移动IPv6切换技术研究

陈利军

(河南经贸职业学院，河南 郑州 450000)

1.概述

当前信息技术飞速发展，Internet和移动通信是通信领域的两大发展趋势。但是，由于目前网络主要以固定接入方式接入Internet，每个主机分配有唯一的IP地址或动态的IP地址。Internet是基于网络前缀的路由，IP数据包首先路由到IP地址前缀对应的网段，再转发给目标节点。当移动主机在不同网络间移动时，它的原有IP地址已经不能再表示其物理网络地址，发送给移动主机的数据包不能被正确地转发给目标节点，所以移动主机不能正常的接入Internet获得网络服务。而人们的生活经常处于运动中，需要随时随地访问Internet，因此传统的固定IP协议已经不能完全满足人们对Internet使用需求。人们迫切希望在传统的IP网络中实现移动性的支持，这些潜在的巨大需求给Internet带来新的机遇，移动IP就是在原来IP协议的基础上为了解决这些问题而提出的解决方案。

移动IP的主要设计目标是移动节点在改变网络接入点时，能够不改变其IP地址，并在移动过程中保持通信，而且对上层协议保持透明性。为此，国际标准化组织Internet工程任务组IETF(Internet Engineering Task Force)制定了基于IPv4和IPv6两种不同版本IP协议的移动IP协议，即移动IPv4和移动IPv6。1996年10月，IETF提出了移动IPv4协议的相关标准，由于IPv4自身的不足，如IP地址匮乏、安全性不好等原因，使得在基于IPv4的网络上开展移动IPv4应用变得困难。而IPv6以其丰富的地址空间、较高的安全性和服务质量以及良好的移动性支持，使得IPv6在移动通信领域得到了广泛的应用。

目前，移动IP中的关键技术主要包括：

（1）移动切换技术

移动节点从一个子网移动到另一个子网就产生了切换(Handoff／Handover)。移动节点在新子网上获得新的转交地址，新的转交地址不同于前一个网络上的转交地址。因此，移动节点需要向家乡代理重新注册，以及向通信对端重新绑定。移动IP是关于第三层，即网络层上的协议，由于详细传输和协议处理都需要时间，加上无线链路的高误码率、无线信号强度动态变化等多方面的原因，切换可能导致移动节点在一定时间内不能发送和接收数据分组，引起通信对端与移动节点之间的通信暂时中断。如何保持通信的连续性，支持各种实时应用，缩短切换引起的通信中断时间，减少切换对服务质量的影响，是移动IP研究中重点关注的问题。

目前主要的切换方法主要有：移动IPv4低延迟切换(Low Latency Handoff)技术和移动IPv6的三种切换技术：快速切换(Fast Handover)、平滑切换(Smooth handover)和层次型(Hierarchical)管理模型。其中低延迟切换和快速切换的目的是使移动节点在切换过程中通信连接中断的时间最小；平滑切换(也叫低丢失切换)的主要目的是使丢失的分组数量最小。

（2）移动安全

移动IP在网络层实现了移动互联，但是，也带来了潜在的安全问题，主要来源于移动环境和移动IP协议两个方面。移动主机在许多情况下通过无线链路接入到Internet，无线链路是开放的链路，容易遭受被动窃听、重放攻击和其它主动攻击。而且，这些攻击行为很难检测出来。在移动IP协议中，移动主机不断切换到不同的外地网络，通过这些外地网络与家乡网络和通信对端通信，外地网络的安全性和可信度都影响通信的安全性。

安全机制在移动环境中是至关重要的，移动IP协议和IPSec协议结合起来，可以提高移动IP协议的安全性。

（3）服务质量

目前在固定IP网络上提出了集成服务(IntServ)和差分服务(DiffServ)两种服务质量机制，但它们都不适合移动环境。移动IP服务质量解决方案要求在切换期间通信连接服务中断时间最短，能够有效确定切换过程中原有路径的重建部分；切换完成后要能够及时释放原有路径上的服务质量状态和已分配的资源等。目前研究较多的解决方案都基于资源预留协议(RSVP，Resource Reservation Protocol)。

（4）组播技术

在组播通信中，一个发送方可以同时向任意的接收方发送组播分组，通过网络中建立组播传播树，只在扇出点复制组播分组，使得每个组播分组在每条链路上最多出现一次，高效利用资源。在主机移动的无线环境下，移动组播不仅要处理组播中组成员的动态变化，而且要处理移动节点位置的动态改变。在组成员不断移动过程中，如果每次主机移动到新的网络时，都重新构建组播传播树，将大大增加网络系统的协议开销，组播服务被间歇性中断；当移动节点快速移动时，可能因来不及重建组播传输树而使组播服务一直中断。目前固定IP提出的DVMRP、MOSPF、CBT和PIM等组播协议都不适合移动环境。

基于移动IPv4和移动IPv6支持主机移动的组播机制：双向隧道(BT，Bi-directional Tunneling)和远程订阅(RS，Remote Subscription)。

2.目的和意义

移动IP的技术研究，研究方向从整体上可以分为宏观移动性和微观移动性两个方面。移动节点从一个子网移动到另一个子网必然产生切换。由于切换过程中信令报文的传输和处理造成了切换的延时，致使通信的暂时中断。

目前，对移动IP关键技术的大量研究的都集中在其切换技术上，可见对切换技术研究的重要性。移动IPv6允许节点在Internet内的移动过程中，保持可达性，并维持移动节点和通信对端之间正在进行的通信。为此，移动节点在发生移动后，需要向其家乡代理以及所有的通信对端发送绑定更新注册它的当前位置，此过程称为切换过程。其性能将影响整个移动IPv6的性能，因此具备一个性能优良的切换机制是移动IPv6性能的重要保证。未来移动通信网络将会越来越复杂，无线异构网络的漫游和实时多媒体的应用，使人们对快速平滑切换机制的需求更为迫切。而切换需要解决的问题是怎样使正在进行的网络服务、通信在移动节点移动过程中不受到中断因素等的影响，使服务能够在网络之间平滑过渡。由于无线网络的带宽非常有限，为满足当前网络的带宽需求，基站的服务半径变得越来越小，这增加了用户在基站之间进行切换的频率。因此，进行合理、有效的切换成为降低网络负担的一种重要途径，设计合理的切换算法满足低时延、高服务质量、高可靠性等要求成为移动IPv6研究的一个热点。

3.研究现状与发展动态

在移动IP技术中，移动IP切换是关键。所以，怎样提高移动IP技术的切换性能成为移动IP研究领域的热点。目前对切换的研究工作主要在以下几个方面展开：

对切换时延的研究：如果切换时延过长，将导致当前服务的中断，或对服务质量造成严重的影响。现有很多研究通过设计网络系统架构、设计切换协议或设计切换过程中各个阶段的消息交换方式和消息内容来减少时延。

对用户行为的研究：切换算法利用移动节点的位置和移动模式来协助系统进行切换。由于移动节点可能表现出特殊的移动方式，因此可研究用户行为和移动模式以预测用户的移动方向，在用户进入目标接入服务范围之前预先执行无缝隙切换过程。

对切换决策的研究：信号强度RSS和信号功率RSP是判断网络环境好坏的标准，距离越远，信号强度越差。利用信号强度的变化来触发切换过程，选择适当的切换决策是非常重要的。由于移动节点接收到的信号强度是随机的，如果只使用信号强度作为切换的判断标准，将会出现乒乓效应，而且将来的移动网络将有多种不同类型的、不同特征的网络组成，不同类型网络的信号强度和信号功率不同，因此需要制定更好的切换决策来确定是否进行切换。

由于移动IPv6标准切换机制的高时延、高数据包丢失和网络性能瓶颈都不能很好地满足各种实时业务的需求，因此只使用该切换机制是显然不够的。现有的移动IPv6各种切换机制中，快速切换移动FMIPv6(Fast Handovers for Mobile IPv6)和层次型移动IPv6技术HMIPv6（Hierarchical for Mobile IPv6）最具有代表性。

移动IPv6快速切换技术FMIPv6是对移动IPv6协议的改进，可以加快IPv6移动主机的切换过程，减少已有通信连接的中断时间，保证通信流的实时传输。它通过提前注册，以及在新的外地网络切换未完成时通过前一个网络保持通信的方法，实现快速切换，以对实时业务提供支持。FMIPv6关注于快速执行切换，对移动切换事件进行预测和快速响应，通过实际切换前预先进行的路由器发现、新转交地址的配置以及新旧接入路由器之间双向隧道建立等操作，为移动节点在与新接入路由之间建立连接，与家乡代理和通信对端绑定，更新注册，完成之前提供的数据传输服务。

层次型移动IPv6技术HMIPv6引入一个新的实体称为移动锚点(MAP，Mobility Anchor Point)，它可以是层次型MIPv6网络中的任何层次的路由器(包括子网的接入路由器)，不需要每个子网都具有MAP。MAP的使用可以限制移动IP同本地域以外的节点的信令交互，它能支持快速移动IP切换，帮助移动主机实现无缝移动，并且支持特定的移动网络情况。

移动主机通过MAP获得的地址是区域转交地址(RCoA，Regional Care-Of Address)，根据移动主机RCoA用法的不同，有两种MAP模式：基本模式和扩展模式。当漫游到MAP域时，移动主机可以使用RCoA作为备用的转交地址 (扩展模式)，或者在MAP的子网上形成自己的RCoA(基本模式)。

HMIPv6关注于网络架构的设计，减少移动IPv6的绑定更新时延，减少绑定更新消息在网络中的传输，提高整体的切换性能。

4.结束语

本文在介绍移动IPv6协议以及移动IPv6标准切换的主要操作的基础上，研究了两种典型的改进切换机制FMIPv6和HMIPv6。

[1]Li.Yong，Cheng.Wentiao，Jin.Depeng.Seamless handoff scheme for real-time application in the wireless IPv6 networking.2nd International Conferenceon Anti—counterfeiting，Security and Identification.August 2008 page(s)：136-139.

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