一种支持微移动的HIP切换机制

刘星宇

（西安邮电学院 通信与信息工程学院，西安 710121）

一种支持微移动的HIP切换机制

刘星宇

（西安邮电学院 通信与信息工程学院，西安 710121）

0 引言

未来通信网络发展的目标是异质网络间的融合。IETF组织是目前国内外对于网络间的移动性管理的最重要的标准之一，主要的管理方案有：MIP[1]（Mobile IP，移动IP）、SIP(Session Initiation Protocol，会话发起协议)、HIP(Host Identity Protocol，主机标识协议)等，HIP是近几年研究的热点。

在目前的相关文献中，常见的是HIP切换方案是由RVS[2]（Rendezvous Server，汇聚服务器）来实现移动性，MN(mobile node,移动节点)在DNS（Domain Name Server，域名服务器）中登记MN的RVS。每一次MN的移动，都需要向RVS报告，由RVS来管理记录节点的域名，HIT[3]、IP地址、以及节点所属的RVS的域名。只能解决宏移动，而不能解决微移动[4]。而本文的这种设计方案都可以解决。

1 支持微移动的HIP切换机制

移动管理机制为每个移动节点存储位置信息[5]，即就是如何组织移动节点的地址信息的分布与存贮。在这里采用层次结构，从而可以将接入网按照分层结构分成好几个层次和合适大小的覆盖区域。根据Ramon Caceres[6]的理论三层结构模型更合适，而覆盖区域的大小要根据实际情况。图1给出的示意图是三层结构模型，参照微移动的MIP-RR[7]协议，把HIP原有的RVS细分成两层GRVS（Gateway RVS，网关汇聚服务器）和LRVS（ Local RVS，本地汇聚服务器），DNS相当于MIP-RR中的HA（Home Agent，归属代理），GRVS和LRVS相当于GFA（Gateway Foreign Agent，网关外地代理）和FA（外地代理）。在图1中GRVS作为接入网接入internet的网关，第一层是MN在域间移动，即同一RVS（服务集合点）内，不同的GRVS，包括接入网1和接入网2两个域(接入网2同接入网1，图中未画)；第二层是MN在域内移动，即同一GRVS内，不同的LRVS，每个域包括2个子网（用虚线所示），子网包括LRVS和2个BS (Base Station，基站)；第三层是MN在本地移动，同一LRVS内，MN在不同的BS范围间移动。

针对每一层要完成不同的功能，对应的数据结构如图2所示，接入网中的LRVS管理的是MN的主机标识HIT和IP地址（HIT-MN， IP-MN），G R V S管理的是各个L R V S的I P地址及M N标识（HIT-MN，IP-LRVS），RVS管理的是各个接入网的GRVS的IP地址及MN的标识（HIT-MN，IP-GRVS），DNS域管理MN的标识HIT，RVS的标识HIT及IP地址（HIT-MN，HIT-RVS，IPRVS）。

图2 三级结构模型的数据结构

2 MN的切换过程

当移动主机无线接入Internet时，MN的移动分为三层：本地移动、域内移动、域间移动。

2.1 本地切换

MN在同一个子网中（LRVS）的不同BS之间的移动，如果处于BS1到BS2的移动中，就可以收到新的BS的通告消息，通过收到的通告消息所包含的LRVS的信息与自己保存的LRVS的信息是否一致，决定是否是本地切换，如果是，新BS2分配新IP，LRVS就绑定MN的HIT和新IP，LRVS就要删除旧IP和HIT绑定，这样由CN发送的数据就可以根据GRVS的表中的LRVS的IP地址转发给MN所在的LRVS，然后由LRVS转发给MN。这样，发生本地移动时，相关的切换都在同一子网中。

2.2 域内切换

在同一个域内（同一GRVS控制下）的不同子网间(LRVS1—LRVS2)移动，即微移动，如，MN从BS2到BS3的移动。首先判断从BS3发出的通告信息中的GRVS和LRVS信息与保存的MN保存的GRVS和LRVS信息是否一致，如果LRVS一致，而GRVS不一致，就是发生域内切换，只需要通知GRVS的更新MN当前所在的LRVS的IP地址，删除旧的LRVS的IP地址，这样由CN发送的数据就可以根据GRVS的表中的LRVS的IP地址转发给MN所在的LRVS，然后由LRVS转发给MN。这种情况下也不需要RVS的参与。只有GRVS负责维护MN的HIT和LRVS的IP地址的更新。

2.3 域间切换

当MN在域间（接入网1到接入网2）移动时，即是宏移动。首先判断从新BS发出的通告信息中的GRVS和LRVS信息与保存的MN保存的GRVS和LRVS信息是否一致，都一致就是发生域间切换。然后在RVS中记录的是GRVS的新IP地址，在GRVS中存有所有在本域内的MN的信息。所当收到发往本移动节点MN的数据时，GRVS转发给MN所在的LRVS，然后由LRVS转发给MN。这些通信过程就采用宏移动的HIP协议。

3 性能分析

切换管理的性能指标主要是切换时延、包丢失率和切换成功率。对于切换来讲，又分域内外切换，要网络层协议和链路层[8]结合使用。

3.1 切换时延

对于切换来讲，一次成功的切换，切换时延 T包括MN切换到新BS的链路切换时延Tlink，MN在新BS获得IP的时延Tip，以及MN对CN进行位置更新的时延Treg。

Tlink、Tip跟切换的BS的半径大小，MN运动速度等有关。Treg跟位置更新所绑定的实体有关，按照图1的层次结构，切换时延最主要的是位置更新时延。针对上面三种切换，给出不同的位置更新时延。

3.1.1 本地更新时延

MN在同一个子网中（LRVS）的不同BS之间的移动，更新时延主要由MN-LRVS的信息传递时间YMN-LRVS决定。

3.1.2 域内更新时延

在同一个域内（同一GRVS控制下）的不同子网间(LRVS1—LRVS2)移动，即微移动，更新时延主要由MN-LRVS的信息传递时间YMN-LRVS和GRVSLRVS信息传递时间YGRVS-LRVS决定。

3.1.3 域间更新时延

当MN在域间（接入网1到接入网2）移动时，即是宏移动。更新时延主要由MN-LRVS的信息传递时间 和GRVS-LRVS信息传递时间YMN-LRVS和RVS-GRVS 信息传递时间YGRVS-LRVS决定。

如果MN距离 RVS比较远的话，采用微移动机制，式(2)、式(3)明显小于式(4)，即就是本地更新时延和域内更新时延比采用宏移动的切换机制的位置更新时延要小很多。MN的更新时延主要与管理它的LRVS、GRVS实体位置有关。按照层次结构，MN距离越近，时延越少。因此，MN移动时，切换性能与LRVS、GRVS实体的放置位置、管理下层实体的个数有关系。

3.2 包丢失率

在MN发生移动时，在切换中，由于CN没能及时的获得MN的IP地址，还是把报文发给MN的原IP，就会造成报文丢失，那么丢包跟切换时延存在一定的关系。如果r为CN给MN发送报文的速率，不考虑其他因素，那么丢包数[9]N为：

如果r一定，那么切换时延T越大，丢包数N就越大。

3.3 切换的成功率

对于无线链路来讲，由于各种原因会造成没有可用信道导致切换不成功，在这里只考虑由于时延造成的切换的不成功[10]。如果MN在一个BS中停留的时间小于切换时间，那就切换不成功。

在切换时延中，切换时延主要取决于MN对CN进行位置更新的时延。由于无线链路的传输能力有限，出错的概率大（误码率高），需要重传的几率大，所以位置更新的时延将会增加，那么导致切换的时延增加。按照上面的分析，时延与丢包率的关系，可以得出，丢包率也增加。那么切换成功率就低。

从MN的运动速率来分析，如果运动速度增加，那么BS的半径固定的话，那么MN移出BS的概率增加了，位置更新的次数增加了，位置更新的时延也增加了，丢包也增加了，切换成功率降低了。

从BS的覆盖半径来分析，在MN的运动速率固定的情况下，如果半径越大，MN移出BS的速率就小，位置更新的次数小，切换时延也就小，丢包少，成功率高。

4 结论

文章讨论了支持微移动的HIP的切换机制，详细的分析了这种机制的切换过程和性能分析，得出此种机制比原来不支持微移动的方案的在切换性能方面的优势，不仅可以降低节点移动时的切换时延，包丢失率和提高切换成功率，而且很好的支持微移动应用。

[1]景娜娜,程车年,陈魏新.基于MIP和HIP的移动性管理方案设计[J].电视技术,2007,31(9):56-58.

[2]郭娟. 全IP移动通信网中微移动管理方案[J].西安邮电学院学报,2005,10(3):69-72.

[3]唐宏,吴中福,聂能,等.宏移动协议和微移动协议的注册性能比较[J].计算机学报,2003,26(6) :765-768.

[4]陈伟,王艳涛,张书钦,等.基于主机标识的访问控制模型研究[J].通信技术, 2009,42(3):206-208.

[5]翟羽佳,袁坚,山秀明,等.一体化网络下移动性管理的索引结构模型 [J].电子学报,2009,43(7):706-712.

[6]王胜灵,刘国荣,沈钧毅,等.移动IPV6种的一种分布式动态型微移动管理方案[J].软件学报,2005,16(7):1314-1321.

[7]郑华贵,蒋鸽玲,何晨,等.一种改进的下一代无线通信网络移动切换方案[J].上海交通大学学报,2009,49(8):1184-1188.

[8]汪静,王能.基于多协议层联合优化的移动性管理技术[J].计算机应用,2006,26(10):2285-2288.

[9]Jiang Xue,Akyildiz.I.E.A distributed dynamic regional location management scheme of Mobile IP[C].twentyfirst Annual joint conference of the IEEE computer and communications societies proceedings.IEEE press,2002,2(2):1069-1078.

[10]李勇,陈文涛,金德鹏,等.集成HIP和SIP的多层次移动管理方案[J].清华大学学报(自然科学版),2009,49(8):1184-1188.

A handoff mechanism to support micro-mobility of hip

LIU Xing-yu

为了解决主机标识协议HIP（Host Identity Protocol）在微移动中的不足，采用移动IP解决微移动的分层的方法，把HIP的汇聚服务器RVS(Rendezvous Server)分成三层结构，得到一种支持微移动HIP切换机制。此机制不仅可以降低节点移动时的切换时延、包丢失率和提高切换成功率，而且很好的支持微移动应用。

HIP；移动性管理；域名系统DNS(Domain Name System)；RVS

刘星宇（1975 -），女，陕西富平人，讲师，硕士，研究方向是无线互联网。

TP391

A

1009-0134(2011)5(上)-0067-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).24

2010-11-29