：根据不同物理网络类型( 如w l a n 、a d h o ew i m a x 网络等) 的特点，提出特定的优化方法。 1 3 研究目标和主要工作 未来移动通信网络将会越来越复杂，无线异构网络的漫游和实时多媒体的 应用，使人们对快速平滑切换机制的需求更为急迫，而在切换机制上，只使用 基本移动l p v 6 机制显然是不够的，因为它延迟较高，会引起网络中的分组丢失 和网络性能瓶颈，在移动i p v 6 的各种改进切换机制中，快速移动1 v 6 ( f m i p v 6 ， f a s th a n d o v e rf o rm o b i l el p v 6 ) 和层次型移动i p v 6 ( h m i p v 6 ，h i e r a r c h i c a l h a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ) 最具代表性。h m i p v 6 关注于网络结构的设计，减少 移动i p v 6 注册延迟；而f m i p v 6 关注于快速执行切换，减少移动检测延迟和注 册延迟。如果能将h m i p v 6 和f m i p v 6 整合，可让移动l p v 6 的切换性能得到更 好的改善。因此需要通过对各种切换机制进行深入研究，挖掘实际网络中，特 别是移动节点进行越区切换时导致通信暂时中断或延迟的主要因素，并针对这 些主要因素进行有针对性地理论研究和实际的改进与实现。 本文所做的主要工作如下： 1 ) 对现有移动口的工作原理及切换方案进行了研究及改进。 4 武汉理工大学硕士学位论文 目前，针对移动口网络的特点，不少研究者已经提出了一些增强协议如 f m i p v 6 和h m i p v 6 ，f h m i p v 6 ，虽然相对于标准切换协议来说，这些增强协议 的切换性能已有很大改善，但是还需要进一步改进和提高。本文在前人工作基 础上，提出了一种改进的切换方案：s h d m 切换方案。 2 ) 对网络仿真软件n s 2 的研究分析，开展仿真实验研究。 n s - 2 是当前业界公认的最优秀的网络仿真软件之一，但是目前在此平台下 对移动口的切换性能研究还不很成熟，有很多功能要完善，这其中难点在于开 发的方案如何与n s 2 集成，所以必须对n s 2 本身进行研究分析，本文在n s 2 平台上对s h d m 方案开展了仿真实验。 本文的创新点如下： ( 1 ) 通过对快速切换方案的研究，发现现有方案没有考虑到移动节点的运 动行为模式从而可能导致m n 断流或丢包和延迟显著增加，在本文所建议s h d m 方案中，m n 通过对信号强度变化模式的判断而作出是否发出f b u 信号，而和 现有的m n 收到p r g t a d v 后就发出f b u 不同，解决了m n 在特定运动模式下断 流的问题；通过m n 对其运动历史的判断，决定是重新进行n a r 和o a r 的绑定 还是取消原绑定来解决乒乓运动导致的丢包和延迟显著增加问题。 ( 2 ) 通过对层次切换的研究，发现在现有单m a p 方案下一旦m a p 设备出 现问题将会导致整个m a p 域瘫痪，同时整个m a p 域的性能也受到m a p 设备性 能的限制。目前虽然也有一些其它的动态m a p 选择方案，但是过于复杂，性 能不佳。在本文所建议的s h d m 方案中，通过利用类似o s p f 路由机制来动态 定位m a p 可解决上述问题。 ( 3 ) 在快速分层切换技术的基础上，提出了一种改进的路由机制，新路由 机制结合l l r v 6 的部署，通过在绑定更新时发送网络位差的方法来定位m a p ，与 快速分层切换技术相比，节省了大量的p 地址。 1 4 论文的内容安排 论文主要分为6 部分，各部分内容安排如下： 第l 章绪论综述了这个课题的研究背景、意义、现状以及本文所做的主 要工作和创新点。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章移动口概述主要论述了移动口的基本组成实体，架构模型以及其 工作原理。 第3 章移动口切换性能研究分析了移动口切换流程，时延因素以及三种 改进切换方案的流程和时延因素。 第4 章n s 2 及n s 2 仿真研究简要介绍了n s 2 网络仿真工具的应用范 围、运行机制及无线模拟结构。 第5 章s h d m 方案分析，在对分层模型，快速切换模型的研究基础上提出 了s i - i d m 切换方案，还对该方案和现有的切换方案进行了仿真比较分析。 第6 章总结及展望对本文所作的工作进行总结并对该领域需进一步研究 的工作进行展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 引言 第2 章移动ip 概述 随着计算机网络和无线通信技术的快速发展，网络中出现了随时都可能在 移动的主机，当主机的移动跨越p 子网时，这些子网必须能够支持漫游。i t e f 为了迎合这种需求，制定了移动i p ( m o b i l e 口) 协议，它是传统i n t e m e t 的有效延 伸和扩展。移动口是一个在全球i n t e m e t 上提供移动功能的解决方案，它能够 使节点在切换链路时仍可保持正在进行的通信。它提供了一种m o b i l ei p 路由机 制，使移动节点以一个永久的口地址连接到任何链路上。随着网络中移动通讯 和口的融合，个人通讯( 语音、数据或图像等) 将主要由移动p 通讯来完成。因 而，通过移动坤开展实时业务的需求也日益迫切。然而，由于移动节点的移动 性，移动节点需要频繁切换，从而造成延时甚至网络的中断。如何解决移动口 的无缝切换问题，降低切换时延，是我们急需研究和解决的问题。 2 2 移动ip 的设计目标 移动p 的主要设计目标就是移动主机在改变网络接入点时，不必改变其p 地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，对上层协议保持透明性，与其他 移动主机或不具有移动p 功能的节点能够进行正常的通信。具体来说，移动p 协议的设计应该满足如下的要求： 1 ) 移动主机在改变数据链路层接入点以后，应该能够保持与i n t e m e t 上其 他节点的连续通信： 2 ) 移动主机无论连接到任何接入点，应该能够用原来的d 地址进行通信； 3 ) 移动主机应该能够与不具有移动坤功能的其他节点进行通信，并且不需 要修改这些节点的协议： 4 ) 移动主机不应该比i n t e m e t 上的其他节点面临更多的安全威胁。 另外，由于移动主机通常通过无线链路连接到i n t e m e t 上，无线链路具有低 7 武汉理工大学硕士学位论文 带宽、高误码率的特点，长消息容易出错，以及移动主机通常由能量低的电池 供电，减少通信中的能量消耗非常重要。因此，设计移动i p 时要考虑移动主机 接入时发送的管理消息数目应该尽量少，消息长度也应该尽量短。 2 3 移动lp 的功能实体和基本术语 2 31 移动i p 的功能实体 移动i p 定义了很多功能实体旺如图2 - 1 所示 省7 怠 图2 - 1 移动i p 基本结构| 璺】 1 ) 移动节点( m o b i l e n o d e ，m b d ：能够从一条链路切换到另一条链路，接入 因特网而仍保持正在进行的通信，并且保持它的家乡地址( h o m e a d d e r s s ) 不变的 节点。 2 ) 家乡代理( i o m e a g e n t ，h a ) ：与移动节点家乡链路相连的路由器。它保留 有移动节点的家乡地址，该路由器的功能是当m n 离开家乡网络时，h a 通过隧 道机制将发往m n 家乡网络地址的数据包转发到m n 的当前位置上，并维护反 映m n 当前位置的信息。 3 ) 外地代理( f o r e i g n a g e n t ，f a ) ：移动节点当前所在网络上的路由器，它向 己登记的移动节点提供选路服务。当使用外地代理转交地址时，外地代理负责 解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点对于 那些由移动节点发出的数据包而言，外地代理可作为己登记的移动节点的缺省 8 武汉理工大学硕士学位论文 路由器使用。因为l t r v 6 的新特性，f a 在移动i p v 6 中已经取消了。 4 ) 接入路由器( a c c e s s r o u t e r ，a r ) ：可以担当m n 的家乡代理或外地代理， 提供m n 的互联网接入功能。 ， 2 3 2 其他的基本术语 1 ) 家乡地址( h o m e a d d e r s ) ：移动节点在家乡网络上使用的d 地址，就像分 配给固定的路由器或主机一样的“永久的口地址，不管移动节点连接至网络 何处，其家乡地址保持不变。 2 ) 通信对端节点( c o r e r s p o n d e n t n o d e ，c l 0 ：指与移动节点通信的对等实体， 可简称为通信对端，它可以是移动节点或者是位置固定的节点。 3 ) 转交地址( c a e r o f a d d r e s s ，c o a ) ：转交地址即隧道终点地址。它可能是外 地代理转交地址，也可能是配置转交地址。外地代理转交地址是外地代理的一 个地址，移动节点利用它进行登记。在这种地址模式中，外地代理就是隧道的 终点，它接收隧道数据包，解除数据包的隧道封装，然后将原始数据包发到移 动节点。这种地址模式可使很多移动节点共享同一个转交地址。配置转交地址 是通过地址分配机制为移动节点分配的m 地址，地址前缀与当前访问网络的前 缀相同，它可以是通过动态主机分配协议( d h c p ) 动态分配的，也可以是移动节 点通过无状态地址自动获取方式获取的。当使用这种地址模式时，移动节点自 身就是隧道的终点，执行解除隧道功能，取出原始数据包。一个配置转交地址 仅能被一个移动节点使用。转交地址是仅供数据包选路使用的动态地址，也是 移动节点与外地网连接时使用的临时地址。当移动节点接入到一个新的网络， 转交地址就会发生变化。 4 ) 移动( m o v e m e n t ) ：指移动主机改变其到i n t e m e t 连接点的行为，如果移动 主机当前不在它的家乡链路上，则称为离开家乡。 5 ) 家乡子网前缀( h o m es u b n e tp r e f i x ) ：指对应于移动主机家乡地址的p 子 网前缀。 6 ) 家乡链路( h o m el i n k ) ：对应于移动主机家乡子网前缀的链路。标准路 由机制会把目的地址是移动主机家乡地址的分组转发到移动主机的家乡链路。 7 ) 外地子网前缀( f o r e i g ns u b n e tp e r f i x ) ：对于一个移动主机而言，指除了其 9 武汉理工大学硕士学位论文 家乡子网前缀之外的任何口子网前缀。 8 ) 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：对于一个移动主机而言，指除了其家乡链路外的 外地子网链路。 9 ) 绑定( b i n d i n g ) ：指移动主机家乡地址和转交地址之间的关联。家乡代理通 过这种关联把发到家乡链路的属于移动主机的分组转发到其当前位置，通信对 端通过这种关联也可以知道移动主机的当前接入点，从而实现通信的路由优化。 l o ) 隧道( t u n n e l ) ：当m n 漫游到外地网络时，由于其它主机并不知道它己漫 游，故发给它的数据包仍然送至其家乡网络。m n 的h a 将把这些口数据包 截取下来重新封装后发送到m n 的f a 。所谓m n 的隧道，是指由h a 至f a 用 来传送这些重新封装后的m 数据包的通道。在隧道的发送端，h a 依据隧道协 议把需传送的m 包重新封装，在接收端f a 完成拆包。当转交地址为配置转交 地址时，移动节点本身就是隧道的终点，它自身进行解除隧道，取出原始数据 包的工作。 1 1 ) 代理广播( a g e n ta d v e r t i s e m e n t ) 消息：家乡代理或外地代理发送的一种广 播数据包。这种数据包是在i c m p 路由广播里加上相应的扩展而形成的。家乡代 理或外地代理利用代理广播消息广播它们的存在性，以便移动主机能够向它们 提出服务请求。 1 2 ) 代理发现( a g e n td i s c o v e r ) ：为了随时随地与其它节点进行通信，移动节 点必须首先找到一个移动代理。移动口定义了两种发现移动代理的方法：一是被 动发现，即移动节点等待本地移动代理周期性地广播代理广播报文：二是主动发 现，即移动节点广播一条请求代理的报文。移动口使用扩展的“i c m p r o u t e r d i s c o v e r y ”机制作为代理发现的主要机制。要注意的是，使用以上任何一 种方法都可使移动节点识别出移动代理并获得转交地址，从而获悉移动代理可 提供的任何服务，并确定其