李慧奇，鄒正英，張 琴 ，肖 瑞 （.華數(shù)網(wǎng)通信息港有限公司運(yùn)維部，杭州 浙江 300；.中國聯(lián)通北京分公司，北京00038）

0 前言

隨著無線技術(shù)正在以前所未有的速度發(fā)展，各種新技術(shù)不斷地呈現(xiàn)，例如個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、無線電腦、微型電話等等。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（MN）在IP掩碼間移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)IP（MIP）通過隱藏IP地址提供無縫移動(dòng)，為用戶漫游到本地網(wǎng)和本地代理（HA）以外的地區(qū)提供一個(gè)框架。

然而，MIP并不支持切換敏感環(huán)境下的快速切換和無縫鏈接，將MPLS應(yīng)用到基于IP的無線接入網(wǎng)中可以有效地減少頻繁注冊(cè)產(chǎn)生的切換時(shí)延?；贛PLS的無線接入網(wǎng)的微移動(dòng)方案有3個(gè)優(yōu)勢。

a）允許約束路由，并且支持無線接入網(wǎng)絡(luò)中的流量工程。

b）在無線接入網(wǎng)絡(luò)中，只由標(biāo)簽交換路由器（LSR）處理標(biāo)簽交換以及和MN移動(dòng)性相關(guān)的基站，包括本地代理（HA）或外地代理（FA）。

c）通過使用路徑保護(hù)和重新存儲(chǔ)方案，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

本文提出的一種基于MPLS的無線接入網(wǎng)微移動(dòng)方案是在建立標(biāo)簽交換路徑時(shí)引入了中間級(jí)的標(biāo)簽信息庫，從而更加有效地減少了端到端的時(shí)延和外地代理的負(fù)載。

1 微移動(dòng)方案概述

1.1 MN注冊(cè)

在基于MPLS的無線接入網(wǎng)絡(luò)中，需使用MIP注冊(cè)協(xié)議為MN建立一條標(biāo)簽交換路徑（LSP）。FA周期性地廣播發(fā)送MIP通告信息給所有的MN，對(duì)于接收到的通告信息可按以下步驟處理（見圖1）。

a）在基于MPLS的無線網(wǎng)絡(luò)中，MN收到一個(gè)從FA廣播發(fā)送的通告信息后，首先要判斷它來自本地域，還是外地域。

b）MN發(fā)送一個(gè)注冊(cè)請(qǐng)求給FA，需要一個(gè)來自FA的臨時(shí)地址（CoA）。

c）FA再將這個(gè)注冊(cè)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給外地域代理（FDA），一般來說，這個(gè)注冊(cè)請(qǐng)求將被發(fā)送給HA。

d）FDA繼續(xù)將這個(gè)注冊(cè)請(qǐng)求再發(fā)送給HA。

e）HA接收到注冊(cè)請(qǐng)求并且獲得FDA的IP地址后，將使用標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議 （LDP）發(fā)一個(gè)標(biāo)簽請(qǐng)求給FDA。

f）FDA回復(fù)一個(gè)LDP標(biāo)簽交換信息給HA，從而在HA和FDA間建立一條LSP。

g）FDA發(fā)送一個(gè)標(biāo)簽請(qǐng)求給MN的定位子網(wǎng)FA。

h）FA回復(fù)信息給FDA，該信息攜帶LDP標(biāo)簽交換信息。信息到達(dá)FDA時(shí)，F(xiàn)DA和FA之間的LSP就建立了。

i）然后，HA搜索標(biāo)簽表，找到MN的本地地址后，HA先將出口端口和出口標(biāo)簽改為統(tǒng)同一值，然后再沿著從HA到FDA的LSP發(fā)送一個(gè)注冊(cè)應(yīng)答給FDA。

j）FDA將沿著從FDA到FA的LSP轉(zhuǎn)發(fā)該注冊(cè)應(yīng)答給FA。

k）FA接收到注冊(cè)應(yīng)答后，將進(jìn)來的注冊(cè)應(yīng)答表的端口值和標(biāo)簽號(hào)放在表中的“入口標(biāo)簽域”和“輸入端口域”。

圖1 MN標(biāo)簽交換路徑的建立

l）最后，F(xiàn)A將注冊(cè)應(yīng)答返回給MN。

1.2 MN的切換進(jìn)程

當(dāng)MN從一個(gè)FA切換到同一個(gè)外域的另一個(gè)FA時(shí)，新FA基站將通過MIP的注冊(cè)請(qǐng)求信息，使用以下步驟通知FDA（見圖2）。

a）MN將通過新FA的通告決定是否需要做切換。

b）在同一個(gè)外地域中，當(dāng)MN從一個(gè)子網(wǎng)切換到另一個(gè)子網(wǎng)時(shí)，將發(fā)送一個(gè)注冊(cè)請(qǐng)求給新的FA。

c）在切換過程中，MN通過發(fā)送一個(gè)綁定更新信息將新地址通知給舊的FA，允許舊的FA緩存MN的新綁定。如果FDA后來通過老的路徑發(fā)送包給MN，這個(gè)舊的FA將接收一個(gè)包，并且建立一條到新的FA的LSP，然后通過LSP將這些包發(fā)送給新的FA。

d）新的FA將注冊(cè)請(qǐng)求發(fā)送到FDA。

e）下一個(gè)FDA將發(fā)送一個(gè)標(biāo)簽請(qǐng)求信息返回給新的FA。

f）新的FA接收到此標(biāo)簽請(qǐng)求，并且回復(fù)一個(gè)標(biāo)簽信息給FDA后，F(xiàn)DA和FA之間的LSP就建立了。

g）最后，從FDA發(fā)送一個(gè)注冊(cè)回復(fù)信息給新老FA和MN。

圖2 MN的切換過程

當(dāng)流量通過網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在每一個(gè)MPLS LSR內(nèi)均有標(biāo)簽表，這些表也成為標(biāo)簽信息庫（LIB）。LIB被用來查詢下一個(gè)流的LSR。在LIB中的每一條路徑都包含一個(gè)入口標(biāo)簽 （Label In）和一個(gè)出口標(biāo)簽（Label Out），一個(gè)或更多的子路徑（見表1）。例如：要將一個(gè)包傳送到FDA路由器，它將到達(dá)LSR3的B端口，標(biāo)簽為65。為了確定轉(zhuǎn)發(fā)地址，要到LIB表中查明該標(biāo)簽，通過LIB得知，在B端口攜帶標(biāo)簽值為65的數(shù)據(jù)包將通過標(biāo)簽值為50的A端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。和前面所提到的那樣，子路徑包含一個(gè)出口標(biāo)簽和一個(gè)出口端口，入口標(biāo)簽要被出口標(biāo)簽代替，并且數(shù)據(jù)包會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)LSR的出口端口，LIB中的下一跳地址也如此設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)包離開MPLS域以前，要將MPLS域的頭部去除。如圖3所示，F(xiàn)A與FDA之間的路徑就是標(biāo)簽交換路徑（LSP）。LSP和LIB之間通過標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）維護(hù)，如需要建立一個(gè)新的LSP（例如MN在一個(gè)新的FA域），LDP將提供所需的信息更新。

表1 LSR3 LIB

圖3 MPLS至FDA的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)

2 一種MPLS無線接入網(wǎng)中的微移動(dòng)方案

基于上述方案，本文提出了一種引入I-LIB的方案。在此方案中FDA將不能意識(shí)到MN的移動(dòng)。當(dāng)MN發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求給新FA，新FA將轉(zhuǎn)發(fā)這些信息給FDA，這個(gè)注冊(cè)請(qǐng)求將到達(dá)中間的標(biāo)簽交換路由器3（LSR3），該路由器有一個(gè)支持MN的前向路徑，需要給MN建立一條從FA到LSR3的新LSP，而不是傳統(tǒng)從新FA到FDA的LSP，其架構(gòu)如圖4所示。

圖4 MPLS快速切換架構(gòu)

MN建立一個(gè)新的LSP需要修改LIB。例如：為了指向新FA，要改變表的出口和出口端口域。另外，LIB也需要額外的域。這些額外域包括標(biāo)簽、新的CoA、老的CoA、MN地址和計(jì)時(shí)器（見表2）。本方案中將基于FA和FDA之間的不同LSR擴(kuò)展LIB，這個(gè)擴(kuò)展的LIB被稱為中間的標(biāo)簽信息庫（I-LIB）。

先從舊CoA和新CoA域來討論額外域，因?yàn)镠A和FDA都是從舊CoA中識(shí)別MN，這個(gè)I-LIB需要將CoA替換正確。如果一個(gè)包發(fā)送給MN，那么I-LIB將需要交換新老CoA，因?yàn)樾碌腇A需要識(shí)別接收包的MN。如果MN發(fā)送一個(gè)包，I-LIB也必須交換新老CoA，因?yàn)镕DA和HA需要從老的CoA中識(shí)別MN包。轉(zhuǎn)變CoA就意味著要通知I-LIB進(jìn)行額外的交換，這個(gè)步驟通過將標(biāo)記設(shè)置為1來完成（建立一個(gè)新的LSP標(biāo)記也設(shè)置為1）。當(dāng)標(biāo)記設(shè)置為1時(shí)，I-LIB將比較MN當(dāng)前的CoA和新CoA、舊CoA，如果MN當(dāng)前的CoA不同于舊CoA，那么I-LIB將用MN的當(dāng)前CoA和舊CoA域中的作交換。如果標(biāo)記設(shè)置為0，則將不需要交換。在使用計(jì)時(shí)器來決定MN是否需要激活 （例如傳輸/接收數(shù)據(jù)包或者LSP不在可用），每個(gè)輸入和輸出表都對(duì)此計(jì)時(shí)器進(jìn)行刷新。當(dāng)時(shí)間溢出的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)假設(shè)MN是空閑狀態(tài)，并且在I-LIB中為MN刪除一條LSP入口。同樣，對(duì)于中間級(jí)的LSR ILIB，注冊(cè)請(qǐng)求表將不僅包含新的CoA，也包含老的CoA。計(jì)時(shí)器將有助于阻止I-LIB變大，在表索引和記憶管理中編程導(dǎo)致沒有必要的時(shí)延。

表2 具有I-LIB的LSR3

切換過程中，MN要發(fā)送一個(gè)綁定信息，將它的新CoA通知給舊FA。允許舊FA緩存MN的新綁定將有助于減少包丟失有2個(gè)原因。

a）在切換期間，I-LIB將配置新的LSP，導(dǎo)致包走向舊FA，這就要允許舊FA發(fā)送包給新FA。

b）如果I-LIB沒有正確配置新LSP（標(biāo)記沒有變成），那么舊FA將能夠發(fā)送包給新FA。

因此，如果舊FA由于這2個(gè)原因接收到包，那么舊FA將能夠建立到新的FA的一條LSP，并且通過LSP將包發(fā)送給新FA。其切換流程如圖5所示。

在基于MPLS的無線網(wǎng)絡(luò)中使用I-LIB的優(yōu)勢是：和傳統(tǒng)的相比，建立一個(gè)新LSP有更小的時(shí)延。另一個(gè)優(yōu)勢是減少了FDA上的負(fù)載。當(dāng)幾個(gè)MN進(jìn)入FDA或者幾個(gè)切換同時(shí)發(fā)生將會(huì)產(chǎn)生瓶頸。建立從FA到FDA的LSP開銷最終要擴(kuò)散到MPLS領(lǐng)域。不幸的是，在建立從FA到中間級(jí)的LSR的LSP的開銷是增加的，因?yàn)長SR有能力創(chuàng)建新的LSP。傳統(tǒng)上說，中間的LSR將交換表和發(fā)送包。圖5顯示了MN的切換進(jìn)程。

3 結(jié)束語

隨著對(duì)時(shí)延敏感的無線設(shè)備的廣泛使用，為了提高服務(wù)質(zhì)量，在切換期間建立LSP有必要考慮更低的端到端時(shí)延。本文提出了一種基于MPLS的無線接入網(wǎng)的微移動(dòng)方案，將I-LIB融合到MPLS發(fā)送中，當(dāng)MN從一個(gè)FA移動(dòng)到屬于同一個(gè)外域的另一個(gè)FA時(shí)，不需要和MN的HA進(jìn)行通信。與傳統(tǒng)的方案相比，在建立LSP的過程中，具有更小的端到端時(shí)延。

圖5 MN快速切換進(jìn)程

［1］R.Langar，S.Tohme.Micro Mobile MPLS：A New Scheme for MicromobilityManagement in 3G All-IP Networks ［C］//In Proceeding IEEE Computers and Communications（ISCC）.2005：301-306.

［2］王樹軍，畢光國.一種基于MPLS的無線接入網(wǎng)微移動(dòng)方案［J］.電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2008，13（5）.

［3］任金秋，張建輝，汪斌強(qiáng).支持多故障恢復(fù)的MPLS快速重路由［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，29（15）.

［4］周斌，張陽安，黃永清，等.基于軟硬件協(xié)同處理的MPLS路由器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)［J］.光通信技術(shù)，2008，32（4）.

［5］Wang Zhaoxia，Sun Yugeng，Wang Zhiyong，et.al.Quality of service routing strategy using supervised genetic algorithm ［J］.Transactions of Tianjin University，2007，13（1）：48-52.