基于PMIPV6的网络区域移动性管理研究

摘 要：本文对网络域间切换移动性管理问题进行了深入研究，介绍了一种新的区域移动性管理协议PMIPv6，并分析了其域内切换移动性管理机制。然后提出了一种优化的基于网络的区域移动性管理域内切换管理方法F-pmipv6，并进行了性能分析比较，证明该方法可以有效地减少网络切换时延。

关键词：PMIPv6；网络管理；切换时延

一、引言

目前基于网络区域移动性管理的研究还主要局限在域内切换管理，对区域移动性管理的域间切换管理方法的研究很少。由国外IETF提出了基于网络的区域移动性管理遵循的基本框架:骨干网中的区域移动管理锚点(LMA)负责处理移动节点的路由信息，该路由信息由移动节点目前归属的移动接入网关(MAG)转接，发往移动节点以及移动节点发出的包都要经过该锚点。移动节点只需要拥有一般的移动(如移动检测)将自己的移动告知移动接入网关，不需要亲自参与移动性管理。基于网络的区域移动性管理协议独立于任何特定的全局移动性管理协议，并且与移动节点和移动接入网关之间的最后链路层无关。区域移动性管理协议主要引入了接入服务域的概念，对接入网络进行层次型的分级管理。移动节点在接入服务区域内进行切换时，只需通知区域移动性管理锚点，对于家乡(HA)和对端通信节点(CN)保持透明;当移动节点在接入服务区域间进行切换时，则需要使用全局移动性管理协议通知HA和CN，或者设计新的高效区域移动性管理域间切换管理方法。

二、PMIPv6协议

PMIPv6是基于网络的区域移动性管理的一种解决方法，其目标是定义移动IPv6的简单扩展，支持IPv6主机的基于网络的移动性管理，并重用移动IPv6的信令和特性。该方法引入一个PMIP客户端，向LMA发送绑定更新消息，通知LMA移动节点是否在LMA范围内发生了切换。在PMIPv6协议中，移动节点在同一个LMD域中的不同接入点间切换时，这个节点不必是具有移动性支持的节点。只有当移动节点需要全局移动性支持时，这个节点必须是移动性支持节点。也就是说在全局移动性支持中，移动节点已经被假设为其必须从家乡(HA)获得家乡地址(HoA)，而移动节点在LMA域的区域移动性管理中不必有全局移动性支持。所以这种区域移动性管理方法可以减少移动节点的协议栈负担。在ProxyMobileIPv6协议中，移动节点不涉及任何IP移动性相关的信令，在通信时移动节点仅使用其家乡地址，转交地址(care―ofAddress/Proxy―c0A)对于移动节点来说是不可见的。然而MIPv6中定义的迂回路由可以用于proxyMobileIpv6协议。PMIPv6域内切换管理信号流程图如图所示，其流程分析如下:

1)链路层切换

当移动节点到达NMAG(新移动接入网关)的范围内时，就会接收到发自NMAG的无线信号，这个信号包含路由J一插信息，由此移动节点可以获得和前移动接入网关发出的相同的前缀信息。因为前缀信息相同，即使移动节点有移动栈和基于MIPv6的家乡，移动节点也不需要产生新的地址或者调用全局移动信令。

2)绑定更新

PMAG向LMA(移动锚节点)发送绑定更新信号，通知LMA移动节点请求解除前移动接入网关的Proxy―CoA与移动节点的MN―HoA的绑定。

3) 绑定确认PBA

LMA向PMAG发送PBA信号，表示绑定更新信号已经收到。

4) NMAG(New Mobile Aeeess Gateway，新移动接入网关)向LMA发送绑定注册请求信号，请求建立移动节点的MN―HNP和NMAG的Prox-CoA的绑定。

5) LMA向NMAG发送注册应答信号，表示绑定更新信号已经收到。

三、改进的域内切换管理方法F-PMIPv6

由于PMIPv6的基本移动性管理方法还是来自于MIPv6，其切换时延过大的缺点会影响一些时延（尤其是广播电视台的播出业务）的应用，研究的重点已经转向将快速切换的思想引入PMIPv6协议中，对PMIPv6进行性能优化，以减少移动终端在移动时由于较大切换时延而造成的数据包丢失，基于网络的区域域内移动性管理方法F-PMIPv6在切换过程将MIPv6快速切换的思想应用到PMIPv6协议中，并对其做了改进，采用预测切换模式(PredictiveMode)，通过底层交互，预测MN的切换，提前配置局部节点和移动接入网关的地址，快速完成三层切换，这样在无线链路断开之前就做好了三层切换准备，从而减少了区域内网络切换的延迟时。并在PMAG和NMAG上同时设置了数据包缓存，在二层切换开始时把数据包缓存在PMAG，当PMAG和NMAG之间的通道建立以后，开始在NMAG缓存数据包，当MN和NMAG的绑定更新完成之后，在PMAG和NMAG之间建立数据包传输隧道。这样一方面加快了切换速度，另一方面同时在PMAG和NMAG设置包缓存可以减少切换过程中的数据包丢失，提高切换过程中的服务质量。

PMIPv6协议仅给出了移动终端在局部移动节点(LMA)域内移动的切换管理方法，如果移动终端扩大了移动半径，移动出LMA的管理范围，这时如果网络端没有安装全局移动性管理协议栈，该节点的通信就会被中断，其移动性管理问题如何解决是个难题。而目前关于PMIPv6区域移动性管理的研究还局限在域内切换管理。移动节点可以直接和对端通信节点建立路由，这样就可以将移动节点的家乡地址(HoA)和转交地址(CoA)进行绑定，绑定由迂回路由可达过程建立，并在当该移动节点的IP连接改变时周期性地更新。迂回路由可达过程由家乡地址检测(HomeAddressTest，HoT)和转交地址检测(Care-ofAddressTest，COT)两种过程组成，主要是为了在移动节点和对端通信节点间建立互信机制，以确认二者之间的通道畅通，同时这个过程也会增加信号传输负担和切换时延。PMIPv6协议沿用了MIPv6的迂回路由可达过程，移动节点和对端通信节点的绑定过程中也需要采用迁回路由可达过程来帮助完成，建立通信节点之间的互信机制。在PMIPv6协议中，移动节点的移动性将完全由网络端控制，移动节点只需要拥有一般的移动(如移动检测)将自己的移动告知移动接入网关，不能参与网络层移动性管理。当MN和CN都是没有安装MIPv6协议栈的终端时，CN在网络中的接入位置对MN域间切换的性能是有重要影响的。

为了分析问题的方便，我们假定移动节点MN和对端通信节点CN都是没有安装MIPv6协议栈的终端，其移动性管理都完全由移动性接入网关(MAG)控制，并且都位于PMIPv6协议覆盖的范围内。同时假定在移动节点MN的路由切换时间段内，其对端通信节点CN不发生切换。在PMIPv6协议域间切换管理中，移动节点只需要拥有一般的移动(如移动检测)将自己的移动告知移动接入网关，不需要参与移动性管理。PMIPv6协议独立于任何特定的全局移动性管理协议，并且与移动节点和移动接入网关之间的最后一跳的链路层无关。协议主要引入了接入服务域的概念，对接入网络进行层次型的分级管理。这样对端通信节点在网络中所处的位置对PMIPv6协议域间切换管理的过就会有重大影响，必须由针对不同的切换场景决定的网络结构，设计不同的切管理步骤。

四、性能分析结果

由上面分析可知，F-PMIPv6方法的切换时延比PMIPv6方法小很多。在PMIPv6切换方法中，MN与PMAG的连接在二层切换开始就会断开，一直到最后收到NMAG发来的数据包为止，切换才正式结束，所以这段时间就是PMIPv6切换方法的切换时延。

在基于网络的区域移动性管理域内切换管理方法F-PMIPv6中，由于采用FMIPv6的预先注册的切换方法，MN与NMAG的连接从MN收到FBA消息之后会断开，直到MN收到NMAG发送的数据包为止。由此我们可以得出结论:本文提出的基于网络的移动性管理快速域内切换管理优化方法F-PMIPv6可以有效地缩短移动节点的域内移动切换延迟时间。

参考文献

[1]胡涛，“移动IPv6快速切换机制研究及仿真”，太原理工大学硕士论文，2007.6.

[2]刘悦，“wLAN网络以及移动性管理的若干技术研究”，北京邮电大学硕士论文，2006.4.

[3]周华春，张宏科，秦雅娟，“基于网络的区域移动性管理协议性能分析”，北京交通大学学报，2007年第5期.