移动通信IP节点技术研究

胡 川，陈 勇

（中国电信重庆公司云网运营部，重庆 400000）

0 引 言

在移动通信发展过程中，通过对IP节点技术的合理应用，不仅可以避免发生移动终端信号中断问题，而且还可以提高移动通信效率。移动IP节点技术应用的主要目的是在移动通信中确保移动节点的连接性与连续性，进而更好地发挥IP节点技术的作用。在传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）网络中，IP节点技术可以摆脱地域的限制，为广大用户提供更加优质的服务。

1 移动通信概述

这里所提及到的移动通信一般是指移动一方在移动状态下借助无线方式来完成通信，并实现与世界各国、各地区、各类人的有效通信。从某种程度上讲，移动通信实现了有线通信和无线通信的有效结合，并先后经历了1G到5G时代，下面对其进行简单介绍。

1.1 1G时代

20世纪90年代，美国摩托罗拉公司推出的大哥大最能代表1G时代特征。1G通信技术选择借助模拟信号进行传输，通过对电磁波按照一定的方式进行频率调制后就能够将语音信号传输到载波电磁波上，这样就可以将电磁波传输至接收设备，最终还原成语音信息，即所谓一次完整的通话过程。然而不同国家所制定的1G通信标准不同，从而导致1G无法实现“全球漫游”，在一定程度上限制了其发展。同时，1G所选择的模拟信号传输容量有限，只可以对语音信号进行传输，且存在信号不稳定、涵盖范围有限以及语音品质低等问题，进而出现易受外界因素干扰、安全性能差等问题。

1.2 2G时代

1994年，吴基传借助诺基亚2110拨通了第一个全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication，GSM）电话，由此说明我国开始步入2G时代。与1G不同的是，2G通信技术选择了数字调制技术。随着系统容量的不断增加，2G时代背景下的手机能够进行上网，虽然具有比较慢的数据传输速度，但是第一次实现了文字信息的传输，为推动移动互联网发展奠定了良好基础。从2G时代开始，世界各国开始争夺移动通信标准的主导权，且随着GSM欧洲标准在全球范围内的应用，诺基亚开始在移动手机市场占领霸主地位。

1.3 3G时代

虽然2G时代下的手机可以打电话，并且能够实现对简单文字信息的传输，然而随着视频和图片传输需求的不断增加，2G时代的网速已经无法满足上述要求，在此基础上研发出了蜂窝移动通信技术（3G），其可以实现数据的高速传输。与2G时代相比，3G时代选择了数字化数据传输，而且根据需求开辟了全新的电磁波频谱，制定了与之相匹配的通信标准，以确保3G传输速度达到了384 kb/s，甚至达到了2 Mb/s，基本上是2G时代的140倍。3G时代采用了更宽的频带，不仅提高了信息传播速度，而且还提高了通信传输的稳定性，这就使得3G时代成为移动通信发展过程中比较关键的一个环节。2008年，在3G网络的基础上发布了iphone 3G，通过手机人们能够实现电脑网页登录、视频通话、收发邮件以及收看直播等，代表了移动多媒体时代的到来。

1.4 4G时代

工信部于2013年12月在其官网上公布正式将“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务”经营许可颁发给中国移动、中国联通、中国电信，即所谓的4G牌照，代表了移动互联网时代的到来。在3G基础上发展而来的4G选择了更先进的通信协议，与2G、3G相比，4G具有更快的传输速度，用户可以观看高清电影。如今，基于4G时代背景下，微博、微信、视频等手机应用在人们的日常生活中得到广泛应用，极大地提高了人们的生活质量。

1.5 5G时代

随着移动通信带宽的不断增加，有效提高了移动网络的传输速率，从2G时代的10 kb/s提高至4G时代的1 Gb/s。与1G、2G、3G、4G相比，5G不再通过某项业务或某个典型特征来进行定义，既属于具备更高速率、更强能力、更大带宽的一项技术，而且还实现了多技术、多业务的有效融合，可以为用户提供优质服务并提高通信效率。

2 移动IP的原理

在移动通信技术快速发展的过程中，每一个移动节点均能够与IP核心网实现无缝连接，由此便可以形成无线网络。通常情况下，数据连接方法具有多元化的特点，最常见的是无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）、GSM以及蓝牙等。在移动无线网络发展历程中，移动IP是一项关键技术，其涵盖了移动节点、外埠代理和归属代理。其中外埠代理和归属代理又分别被称为外地代理与本地代理，统称为移动代理。外埠代理一般是指分布在外部链路上的代理路由器；归属代理一般是指分布在本地链路上的代理路由器。

实际上，移动IP的原理如下。（1）在移动通信中，外埠代理属于信息的出口，而归属代理属于信息的入口，通过对归属代理进行数据包封装后向外埠代理进行传输，待数据包传输至外埠代理后，将进行数据解封操作，并将其向移动节点传输。（2）在隧道内时，路由环会将数据包重新转移至隧道的入口位置，这样就需要将IP报头加封在数据包上，如果归属代理要想将广播包向移动节点传输，则需要对其进行重新封装。（3）作为归属代理，在向移动节点传输时，所对应的本地地址属于里层隧道，反之属于外层隧道。数据传输至解封的IP报头时，将会向移动节点报告，即所谓的节点向移动节点传输数据的整个过程[1]。

在移动IP节点技术中，如果数据和隧道不能实现连接，那么在数据未达到出口之前，将会有路由环发生，且被迫重回入口。这样一来，隧道会为其配备IP报头，且每一个报头均拥有独特的生存时间（Time To Live，TTL）值，从而实现数据包的有效扩张。实际上，为了降低上述现象的发生，则需要细化和完善以下措施。（1）预封装数据包所对应的源地址一般属于隧道入口地址，此时最好假定存在递归封装。（2）预封装所采用的数据包源地址与隧道入口位置路由表显示的隧道出口地址一致时，同样需要假定存在递归封装。通常情况下，如果隧道入口希望将移动节点上的广播包进行传输时，最好给予多样化的处理，以此来提高移动通信传输效率[2]。

3 在移动通信过程中IP节点实现流程

通过对移动IP工作原理进行分析后得知，外部链路上所采用的移动节点无法与另一端实现快速、精准匹配，亟需对转交地址进行合理分配，并通过中间介质隧道实现对IP数据包的再次封装。通常情况下，要按照要求对IP数据包进行相应加工后才可以完成再封装，此时借助外部链路上所对应的IP地址可以达到承载目标IP地址的目的，以确保该数据包能够实现从本地代理开始向外部链路进行传输，其优势在于摆脱了外部代理与本地代理间所需路由的限制，且无需做任何改动[3]。

3.1 移动节点关键技术

在移动通信IP节点技术中，隧道技术是关键技术，其涉及到IP封装、最小封装以及通用路由封装。IP的最小封装一般是由RFC204定义，且属于可选隧道，需要降低隧道所需额外字节数，此时在IP封装过程中可以去除内层IP报头和外层IP报头中所存在的冗余部分。通用路由封装既包括了IP协议，还需要支持其他网络层协议。

3.2 移动节点工作方式

在移动通信中，为了更好地发挥IP节点的技术优势，则需要明确移动节点的工作方式，具体包括以下几个方面的内容。

（1）代理搜索。在移动IP节点运行过程中，代理搜索发挥着关键性的作用，其属于各个环节的开端，需要在维持正常通信方面投入更多的时间和精力，以期更好地发挥代理搜索的功能优势。

（2）注册。作为移动IP节点，要结合整个移动通信特点来确定自己在外地的链路。在整个循环系统中，用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）包属于关键性的传输介质，在家乡链路中发挥着不可替代的作用。在移动通信中，需要明确当前自己的IP地址，并配备与之相对应的转交地址，且在获取代理服务器应答消息后结束工作。

（3）注销。移动IP节点借助相匹配的流通通道可以重新回到家乡链路，并凭借UDP包形式来转交给家乡代理，同样在获得家乡代理应答消息后就可以完成该环节操作。

（4）数据包接收、发送。如果在家乡链路上明确了所选择的移动节点属于传输端点时，需要选择TCP/IP网络，其优势在于未将数据包看成包袱，而且借助正常的传输渠道将其进行发送。但是也存在相反的情况，此时需要以另一种方式来完成转化操作，进而实现信息的有效发送[4]。

3.3 注册、注销机制

完成代理搜索后就开始进入移动IP注册环节，在该环节中要对移动IP节点开展相关计算，根据计算结果来确定自己所处的位置。实际上，对到底是外地链路还是家乡链路需要结合具体情况进行取舍，并作出相应的选择。如果所采用链路存在差异，则说明下一步会产生有效的改变。对于移动IP节点而言，在网络接入点选择时要做好链路切换工作，该阶段涉及到注册环节，当注册超过一定时限时，将会导致生存时间无法保证。同时，在该过程中，移动节点位置并未发生移动，从而确保注销和重新注册工作的顺利完成[5]。

3.4 传递数据包的选路

对于移动IP节点技术来说，在分析过移动节点所处的位置后开展传递数据包的选路工作，该过程中需要考虑如下两种情况，即移动节点与外地链路连接、移动节点与家乡链路连接。前一种情况下，移动节点涉及到代理转交地址和配置转交地址两个方面的选择工作。互联网技术发展过程中，IPv6属于标准协议，且未出现地址空间问题，这就使得在IPv6下移动IP阶段不具备外地代理权限。

3.5 代理搜索

在移动IP节点中，代理搜索具备3个方面的功能，具体如下。（1）准确判定自身当前所处的位置，并在此基础上做出相应的判断，确定是选择外地链路还是家乡链路；（2）在链路选择后，后续的重要任务是切换；（3）当处于外地链路状态时，可以选择相关措施来进行交替，从而获取与外地链路上相匹配的转交地址。

通常情况下，代理搜索主要由代理广播消息和代理请求消息两条简单的消息构成，具体涉及到的内容如下。（1）代理广播消息。在移动IP节点中，对于家乡代理功能主要是借助代理广播消息来向移动IP节点进行宣传。在链路上，按照要求对移动IP节点进行合理配置，并且不同的IP节点需要为其配置相匹配的角色，承担不同的责任。如果该节点属于家乡代理服务器，则需要做出相应的调整和准确的判断，从而明确该链路上是否存在代理。当存在代理时，需要从代理广播消息中来对IP地址的获得方式进行探索，该过程需要通过代理来完成。实际上，在移动IP节点中，要依靠相关专家来对其代理功能进行准确判定，以实现对IP地址的快速有效捕捉。（2）代理请求消息。在移动通信中，如果移动IP节点未按照要求开展工作，将会不得不在下一个周期来发送代理广播消息，该信息一般具备唯一性的特点，保证所有链路上的代理在进行代理广播消息发送时不附带任何附加条件。

3.6 快速切换

在移动通信中，快速切换在与第二层完成协调耦合后就可以对MH的移动情况进行准确预测，并且可以将相关信息移动至潜在的节点中，完成对发送消息的有效备份，这样就可以更好地满足低时延效果。

4 结 论

在移动通信发展过程中，移动IP节点可以为移动主机的正常运行提供不间断的通信，而在移动IP节点技术中，隧道技术属于一项关键性技术，其能够确保通信节点向移动节点进行相关数据信息的发送。在移动通信中，为了更好地发挥IP节点技术优势，则需要完善移动节点关键技术、移动节点工作方式、注册与注销机制、传递数据包的选路、代理搜索以及快速切换等工作，以此来促进移动通信的快速发展。