基于分布式映射管理的LISP移动性机制

黄玉宝，王磊，文云柯，邱毅娇

（1.中国移动通信集团海南有限公司，海南海口570125；2.中国电建集团海南电力设计研究院，海南海口570125）

基于分布式映射管理的LISP移动性机制

黄玉宝1，王磊1，文云柯2，邱毅娇1

（1.中国移动通信集团海南有限公司，海南海口570125；2.中国电建集团海南电力设计研究院，海南海口570125）

针对现有位置标识分离网络节点移动注册以及丢包较大的问题，提出了基于分布式映射管理的LISP移动性支持。仿真表明：基于分布式映射管理的LISP移动机制，相比较现有的位置标识分离机制有更低的信令开销和较低的丢包个数，可以更好地支持节点的微移动以及宏移动。

位置标识分离；移动性；位置注册；信令开销

引言

在传统的互联网体系结构中，IP地址既是节点的位置标识又是节点的身份标识。当节点改变IP地址时，传输层连接中断，需要重新建立连接，因此传统的互联网体系结构难以支持节点的移动性。

本文提出一种基于分布式映射管理的LISP移动机制，该机制由两层网络组成。顶层为基于分布式的映射存储网络，底层网络为入口隧道路由器（Ingress TunnelRouter，ITR），负责移动节点MN的接入。结合LISP协议的特点，该机制能降低节点微移动和宏移动的信令开销以及丢包个数，较好地支持移动性［1］。

1 基于分布式映射管理的LISP移动性机制

1.1 网络体系结构

位置与身份标识分离协议（Locator/ID Separation Protocol，LISP）将现有的IP地址分成身份标识（EID）和路由标识（RLOC）。该协议为一个节点分配一个固定的EID，并基于EID建立会话；报文使用RLOC地址进行转发，当节点移动时，RLOC可以动态变化，从而实现对移动性的有效管理。

当移动节点MN进入一个区域网络时，MN节点通过接入路由器ITR接入网络。网络中的ITR周期性地发送通告消息。当移动节点MN接入网络时，MN首先收到ITR_3路由器通告消息，表明MN在ITR_3路由器的接入区域。MN将自己的EID标识发送到ITR_3，与ITR_3的RLOC地址形成EID-to-RLOC映射关系，然后ITR_3将该EID-to-RLOC映射关系发送给Map Sever_2。当对端通信节点（Correspond Node，CN）需要和MN建立通信连接时，CN向接入路由器ITR_1和Map Server_1发送请求消息，该报文源地址和目的地址为通信双方的EID。当CN在网络中查询到MN的EID-to-RLOC映射关系后返回给CN，CN以MapServer_2为目的发送报文，该报文包含CN的EID地址。MapServer_2收到报文后发送到ITR_3，最后ITR_3再发送给MN。MN收到含有CN的EID地址报文后确认对端为CN，两者建立通信［2］。

1.2 域内移动注册

当MN发生微移动（在同一个Map Sever内不同ITR之间移动）时，MN根据所接收到的ITR发送的报文消息，判断自己是否是域内移动。如果报文消息中有同一个Map Sever的标识，则表明MN是域内移动。

域内移动注册流程：当节点MN移动到ITR_2接入时，MN需要向ITR_2以及Map Sever_1进行位置注册。

步骤1：MN接入网络时向ITR_2发送EID标识，MN进行位置更新。

步骤2：ITR_2与EID形成EID-to-RLOC映射关系，进行位置更新，并向MN回复一个确认信息，表明位置更新成功。

步骤3：ITR_2向MapSever_1发送EID-to-RLOC映射关系，且MapSever_1进行位置更新。

步骤4：Map Sever_1更新后向ITR_2发送一个确认信息表明更新成功。

1.3 域间移动注册

当MN发生宏移动（从Map Sever_1移动到Map Sever_2）时，MN根据所接收到的ITR发送的报文消息，判断自己是否是域间移动。如果报文消息中有不同的Map Sever标识，则表明MN是域间移动。

域间移动注册流程：

步骤2：ITR_3与EID形成EID-to-RLOC映射关系，进行位置更新，并向MN回复一个确认信息，表明位置更新成功。

步骤3：ITR_3向MapSever_2发送EID-to-RLOC映射关系，且MapSever_2进行位置更新。

步骤4：Map Sever_2更新后向ITR_3发送一个确认信息表明更新成功。

步骤5：Map Sever_2向Map Sever_1发送新的EID-to-RLOC映射关系。

步骤6：Map Sever_1进行位置更新，且向Map Sever_2回复一个确认信息，表明更新成功。

1.4 移动切换机制

切换过程采用快速切换和增强缓存管理快速切换相结合的方案。主要设计思想是引入链路层移动预测机制，在移动节点切换到新网络前完成映射注册过程。

2 信令开销

基于分布式映射管理的LISP移动机制中信令开销主要包括位置更新开销和报文递交开销。

随着植株的生长，要逐渐加大通风，锻炼植株，以适应完全撤膜后的强光照等环境条件。进入4月后气温回升较快，当室外气温白天在20℃以上，夜间在12℃以上时，可以把棚膜全部卷起,进行昼夜全揭膜通风，但不撤膜，以备寒流来时，及时覆盖防冻。一般在4月中下旬撤膜，如有寒流，则要等到寒流过后撤膜。

2.1 位置更新信令开销

基于分布式映射管理的LISP移动机制中，MN域内移动过程中位置进行的开销C 1为：

MN域间移动过程中位置进行的开销C2为：

设网络中共有N个子网，MN可以在各个Map Sever间自由移动［3］。，设m为MN移动次数，则经过m次移动后，移入新的MapSever区域（域间移动）概率为：

因此，MN进入新的Map Sever区域所需移动次数的期望E［m］为：

因此，在基于分布式映射管理的LISP移动机制中，总的位置更新开销C为：

2.2 报文递交信令开销

在基于分布式映射管理的LISP移动机制中，Map Sever和ITR的报文递交信令开销与其管理的移动节点和子网数量有关［4］。因此Vi和Vr分别为：

上式中，r为ITR进行带宽分配的开销；x为Map Sever进行带宽分配的开销。d为查找MN的权重，q为路由表查找的权重，k为每个ITR包含的MN个数，k为一个Map Sever包含ITR的数量。因此，报文递交信令开销D为

在基于分布式映射管理的LISP移动机制中，总的信令开销S为：

2.3 丢包过程分析

在域内切换时采用快速切换方案，此时发生的丢包时间为链路层切换时延。则丢包个数为：

上式中，为域内移动丢包个数；Closs为链路层切换开销，在此认为链路层开销包括在位置更新开销中，Closs=1ms；v为CN给MN发送数据包速率。

在域间切换采用强缓存管理快速切换方案。在该方案中路由器具有缓存转发功能，因此丢包个数为：

3 性能仿真分析

3.1 CMR（call-to-mobility ratio）对信令开销的影响

仿真结果如图1所示。

图1 CMR对信令开销的影响

由图可知，在三种移动机制方式下，开销都随着CMR的增加而降低。由于，当C M R较小时，移动速率u较大，MN更新位置信息较为频繁。在基于分布式映射管理的LISP移动机制中，网络结构为两层。域内移动时，只需在本地Map Server进行位置更新；域间移动时，仅需在本地Map Server和上一个域中的Map Server进行位置更新。该机制优化了位置更新流程。

3.2 呼叫到达率对信令开销的影响

设呼叫速率y服从指数分布

b为该指数分布的期望，并且b随着时间变化。则信令开销S为：

当移动速率u为1时，仿真结果如图2所示。

图2 呼叫到达速率对信令开销的影响（u=1）

由图可知当呼叫到达速率u为1时，三种移动机制的信令开销都随着移动节点MN移动速率期望b的增加而增加，S3的增加幅度明显小于S1和S2。在基于分布式映射管理的LISP移动机制中，ITR和Map Server都需要进行呼叫报文的递交处理。而基于层次位置管理的HIP移动性机制和传统分布式映射机制需要更大的呼叫报文处理开销。

3.3 移动速率对信令开销的影响

设MN的移动速率u服从指数分布：

a为该指数分布的期望，并且a随着时间变化。则信令开销S为：

当呼叫到达速率y为1时，仿真结果如图3所示

图3 移动速率对信令开销的影响（y=1）

由图可知，当呼叫到达速率y为1时，三种移动机制的信令开销都随着移动节点MN移动速率期望a的增加而增加。S3的增加幅度明显小于S1和S3。在基于分布式映射管理的LISP移动机制中，域内移动时，只需在本地Map Server进行位置更新；域间移动时，仅需在本地Map Server和上一个域中的Map Server进行位置更新。该机制优化了位置更新流程。

3.4 数据包发送速率对丢包影响

图4比较了三种机制在不同数据包速率下的丢包情况。S1和S2切换时存在较大时延，因此存在丢包较大的情况。由于S3采用快速切换和增强缓存管理快速切换相结合的机制，因此切换时延较小，丢包个数较小。

图4 包传输速率

4 结语

针对现有位置标识分离网络节点移动注册以及报文递交开销较大的问题，本文提出了基于分布式映射管理的LISP移动性支持。建立位置标识分离机制下MN移动时的信令开销解析模型，并且分析了该机制在微移动和宏移动过程中信令开销影响。仿真结果表明，基于分布式映射管理的LISP移动性支持对于微移动和宏移动都有较低的信令开销以及较低的丢包个数。

［1］ZhiweiYan，Jong-Hyouk Lee.State-Aware Pointer Forwarding Scheme With Fast Handover Support in a PMIPv6 Domain［J］，IEEE Systems Journal，2013，7（1）：92-101.

［2］吕继萍，徐明伟，吴茜，邓辉移动IPv6快速切换研究综述［J］.小型微型计算机系统，2007，28（7）：21-23.

［3］MakayaC，Pierre S.An analytical framework for performance evaluation of IPv6-based mobility management protocols［J］.IEEE Transactions on Wireless Communications，2008，7（3）:972-983.

［4］杨水根，张宏科，周华春，等.基于层次位置管理的HIP移动性支持机制［J］.系统仿真学报，2008，20（6）:148-150.

（编辑：贾娟）

Mobility Mechanism in LISP Based on Distributed Mapping Management

Huang Wang bao1，Wang Lei1，Wen Yuke2，Qiu Yijiao1
（1.China Mobile Group Hainan Co.，Ltd.，Haikou Hainan570125；2.Hainan Electric Power Design and Research Institute，Haikou Hainan570125）

Thecost of mobile registration and packet loss overheadfor the Locator/ID Separation network mobile node.In this paper we present the mobility mechanism in LISP mased on mistributed mapping management.The simulation results show that mobility Mechanism in LISP based on distributed mapping managementhas lower signal cost and lower packetsloss comparing with other Locator/ID Separation network.It supports micro and macro mobility well.

Locator/IDSeparation；mobility；location registration；signaling cost

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.44

TP393

A

2095-0748（2016）14-0095-04

2016-06-12

黄玉宝（1987—），男，硕士研究生，毕业于太原理工大学，主要研究方向：无线网优化、IT系统建设。