基于QoS保证的移动IP通信机制的研究

方勇

【摘要】在现代社会经济发展的推动下，在网络信息技术的支持下，移动lP通信技术已经成为社会生活必不可少的内容。大量的移动设备用户不仅希望能够随时随地的接入互联网络，而且迫切的希望能够提升移动通讯的服务质量（QoS）。本文将立足于移动通信的实际，从IP通信机制的角度出发，结合移动通信网络的服务质量实际，对基于QoS保证的移动IP通信机制进行简要分析。

【关键词】 QoS 移动通信 通信机制

前言：在现代社会，移动通信借助移动通信网络渗入到社会经济的各个角落，当前已经成为社会经济赖以维持的重要基础。在社会经济的快速发展环境下，移动通信用户对移动通信的需求越来越高，如何提升移动IP通信的质量成为移动通信领域面临的主要问题，因此对基于QoS保证的移动IP通信机制的研究具有鲜明的现实意义。

一、移动lP环境中QoS的影响因素

1.1 移动性对QoS的影响

移动IP网络相对于固定网络而言最大的特点就是其自身的移动性，移动用户端的频繁移动会导致终端数据连接的连续性被打断。用户端的位置出现移动后往往需要与之前的路由端断开连接，并与新的、当前位置所对应的路由端口进行重新连接。在移动节点从一个子网络移动到另一个子网络的过程中，移动节点需要获取新的转交地址，并向家乡代理注册新的转交地址，如果通信对端支持移动IP还需要向移动对端注册新的转交地址，只有完成全部上述动作，移动节点才能保持在移动过程中的通信连续性。但是在这一过程中因为移动节点的数据传输路径出现改变，数据传输需求很难再得到如起始网络中那样合理的网络资源配属，所以在实际的移动用户端应用中，网络节点与子网络的连接经过切换以后就很难再保持原有的QoS。

1.2 无线链路对QoS的影响

从本质上讲移动IP网络并不是纯粹的无线网络，实际应用中的无线网络是由有线网络和无线网络共同组成的，移动IP信号大部分都是借助有线网络实现传输，只有在移动lP信号的最后一程会使用无线链路，同时也正是这最后一程的质量影响了整个移动IP网络的QoS。在实际应用中单跳无线链路存在严重的不稳定性，由于最后一程的无线链路不稳定导致整个移动IP网络都无法为移动节点提供QoS的“硬”保证，在移动用户端的实际运行中，往往都需要移动端适应移动环境的链路质量以提升QoS，而不是通过移动用户端提供高质量的QoS。

无线链路带宽的不稳定问题，并不是浅层的移动通信问题，而是深层的互联网通信协议问题，当前的移动IP网络应用了大量的固定网络的网络协议，导致移动IP信号在无线链路的传播过程中出现的带宽不稳定问题。但是当前移动lP网络的实际上是有线网络和无线网络共同组成的，两种网络形式的并存为网络协议的完善设置了障碍。

二、移动IPv6网络中的切换分析

2.1 移动IPv6协议的切换过程分析

移动IP层的切换是指一个正在通信中的移动节点改变或者试图改变与当前子网的连接，而移动到另一个不同的子网中去，实质上就是移动节点在网络拓扑结构中的位置改变。在这一过程中因为网络协议的处理问题和信号强度问题，移动端可能会出现短时间内无法接收和发送信号的现象。这一转换过程基本如下：首先，移动节点会通过分析接人路由器的公告信息来分析当前是否处于一个新的子网络中。其次如果确定处于一个新的子网络环境，新的接人路由器在确定信息中会包含有给这一移动节点的转交地址，移动节点在新的链路上进行重复地址的检测，确定新的链路可用以后形成新的转交地址。这一地址会被传递给家乡的代理，并通过绑定更新信息的方式，更新移动节点与子网络的连接缓存，实现移动节点的移动。

2.2 主要的切换协议分析

因为移动IPv6协议不能够完整的解决移动IP服务的QoS问题，所以研究人员在现有的移动IPv6协议基础之上开发了其他的切换协议，主要包括有快速移动IPv6、分级移动IPv6和分级快速移动IPv6，这三种技术可以看做是移动IPv6协议的升级版。其中快速移动IPv6技术主要解决的是移动检测问题，而分析移动IPv6技术主要解决的是节点移动的信令负载和延时问题，分级快速移动IPv6一定程度上集成了二者的优势，其转换性能得到进一步提升。

三、DiffServ移动IP网络中支持QoS保证的方案

3.1 资源管理器的功能模型

DiffServ网络采取集中式的管理方式对网络资源进行管理，实现这一功能的主要机构是资源管理器，这一系统在运行中收集网络拓扑、网络节点以及节点链路的状态信息，并根据网络现有的硬件网络资源情况进行网络资源分配。在网络资源充沛的前提下，资源管理其可以根据承诺承载的业务量对网络资源进行充分的分配管理，在保证网络性能的同时为所承载的业务提供QoS保证。

从整体结构的角度来看资源管理器主要由五大部分组成，分别是策略管理模块、用户接口、接纳控制模块、数据存储模块和路由管理模块。其中策略管理模块主要根据系统预设的资源分配策略对用户的资源请求进行接纳控制；用户接口是系统与用户之间资源分配信息和请求的主要通道；接纳控制模块负责结合用户的资源请求和用户所处边缘路由器的承载能力，对用户的资源请求进行应答；数据存储模块主要将系统收集到的网络拓扑结构，移动节点和无线链路信息进行存储；路由器管理模块以经过层层审核的合理资源请求为基础，为移动节点和连接的路由器提供QoS保证。

3.2 资源管理器提供QoS保证的流程

移动用户端的数据连接首先会表现为网络资源请求，进入到资源管理器内部，资源管理器接收到资源请求以后，会在移动用户端当前连接的网络中为其预留网络资源，并根据移动用户端的历史移动记录，对其周边的几个子网络进行移动概率分析，在移动目标地概率较大的子网区域为其预留网络资源。在其后的网络连接过程中，资源管理器会不断对移动用户端家乡代理的维护缓存记录和资源管理其中移动用户端的位置记录进行对比，当检测到这两个位置信息不同时就可以确定移动用户端已经从一个子网移动到另一个子网。资源管理器会根据移动用户端的存储记录对为移动用户端准备的资源，未用到的资源将会被释放，而移动用户端连接的子网络就可以借助预留的资源保证移动节点的QoS。

四、结论

移动IP通信是现代移动通信的主要形式，由于其自身的便捷性和高效性已经深入到社会经济活动的各个领域，成为对社会经济活动具有基础性影响作用的重要因素，同时在现代社会经济的推动下，移动用户端对移动通信的质量要求越来越高，因此对基于QoS保证的移动IP通信机制的研究具有鲜明的现实意义。本文从移动IP通信的影响因素、切换机制两个角度对这一问题进行了简要分析，并在其基础上设计了DiffServ移动IP网络中支持QoS保证的方案，以期为移动IP通信机制的QoS保证水平提升提供支持和借鉴。