IP微移动技术探讨

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无线技术的发展将Internet的推广和应用推上一个新台阶。不久的将来，Internet无线接入将比其他接入方式更广泛。在切换频繁的无线环境下，需要策略保持与有线Internet相同的服务质量。目前，使用最广泛的无线口协议？？基本移动IP并不足以解决未来无线网络的服务需求。因此，对基本移动IP已有一些增强方案，目标是解决网络的QoS，其中一项关键技术就是快速切换。另一些研究者将移动性管理问题分成宏移动和微移动两部分来完成。宏移动通过移动IP实现，考虑的是Internet不同广域无线接入网之间的移动性管理问题。微移动要解决的是一个特定的无线网络内部的本地移动性管理。为了在最小包丢失率的情况下达到快速切换和减少功耗，必须减少注册或控制消息的信令，开发出较好的IP微移动协议来解决这些性能和扩展性要求。1　移动IP简介
　　移动IP在节点的归属网络和外部网络引入两个新的功能实体：归属代理（HA）和外部代理（FA），其功能分别集成在归属网络和外部网络的路由器等设备上。
　　移动IP可以保证终端从一个子网移动到另一子网时所有正在进行的通信的连续性。移动IP通过隧道机制路由到达改变IP地址的移动端的包。HA拦截发往移动终端（MH）的包，通过隧道发给可能是FA或MH自己的MH转交地址。然而，对于频繁快速移动的用户来说，这并不是一个很好的解决方案。当移动节点在子网间移动时，需要进行位置更新，即使移动节点在移动过程中并未与其它节点通信，移动IP仍然要求移动节点向HA发送位置更新消息。当移动节点数目增加时（如3G中的MH），位置更新消息所带来的信令传输量是惊人的。当移动节点的拜访网络与归属网络之间距离较大时，位置注册消息的信令时延也将变得非常大。
2　微移动协议
　　微移动协议是在切换频繁的小区域内的移动。IP微移动协议与移动IP形成互补，以提供快速无缝切换策略。Columbia和爱立信公司提出的蜂窝球、朗讯科技公司提出的切换优化无线因特网结构（Hawaii）、爱立信和诺基亚公司提出的分层移动IP，以及爱立信公司提出的快速切换是IP微移动协议中的显著例子。本文将讨论蜂窝口、Hawaii、分层移动IP和快速切换的路由及切换机制。
　　2.1　蜂窝IP
　　蜂窝IP支持寻呼和切换技术。位置管理和切换支持在蜂窝口接入网络中整合起来。MH定时发送数据包，刷新主机位置信息，使控制信息最少。蜂窝IP将IP网络扩展至无线电话应用，它将蜂窝网与IP网结合起来，通过寻呼和切换技术，达到低时延切换和有效管理。
　　基于MH的主机路由通过所有有MH主网关的节点（蜂窝IP节点），这些节点通过无线网络相连，其中一个通过IP网关与有线网相连。这些蜂窝IP节点也可作为无线接入点，每个蜂窝IP节点有一个上行邻居和一个下行邻居。为了减少控制信息，MH周期性发送数据包，以更新位置信息。蜂窝IP通过源数据包给主方向返回路径路由。蜂窝IP节点检查源移动数据包，以保持一个分布式、逐跳的位置数据库，它是用来将数据包路由给MH的。
　　在动态传输过程中改变接入点时，需要进行切换。蜂窝IP支持两种类型的切换机制。蜂窝IP切换应通过一种切换算法，以一些包丢失的损失来达到减少切换信令的目的，而非试图达到零包丢失率。蜂窝IP半软切换试图在实际切换前预先通知新接入点。半软切换减少了包丢失，同时又提供了比硬切换更高的TCP/UDP服务质量。
　　2.2　Hawaii
　　Hawaii协议基于区域的策略实现微移动，它通过一个单独的路由协议来处理本地移动。特定路径建立机制用来将主机路由条目安装到路由器的路由表或移动终端与根区域路由器间前转代理中，从而支持本地移动。
　　Hawaii采用一个单独的路由协议来实现本地移动。当进入一个新的FA区时，MH被分配相应的转交地址，MH在这个FA域内移动时转交地址保持不变，除非MH又移动到另一个域，不需要HA进行处理。Hawaii节点处理相应IP路由协议，每个主机路由都加入到继承路由表中，以保持移动性路由信息。MH发送简明信令消息，创建更新关于移动的路由登记项。
　　在Hawaii中，从MH到根域路由器的下一跳IP地址发生改变时，需要进行切换。通过改变下一跳IP路由器的路由条目并使下一跳路由器原有的路由条目超时，即可完成路由更新。Hawaii切换时，支持MH监听一个或多个BS。前者采用前转路径建立策略，在切换过程中，新BS给原BS发消息，收到消息后，原BS通过新BS与MH之间建立前转路由，因此切换过程中MH可以继续接收正在传送的包。MH有责任处理重复和乱序包；对于后者，MH在过渡时期同时从新老BSC处收包，直到原BS停止前转包，MH同样需要注意重复包。
　　2.3　分层移动IP（HMIP）
　　HMIP采用一种不同的算法来处理移动IP的登记注册过程。对FA分级，使登记过程本地化。协议用MH发出的登记消息建立从MH到网关FA路径中FA之间的隧道。在代表IP上一个单独路由网络的隧道中传送包。
　　MH发送移动IP登记消息，以更新位置信息，协议通过这些登记消息建立从MH至网关FA的相邻FA间的隧道。通过这些隧道网，把发往MH的包发出。这个隧道网可以看作是IP顶上的一个路由网，隧道通过网络接入点连接网关FA和其他FA。
　　HMIP采用分级隧道手段，网络中FA以分布式方式保持位置信息。只有在登记消息到达网关FA时，协议才更新路由。当移动台到达一个新接入点，它向网关FA发送一条控制消息，并产生按照新路径的下行路由信息。由于HMIP采用单一层次的路由点分层来减少网络中移动性管理节点的数目，相比其他专为移动性路由设计的移动协议而言，产生更高的切换时延。
　　2.4　快速切换
　　快速切换通过与第二层的协调耦合，预测MH的移动，向将移动到潜在的临近FA发送消息的多份备份，因此可以达到低时延。与HMIP类似，快速切换采用分级隧道机制，网络中的FA采用分布方式保存位置信息数据库。每个FA读取包的原目的地址，在条目列表中搜寻相应的条目，这些条目由MH发送的注册消息产生和保持。如果这条目在它的列表中，它就包含下一级的FA地址。MH地址信息及其下行业务路由是由条目列表的序列决定的。
　　FA通过向潜在相邻代理发多份备份数据包，预测MH的移动。由于切换前已先获取新接入点的相关信息，它通过双向广播技术支持将数据前转给原FA和新FA。通过确定MH登记消息实现同步绑定，FA增加一个与MH的新绑定。快速切换在切换发生前预测MH的运动，因此能够在第二层连接建立之前完成移动IP切换。这样，整个切换过程的时延就减少到第二层切换所需的时间。为了提高切换性能，支持双向广播的无缝切换扩展等技术也正在研究中。
　　移动IP虽然是一种扩展性良好的宏移动解决方案，但却造成网络过重的信令负荷及较长的信令时延。可以预计，移动IP不能适应未来的无线应用，它在移动节点高速运动下的快速切换方面有局限性，低速率的路由和大量消息交换也增加了网络负担。IP微移动协议正是为了解决上述问题而提出的，它减少了信令开销，能降低切换时延和包丢失率，从而可提高系统服务质量。