PMIPv6定时块绑定更新技术研究*

陈光韬，秦雅娟

（北京交通大学电子信息工程学院下一代互联网互联设备国家工程实验室，北京 100044）

PMIPv6定时块绑定更新技术研究*

陈光韬，秦雅娟

（北京交通大学电子信息工程学院下一代互联网互联设备国家工程实验室，北京 100044）

代理移动IPv6的IETF草案RFC5213规范了对单个节点移动性的管理，且仅偏重于单个节点的注册与解注册机制。草案RFC6602在代理移动IPv6的基础上添加了块绑定更新的功能，用于对MAG下多个节点进行分组管理。通过分析RFC6602中基于块绑定更新的代理移动IPv6注册管理机制及其技术优势，搭建PMIPv6定时块绑定更新实验环境，测试分析其信令开销和交互信令数量，并与基本PMIPv6进行了分析和对比。

代理移动IPv6 块绑定 定时更新 注册

1 引言

PMIPv6（Proxy Mobile IPv6，代理移动IPv6）是IETF（The Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）草案RFC5213[1]提出的一种基于网络的移动性管理协议，用以解决单个终端移动性管理的问题[2]。该协议对终端的复杂性要求低，不需要终端进行任何改变，并且通过保证终端在PMIPv6域内移动时使用同一个网络地址与通信对端进行通信，来确保移动终端在切换时不会造成通信中断[3]。

在PMIPv6中，随着接入MAG（Mobility Access Gateway，移动接入网关）的移动节点增多，功能实体LMA（Local Mobile Anchor，本地移动锚节点）和MAG之间的信令将成倍增加，从而占用大量网络资源[4]。其主要原因是RFC5213规范了在PBU（ProxyBinding Update，代理绑定更新）和PBA（Proxy Binding Acknowledge，代理绑定确认）消息中要携带移动节点标识符选项，因此每个绑定更新操作只能管理1个移动性会话，缺乏管理一组移动性会话的能力。另外，为了延长移动会话的生存时间，PMIPv6需要MAG代理每个会话向LMA发送1个PBU消息，这将会导致LMA和MAG之间的信令数量线性增加。

为了解决上述问题，RFC6602[5]提出了块绑定更新的概念。通过添加新的移动性选项和标志位，块绑定操作可以控制一组移动性会话，从而减少LMA和MAG之间的信令数量。本文介绍了PMIPv6的移动节点管理机制，研究了定时块绑定更新PMIPv6的功能原理，并分析比较了块绑定更新PMIPv6与基本PMIPv6在信令开销方面的性能。

2 PMIPv6移动节点管理机制

为了实现对移动节点的管理，PMIPv6在移动IPv6[6]协议的基础上规范了2个实体：LMA和MAG。MAG主要负责检测MN（Mobile Node，移动节点）的接入和离开，代理MN进行PBU消息的发送和PBA消息的接收，为MN建立和删除MAG到LMA的隧道[7]、BULE（Binding Update List Entry，绑定更新列表条目）和路由。LMA负责接收PBU消息和发送PBA消息，为MN分配HNP（Home Network Prefix，家乡网络前缀），建立和删除MAG到LMA之间的隧道、BCE（Binding Cache Entry，绑定缓存条目）和路由。完成代理注册后，MAG向MN发送包含HNP的RA（Router Advertisement，路由通告）消息。MN收到RA后，BULE通过获取其中的HNP，配置相应的IPv6地址，进而可以与CN（Correspondent Node，通信对端）进行正常通信。当MN从MAG1切换到MAG2时，MAG2代理MN进行注册。在MN接入MAG2的同时，MAG1也会检测到MN的离开，并为MN进行解注册。在整个过程中，MN并不参与信令交互，而是由功能实体LMA和MAG完成MN路由、前缀、位置等的管理。

PMIPv6通过LMA和MAG这2个实体对MN进行管理，并且上层的管理对MN是透明的，简化了终端的工作。由于LMA和MAG之间交互的信令都携带有移动节点标识符选项，所以其管理是基于单个节点的，并且LMA和MAG还要对节点的生存周期进行管理，即需要定时的信令交互来延长其生存时间。

基本PMIPv6的3个阶段信令流程如图1所示：

图1 PMIPv6信令流程

由此可见，PMIPv6实现的是对单个MN的管理，当MN数量增加时，其管理机制是并行的，节点与节点之间并没有相互的关联性，导致PMIPv6的管理机制欠缺灵活性、效率低、存储与索引节点信息的复杂度增大。为了保证其通信不中断，延长节点的生存时间，LMA和MAG之间的信令交互数量将成倍增加，从而增加信令开销，降低节点移动性管理的效率。

3 块绑定更新PMIPv6管理机制

在RFC6602基础上，本文通过在移动性头部添加组标识符选项和块绑定更新标志位B，实现了块绑定更新的注册与解注册机制，以支持LMA和MAG这2个实体对一组移动节点的管理。在块绑定更新中，MAG在接入阶段为移动节点进行分组，而LMA在注册阶段为移动节点进行分组，这2种分组相互独立，从而实现LMA和MAG对移动节点的双向管理。在定时更新阶段，块绑定更新只需在PBU和PBA中包含1个组标识符，为组节点进行生存时间的延长，不但降低了LMA和MAG之间信令交互的数量，也降低了信令的头部开销。

基于PMIPv6的定时块绑定更新包括接入阶段、定时块绑定更新阶段和切换阶段。其核心思想是在定时块绑定更新阶段，通过对移动节点进行分组管理，以同时维护多条链路状态。

块绑定更新信令流程如图2所示：

图2 块绑定更新信令流程

（1）接入阶段：MN接入MAG，MAG通过MN的MAC地址查找对应的MN_id，并根据相应的管理机制为节点分配相应的Bulk_MAG_id，然后MAG为MN建立BULE，存储MN_id和Bulk_MAG_id，并代理MN向LMA发送包含有MN_id和Bulk_MAG_id的PBU进行注册。LMA收到后，查找MN_id所对应的HNP，并根据LMA定义的管理机制，给MN分配相应的Bulk_LMA_ id，然后为MN建立一个BCE，存储PBU携带的MN_id和Bulk_MAG_id以及LMA自己分配的Bulk_LMA_id，再将HNP和Bulk_LMA_id添加到PBA发给MAG，并为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消息中发送给MN，并为HNP和Bulk_LMA_id更新BULE，建立通向LMA的隧道和路由。

（2）定时块绑定更新阶段：MN注册完毕后，MAG已经对其进行了分组，组内成员的生存时间具有同步性。为了延长生存时间，MAG会代理整个组向LMA进行更新，每个组只需发送1个PBU消息，PBU消息中只需携带1个组标识符Bulk_MAG_id，此时PBU中只包含1个移动性选项。LMA收到该PBU消息后，提取Bulk_MAG_id，再根据该组标识符索引所有组内的MN，并为这些节点延长生存时间，然后将Bulk_MAG_id添加到PBA消息发送给MAG，此时PBA中只包含1个移动性选项。MAG收到PBA后，提取其中的Bulk_MAG_id，并根据该组标识符索引所有组内的MN，更新其BULE。

（3）切换阶段：块绑定更新的离开过程与PMIPv6的切换离开过程相同，接入新MAG的过程则与块绑定更新的接入过程相同。

4 块绑定更新PMIPv6性能分析

通过对基本PMIPv6和块绑定更新PMIPv6这2种方案的机制分析可以看出，在信令开销[8]方面，由于定时块绑定更新在接入和切换阶段加入了组标识符选项实现对MN的分组管理，因此这2个阶段块绑定更新信令消息的开销比PMIPv6大，但是这个阶段信令交互数量非常少，故其影响可以基本忽略不计。在定时块绑定更新阶段，块绑定更新定时操作信令只需携带组标识符选项，而基本PMIPv6要携带所有移动性选项，所以在此阶段块绑定更新的信令开销要小于基本PMIPv6。信令交互数量方面，在定时更新阶段，由于基本PMIPv6要为每个节点定时延长生存时间，因此LMA和MAG在此阶段的信令会随着节点数量的增加而线性增加。定时块绑定更新在此阶段会为每个组定时延长整个组内所有节点的生存时间，而每个组只需要一次信令交互，所以采用块绑定更新机制会大大减少LMA和MAG之间的信令交互数量。切换时延方面，由于在程序中添加了块绑定处理模块，与基本PMIPv6相比只增加了额外的处理时间，因此切换时延略有增加，但基本可以忽略不计。

综上所述，块绑定更新在接入和切换阶段信令开销较大，而切换时延基本相同。但是在定时更新阶段，其大大减小了LMA和MAG之间的信令包数量及信令开销，并且增强了对接入节点的管理。与基本PMIPv6相比，基于PMIPv6的块绑定更新的优点是：减少了定时更新阶段LMA和MAG之间信令的数量；减小了定时更新阶段PBU和PBA数据包的大小；通过LMA和MAG分别对用户进行分组，实现了对MN的双向管理，使通过通信业务、通信质量、通信内容等来对移动用户进行管理成为可能。

基本PMIPv6与块绑定更新PMIPv6对比具体如表1所示：

表1 基本PMIPv6与块绑定更新PMIPv6对比

5 实验测试

为了验证块绑定更新PMIPv6的性能，本文搭建了如图3所示的实验平台。这里将5个MN接入MAG1，每个节点的生存时间均设为15s。由于块绑定更新的切换时延与基本PMIPv6的基本一致，因此本文只对LMA和MAG之间的信令数量及信令开销进行了分析比较。

图3 块绑定更新实验拓扑图

通过Wireshark软件抓取LMA和MAG之间的信令包，得到节点不同分组数和不同时间段内的信令数量，如图4所示：

图4 LMA和MAG之间的信令数量对比

由 此可见，在多个MN接入MAG时，通过使用块绑定更新对节点实施分组管理，可以显著减少LMA和MAG之间的信令数量。

对块绑定更新PMIPv6接入阶段、定时更新阶段和切换阶段信令包的大小进行了测试，结果如图5所示：

图5 3个阶段信令包的大小对比

由此可见，通过使用块绑定更新，可以在定时更新阶段显著减小数据包的大小。

6 结束语

本文通过对基本PMIPv6和块绑定更新PMIPv6的信令流程、管理特性以及块绑定更新PMIPv6的性能优势进行分析，详细设计了基于PMIPv6的块绑定更新功能，软件实现了2种方案，并测试了2种方案的信令数量及开销。块绑定更新采用对节点分组管理的机制，通过在信令消息中添加组标识符选项和块绑定更新标志位B，有效地减少了信令消息在定时更新阶段的交互数量和信令开销。同时，块绑定更新也增强了功能实体对MN的管理能力，使得通信业务、通信质量、通信内容等的分组管理成为可能[9]。但由于块绑定更新并没有一个规范的管理机制，所以根据哪些特性来对节点进行分组管理并没有过多的要求。在后续的研究工作中，将对块绑定更新的分组机制和管理机制进行相关的研究实现。

[1] Gundavelli S, Leung K, Devarapalli V, et al. Proxy Mobile IPv6[S]. RFC5213, 2008: 3-30.

[2] 刘腾飞. 代理移动IPv6下子网移动方案的实现与分析[J]. 重庆邮电大学学报: 自然科学版, 2013,25(3): 372-378.

[3] Johnson D, Perkins C, Arkko J. Mobility Support in IPv6[S]. RFC3775, 2004: 5-10.

[4] 延志伟. 基于MIPv6/PMIPv6的移动性支持关键技术研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2011.

[5] Abinader F, Gundavelli S, Leung K, et al. Bulk Binding Update Support for Proxy Mobile IPv6[S]. RFC6602, 2012: 1-23.

[6] Perkins C, Johnson D, Arkko J. Mobility Support in IPv6[S]. RFC6275, 2011: 8-19.

[7] Simpson W. IP in IP Tunneling[S]. RFC1853, 1995: 3-10.

[8] 刘银龙. 代理移动I Pv6的开销分析与自适应化[J]. 北京邮电大学学报, 2010,33(5): 56-60.

[9] Van Jacobson, Dinna K Smetters, D James, et al. Networking Named Content[D]. USA: Palo Alto Research Center, 2009.

[10] 张载龙,徐莉. 基于PMIPv6的移动性管理方案研究[J].计算机技术与发展, 2014,24(11): 190-193.★

陈光韬：硕士毕业于北京交通大学电子信息工程学院，主要研究方向为移动互联网。

秦雅娟：现任北京交通大学电子信息工程学院教授，博士生导师，主要研究方向为下一代移动交换技术、移动互联网、宽带无线通信。

池炜成：高级工程师，硕士，现任职于中国电信股份有限公司广东研究院，长期从事电信业务的研究与支撑工作，主要研究方向为业务支撑系统（BSS）、移动网络技术等。

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

陈光韬,秦雅娟. PMIPv6定时块绑定更新技术研究[J]. 移动通信, 2015,39(10): 41-45.

国家科技支撑计划（2012BAH06B01）

2015-01-27

责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn