陳光韜，秦雅娟

（北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院下一代互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備國家工程實驗室，北京 100044）

PMIPv6定時塊綁定更新技術(shù)研究*

陳光韜，秦雅娟

（北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院下一代互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備國家工程實驗室，北京 100044）

代理移動IPv6的IETF草案RFC5213規(guī)范了對單個節(jié)點移動性的管理，且僅偏重于單個節(jié)點的注冊與解注冊機(jī)制。草案RFC6602在代理移動IPv6的基礎(chǔ)上添加了塊綁定更新的功能，用于對MAG下多個節(jié)點進(jìn)行分組管理。通過分析RFC6602中基于塊綁定更新的代理移動IPv6注冊管理機(jī)制及其技術(shù)優(yōu)勢，搭建PMIPv6定時塊綁定更新實驗環(huán)境，測試分析其信令開銷和交互信令數(shù)量，并與基本PMIPv6進(jìn)行了分析和對比。

代理移動IPv6 塊綁定 定時更新 注冊

1 引言

PMIPv6（Proxy Mobile IPv6，代理移動IPv6）是IETF（The Internet Engineering Task Force，國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）草案RFC5213[1]提出的一種基于網(wǎng)絡(luò)的移動性管理協(xié)議，用以解決單個終端移動性管理的問題[2]。該協(xié)議對終端的復(fù)雜性要求低，不需要終端進(jìn)行任何改變，并且通過保證終端在PMIPv6域內(nèi)移動時使用同一個網(wǎng)絡(luò)地址與通信對端進(jìn)行通信，來確保移動終端在切換時不會造成通信中斷[3]。

在PMIPv6中，隨著接入MAG（Mobility Access Gateway，移動接入網(wǎng)關(guān)）的移動節(jié)點增多，功能實體LMA（Local Mobile Anchor，本地移動錨節(jié)點）和MAG之間的信令將成倍增加，從而占用大量網(wǎng)絡(luò)資源[4]。其主要原因是RFC5213規(guī)范了在PBU（ProxyBinding Update，代理綁定更新）和PBA（Proxy Binding Acknowledge，代理綁定確認(rèn)）消息中要攜帶移動節(jié)點標(biāo)識符選項，因此每個綁定更新操作只能管理1個移動性會話，缺乏管理一組移動性會話的能力。另外，為了延長移動會話的生存時間，PMIPv6需要MAG代理每個會話向LMA發(fā)送1個PBU消息，這將會導(dǎo)致LMA和MAG之間的信令數(shù)量線性增加。

為了解決上述問題，RFC6602[5]提出了塊綁定更新的概念。通過添加新的移動性選項和標(biāo)志位，塊綁定操作可以控制一組移動性會話，從而減少LMA和MAG之間的信令數(shù)量。本文介紹了PMIPv6的移動節(jié)點管理機(jī)制，研究了定時塊綁定更新PMIPv6的功能原理，并分析比較了塊綁定更新PMIPv6與基本PMIPv6在信令開銷方面的性能。

2 PMIPv6移動節(jié)點管理機(jī)制

為了實現(xiàn)對移動節(jié)點的管理，PMIPv6在移動IPv6[6]協(xié)議的基礎(chǔ)上規(guī)范了2個實體：LMA和MAG。MAG主要負(fù)責(zé)檢測MN（Mobile Node，移動節(jié)點）的接入和離開，代理MN進(jìn)行PBU消息的發(fā)送和PBA消息的接收，為MN建立和刪除MAG到LMA的隧道[7]、BULE（Binding Update List Entry，綁定更新列表條目）和路由。LMA負(fù)責(zé)接收PBU消息和發(fā)送PBA消息，為MN分配HNP（Home Network Prefix，家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)前綴），建立和刪除MAG到LMA之間的隧道、BCE（Binding Cache Entry，綁定緩存條目）和路由。完成代理注冊后，MAG向MN發(fā)送包含HNP的RA（Router Advertisement，路由通告）消息。MN收到RA后，BULE通過獲取其中的HNP，配置相應(yīng)的IPv6地址，進(jìn)而可以與CN（Correspondent Node，通信對端）進(jìn)行正常通信。當(dāng)MN從MAG1切換到MAG2時，MAG2代理MN進(jìn)行注冊。在MN接入MAG2的同時，MAG1也會檢測到MN的離開，并為MN進(jìn)行解注冊。在整個過程中，MN并不參與信令交互，而是由功能實體LMA和MAG完成MN路由、前綴、位置等的管理。

PMIPv6通過LMA和MAG這2個實體對MN進(jìn)行管理，并且上層的管理對MN是透明的，簡化了終端的工作。由于LMA和MAG之間交互的信令都攜帶有移動節(jié)點標(biāo)識符選項，所以其管理是基于單個節(jié)點的，并且LMA和MAG還要對節(jié)點的生存周期進(jìn)行管理，即需要定時的信令交互來延長其生存時間。

基本PMIPv6的3個階段信令流程如圖1所示：

圖1 PMIPv6信令流程

由此可見，PMIPv6實現(xiàn)的是對單個MN的管理，當(dāng)MN數(shù)量增加時，其管理機(jī)制是并行的，節(jié)點與節(jié)點之間并沒有相互的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致PMIPv6的管理機(jī)制欠缺靈活性、效率低、存儲與索引節(jié)點信息的復(fù)雜度增大。為了保證其通信不中斷，延長節(jié)點的生存時間，LMA和MAG之間的信令交互數(shù)量將成倍增加，從而增加信令開銷，降低節(jié)點移動性管理的效率。

3 塊綁定更新PMIPv6管理機(jī)制

在RFC6602基礎(chǔ)上，本文通過在移動性頭部添加組標(biāo)識符選項和塊綁定更新標(biāo)志位B，實現(xiàn)了塊綁定更新的注冊與解注冊機(jī)制，以支持LMA和MAG這2個實體對一組移動節(jié)點的管理。在塊綁定更新中，MAG在接入階段為移動節(jié)點進(jìn)行分組，而LMA在注冊階段為移動節(jié)點進(jìn)行分組，這2種分組相互獨立，從而實現(xiàn)LMA和MAG對移動節(jié)點的雙向管理。在定時更新階段，塊綁定更新只需在PBU和PBA中包含1個組標(biāo)識符，為組節(jié)點進(jìn)行生存時間的延長，不但降低了LMA和MAG之間信令交互的數(shù)量，也降低了信令的頭部開銷。

基于PMIPv6的定時塊綁定更新包括接入階段、定時塊綁定更新階段和切換階段。其核心思想是在定時塊綁定更新階段，通過對移動節(jié)點進(jìn)行分組管理，以同時維護(hù)多條鏈路狀態(tài)。

塊綁定更新信令流程如圖2所示：

圖2 塊綁定更新信令流程

（1）接入階段：MN接入MAG，MAG通過MN的MAC地址查找對應(yīng)的MN_id，并根據(jù)相應(yīng)的管理機(jī)制為節(jié)點分配相應(yīng)的Bulk_MAG_id，然后MAG為MN建立BULE，存儲MN_id和Bulk_MAG_id，并代理MN向LMA發(fā)送包含有MN_id和Bulk_MAG_id的PBU進(jìn)行注冊。LMA收到后，查找MN_id所對應(yīng)的HNP，并根據(jù)LMA定義的管理機(jī)制，給MN分配相應(yīng)的Bulk_LMA_ id，然后為MN建立一個BCE，存儲PBU攜帶的MN_id和Bulk_MAG_id以及LMA自己分配的Bulk_LMA_id，再將HNP和Bulk_LMA_id添加到PBA發(fā)給MAG，并為HNP建立通向MAG的隧道和路由。MAG收到LMA返回的PBA后，提取HNP添加到RA消息中發(fā)送給MN，并為HNP和Bulk_LMA_id更新BULE，建立通向LMA的隧道和路由。

（2）定時塊綁定更新階段：MN注冊完畢后，MAG已經(jīng)對其進(jìn)行了分組，組內(nèi)成員的生存時間具有同步性。為了延長生存時間，MAG會代理整個組向LMA進(jìn)行更新，每個組只需發(fā)送1個PBU消息，PBU消息中只需攜帶1個組標(biāo)識符Bulk_MAG_id，此時PBU中只包含1個移動性選項。LMA收到該PBU消息后，提取Bulk_MAG_id，再根據(jù)該組標(biāo)識符索引所有組內(nèi)的MN，并為這些節(jié)點延長生存時間，然后將Bulk_MAG_id添加到PBA消息發(fā)送給MAG，此時PBA中只包含1個移動性選項。MAG收到PBA后，提取其中的Bulk_MAG_id，并根據(jù)該組標(biāo)識符索引所有組內(nèi)的MN，更新其BULE。

（3）切換階段：塊綁定更新的離開過程與PMIPv6的切換離開過程相同，接入新MAG的過程則與塊綁定更新的接入過程相同。

4 塊綁定更新PMIPv6性能分析

通過對基本PMIPv6和塊綁定更新PMIPv6這2種方案的機(jī)制分析可以看出，在信令開銷[8]方面，由于定時塊綁定更新在接入和切換階段加入了組標(biāo)識符選項實現(xiàn)對MN的分組管理，因此這2個階段塊綁定更新信令消息的開銷比PMIPv6大，但是這個階段信令交互數(shù)量非常少，故其影響可以基本忽略不計。在定時塊綁定更新階段，塊綁定更新定時操作信令只需攜帶組標(biāo)識符選項，而基本PMIPv6要攜帶所有移動性選項，所以在此階段塊綁定更新的信令開銷要小于基本PMIPv6。信令交互數(shù)量方面，在定時更新階段，由于基本PMIPv6要為每個節(jié)點定時延長生存時間，因此LMA和MAG在此階段的信令會隨著節(jié)點數(shù)量的增加而線性增加。定時塊綁定更新在此階段會為每個組定時延長整個組內(nèi)所有節(jié)點的生存時間，而每個組只需要一次信令交互，所以采用塊綁定更新機(jī)制會大大減少LMA和MAG之間的信令交互數(shù)量。切換時延方面，由于在程序中添加了塊綁定處理模塊，與基本PMIPv6相比只增加了額外的處理時間，因此切換時延略有增加，但基本可以忽略不計。

綜上所述，塊綁定更新在接入和切換階段信令開銷較大，而切換時延基本相同。但是在定時更新階段，其大大減小了LMA和MAG之間的信令包數(shù)量及信令開銷，并且增強(qiáng)了對接入節(jié)點的管理。與基本PMIPv6相比，基于PMIPv6的塊綁定更新的優(yōu)點是：減少了定時更新階段LMA和MAG之間信令的數(shù)量；減小了定時更新階段PBU和PBA數(shù)據(jù)包的大小；通過LMA和MAG分別對用戶進(jìn)行分組，實現(xiàn)了對MN的雙向管理，使通過通信業(yè)務(wù)、通信質(zhì)量、通信內(nèi)容等來對移動用戶進(jìn)行管理成為可能。

基本PMIPv6與塊綁定更新PMIPv6對比具體如表1所示：

表1 基本PMIPv6與塊綁定更新PMIPv6對比

5 實驗測試

為了驗證塊綁定更新PMIPv6的性能，本文搭建了如圖3所示的實驗平臺。這里將5個MN接入MAG1，每個節(jié)點的生存時間均設(shè)為15s。由于塊綁定更新的切換時延與基本PMIPv6的基本一致，因此本文只對LMA和MAG之間的信令數(shù)量及信令開銷進(jìn)行了分析比較。

圖3 塊綁定更新實驗拓?fù)鋱D

通過Wireshark軟件抓取LMA和MAG之間的信令包，得到節(jié)點不同分組數(shù)和不同時間段內(nèi)的信令數(shù)量，如圖4所示：

圖4 LMA和MAG之間的信令數(shù)量對比

由 此可見，在多個MN接入MAG時，通過使用塊綁定更新對節(jié)點實施分組管理，可以顯著減少LMA和MAG之間的信令數(shù)量。

對塊綁定更新PMIPv6接入階段、定時更新階段和切換階段信令包的大小進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖5所示：

圖5 3個階段信令包的大小對比

由此可見，通過使用塊綁定更新，可以在定時更新階段顯著減小數(shù)據(jù)包的大小。

6 結(jié)束語

本文通過對基本PMIPv6和塊綁定更新PMIPv6的信令流程、管理特性以及塊綁定更新PMIPv6的性能優(yōu)勢進(jìn)行分析，詳細(xì)設(shè)計了基于PMIPv6的塊綁定更新功能，軟件實現(xiàn)了2種方案，并測試了2種方案的信令數(shù)量及開銷。塊綁定更新采用對節(jié)點分組管理的機(jī)制，通過在信令消息中添加組標(biāo)識符選項和塊綁定更新標(biāo)志位B，有效地減少了信令消息在定時更新階段的交互數(shù)量和信令開銷。同時，塊綁定更新也增強(qiáng)了功能實體對MN的管理能力，使得通信業(yè)務(wù)、通信質(zhì)量、通信內(nèi)容等的分組管理成為可能[9]。但由于塊綁定更新并沒有一個規(guī)范的管理機(jī)制，所以根據(jù)哪些特性來對節(jié)點進(jìn)行分組管理并沒有過多的要求。在后續(xù)的研究工作中，將對塊綁定更新的分組機(jī)制和管理機(jī)制進(jìn)行相關(guān)的研究實現(xiàn)。

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陳光韜：碩士畢業(yè)于北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，主要研究方向為移動互聯(lián)網(wǎng)。

秦雅娟：現(xiàn)任北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為下一代移動交換技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、寬帶無線通信。

池?zé)槼桑焊呒壒こ處?，碩士，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣東研究院，長期從事電信業(yè)務(wù)的研究與支撐工作，主要研究方向為業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（BSS）、移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

Research on Periodic Bulk-Binding-Update under Proxy Mobile IPv6

CHEN Guang-tao, QIN Ya-juan
(School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

The standard IETF draft RFC5213 specifi es mobility support for a single node for Proxy Mobile IPv6. At present, the research on proxy mobile IPv6 (PMIPv6) only focuses on registration and de-registration of single node. The periodic bulk-binding-update is added in the draft RFC6602 on the basis of PMIPv6 which can be used in multinode grouping management under MAG. According to the analyses of both the registration management mechanism and its technical advantages of PMIPv6 based on bulk-binding-update, the experimental platform of PMIPv6 bulkbinding-update was built on which the signaling overhead and the amount of mutual signaling were a nalyzed, and the analysis and comparison with PMIPv6 were presented.

PMIPv6 bulk-binding periodic update registration

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.008

TP393

A

1006-1010(2015)10-0041-05

陳光韜,秦雅娟. PMIPv6定時塊綁定更新技術(shù)研究[J]. 移動通信, 2015,39(10): 41-45.

國家科技支撐計劃（2012BAH06B01）

2015-01-27

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn