移动IPv6网络可扩展微移动管理结构的设计与性能评估

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为了支持移动因特网,因特网有关组织叫做IETF写出了两篇支持移动IP的协议:就是移动IP(MIP)与移动IPv6(MIPv6)。大家一般把这两篇给叫做基本移动IP协议。MIP与MIPv6俩种协议都提供了能够让台机在全球漫游的简单的移动支持协议。不过它们有些难题,其中有缺乏可扩展性、性能不够高等等。比如,它们有太大的切换延时:就是说在MN离HA或CN比较远的情况下,位置信息得走比较长的一条路才能到HA,然后HA给更新MN的位置信息,设立新的连接,才继续给它发包。在这个时间内,在运输中的那些包都要一直被丢直至设立了新的连接。而且实时的业务会受很大的影响。还有经常地换COA会给服务质量带来不利的影响。 由于MIP与MIPv6包含的那些困难,研究人员提出了不少方案为了去解决它们。这些方案一般应用微移动管理(Micro mobility)概念来补充基本MIP与MIPv6。这个概念就是在小区里管理移动,而不是在全地球来管理它(Macro mobility)[37]。当台机在小区里移动的时候,它不用向家乡登录位置信息,只要当它从一小区走到另一小区时才有必要向家乡登录。基本上,MIP或MIPv6要管全球的移动,那就是从一小区走到另一小区,然后微移动协议要来管理小区里的移动。 当前的IP微移动管理协议可以按照它们用的路由方法与地址管理方式分为两个主要种类:一类是利用层次结构又以各台机的地址而路由(hierarchical host-based routing class或HBR-class),也就是那些微移动协议仪靠每一台机的地址而路由,其中有HAWAII和CIP,另一类是用层次结构加上MIP路由方式(MIP-class),就是那些以MIP方式而路由的,其中有MIP-RR与HMIPv6。这两种共同努力把MN的切换性能尽量的提高了一些,但是,它们用了不同的路由和地址管理方法。它们应用了更多的移动台机位置信息分布来得到比交短的切换延时。可是这个方法因为位置信息储备方式而浪费路由器的内存,因此它们不具有良好的可扩展性。因为为了满足客户对下一代网的要求,这个下一代网一定要支持大规模的结构。还有切换延时是减少了,却还没有达到能满足下一代业务的服务质量要求。所以必须要再设计新的微移动网络和协议并把存在协议的缺点改进。 作者发现了因特网的移动管理问题与路由和地址管理方法很有关系。聚合路由方法(Aggregatable or prefix routing)具有规模性,可是它在移动因特网中是不可能用的,因为每一台移动机要单独移动,这就是说按照各移动台机的地址来作路由是不可避免的。那也是说,应该为各台机而储备路由信息,可是用这个方法设计的网络是不会有规模性的,因为网络很快就满。本文还认为切换性能与网络结构很有关,就是说当设计移动网络时必须把切换问题考虑进去。换句话来说,移动网络要具有支持切换的结构。所以,为了把微移动网络结构的规模性改高,本文提出了一种运用前缀路由(或者聚合路由=prefix or aggregatable routing)方法以及各台机路由(host-based routing or HBR)方法的结合技术来管理移动IP。作者把这个概念叫做“混合路由移动管理方法”。 所有的微移动协议都应用层次结构,这是因为层次结构具有可扩展性。担是它可扩展性要看它用了怎样的层次,这一点很重要。本文提出的协议和其他协议用的层次不一样。所以,在论文里对层次方法的可扩展性作了比较,看看哪一种层次有比较好的可扩展性。 移动IP网的性能取决于路由和地址管理方法,由此本文提出了新的微移动网络结构叫做CHIMA(Completely Hierarchical IPv6-based Mobility management Architecture)。CHIMA在移动小区内利用IPv6的多地址来延伸路由层次。为了说明这个方法,假设每一个微移动小区都分配了一个IPv6聚合地址(IPv6 aggregatable address)空间。在各微移动小区里把这块地址空间的16比特SLA D领域再分成更小的前缀,前缀代表小区里路由层次的各层。这样,同类前缀的每一台路由器(或MA)和移动台,从第一层到最低层,都在层次的同一祖。所以,在微移动小区里,也可以用前缀路由(prefix routing)来正常的发包。但是,当移动台从它自己的蜂窝(或者无线子网)移出去时,需要使用单个主机地址储存方法(per-host address storage method)来给它在前缀路由不通的MA储存位置信息。这就是说,不是每一个移动台都需要在每一个MA里有位置信息,要随主机的移动动态地给它储存位置信息。这样,在MA储存的位置信息要少一些,因此它可以接收更多的移动用户。而且因为储存的位置信息不多,查地址就不延时了这可以使服务质量提高一些。这个层次结构主要有三层,必要的话也可以再加几层,因为我们可以动态调整。 在这个结构中,每一台移动主机必须有唯一、永久的家乡地址,而且这个地址要具有它层祖的前缀。它有权利收发包并可以随时移动。我们应用最低层的路由器叫做access router(AR)来作为HA。它管理属于它蜂窝的所有移动台,因此,它应该为它蜂窝内的各台移动主机创建记录,每个移动台的记录要包含它的状态。移动台的状态有如下四种:开机,漫游,休息,关机。可是记录只能包含它们中的三个,它不需包含关机那个状态,为了保存路由器内存,关机的移动台在网上没有任何记录。 同样,上一层的路由器叫做Sub-Domain Router(SDR),可以管理几个AR,也就是说,属于这些AR的移动台都属于SDR小区范围。第三层的路由器就是Domain Router(DR),在三层结构中它作为微移动区的最高层,所以它管理所有的SDR。 当移动台移出它自己的蜂窝(就是它自己的无线子网)时它的状态要变成“漫游“,它的HA没有必要给它储存位置信息,只要它在它家乡的微移动区里面移动,它的HA不用知道它具体的位置,知道它漫游就行了。当它走进外蜂窝时,它必须向那个蜂窝的AR,可以叫新AR,登录。所以它要向新AR发登录请求包。新AR一看移动台的地址前缀不属于它的,它就知道这台机器是访问的,它就把它的地址储存起来并把登录请求包发给SDR。当SDR收到登录请求包时,它要先看包来源地址的前缀属不属于它的小区,要是属于它的小区它就把地址储存并给MN发承认包;要不属于它的小区它还是把地址储存然后把请求包发给DR,DR也把地址储存起来而给MN发承认包。发包前,每一台路由器必须先查终点地址在不在它的缓存里。如果在的话它就按照缓存指的位置发包,如果不在它就按照地址的前缀发包。这样,移动台走到那儿都可以随时随地的通信。 固定因特网具有大规模性,因为它根据IP地址的层次而选择路由。为了利用这个优点来解决移动网络的规模性问题,本文提出了以上的方案。所以,本文的微移动网的层次结构也是根据IP地址的层次而作的。但是其他微移动协议用的层次结构不是根据IP地址的层次,因此它们不会使用聚合路由只能用各移动台的地址作路由。我们对这两种层次结构作了比较,发现:层次是可以扩展规模的,不过不同的层次结构扩展的程度不同。本文的层次结构比其他结构的可扩性强,作者认为这是因为它应用多种路由方式。 最后,设计了切换管理方法。这个设计有两种不同的切换方式,一种适合实时业务另一种适合非实时业务。两种方式的必要性是因为好多IP切换管理方法都用同样的切换方式来切换语音和数据业务。但是它们没有达到又无丢失又无时延的结果。时延和丢失这两个参数之间有服务质量矛盾,想要控制包丢失就发生时延,想控制时延就发生丢失。作者认为这是因为因特网和电话网不一样。在电话网中主要业务就是语音而且两台通信机通过物理连接以后才能通信,所以一种切换方式能够满足对这个网络的服务质量要求。因特网就不一样了,因为它有两种业务,就是实时业务比如说语音,还有非实时业务比如数据。语音不能忍受能感知的时延可是它可以接受一些丢失,而数据不能忍受任何丢失但是它可以接受一些时延。还有就是在因特网中,两台通信机不通过物理连接来通信而是通过逻辑连接才通信。所以IP切换比较复杂,用一种切换方式来切换这两种业务是不会有效的。因此尽管研究者提出了不少切换管理方法,IP切换的目的还是没有达到。 在本文提出的方法中,蜂窝都要有重叠部分,MN应该在重叠部分里面可以预测切换。当它预测切换时,它就给新AR发切换请求包,这个包头有些标识所以MN可以指出它想要切换哪一种业务。新AR要随包头指出的切换要求来选择最合适的方式。这样,不同的切换方式能够满足不同的业务服务质量要求。
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