劉星宇

（西安郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院，西安 710121）

一種支持微移動(dòng)的HIP切換機(jī)制

劉星宇

（西安郵電學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院，西安 710121）

0 引言

未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)是異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)間的融合。IETF組織是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)性管理的最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一，主要的管理方案有：MIP[1]（Mobile IP，移動(dòng)IP）、SIP(Session Initiation Protocol，會(huì)話發(fā)起協(xié)議)、HIP(Host Identity Protocol，主機(jī)標(biāo)識(shí)協(xié)議)等，HIP是近幾年研究的熱點(diǎn)。

在目前的相關(guān)文獻(xiàn)中，常見(jiàn)的是HIP切換方案是由RVS[2]（Rendezvous Server，匯聚服務(wù)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性，MN(mobile node,移動(dòng)節(jié)點(diǎn))在DNS（Domain Name Server，域名服務(wù)器）中登記MN的RVS。每一次MN的移動(dòng)，都需要向RVS報(bào)告，由RVS來(lái)管理記錄節(jié)點(diǎn)的域名，HIT[3]、IP地址、以及節(jié)點(diǎn)所屬的RVS的域名。只能解決宏移動(dòng)，而不能解決微移動(dòng)[4]。而本文的這種設(shè)計(jì)方案都可以解決。

1 支持微移動(dòng)的HIP切換機(jī)制

移動(dòng)管理機(jī)制為每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)位置信息[5]，即就是如何組織移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的地址信息的分布與存貯。在這里采用層次結(jié)構(gòu)，從而可以將接入網(wǎng)按照分層結(jié)構(gòu)分成好幾個(gè)層次和合適大小的覆蓋區(qū)域。根據(jù)Ramon Caceres[6]的理論三層結(jié)構(gòu)模型更合適，而覆蓋區(qū)域的大小要根據(jù)實(shí)際情況。圖1給出的示意圖是三層結(jié)構(gòu)模型，參照微移動(dòng)的MIP-RR[7]協(xié)議，把HIP原有的RVS細(xì)分成兩層GRVS（Gateway RVS，網(wǎng)關(guān)匯聚服務(wù)器）和LRVS（ Local RVS，本地匯聚服務(wù)器），DNS相當(dāng)于MIP-RR中的HA（Home Agent，歸屬代理），GRVS和LRVS相當(dāng)于GFA（Gateway Foreign Agent，網(wǎng)關(guān)外地代理）和FA（外地代理）。在圖1中GRVS作為接入網(wǎng)接入internet的網(wǎng)關(guān)，第一層是MN在域間移動(dòng)，即同一RVS（服務(wù)集合點(diǎn)）內(nèi)，不同的GRVS，包括接入網(wǎng)1和接入網(wǎng)2兩個(gè)域(接入網(wǎng)2同接入網(wǎng)1，圖中未畫(huà))；第二層是MN在域內(nèi)移動(dòng)，即同一GRVS內(nèi)，不同的LRVS，每個(gè)域包括2個(gè)子網(wǎng)（用虛線所示），子網(wǎng)包括LRVS和2個(gè)BS (Base Station，基站)；第三層是MN在本地移動(dòng)，同一LRVS內(nèi)，MN在不同的BS范圍間移動(dòng)。

針對(duì)每一層要完成不同的功能，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示，接入網(wǎng)中的LRVS管理的是MN的主機(jī)標(biāo)識(shí)HIT和IP地址（HIT-MN， IP-MN），G R V S管理的是各個(gè)L R V S的I P地址及M N標(biāo)識(shí)（HIT-MN，IP-LRVS），RVS管理的是各個(gè)接入網(wǎng)的GRVS的IP地址及MN的標(biāo)識(shí)（HIT-MN，IP-GRVS），DNS域管理MN的標(biāo)識(shí)HIT，RVS的標(biāo)識(shí)HIT及IP地址（HIT-MN，HIT-RVS，IPRVS）。

圖2 三級(jí)結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2 MN的切換過(guò)程

當(dāng)移動(dòng)主機(jī)無(wú)線接入Internet時(shí)，MN的移動(dòng)分為三層：本地移動(dòng)、域內(nèi)移動(dòng)、域間移動(dòng)。

2.1 本地切換

MN在同一個(gè)子網(wǎng)中（LRVS）的不同BS之間的移動(dòng)，如果處于BS1到BS2的移動(dòng)中，就可以收到新的BS的通告消息，通過(guò)收到的通告消息所包含的LRVS的信息與自己保存的LRVS的信息是否一致，決定是否是本地切換，如果是，新BS2分配新IP，LRVS就綁定MN的HIT和新IP，LRVS就要?jiǎng)h除舊IP和HIT綁定，這樣由CN發(fā)送的數(shù)據(jù)就可以根據(jù)GRVS的表中的LRVS的IP地址轉(zhuǎn)發(fā)給MN所在的LRVS，然后由LRVS轉(zhuǎn)發(fā)給MN。這樣，發(fā)生本地移動(dòng)時(shí)，相關(guān)的切換都在同一子網(wǎng)中。

2.2 域內(nèi)切換

在同一個(gè)域內(nèi)（同一GRVS控制下）的不同子網(wǎng)間(LRVS1—LRVS2)移動(dòng)，即微移動(dòng)，如，MN從BS2到BS3的移動(dòng)。首先判斷從BS3發(fā)出的通告信息中的GRVS和LRVS信息與保存的MN保存的GRVS和LRVS信息是否一致，如果LRVS一致，而GRVS不一致，就是發(fā)生域內(nèi)切換，只需要通知GRVS的更新MN當(dāng)前所在的LRVS的IP地址，刪除舊的LRVS的IP地址，這樣由CN發(fā)送的數(shù)據(jù)就可以根據(jù)GRVS的表中的LRVS的IP地址轉(zhuǎn)發(fā)給MN所在的LRVS，然后由LRVS轉(zhuǎn)發(fā)給MN。這種情況下也不需要RVS的參與。只有GRVS負(fù)責(zé)維護(hù)MN的HIT和LRVS的IP地址的更新。

2.3 域間切換

當(dāng)MN在域間（接入網(wǎng)1到接入網(wǎng)2）移動(dòng)時(shí)，即是宏移動(dòng)。首先判斷從新BS發(fā)出的通告信息中的GRVS和LRVS信息與保存的MN保存的GRVS和LRVS信息是否一致，都一致就是發(fā)生域間切換。然后在RVS中記錄的是GRVS的新IP地址，在GRVS中存有所有在本域內(nèi)的MN的信息。所當(dāng)收到發(fā)往本移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN的數(shù)據(jù)時(shí)，GRVS轉(zhuǎn)發(fā)給MN所在的LRVS，然后由LRVS轉(zhuǎn)發(fā)給MN。這些通信過(guò)程就采用宏移動(dòng)的HIP協(xié)議。

3 性能分析

切換管理的性能指標(biāo)主要是切換時(shí)延、包丟失率和切換成功率。對(duì)于切換來(lái)講，又分域內(nèi)外切換，要網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和鏈路層[8]結(jié)合使用。

3.1 切換時(shí)延

對(duì)于切換來(lái)講，一次成功的切換，切換時(shí)延 T包括MN切換到新BS的鏈路切換時(shí)延Tlink，MN在新BS獲得IP的時(shí)延Tip，以及MN對(duì)CN進(jìn)行位置更新的時(shí)延Treg。

Tlink、Tip跟切換的BS的半徑大小，MN運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)。Treg跟位置更新所綁定的實(shí)體有關(guān)，按照?qǐng)D1的層次結(jié)構(gòu)，切換時(shí)延最主要的是位置更新時(shí)延。針對(duì)上面三種切換，給出不同的位置更新時(shí)延。

3.1.1 本地更新時(shí)延

MN在同一個(gè)子網(wǎng)中（LRVS）的不同BS之間的移動(dòng)，更新時(shí)延主要由MN-LRVS的信息傳遞時(shí)間YMN-LRVS決定。

3.1.2 域內(nèi)更新時(shí)延

在同一個(gè)域內(nèi)（同一GRVS控制下）的不同子網(wǎng)間(LRVS1—LRVS2)移動(dòng)，即微移動(dòng)，更新時(shí)延主要由MN-LRVS的信息傳遞時(shí)間YMN-LRVS和GRVSLRVS信息傳遞時(shí)間YGRVS-LRVS決定。

3.1.3 域間更新時(shí)延

當(dāng)MN在域間（接入網(wǎng)1到接入網(wǎng)2）移動(dòng)時(shí)，即是宏移動(dòng)。更新時(shí)延主要由MN-LRVS的信息傳遞時(shí)間 和GRVS-LRVS信息傳遞時(shí)間YMN-LRVS和RVS-GRVS 信息傳遞時(shí)間YGRVS-LRVS決定。

如果MN距離 RVS比較遠(yuǎn)的話，采用微移動(dòng)機(jī)制，式(2)、式(3)明顯小于式(4)，即就是本地更新時(shí)延和域內(nèi)更新時(shí)延比采用宏移動(dòng)的切換機(jī)制的位置更新時(shí)延要小很多。MN的更新時(shí)延主要與管理它的LRVS、GRVS實(shí)體位置有關(guān)。按照層次結(jié)構(gòu)，MN距離越近，時(shí)延越少。因此，MN移動(dòng)時(shí)，切換性能與LRVS、GRVS實(shí)體的放置位置、管理下層實(shí)體的個(gè)數(shù)有關(guān)系。

3.2 包丟失率

在MN發(fā)生移動(dòng)時(shí)，在切換中，由于CN沒(méi)能及時(shí)的獲得MN的IP地址，還是把報(bào)文發(fā)給MN的原IP，就會(huì)造成報(bào)文丟失，那么丟包跟切換時(shí)延存在一定的關(guān)系。如果r為CN給MN發(fā)送報(bào)文的速率，不考慮其他因素，那么丟包數(shù)[9]N為：

如果r一定，那么切換時(shí)延T越大，丟包數(shù)N就越大。

3.3 切換的成功率

對(duì)于無(wú)線鏈路來(lái)講，由于各種原因會(huì)造成沒(méi)有可用信道導(dǎo)致切換不成功，在這里只考慮由于時(shí)延造成的切換的不成功[10]。如果MN在一個(gè)BS中停留的時(shí)間小于切換時(shí)間，那就切換不成功。

在切換時(shí)延中，切換時(shí)延主要取決于MN對(duì)CN進(jìn)行位置更新的時(shí)延。由于無(wú)線鏈路的傳輸能力有限，出錯(cuò)的概率大（誤碼率高），需要重傳的幾率大，所以位置更新的時(shí)延將會(huì)增加，那么導(dǎo)致切換的時(shí)延增加。按照上面的分析，時(shí)延與丟包率的關(guān)系，可以得出，丟包率也增加。那么切換成功率就低。

從MN的運(yùn)動(dòng)速率來(lái)分析，如果運(yùn)動(dòng)速度增加，那么BS的半徑固定的話，那么MN移出BS的概率增加了，位置更新的次數(shù)增加了，位置更新的時(shí)延也增加了，丟包也增加了，切換成功率降低了。

從BS的覆蓋半徑來(lái)分析，在MN的運(yùn)動(dòng)速率固定的情況下，如果半徑越大，MN移出BS的速率就小，位置更新的次數(shù)小，切換時(shí)延也就小，丟包少，成功率高。

4 結(jié)論

文章討論了支持微移動(dòng)的HIP的切換機(jī)制，詳細(xì)的分析了這種機(jī)制的切換過(guò)程和性能分析，得出此種機(jī)制比原來(lái)不支持微移動(dòng)的方案的在切換性能方面的優(yōu)勢(shì)，不僅可以降低節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的切換時(shí)延，包丟失率和提高切換成功率，而且很好的支持微移動(dòng)應(yīng)用。

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A handoff mechanism to support micro-mobility of hip

LIU Xing-yu

為了解決主機(jī)標(biāo)識(shí)協(xié)議HIP（Host Identity Protocol）在微移動(dòng)中的不足，采用移動(dòng)IP解決微移動(dòng)的分層的方法，把HIP的匯聚服務(wù)器RVS(Rendezvous Server)分成三層結(jié)構(gòu)，得到一種支持微移動(dòng)HIP切換機(jī)制。此機(jī)制不僅可以降低節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的切換時(shí)延、包丟失率和提高切換成功率，而且很好的支持微移動(dòng)應(yīng)用。

HIP；移動(dòng)性管理；域名系統(tǒng)DNS(Domain Name System)；RVS

劉星宇（1975 -），女，陜西富平人，講師，碩士，研究方向是無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)。

TP391

A

1009-0134(2011)5(上)-0067-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).24

2010-11-29