張 鯤，滕國庫

(1.大連海事大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，遼寧大連116026;2.瓊州學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，海南三亞572022)

0 引言

設(shè)計場景，對移動IPv6增強(qiáng)協(xié)議的綜合性能進(jìn)行分析，通過網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2，進(jìn)行仿真實驗分析，在端到端的延時，切換延時，吞吐量和丟包率四方面，比較了三種增強(qiáng)協(xié)議(FMIPv6、HMIPv6、FHMIPv6)的優(yōu)劣。得出，F(xiàn)HMIPv6在各個方面都表現(xiàn)為最優(yōu)，HMIPv6只有在端到端的延時情況下，優(yōu)于FMIPv6，其余幾個方面都表現(xiàn)的比FMIPv6差。盡管在表現(xiàn)上有提高，但是都是以增加協(xié)議的復(fù)雜度為代價的。為此，還是應(yīng)該考慮協(xié)議實現(xiàn)復(fù)雜度，在表現(xiàn)性與復(fù)雜度之間找到一個平衡點，發(fā)現(xiàn)一種復(fù)雜度不高，表現(xiàn)性又好的方案。

1 仿真實驗

設(shè)定環(huán)境進(jìn)行仿真實驗，模擬移動IPv6增強(qiáng)協(xié)議切換技術(shù)在IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)中的切換流程。設(shè)定PAR的位置為(35.0，80.0)，它的有效覆蓋范圍是以自身為圓點，半徑為40米的圓，NAR的位置為(105.0，80.0)，它的有效覆蓋范圍是也以自身為圓點，半徑為40米的圓，分部在兩個局域網(wǎng)中。

在NS2網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境下，在CN與MN之間設(shè)定規(guī)定類型的點到點的通信。將一個TCP類型的源代理綁定到CN上，一個TCP類型的接受代理綁定到MN上，并在上建立一個FTP應(yīng)用數(shù)據(jù)流。經(jīng)過5秒鐘的穩(wěn)定時間后，于第10 秒以1s/ms的恒定速度由位置(35.0，80.0)運動到(105.0，80.0)，在第 30 秒的時候，MN移動到了NAR的范圍之內(nèi)，MN就會在兩個子網(wǎng)中進(jìn)行切換，在第80秒的時候，MN恰巧移動到NAR所覆蓋的區(qū)域中心點，至此仿真模擬試驗結(jié)束。以上過程編譯成功后，就會生成場景文件out.Nam以及運行記錄文件 out.Trace，仿真場景。

2 仿真數(shù)據(jù)分析

整個網(wǎng)絡(luò)模擬仿真過程會通過數(shù)據(jù)記錄的方式進(jìn)行保存，即所生成的Trace文件。在進(jìn)行NS2的仿真過程中，所生成的trace文件非常大，通常情況下，為了提取所需數(shù)據(jù)必須利用相對應(yīng)的處理工具，實驗過程中，通過采用GAWK來提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，用Gnuplot來畫出所需要的圖。

為了研究移動IPv6增強(qiáng)協(xié)議的性質(zhì)，設(shè)計仿真環(huán)境，模擬移動IPv6增強(qiáng)協(xié)議切換技術(shù)在IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)中的切換流程，并評估了其各項性能。

對于移動IPv6中基于TCP的切換延時來說，最重要的性能指標(biāo)保持CN與MN之間端到端的延時(End to end delay)，切換延遲(Handover Delay)，吞吐量以及丟包率，以下是分別對三種切換方案在IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)中的上述指標(biāo)進(jìn)行對比分析。為使仿真數(shù)據(jù)更客觀，采用多次實驗求平均值方法，試驗次數(shù)選定為20次。

圖1 仿真過程中的狀態(tài)圖

圖2 CN與MN間延時

2.1 三種切換方案下端到端延時(End to end delay)三種切換方案下的端到端的延時結(jié)果圖，在802.11網(wǎng)絡(luò)中，移動切換延時主要是由于移動切換、節(jié)點移動、節(jié)點間距變化、網(wǎng)絡(luò)擁塞引起的。從圖中可以看出，當(dāng)發(fā)生切換時，F(xiàn)HMIPv6的切換延時最少，F(xiàn)MIPv6在切換延時的表現(xiàn)上比HMIPv6稍差一點，這是因為HMIPv6在域內(nèi)移動，減少了域外信令的開銷，而此時，F(xiàn)MIPv6要啟用鏈路預(yù)測機(jī)制，增加了信令負(fù)載;當(dāng)沒發(fā)生切換是，還是FHMIPv6的切換延時最少，F(xiàn)MIPv6的延時比HMIPv6的延時上稍好一點。

為了更直觀的表示三種切換方案的端到端延時，使用數(shù)學(xué)運算對整個傳輸過程中的端到端的延時多次實驗求其平均結(jié)果如表1所示。

表1 三種切換方案端到端的延時

從表中數(shù)據(jù)得出，端與端的延時盡管FHMIPv6最好，但僅比FMIPv6高約18.7ms，比HMIPv6高約48.28ms，F(xiàn)MIPv6比HMIPv6高約4.48ms，于是當(dāng)以端到端的延時進(jìn)行比較時FHMIPv6最好，HMIPv6居中，F(xiàn)MIPv6最差?？傮w相比實現(xiàn)協(xié)議復(fù)雜度，效果并不理想。

2.2 三種切換方案下的切換延時(Handoff Delay)切換延時的定義:移動節(jié)點由當(dāng)前子網(wǎng)切換到新子網(wǎng)的過程中，從當(dāng)前子網(wǎng)收到的最后一個數(shù)據(jù)包到從新子網(wǎng)收到的第一個數(shù)據(jù)包的時間間隔。在仿真中，采用從源發(fā)送端CN出發(fā)，通過CN發(fā)送的TCP序列號來計算不同切換方案的平均延時。FHMIPv6的切換延時最小，F(xiàn)MIPv6次之，HMIPv6切換延時最大。

圖3 三種協(xié)議切換延時比較

經(jīng)過多次試驗得到不同切換方案的平均切換延時如表2所示。

表2 三種協(xié)議切換延時

通過表中可以得出FHMIPv6切換延時最少，比FMIPv6切換上快約111.26ms，比 HMIPv6快約205.81ms，此時，F(xiàn)MIPv6比 HMIPv6切換延時低一點，約為94.55ms。

2.3 三種切換方案下的吞吐量與丟包率吞吐量即單位時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)的多少，本文的吞吐量從發(fā)送端定義的。另外，引入了平均有效吞吐量(Average Throughput)的概念，它是綜合發(fā)送端與接收端所發(fā)數(shù)據(jù)包個數(shù)來考查切換性能的參數(shù)。丟包率的計算按照原理應(yīng)該取Throughput和Average Throughput的差值來計算，但為了便于比較和分析三種協(xié)議的性能差別，取Average Throughput和無切換情況下的Throughput的差值來計算。

從圖可以知到，在切換時間點(30秒左右)，吞吐量明顯的減弱，這是由于切換過程中的發(fā)送數(shù)據(jù)包個數(shù)減少造成的，同時，由于FHMIPv6切換時間最短，其吞吐量變化稍小，HMIPv6吞吐量變化最大，F(xiàn)MIPv6居中。

圖4 三種切換方案吞吐量比較圖

為了對三種方案的切換性能有進(jìn)一步的理解，同時計算不同切換方案的丟包率，通過多次實驗取平均的方式計算了不同方案下的平均吞吐量(Throughput)和平均有效吞吐量(Goodput)，

其中:Sum_Send_Packet_byte:CN總共發(fā)送的TCP包字節(jié)大小;Sum_Receive_Packet_Byte:MN總共接收到的TCP包字節(jié)大小;No_Handover_Goodput:無切換時的平均有效吞吐量;Start_Time:TCP包傳輸?shù)拈_始時間;End_Time:TCP包傳輸?shù)慕Y(jié)束時間。

表3 三種切換方案的吞吐量和丟包率

從表3中可以看出，F(xiàn)HMIPv6不論在平均吞吐量、平均有效吞吐量還是丟包率上都是表現(xiàn)最好的。此時，F(xiàn)MIPv6的表現(xiàn)比HMIPv6好一點。

綜上，移動IPv6三種增強(qiáng)切換技術(shù)在IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)中的切換性能有所提高，F(xiàn)HMIPv6在各個方面都表現(xiàn)為最優(yōu)，HMIPv6只有在端到端的延時情況下優(yōu)于FMIPv6，其余幾個方面都表現(xiàn)的比FMIPv6差。

3 結(jié)束語

以現(xiàn)有的切換方案，并對其切換方案進(jìn)行了分析比較，發(fā)現(xiàn)FHMIPv6是三種協(xié)議中延時最短的，但是其復(fù)雜度比較高，為了綜合評價現(xiàn)有各種協(xié)議，采用仿真工具NS2，進(jìn)行了仿真，對現(xiàn)有三種增強(qiáng)協(xié)議進(jìn)行了幾方面的比較。通過實驗得出了如下結(jié)論，F(xiàn)HMIPv6在各個方面都表現(xiàn)為最優(yōu)，HMIPv6只有在端到端的延時情況下優(yōu)于FMIPv6，其余幾個方面都表現(xiàn)的比FMIPv6差。為改善性能而提出的增強(qiáng)協(xié)議，盡管在表現(xiàn)上有所提高，但是某些方面(端到端的延時)提高不大。所以還應(yīng)該考慮協(xié)議實現(xiàn)復(fù)雜度，找到一種復(fù)雜度不高，表現(xiàn)性又好的切換方案。

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