分级无线网络下的快速绑定方式

◆徐庆飞

(上海航空电器有限公司 上海 201101)

0 引言

分级移动 IP网络是对原有移动IP网络的改进，它与底层的接入技术无关，是一种网络层移动性管理技术。通过将网络划分为不同的区域，使主机的移动分为域间（宏）移动和域内(微)移动。移动 IP协议因用于处理域间(宏)移动而被称为宏移动协议，其分级扩展协议则用于处理域内(微)移动，因而称为微移动协议。当移动主机进行微移动时，微移动协议要求移动主机只需要向域内移动锚点(Mobility Anchor Point，MAP)发送绑定更新消息，不必再向其归属代理发送绑定更新消息，从而缩短了绑定更新时延，改善了网络性能。

1 宏、微移动协议的性能分析

分级的移动 IP网络虽然结构多种多样，但都能抽象为图 1所示的网络模型。

图1 分级移动IP网络结构模型

图中AR为接入路由器，MAP为移动锚点。在宏移动协议下，移动锚点为路由器，不对数据包进行处理，只对数据包进行转发，起到网关的作用。在微移动协议下，移动锚点为区域移动管理实体，管理各自域内的移动主机。

移动主机在一个 MAP域内拥有两个转交地址 CoA(CareofAddress，简称 CoA)：一个是区域转交地址 RCoA(RegionalCareofAddress，简称 RCoA)，一个是链路转交地址LCoA(LinkCareofAddress，简称 LCoA)。当移动主机刚刚进入一个新的 MAP域时，它将与某个接入路由器AR(AccessRouter， AR)建立联系。通过文献[1]中提到的移动 IP地址自动配置机制，移动主机在接入路由器处获得链路转交地址 LCoA，在移动锚点处获得区域转交地址 RCoA。

2 新型绑定更新方式

上述的绑定更新过程可以看出，移动主机在进行域间切换时需要依次与域内移动锚点和归属代理完成绑定更新，这种顺次绑定更新方式无疑增加了切换延迟。为此，本文提出了一种新型的绑定更新方式——并发绑定更新方式。此绑定更新方式可以使移动主机并发地与域内移动锚点和归属代理完成绑定更新，从而缩短了域间绑定更新时延。

以移动锚点为中心的层次化移动 IP网络是实现新型绑定更新方式的基础。移动主机发往归属代理和域内锚点的绑定更新消息结构是基本相同的，区别仅在于本地绑定更新消息中包含M标识位(M 位表明该消息是发送到本地移动锚点的，而不是向归属代 理发送的绑定更新消息)。这便引发了一种新想法,如果本 地移动锚点接收到绑定更新消息后,在向移动主机返回绑定更新确认消息的同时，对接收到的绑定更新消息进行解封修改。首先对M位进行修改，由1置为0;其次,需要对绑定更新消息的报头中的目的地址选项进行修改，使其转变为移动主机发送到归属代理的绑定更新消息;然后对其进行封装，由移动锚点发送到归属代理，将缩短移动主机域间绑定更新的时延，改善网络的传输性能。

移动主机发往归属代理的绑定更新消息报头，移动主机发往本地移动锚点的绑定更新消息报头。 二者都是移动主机发出的，只是由于到达的目的地不同，因而报头中的目的地址选项不同。

在新型绑定更新方式下，域内绑定更新过程与原有的微移动协议下域内绑定更新过程相同。移动主机进人到新的MAP域后，首先向移动锚点发送绑定更新消息。移动锚点对绑定更新消息处理完毕后，向移动主机返回一个绑定更新确认消息;此后则不按原有的微移动协议工作了 (原有的情况∶在移动主机接到移动锚点的绑定更新确认消息后，再向归属代理发送绑定更新消息），而是域内移动锚点 对收到的绑定更新消息进行解封修改，将M位的值由1变为0,使绑定更新消息的格式由域内传输模式转变为域间传输模式。这样，原先只能在域内传递的绑定更新消息便可以在整个网络内传递。接着是对目的地址选项进行修改，将目的地址由域内移动锚点的地址改为移动节点的归属地址(归属地址在IPv6扩展报头部分的归属地址选项中获得），然后封装并转发至移动主机的归属代理;归属代理接收到此消息后，便会对其进行处理，并向移动主机返回绑定更新确认消息。至此，完成了微移动协议下域间切换的整个绑定更新过程。

新型方式下的绑定更新时延为：

Cnew=2Tma+2Tam+2Tmh+Th+Tm+Tp

其中，Tp为移动锚点对接收到的域内绑定更新消息进行解封、修改和封装所用的时间。

MAP接收到移动主机的绑定更新消息后，从中提取出移动主机的归属地址，并生成一个有效时间，将二者存储在绑定缓存中。移动锚点需要以固定频率向域内移动主机发送绑定更新消息，以定期更新自己的绑定缓存表。如果某个移动主机连续两次进人同一锚点域的时间间隔小于上次的有效时间，则不需要再向此移动锚点进行绑定，便可以直接与移动锚点和归属代理以及其他通信主机进行通信。此“记忆性绑定更新”策略尤其适用于移动主机在相对固定f3几个MAP域内频繁切换的情景，几乎将绑定更新时延降低为零。另外，消除了绑定过程中因隧道转发数据包而产生的“三角路由”问题，优化了整个网络的传输性能。

3 实验描述与结果分析

在NS2+Mobiwan环境下，设置两个通信节点（一个作为移动节点，一个作为对端节点），再设置两个路由节点 (一个具有无线路由功能，作为接人路由器;另一个作为移 动锚点，通过软件实现移动锚点的记忆功能和对绑定更新包的处理能力），两个通信节点在相距50米处经过两个路由节点进行数据传输，测得无线传输延迟为1. 93733ms，有限传输延迟为1. 0803ms，对数据包的处理时间为0.00000032ms。

4 结束语

本文针对分级移动IP网络采用移动IP协议及其扩展协议，分别管理移动主机的宏移动和微移动时所存在的不足，提出一种新型的绑定更新方式，使域内绑定更新与域间绑定更新并发执行，从而缩短了绑定延迟，优化了绑定更新过程。对移动锚点引入记忆性绑定更新策略，避免了移动主机对同一移动锚点产生的大量重复性绑定更新消息，同时也消除了绑定过程中的三角路由问题。新型绑定更新方式降低了移动主机在不同MAP域内切换的绑定更新延迟，使分级移动 IP网络的性能得到改善，对于实现域间平滑且无缝切换也有一定的推动作用。

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