（电磁场与微波技术专业论文）cdma2000系统中基于qos的移动ipv6切换方案研究.pdf

c d m a 2 0 0 0 系统中基于q o s 的移动i p v 6 切换方案研究 摘要 随着无线通信技术和网络技术的飞速发展，人们已不满足于仅仅在 固定地点接入因特网，而是期望一种无处不在的接入方式。作为3 g 主 流技术的c d m a 2 0 0 0 提供了一种高数据传输率的无线接入方式，满足 了人们无线接入的要求，但它的移动性只能在链路层中实现，它的移动 性管理存在很大问题。因此，c d m a 2 0 0 0 的移动性管理尽管支持网络层 切换，但是移动性所引起的额外开销较大，还会带来较大的端对端时延， 更严重的是不支持异质网络之间的切换，即垂直切换，如c d m a 2 0 0 0 和w l a n 之间的切换。 移动i p 是m t f 提出的移动性解决方案，并在网络层解决移动性问 题，它一方面使得移动性对上层协议透明，另外还独立于下面的物理承 载网络，支持垂直切换。移动i p v 6 借鉴了移动i p v 4 的主体思想，并具 备了口v 6 的技术优势，如自动配置、安全性等，并在制定之初就考虑 了要解决移动性问题。因此，移动i p v 6 便成为处理移动终端在 c d m a 2 0 0 0 网络中移动性的一种非常有效的技术，是二层移动性管理的 扩展。但是，在利用移动i p v 6 协议进行节点的移动性管理过程中，切 换过程中q o s 实现问题是影响管理性能的最关键因素之一，有待于进一 步解决。 基于此，本文在分析c d m a 系统中传统移动i p v 6 切换实现过程的 基础上，提出了在目前切换过程中普遍存在的两个重要问题：切换性能和 q o s 提供。首先针对切换性能问题，对移动i p v 6 的几种切换机制进行 了研究。接着针对切换过程中o o s 的提供问题，介绍了一种较为简单的 q o s 提供方式，即q o so b j e c t 。并以此为基础，重点提出了一种切换方 案：基于o o s 的切换。 本文详细介绍了这种基于q o s 的切换方案：p v 6 与q o s0 b j e c t 相 结合的切换方案的切换过程，并对切换过程作了进一步的思考。这种切 换机制可以使移动节点在侯选的接入点之间进行选择，寻找可以满足业 务q o s 要求的进行接入。随着用户对服务质量要求的不断提高，这种切 换方式将变得非常重要，可以让用户在移动过程中同时获得高可靠性的 0 0 s 保证。 关键词：c d m a 2 0 0 0移动i p v 6q o s切换移动节点 i i r e s e a r c ho nm o b i l ei p v 6h a n d o f f s c h e m eb a s e do nq o si nc d m a 2 0 0 0s y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ef - a s td e v e l o p m e mo fw i r e l e s sn e “v o r k st e c h n o i o g ya i l di n t e m e t t e c h n 0 1 0 9 v ，i tb e c o m e sn a t u r a lf o ru s e r st oe x p e c tt oa c c e s st h ei n t e m e ta t a 1 1 vt i m ea n d 台o ma n vw h e r e ，a n dt or e m a i nc o 工l i l e c t e da n dc o n t i n u et ou s e _ _。 一 m en e t w o r k sa sm e vr r m v ea b o u t c d m a 2 0 0 0 a so n eo fm a i n3 m g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n st e c h n o l og i e s ，c a no f 绝rh i g 主1 一r a t ed a t a w i r e l e s sa c c e s sa n dm e e tu s e r s n e e d s o fw i r e l e s sa c c e s s b u ci ts o l v e s h a n d o f fi nd a t al i n kl a v e r ，t h u si tw i l lf k em a n vp r o b l e m si ni t sh a n d o f f p r o c e s s ，s u c ha sl a r g e rh a n d o f fd e l a va n dv e n i c a lh a n d o f f 】o b i l ei pp r o t o c o lh a sb e e nd e s i g n e dt os u p p o r tm o b i l en o d e s o p e r a t i n gi 1 1t h e1 1 1 t e m e tb ym t f ，a n di tc a nh a n d l et h eh a n d o f rp r o b l e mi n n e t w o r k1 a v e r 】o b i l ei p v 6h a sm a n va d v a n t a g e s ，s u c ha sa u t oa l l o c a t i o n a n ds e c u r i “，t h u si tw i l le x t r e m e l vu s e f u lt os e t t l et h eh a n d o f ! fd e f i c i e n c vi n c d m a2 0 0 0 w h e nm o b i l ei p v 6e x e c u t e sm em n s m o b i l i t v a d m i n i s t r a t i o n ，h a n d o f fo o si so n eo ft h em o s ti m d o r t a n t 口r o b l e m so f a f f e c t i i l g 山ea d m i m 曲r a t i o n ，s oi ti su r g e mt oi m p r o v ei t sh a n d o f fo o s b a s e do na n a l v s i so fm o b i l ei p v 6h a i l d o f fm e t h o d si nc d m a 2 0 0 0 s v s t e m ，t 1 1 ed a p e ra n a l y z e s 锕op r o b l e m so c c u r r i n gi nt h eh a n d o f f h a l l d o f f p e r f b 咖a 1 1 _ c ea n do o ss u p p o r t f i r s t l y ， i tr e s e a r c h e so nt h eh a n d o f f s c h e m e su s e di 工lm o b i l ei p v 6 s e c o n d l y ao o s - b a s e dh a n d o f fs c h e m e ， n a m e l vt h ec o m b i n a t i o no fh m i p v 6a n do o so b i e c t ，i sp r e s e n t e da 1 1 d e m p h a s i z e d ，i 1 1 c i u d i n gm eh a n d o f fp r o c e s si nm en e t 、v o r l ( 1 a y e ra n d l r t h e r c o n s i d e r a t i o n sf o rt h ep r o c e s s t h eo o s b a s e dh a n d o f rs c h e m ee n a b l e st h em o b i l en o d et oc h o o s e a m o n gas e to fa v a i l a b l ea c c e s sp o i m sn e x i b l va n ds e a r c hf b rar o i j t ew m c h o f b r ss a t i s 母i n 20 0 s w i t hp e o p l e sr i s i n gr e q u i r e m e n t sf o rs e r v i c e s ，t h i s k i n do f h a l l d o f fs c h e m ew i l lb eh i 曲1 yv a l u e df o ri to f f e r so o sg u a r a n t e e s f o rt h em o v i n gu s e r s k e y w o r d s ：c d m a 2 0 0 0m o b i l ei p v 6 q o s h a i l d o f rm n i i i 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 其弛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 本人签名：未往i 本人承担一切相关责任。 日期：型：! ：! ! 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 究牛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 本人签名： 导师签名： 用本授权书。 日期 日期 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 c d m a 2 0 0 0 系统中基于q o s 的移动i p v 6 切换方案的研究目前仅处于探索阶段，加强 这方面的研究会对移动i p v 6 机制在c d m a 2 0 0 0 系统中的成功商用具有非常大的理论和实 践伶埴。 1 1 选题背景 随着无线通信技术和网络投术的飞速发展，人们己不满足于仅仅在固定地点接八因 特网，而是期望一种无处不在的接入方式。第三代移动通信技术( 3 g ) 和无线局域网 ( w l a n ) 技术提供了一种高数据传输率的无线接入方式，尤其是后者，已经得到了广 泛的部署，满足了人们无线接入的要求。但是无论是c d m a 2 0 0 0 w c d m a g p r s 还是 w l a n ，移动性管理都存在问题，这是因为它们的移动性都是在链路层实现。链路层实 现移动性管理存在这样的弊端，即与底层的无线网络有关。比如w l a n 的移动性只能应 用于无线局域网中，另外即使在无线局域网中也只能实现二层切换，对于网络层切换( 不 同网段之间的切换) 无能为力。同样，c d m a 2 0 0 0 ，w c d m 刖g p r s 也只能在相应的物理 网络中实现移动性。和w l a n 相比，c d m a 2 0 0 0 w c d m a g p r s 的移动性管理尽管支 持网络层切换，但是移动性所引起的额外开销较大，还会带来较大的端对端时延。更严 重的是不支持异质网络之间的切换，即垂直切换，如c d m a 2 0 0 0 w c d m a g p r s 和 w l a n 之间的切换。 移动i p 是j e t f 提出的移动性解决方案，可以使终端在移动过程中传输层连接不被 中断。移动i p 在网络层解决移动性问题。一方面使得移动性对上层协议透明，另外独立 于下面的物理承载网络，因此支持垂直切换。移动r p v 6 借鉴了移动i p v 4 的主体思想， 并具备了i p v 6 的优势，如自动配置、安全性等。 目前，移动i p v 6 的基本框架已经形成，一些具体问题，比如切换过程的o o s 等， 正在逐步得到解决。如果大规模部署移动i p v 6 并使之商业化，首当其冲的将是其移动性 管理过程中的q o s 。为此，2 0 0 1 年7 月出台的i e t f 草案“移动i p v 6 的快速切换”提出 了增强移动i p v 6 节点在因特网上快速改变接入点能力的方案，以降低越区切换时的分组 延时和丢失率在该草案中，m n 在将要移往新的链路之前，先启动一个切换规程预先获 取新链路上的转交地址：切换规程通过在新老接入路由器之间以及接入路由器与m n 之 c d m a 2 0 0 0 系统中基于o o s 的移动l p v 6 切换方案研究 间交换新增的报文来实现。这种方法需要m n 预先知道自己即将移动到新的链路，因此 需要第二层的支持。另外，移动i p 的资源预留、m n 注册过程中的认证以及移动i p v 6 头标压缩的同步规程都将在m n 的切换过程中引入延时，因此移动i p 的越区切换需要更 好的有效方法。 本文在对该草案和相关文献进行分析的基础上，对全c d m a 2 0 0 0 网络中如何减少 切换时延等问题进行了深人的研究，并针对移动i p v 6 的快速切换进行相应的处理，探讨 了c d m a 2 0 0 0 系统中基于q o s 的移动i p v 6 切换的相关方案，使得q o s 和快速切换结合 起来。 1 2 论文安排 本篇论文在讨论移动i p v 6 和c d m a 2 0 0 0 的相关背景知识的基础上，重点研究移动 i p v 6 与c d m a 2 0 0 0 网络融合中的关键课题，即切换问题。针对切换过程中的切换时延 和数据包丢失问题，对移动i p v 6 中的切换机制进行了分析和研究，并且针对切换过程中 的q o s 业务中断的问题，研究了m o b i l ei p 网络中的q o s 提供方式，随后重点介绍了基 于o o s 的切换机制。 下面是这篇沦文的章节安排： 第一章绪论：主要介绍了选题背景以及研究的目的和内容。 第二章移动i p v 6 基本原理：主要介绍了移动i p v 6 的背景知识：移动i p 、，6 的产生、 技术优势、基本工作原理和有待解决的问题等，为后续研究奠定了一定的知识基础。 第三章c d m a 2 0 0 0 中移动l p v 6 的切换机制：主要介绍了c d m a 2 0 0 0 系统中移动i p ( c d m a 2 0 0 0 系统中移动i p 网络结构、c d m a 2 0 0 0 系统移动i p v 6 协议结构、移动i p “ 在c d m a 2 0 0 0 网络中的实现机制) ，c d m a 2 0 0 0 系统中移动i p 切换的实现机制( 移动 i p 切换机制分析、c d m a 2 0 0 0 l x 系统切换机制和c d m a 2 0 0 0 系统中移动i p 切换的不足) 等。这部分内容为后续切换问题的讨论提供了网络基础。 第四章基于移动性分层管理移动i p v 6 扩展：主要介绍了基于h a w a i l 的域内移动 性管理、快速切换方案和分层的移动i p v 6 ( h m i p v 6 ) 移动性管理，其中重点探讨了 h m i p v 6 移动性管理方案。这部分内容为基于q o s 切换方案的提出奠定了理论基础。 第五章基于q o s 切换方案的建立与分析：重点研究了一种新的基于q o s 的切换方 案，即i m i p v 6 与0 0 s0 b j e c t 相结合的切换方案。首先，介绍了m o b i l ei p 网络中的一 种比较简单的q o s 提供方式：q o so b j ec t - 然后，将这种q o s 提供方式与h m i p v 6 切换 北京邮电大学硕士学位论文 机制相结合，引出了基于q o s 的切换机制；最后，介绍了这种机制的切换过程，并对切 换的改进做了进一步考虑。 c d m a 2 0 0 0 系统中基于0 0 s 的移动i p v 6 切换方案研究 第二章移动i p v 6 基本原理 移动l p 最初是为t p v 4 而设计的，但是由于对i p v 4 的移动性支持是在i p v 4 协议基 础上附加的，且大部分使用i p v 4 的节点都不支持移动l p ，再加上i p v 4 地址空间的限制， 移动1 p v 4 现阶段的应用范围非常有限；列于l p v 6 ，在其功能需求提出之初就已经考虑 到了对移动性的支持，所以移动i p v 6 的标准化就顺理成章了，实际上，所以在i p v 6 的 实现中至少包括了对移动性的最小实现。 2 1 移动i p 的产生 移动i p 是i e t f 为解决终端在i p 子网中的移动性提出的一种解决方案，这种技术允 许终端透明地改变其在网络中的附着点。移动i p 工作在网络层，它影响着数据包的路由， 并且能够无缝地解决终端在不同介质( c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 、l a n 和w l a n 等) 之 间的漫游问题。 2 1 1 为什么需要移动i p 据c n n i c 统计，截至2 0 0 4 年6 月3 0 日，我国的上网用户总数为8 7 0 0 万，与2 0 0 3 年底的调查结果相比增加了7 5 0 万户，增长率为9 4 ，与2 0 0 3 年同期相比增长了2 7 9 ， 与1 9 9 7 年l o 月的第一次调查结果( 6 2 万户) 相比，现在的上网用户数已是当初的1 4 0 _ 3 倍。从c 岍c 近十次的调查数据来看，在使用计算机上网的同时使用移动终端、信息 家电等设备上网的用户在逐渐增多，已从2 0 0 0 年1 月调查的2 0 万户增加到现在的2 6 0 万户；与半年前相比增加了4 6 万户，增长率为2 1 5 ；与2 0 0 3 年同期相比增加了8 0 万 人，增长率为4 4 4 。由此可以看出，移动数据用户的增长速度要远远高于普通数据用 户的增长速度。可以看出，在今天这样一个信息社会，人们的数据需求越来越强烈。人 们不但对数据通信的需求量越来越大，同时也对数据通信的便利性提出了新的需求，要 求可以在任何时间、任何地点获得任何所需的数据，这样就自然而然地提出了数据终端 的移动性要求。为了使数据终端能够在移动的过程中进行通信，移动i p 技术应运而生。 同时，在移动i p 出现以前，路由技术呈现以下特征： a 各个节点只根据i p 报头中的目的l p 地址来作转发决策，只在有错误发生时才去 检查源地址； 北京邮电大学硕士学位论文 b 一般来说，路由决策依赖于目的i p 地址的网络前缀而不是整个目的地址； c 同一条链路上的所有节点都应有相同的网络前缀，它们可以通过i p 地址中的主 机部分来识别； d 对于同一条链路上的多台主机，可以只用一条网络前缀路由，而无需列出所有的 特定主机路由，对于有几百条链路，每条链路上又有几百台主机的网络来说，采用网络 前缀路由而不是特定主机路由可以极大地简化路由表的表项。 在上述路由机制下，因特网上的一个节点在改变了其在列络上的接入点以后，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，移动i p 也是为 解决这个问题而提出的。 2 1 2 什么是移动l p 移动i p 是i p 技术体系中的一个新概念。它与简单i p 的主要区别是，移动i p 技术 的主机在固定地点使用固定i p 地址和t c p 端口号进行相互通信，而移动i p 中的主机是 可以移动的，可以在不同的地点接入互联网，其中包括通过移动通信网接入，也包括通 过固定网或局域网接入，它以固定的网络i p 地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保 证了基于网络i p 的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。举例说明：一个用户在使用 固定网( p s t n ) 打电话，如果他想移动到别的地方并将同一部电话插到一个新的电话插 孔中，那么通话将中断，这是因为每一个插孔是对应着个固定的电话号码的。简单i p 与此类似，当某个设备不再与它原来所在网络中的i p 地址相关联时，它的有效会话将被 中断。而使用移动i p 技术时，一个用户到外地出差，他只需要简单地将移动节点( 如笔 记本电脑、p d a 设备) 连接到当地的网络上，那么用户就可以享受到跟在原来公司里一 样的所有操作：使用公司的共享打印机，或者访问公司内部同事电脑里的共享文件及相 关数据库资源等等；诸如此类的种种操作，让用户感觉不到自己身在外地，让用户的“家” 网络随处可以安“家”，不再忍受移动节点因“出差”带来的诸多不便。 移动i p 通过管理终端的不断变化的i p 地址( c a r e o f a d d r e s s ) 和其归属t p 地址 之间的管理来解决移动性问题。在移动过程中，传输层和应用层始终适用终端的归属i p 地址，终端的移动对传输层以上的协议是完全透明的，目的i p 地址为终端归属地址的l p 包被路由到归属代理( h o m ea g e n t ) ，归属代理缓存了终端的归属地址和其c o a ( c a r e o f a d d r e s s ) 之间的映射；知道了终端的c o a 之后，归属代理将i p 包通过隧道送到 移动终端当前的附着点。 c d m a 2 0 0 0 系统中基于o o s 的移动i p v 6 切换方案研究 2 2 移动i p v 6 技术优势 2 21 移动l p v 4 的弊端 移动i p v 4 和移动i p v 6 协议有着非常相似的思路，但它们的实现却有一些不同。在 移动性方面，i p v 4 提出的是一种补救性的措施，因此它的方案有很多不完善的地方，主 要表现在以下几个方面： a 在移动i p v 4 中，存在一个外地代理的概念，它实际上是外地链路上的一个路由 器，由它来为移动到本链路的移动节点接收数据包； b 在移动i p v 4 中，有两种转交地址：配置转交地址和代理转交地址。其中，配置 转交地址通过配置规程如d h c p 、b o o t p 等协议得到，它是一个真正独立的i p v 4 地址， 此时移动节点可以自己用此地址发送或者接受数据包；代理转交地址实际上就是外地代 理的地址，外地代理代替移动节点接收数据包，简单处理后，再把包传送给移动节点： c 移动i p v 4 中存在着“三边路由”问题。由通信节点送给连接在外地链路上的移 动节点的数据包先被路由到它的归属代理上，然后经隧道送到移动节点的转交地址，然 而，由移动节点发出的数据包却被直接路由到了通信节点，这构成了一个三角形。在安 全性方面，移动i p v 4 采用的是静态配置的“m o b i i es e c u r i t ya s s o c ia t i o n ”，因此不能对移 动i p v 6 进行路由优化。 2 2 2 移动l p v 6 的技术优势 i p v 6 在制定之初就考虑到了要解决移动性问题，因此它的基本理论中就有许多是为 解决移动问题而提出的，这使得i p v 6 的移动解决方案是一个对移动性问题的根本的解决 方案。i p v 6 有许多适用于解决移动性问题的新特性，这些特性都是i p v 4 所不具备的， 因此t p v 6 能够更好地解决移动性问题，主要表现在以下方面： a 地址自动配置：i p v 6 有足够多的全球地址，另外i p v 6 实现了一种称为无状态地 址自动配置的机制，任意节点可以根据当前所在链路的前缀信息以及自己的网络接口信 息自动生成一个全球地址。i p v 6 的地址自动配置机制使得移动节点可以很容易地得到转 交地址，不需要人为的参与。 b 邻居发现：在邻居发现中规定，路由器应该定期广播发送其前缀信息，移动节点 根据这些前缀信息能够快速地判断自己是否发生了移动，并通过地址自动配置得到转交 地址；邻居发现中还定义了代理宣告的概念，“p r o x ya d v e n i s e m e n t ”，使得h o m ea g e n t 北京邮电大学硕士学位论文 可以通过发送代理邻居宣告消息截获发送到移动节点归属地址的数据包，并把这个包 “t u n n e l ”到移动节点的转交地址。 c 安全机制：i p v 6 内嚣安全机制并已经标准化，它支持对企业网的无缝远程访问。 在安全性方面，i p v 6 同r p 安全性( i p s e c ) 机制和服务一致。除了必须提供网络层安全 这一强制性机制外，i p s e c 还提供两种服务。认证报头( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ，a h ) 用 于保证数据的一执行，同时还可以用之进行身份验证，而封装的安全负载报头 ( e n c a d s u i a t i o ns e c u r i r vp a v l o a dh e a d e r ，e s p ) 用于保证数据的保密性和数据的一致性。 同时由于i p v 6 的新特性，也可以为移动i p v 6 专门设计安全机制。 d 黑洞检测：移动i p v 6 中的移动检测机制提供了移动节点和它的当前路由器之间 的双向可到达的确认机制，即移动节点可以随时知道当前路由器是否继续可达，同时路 由器也可以知道节点是否继续可达。如果移动节点检测到当前路由器不再可用，它就会 去请求另外一台路由器。而m o b i i e1 p v 4 只提供了“前向”司到达的检测机制，即路由 器可以随时确认移动节点是否继续可达，但是移动节点却不能检测到路由器是否继续可 达。 e 路由报头：i p v 6 中定义了路由报头，报头中指定了数据包在从源节点到目的节点 的过程中应该经过的节点的地址。大多数发送到移动节点的数据包都要使用路由报头， 数据包的目的地址是移动节点的转交地址，并且包含一个路由报头，路由报头的下一跳 是这个移动节点的归属地址。 f 动态归属代理地址发现机制：在i p v 6 中，定义了一种称为“a n y c a s t ”的地址，它 也是一个地址组，地址组中的所有的机器都会收到发往这个“a n y c a s t ”地址的数据包， 但是只会有一台机器对这个数据包做出响应。移动节点归属链路上所有的路由器都配置 为“m o b i l e i p v 6a n y c a s ta d d r e s s ”，移动节点把“归属代理地址发现清求”消息发到这 个“m o b i l e i p v 6a n y c a s ta d d r e s s ”，所有的归属代理都收到了这条消息，但是有且仅有一 个归属代理对此做出响应。 g 透明性的实现：节点的移动对移动节点和通信节点上的应用程序是透明的。对于 通信节点来说，移动节点发送数据包时使用“h o m ea d d r e s so p t i o n ”，可以使其不必知道 移动节点的转交地址；对于移动节点上的应用程序来说，通信节点发送数据包时采用 “r o u t e r h e 甜e r ”，仍旧可以使应用程序不必知道移动节点的转交地址。 c d m a 2 0 0 0 系统中基于q o s 的移动i p v 6 切换方案研究 2 3 移动i p v 6 的工作原理 2 3 1 移动l p v 6 的组成 移动i p v 6 的组成如图2 1 所示。 h a m c 0 雌辫帅d 翎l n o d e 图2 1 移动i p v 6 的组成 由图2 1 可以看出，移动i p v 6 由以下几个部分组成： 。移动节点( m o b i l en o d e ) ：可更改链路( 从而进一步更改地址) 并可使用其归属 地址( h o m ea d d r e s s ) 保持可连接性的i p v 6 节点。 归属链路( h o m el i n k ) ：生成移动节点的链路。 。归属地址( h o m ea d d r e s s ) ：分配给连接到归属链路的移动节点的地址，而且通过 该地址始终可以访问相应的移动节点，无论其在i p v 6 网络上位于何处。由于归属地址 总是分配给移动节点，因此移动节点在逻辑上总是连接到归属链路。 归属代理( h o m ea g e n t ) ：归属链路上的一台路由器，保存离开归属地址的移动 节点的注册信息及其当前地址。虽然图2 1 中的归属代理充当将归属链路连接到i p v 6 网 络的路由器，但是归属代理不是必须提供这项功能。归属代理也可以是归属链路( 当移 北京邮电太学硕士学位论文 动节点连接到归属链路时不执行任何转发操作) 上的一个节点。 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：不属于移动节点的归属链路的链路。 转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) ：移动节点在连接到外地链路时所用的地址。移动节 点的归属地址与转交地址的关联称为绑定。 通信节点( c o 丌e s p o n d e n t n o d e ) ：与移动节点通信的i f h v 6 节点。通信节点不一定 必须支持移动i p v 6 。 2 3 2 移动ip v 6 的基本工作原理 下面先从一个整体的角度介绍一下t p v 6 对移动性问题的解决方案。参见图2 2 ，n o d e a 链接到l i n kl 上，它有一个地址a l ，这个地址a l 是可以通过r o u t e r1 到达的，当 n o d ea 没有发生移动时，n o d eb 与n o d ea 通信时，n o d eb 发送的数据包会按照现有 的路由方式到达n o d e a 。 毒蕾溢溢矗甍、 - ， ”- ，“： 图2 2 移动i p v 6 的基本工作原理 可是当n o d ea 发生了移动，从l i n k1 移动到l i n k2 时，如果n o d ea 不改变其i p 地址，n o d eb 发送的数据包按照现有的以前缀为基础的路由方式就不能够到达n o d ea 了。 下面介绍i p v 6 对这个问题是如何解决的，当n o d e a 从l i n k1 移动到“n k 2 以后， 会有如下动作发生： 1 ) r o u t e r 会定期广播发送r o u t e r a d v e n i s e m e n t 消息，带有归属链路上的前缀信息， n o d e a 接收到这个消息后，知道自己发生了移动，它会根据新的前缀信息通过地址自动 配置得到一个新的地址a 2 ： c d m a 2 0 0 0 系统中基于q o s 的移动t p v 6 切换方案研究 2 ) n o d e a 会发送一个信息包m 2 给r o u t e r l ，这个信息包告诉r o u t e r l 现在n o d e a 的新地址a 2 ，此后，r 叫t e r i 再发现有需要送到n o d e a 的原来的地址a 1 的数据包，它 会把这个数据包截获，然后把这个包作为净荷，在其上面再加上一层i p v 6 报头，把新的 数据包发送到n o d e a 的新地址a 2 ，这个过程应用的是“隧道技术”； 3 ) 假如n o d e b 发送数据包给n o d e a 它并不知道n o d e a 已经发生了移动，此时 它会把这个数据包继续发送给n o d e a 原来的地址a 1 ； 4 ) n o d eb 发送的数据包到达r o u t e rl 以后，r o 叭e r1 会截获这个数据包，同时把 这个数据包转发到n o d ea 的新地址a 2 ； 5 ) n o d ea 收到r o u t e r1 转发过来的数据包以后，通过检查这个数据包的源地址， 它知道n o d eb 想与它进行通信，于是它会发送一个信息包m 3 给n o d eb ，告诉自己的 新地址a 2 ； 6 ) n o d e b 收到这个数据包以后，会记录下n o d e a 的新地址a 2 ，这样如果再有数 据包需要发给n o d ea ，它会直接把数据包发给地址a 2 。至此n o d ea 和n o d eb 之间可 以实现双向通信； 7 ) 若有其余节点想与n o d e a 进行通信，其建立通信的过程与n o d eb 类似。 当移动节点不在归属链路上时，可以通过以下几种方法接收来自通信节点的数据包： 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 动节点的归属地址。通信注册将在本文的“通信注册过程”一节中进行介绍。归属代理 拦截数据包，并使用i p v 6 一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。 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发 送到移动节点在i p v 6 网络上的位置。这些数据包包含一个含有该移动节点归属地址的 新的t y p e2 路由扩展报头。 当移动节点不在归属链路上时，其可以通过以下几种方法将数据包发送给通信节点： 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 隧道把数据包放在隧道上进行传输，发送给归属代理。尔后，归属代理 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，那么数据包将直接被发 送到通信节点。这些数据包包含一个新的归属地址选项。该选项位于含有该移动节点归 属地址的目标选项( d e s t i n a t i o n0 p t i o n s ) 报头中。 0 北京邮电大学硕士学位论文 通过归属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。双向隧道 确保了当移动节点不在归属链路上时，总是可供访问，即便通信节点不支持移动i p v 6 。 然而，双向隧道会导致严重的传输延迟。 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。 路由优化消除了与双向隧道相关联的传输延迟，并需要通过它来为具有时间要求的流量 ( 比如：v o i c eo v e ri p ，v 0 i p ) 提供充足的性能。 图2 3 显示了移动节点和通信节点使用双向隧道和路由优化功能来交换数据包。 c 。r 悖 n o n 幽mn o 如 图2 3 移动节点和通信节点使用双向隧道和路由优化功能交换数据包 2 4 移动i p 、，6 有待解决的问题 移动i p v 6 的发展还处在初级阶段，目前提出来的还只是移动解决方案的基础理论， 移动i p v 6 的最终目标是实现全球范围的真正的移动网络，它会满足移动计算和个人通信 的所有要求。要真正实现全球范围内移动网络，还需要完成以下几个方面的工作： ( 1 ) 在防议的发展方面，还需要进一步完善以下几个协议： i p v 6 协议；m o b i l ei p v 6 协议；i p s e c 协议；s c t p ：d i a m e t e r ( 2 ) 在协议的改进方面，需要研究以下几个问题： a 服务质量，包括差分服务质量和端到端服务质量的支持 b 增强t c p 协议，以支持移动i p c d m a 2 0 0 0 系统中基于0 0 s 的移动i p v 6 切换方案研究 t c p 假设所有的数据段丢失都是由于拥塞引起的，这种假设在因特网中大多数情况 下是正确的，但在无线和移动环境中这个假设却不成立，在这种环境中，t c p 的这个假 设使得t c p 性能变得很差。在这些背景之下，有人提出了对t c p 改进的方案，许多改 进方案关系到协议栈中各层( 数据链路层、网络层、丁cp 和应用层) 协调工作以达到 最佳的性能。因此，对于移动功能来说，问题并不只是如何将数据包路由到移动节点上， 移动l p 提供了这种数据包的路由能力，但它并未包括这些提供更完整的移动功能的改进 方案。 ( 3 ) 在移动本身方面，还需要解决如下问题： a a a a ，即( a u t h e n t i c a t i o n 、a u t h o r i z a t i o n 、a c c o u n t j n g ) ，它是指身份认证、授权 机制、自动计费服务。 b b u 腩rm a n a g e m e n t ：移动i p v 6 中定义了多种数据结构，在节点中需要占用一定的 资源，如何有效地管理这些资源，并使之不会对现有的服务性能造成太大的影响，是一 个需要研究的问题。 c 与无线通信技术的融合：i n t e m e t 技术的发展日新月异，无线通信技术如a ，s 、 g s m 、c d p d 、g p r s 、w a p 、b l u e l d o t h 、l m t - 2 0 0 0 等层出不穷，再加上移动通信 设备的进一步完善，以移动无线i t e m e t 为核心的移动计算网络正在向我们走来，未来 的网络将是一个无线、有线与互联网三者合一的数字化地球，其覆盖将超越一切地理的 障碍，使得信息无处不在，因此，移动i p 技术与无线通信技术的融合就变得是必不可少 的了。 d s e 锄l e s sh a n d o v e r ，无缝切换：上面所讲的移动i p v 6 的基础理论只是在宏观方面 解决移动性问题，即它只是解决了移动的路由问题；无缝切换是为了解决节点移动过程 中可能出现的问题而提出的，它把节点移动对通信产生的影响减小到最小，这是为了提 高性能，在移动的微观方面所做的改进。无缝切换包括两个方面的内容：f a s th a n d o v e r 和s m o o t hh a n d o v e r ，现在解决快速切换和平滑切换都已经有人提出了一些方案，但是 大多数都还没有成为标准。 移动i p v 6 的前景是诱人的，但是它的发展还只是处在起步阶段，前面介绍的移动 i p v 6 的基础理论只是在宏观的方面解决移动性问题，即它所解决的问题是：当一个节点 改变了网络接入点以后，如何把数据包继续路由到这个节点上，它并没有考虑这个过程 对其他方面的影响，也没有过多地考虑性能和服务质量方面的问题。实际上，要实现全 球范围的真正的移动网络，需要整个移动i p v 6 的体系结构的协调，除了解决路由问题以 北京邮屯大学硕士学位论文 外，还有许多需要解决的问题，( 见图2 4 ) ，整个移动i p v 6 体系的完善还有很长的路要 走。 图2 4 整个移动i p v 6 体系 c d m a 2 0 0 0 系统中基于o o s 的移动i p v 6 切换方案研究 第三章c d m a 2 0 0 0 中移动i p 、，6 的切换机制 在c d m a 2 0 0 0 通信网络中，移动性管理是由用户层以下的协议层完成的，成为链路 层移动性管理，移动i p 则可以作为链路层移动性管理的有效补充，提供i p 层的移动性 管理。随着移动终端的智能化和数据应用的普及，每一个终端有i p 地址的需求，而可用 的i p v 4 地垃空问无法满足这种需求，i p v 6 是能够解决这个问题的有效机制，所以，以 下内容都是建立在终端采用i p v 6 地址分配机制的假设之上的。 3 1c d m a 2 0 0 0 系统中移动l p 3 1 1c 咖a 2 0 0 0 系统中移动i p 网络结构 c d m a 2 0 0 0l x 是3 g p p 2 发展3 g 标准的第一阶段。为了在c d m a 2 0 0 0 网络中向用 户提供高速的分组型数据业务，3 g p p 2 的无线网络参考模型引人了分组域功能实体，并 定义了基于l p 技术的网络接口，且分组域网络被化分为访问网络和归属网络。在分组域 功能模型和接口设计过程中，3 g p p 2 尽可能多地使用了i e t f 已经定义的协议，以便充 分利用已有的标准资源，减少需要全新定义的协议内容，加快分组域系列标准为市场接 受的速度。 在3 g p p 2 无线网络中提供分组数据业务的方式有2 种：简单i p 和移动i p 。其中， 简单l p 业务是c d m a 2 0 0 0 网络中最基本的分组数据业务模式，类似于我们所熟悉的拨 号业务。与简单i p 业务相比，移动i p 业务为移动数据业务用户提供了更加完善的移动 性服务，移动数据用户可以在无线网络内获得无缝服务，移动用户的i p 地址是由h a 分 配，并且在移动的过程中保持不变，当用户在不同的p d s n ( p a c k e td a t as e r v i n gn o d e ) 之间移动时仍然能够保持通信的连续性。 当用户采用移动i p 接入时，可能使用静态i p 地址，也可能使用动态i p 地址，具体 方案取决于运营商的策略。用户可以在c d m a 2 0 0 0 分组域网络中随意移动，都将保持同 一个i p 地址。因此，移动i p 不仅能提供简单i p 所能提供的所有业务，还能提供“p u s h ” 业务。如果要开展移动i p 业务，需要具备以下两个条件：( 1 ) 需要有能支持m i p 业务 的终端：( 2 ) 网络中需添加一个新设备归属代理( h a ，h o m ea g e n t ) 。 c d m a 2 0 0 01 x 网络中移动l p 网络的简单结构如图3 1 所示，p d s n 除了进行业务 聚合，还充当移动i p 中的f a ，h a 为c d m a 网络中新添加的网络设备，无线网络( r n ) 1 4 ! ! 室塑皇查兰堡圭堂些堕兰 一 由一个p c f( p a c k e tc o n t r 0 1f u n c t i o n ) ，b s c 和多个b t s 组成，p c f 主要负责与分组数 据业务有关的无线资源的控制。 图3 1c d m