移动IPv6切换技术的性能研究

摘要：本文主要对移动IPv6的切换技术进行了研究，介绍了平滑切换技术、快速切换技术和层次切换技术三种移动IPv6的切换技术。

关键词：移动IPv6；切换技术

中图分类号：TP393.04文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 05-0000-02

近年来，科技和随着信息技术的不断发展和进步，使网络通信和移动通信成为通信领域的重要发展方向。但目前网络的固定接入方式已经不能满足运动中的人们的需求，无线网络的出现解决了这一难题，但随着无线网络需求的不断增加，对移动无线网络的质量提出了更高的要求。传统的IPv4因IP地址匮乏、安全性不高等自身的原因使得IPv4的进一步开发应用变得困难。而IPv6的标准化，使其成为下一代网络标准协议变得可能。IPv6具有丰富的地址空间、较高的服务质量和安全性能以及良好的移动性支持，具有移动通信所应该具备的特点和优势。

一、移动IP中的关键技术

（一）移动安全。移动IP实现了在网络层的移动互联，给人们的使用带来了方便，但同时也带来了来自移动环境和移动IP协议两个方面的安全隐患。

移动主机一般通过开放的无线链路接入到网络，接入比较方便，但开放的无线链路日益遭受一些那难以检测的攻击，给移动网络的安全带来了隐患。

在移动的IP协议中，移动主机通过切换到的外地网络和家乡网络与通信对端进行通信，外地网络的可信度和安全性会对通信安全造成一定的影响。

在移动IP技术中，安全机制是非常重要的。采用移动IP和IPSec协议相结合的方法，对移动IP协议安全性的提高有一定的作用。

（二）服务质量。目前在固定网络上使用的集成服务机制和差分服务机制都不适用于移动环境，因此，要对移动IP的服务质量进行保证，需要将切换的时间降到最短，以最大限度的保证移动IP的服务质量。

（三）组播技术。组播通信通过组播传播树的建立提高了信息的传递速率，可以高效的使用资源。但在主机移动的环境下，移动组播不仅要对处于动态变化中的成员进行处理，还要对移动节点位置的动态改变进行处理。因此，移动中的组播需要不断的重新组建传播树，导致网络系统的协议开销大大增加，组播服务可能会被间歇性中断；当移动节点快速移动时，也可能因为来不及组建组播传播树导致服务的完全中断。目前固定IP中的MOSPF、CBT、PIM等组播协议都不适用于移动环境。只有基于移动IPv4和移动IPv6的双向隧道组播机制和远程订阅组播机制能够在移动程度上支持主机的移动。

二、移动IPv6切换技术

移动节点从一个子网移动到另一个子网时，不可避免的要进行切换。移动节点在新的子网上会获得一个不同于前一个子网上的转交地址，需要向家乡重新注册，向通信对端重新进行绑定。移动IP是关于第三层，也就是网络层上的协议，由于详细传输和协议处理的时间原因、无线链路的高误码率、无线信号强度的动态变化等因素的影响，移动切换可能使移动节点在一定的时间内不能对数据进行发送和接受，造成通信对端和移动节点之间通信的暂时中断。因此，保持通信的连续性，缩短切换引起的通信中断时间，降低切换对服务之类的影响，是移动IP研究中的热点。其实质上，是对移动IPv6切换技术的研究。移动IPv6的切换过程主要包括1.2层切换和1.3层切换两个阶段，其中，1.2层的切换能够在MAC中实现快速切换；1.3层的切换就是IP层的切换，该层的切换较为复杂，耗时较多，因此，对移动IPv6切换技术进行研究，主要是对移动IP的切换进行研究。

（一）移动IPv6切换技术研究

由上述论述可见，在移动IP技术中，移动IP的切换是关键。因此，如何提高移动IPv6技术的切换性能成为移动IP研究的重点。目前对切换研究主要集中在以下几个方面：

1.对切换延时的研究。切换时间的长短，对服务有很大的影响。快速切换才能保证服务的速度恶化质量，若切换时间过长，会是对服务质量造成严重的影响甚至导致当前服务的中断。因此，减少切换时间，是目前研究的重点。现在的延时研究主要通过改变网络架构、切换协议或者是切换过程中各阶段的信息交换方式及信息内容来减少时延。

2.对切换决策的研究。信号功率和信号强度是判断网络环境好坏的两个重要标准，一般情况下，距离越远，信号强度会越差。基于此原理，我们可以利用信号强度的变化来触发切换过程，对切换决策进行分析、选择，以最合适的切换方式实现高质量的切换。但节点在移动的条件下接收道德信号具有随机性，只把信号强度作为切换的判断标准，在实际的操作中会有移动的困难，而且随着计算机技术的不断发展和更新，未来的移动网络会具有不同的类型和特征，而不同类型的网络又具有不同的信号强度和信号功率，因此，在利用信号强度进行切换时，要充分考虑到各方面的影响，制定合理的切换决策。

3.对用户行为的研究。切换算法主要利用移动节点的位置和运动模式来协助系统进行切换，用户的行为和移动模式会对移动节点产生直接的影响，因此，可以通过对用户的特殊移动方式进行研究和分析，对用户的移动方向进行预测，在用户进入目标接入服务范围以前，提前执行切换过程，以降低切换对用户的影响，保证切换的速度和质量。

由研究的内容可以看出：移动IP切换技术研究的最终的目标是减少因切换引起的连接中断时间、保持切换过程中移动IP的服务质量，即实现无缝切换，所谓无缝切换就是要实现快速切换和平滑切换。以最短的时间实现切换，以保证切换延时不会造成通信的中断和数据包的丢失，尽可能的保证切换的质量。目前移动IPv6切换技术主要包括平滑切换技术、快速切换技术和层次切换技术。

（二）移动IPv6切换技术

1.移动IPv6平滑切换。VoIP等实时应用的出现，使移动IP的切换效率变得很重要。运行实时程序的MN进行切换时，不仅要尽量提高切换的速度，以减少时延带来的通信中断；还要尽量减少数据包的丢失，对动态信息的质量和数量进行保证。因此，在进行切换时，在保证速度的前提下，要尽量进行平滑切换。

平滑切换是采用在移动为MN设置缓存来减少数据包丢失的一种切换技术。其实现方法是：

（1）把为MN服务的移动所接收到的数据进行分组封装发送到MN的同时将这些数据备份到一个发送缓冲器中。

（2）切换激发后，MN在向新的移动注册时对缓冲器的地址也进行注册。新接到注册请求后，将新的转交地址通知给缓冲器和MN，缓冲器更新MN的绑定消息后，将缓存和之后接收到的所有数据分组全部进行重新封装发送到新。

（3）新接收到注册申请后向MN转发这些数据分组。

2.移动IPv6快速切换

移动IPv6快速切换最大限度的提高了切换速度，对切换延时引起的通信中断进行了控制，保证了切换过程中的通信质量。其实现原理如下所示：

（1）当MN移动到新的网络时，会向前路由器发出一个路由器请求。

（2）前路由器收到路由器消息后会发出一个包含了前路由器使用的CoA的切换发起消息给新接入的路由器，若使用的是无状态地址自动配置，切换发起消息中还会包含前路由器为MN生成的新的CoA（NCoA）。

（3）新的路由器接收到发起切换消息后，若其中含有MN的NcoA，新路由器会对其可用性进行检测；若不包含或者不可用，就会分配一个可用的CoA。再向前路由器发送一个切换确认消息，告诉前路由器新的CoA或者是指示其是否可用。

（4）前路由器收集完相关消息后，会得MN发送路由器通告消息，MN收到后就可以得到NcoA。

（5）MN受到前路由器发送的路由器通告消息后，会向前路由器发送快速绑定更新消息，从而建立前路器和新路由器之间的隧道；前路由器对快速绑定消息进行回应后，快速绑定消息将发到前路由器所在的网络，并通过隧道发送到新的网络，确保MN收到该消息。

（6）MN达到新的网络，与新路由器建立起第2层连接后，会发出一条快速邻居通告消息，新路由器就可以向MN转发数据分组了。

3.移动IPv6层次切换技术

移动IPv6层次切换技术通过使用本地层次结构，减少与外部网络的信令交互和注册时间，减少切换中断的时间。

MN在外地网络中的频繁切换会在网络中产生大量的绑定更新消息，这些绑定更新消息不仅会占用大量的宽带资源，还会带来更长的切换时延和大量数据包的丢失。

而研究表明移动IP的很多切换都是在小范围的层次发生，层次管理模型就是针对这种小范围移动切换产生的问题而提出的相应的解决方案。层次管理模型把整个网络分成若干区域，引入了一个可以是移动IPv6网络中任何层次的路由器的新的实体MAP。MAP的引入将MN的转交地址划分为链路转交地址LcoA（保存在MAP内的MN的临时地址）和区域转交地址RcoA（保存在HA和CN内的MN所在的MAP的地址）。。

（1）当MN在本地移动时，也就是在同一个MAP管理区域内移动时，不需要向HA和CN进行重新的绑定，只需要向MAP注册一个新的LCoA即可，RcoA并没有改变。

（2）当MN移动到新的MAP管理区域时，会对MAP进行发现操作，并使用无状态的方式通过接入路由器获得RCoA和LCoA两个转交地址。

（3）MN向MAP发出一个绑定更新信息。绑定更新信息会在家乡地址域中形成以LcoA为绑定更新信息源地址新的RcoA，绑定信息将MN的RcoA和LcoA进行绑定。

（4）MAP返回绑定确认消息到MN，对注册结果加以指示。

（5）MN 收到MAP发来的绑定确认消息后，通过发送绑定更新消息到HA和CN，对写入到HA和CN的绑定缓存将RCoA和MN的家乡地址进行绑定。

三、结束语

综上所述，目前交为先进的移动IPv6切换技术主要是平滑切换技术、快速切换技术和层次切换技术三种，这三种方式在一定程度上保证了切换的安全性和切换质量。随着新技术的发展，新的切换技术会不断的出现，移动IPv6切换过程中存在的问题会得到更好的解决。

参考文献：

[1]王莹,刘占军,刘期烈.移动IPV6切换技术研究[J].科技资讯,2009(6)

[2]陈利军.移动IPv6切换技术研究[J].电脑与电信,2011(6)

[3]洪佩琳,帅建梅,李津生.移动IPv6的关键技术研究[J].电信科学,2002,18(3)

[4]葛伟伦,对移动IPv6切换技术的改进[J].福建电脑,2010,26(11)