集成N-PMIPv6和同步绑定消除NEMO中包的丢失

杜龙洋 梁晓诚

1桂林理工大学信息科学与工程学院 广西 541004

2桂林理工大学图书馆 广西 541004

0 引言

一般情况下，用户想要一个不考虑连接点的持续的互联网访问权限。通常他们需要传输大量的数据，如视频、音频和其他一些多媒体数据，虽然数据的规模巨大，但我们必须避免数据包丢失，这样才不会影响到多媒体的质量。移动IP被设计用于支持当用户从一个网络移动到另一个网络时而不用更改其IP地址。移动IPv6是下一代互联网协议的IP移动性实现，它允许互联网中位置无关的IP数据报的路由。每个移动节点是由其家乡地址标识，当离开当前网络时，移动节点由其转交地址标识。家乡代理存储着移动节点的永久性地址信息，外部网络对访问它的移动节点通告转交地址以实现连接。在诸如VPN或者VOIP的应用中，可能会出现IP地址或者网络链接的突发变化而导致问题的产生，这样就应该设计一个经过身份验证的路由过程以实现移动节点的转交地址到家乡代理的通信。

1 网络移动性(NEMO)

IETF一直致力于终端移动性问题的工作，在IETF中的NEMO组提出了对IPv4及IPv6的网络层解决方案，这个方案使得终端的移动无需停止其正在进行的会话。终端移动性问题已经进行过分析。移动网络适应性的第一步是在IP网络中有终端移动性的支持，但还存在着需要配套的完整的网络更改其固定基础设施的支持，以维护网络中每个设备的会话：这既是IP网络中的网络移动性。在此情况下，移动网络将有至少一个称为移动路由器的路由器(MR)连接到固定的基础设施，移动网络中的设备将通过此MR获得到外网的连接。IP终端移动性的解决方案并不支持网络的移动，因此IETF NEMO WG 被建立，定义了一个在网络层中实现IPv6网络移动的解决方案。NEMO工作组通过修改IPv6 主机移动性的解决方案(MIPv6)建立了基于IPv6 网络的网络移动性问题的基本解决方法。但该解决方案在处理不同移动网络配置时一定得特别灵活，尤其是当网络中包含不同子网和嵌套的移动网络时。

2 PMIPv6(代理移动IPv6)

代理移动IPv6尝试向堆栈中没有移动IPv6的IPv6主机提供移动性。它使移动设备与特定域中相同的IP地址进行漫游。这种支持完全是从称之为基于本地化移动域的网络中来。它提供没有任何软件依赖的流动性支持以及在终端复杂的移动性配置。IETF通过 PMIPV6提供此功能。这个概念对操作者真的很有用，因为它减少了移动的复杂性，它可以通过与 NEMO协议的整合而应用于大的区域。实现如图 1所示，这是现有的提供连接的方法，在车载网络的应用中更为突出。因为在这些网络中移动性很高，连通性就成了最大的挑战，它可以通过现有的办法加以克服。

图1 代理移动域

3 同步绑定

同步绑定是FMIPv6(层次化移动IPv6)的扩展，它试图减少移动节点在整个移动过程中包的丢失，它通过向移动节点进行流量的双播到其当前的位置以及可以预期的以后会到的位置来实现，此功能是内置在IPv4中的，但在IPv6中却没有。在无线网络中，很难确定移动节点从何处已分离和新的接入点，这就导致难以确定数据包的传输从何时开始。对此一个简单的解决方法即是在短时间里在移动节点从OAR(旧接入路由器)到一个或多个之后可能会到的位置到达之前进行数据包的双播或者单播。对移动节点而言，重复进行数据包的传递也是可能的，所以数据包的复制和删除应该遵循在每个移动节点中维护一个简单的列表。移动节点可以通过设置一个短的生命周期来丢弃数据包。因为 UDP不进行确认，所以它是这种方法的最佳方案。该网络将充斥着数据包，服务质量也会受到影响，在此移动节点可以通过向先前的、当前的或者之后的接入路由器发送数据而实现可达。通过采用这种方法可以避免巨大的头部信息。结果显示，同步绑定和高延时是因为数据包的重复和对包的确认。如果网络考虑到延迟的问题，我们可以使用其它的方法，比如快速切换或者 HMIP(层次化 IP)，但为了避免数据包的丢失，同步绑定始终是最好的解决方法。用户仍然可以进行任何漫游，因为到网络的连接已经得到了保障。

4 N-PMIPV6体系结构

这是一种新颖的结构，称为 NEMO下启用的 PMIPv6(N-PMIPv6)，其中完全集成了在本地化移动PMIPv6 (代理移动 ipv6)域中的移动网络。用此方法，用户可以从固定的位置或移动平台(如车辆)获取连接，可以在两者之间移动的同时保持它们正在进行的会话连接。N-PMIPv6 体系结构表现出两个显著特点：第一，N-PMIPv6是完全基于网络的，因此在终端没有移动性支持的要求；第二，不管是在延迟还是信令开销方面, 切换性能得到改善。

NEMO B.S协议要求MRs(移动路由器)管理它们自己的移动性，而这在N-MIPv6中是不做要求的，同样的，N-MIPv6也不要求在 MTs(移动终端)中移动性的相关功能。这是因为在N-MIPv6中MRs和MTs的移动性都是由网络进行管理的。这使得 IP节点可以在固定的 MAGs(移动接入网关)和 MRs间漫游而不用改变IPv6地址。LMA (本地移动锚点)添加新的绑定缓存条目关联MT的标号和前缀及它所附加的MAG的IPv6地址。MAG 充当代理的移动节点，所以只有一个控制消息被发送到LMA 或者到维护着单独列表的家乡网络。此体系结构为车辆网络提供良好的连通性，用户可以从一个固定网络或者移动路由器漫游或者获得连接。嵌套隧道是这种体系结构的一个缺点，它会引起数据包的丢失，这样的诸如音频和视频的消息是不合要求的。应该有某种机制来验证移动网关以提供移动节点的信息从而避免安全问题。

5 提出的架构—N-MIPv6和同步绑定的集成

当我们把同步绑定的方法和N-MIPv6集成时，数据包的丢失就减少了。无论何时当 CN(通信节点)通过 LMA 或者HA(家乡代理)向MT发送数据包时，它总是被发送到之前、当下或者下一个路由器。所有的路由器会尽力将数据包传递到MT或者MN。移动节点可以通过为每个数据包设置生命周期来加以避免任何重复数据包即相同数据包到达该移动节点。在N-MIPv6中数据包丢失的问题被消除，这样就可以接受到高质量的音频、视频和其它的文件。用户在互联网中通常使用此类型的文件用于数据传输。

当CN需要向MT2发送数据时，它首先被路由到LMA，然后LMA参照包含了如IP地址，访问路由器、终端等整个网络信息的表。通过验证表，LMA确定MT的当前位置及它来自的接入点。根据同时绑定技术，数据包被发送到先前的、当下的或者下一个接入点或者接入路由器。这样即使 MT2出于移动状态，数据包也可以顺利到达。

在图2中，MT2在MAG2下面，因此数据包可以被发送到MAG1、MAG2和MAG3，数据包可以同时到达这三个接入点，这样即使节点的移动过快，它也能被到达。会出现以下三种情况：

在 MAG2中，MT2没有太大的移动性。在此情况下，MAG2传送数据包，MAG1和MAG3试图传送数据包，因为 MT2不在后两者的覆盖范围里，一段时间后，它们都将丢弃数据包。如果MT2在MAG3的覆盖范围里，MAG3将传送数据包，MAG1和MAG2将丢弃数据包。如果MT2移向它之前的接入路由器，MAG1将传送数据包，MAG2和MAG3将丢弃数据包。如果MT停留在任意两个MAG之间，它将会是两者皆可达，在此期间，数据包被复制，因它被传送了两次。MT可能会维护着包含数据包的标识和生命周期的表。MT2应当通过验证之前接收到的数据包的生命周期和包标识来丢弃重复的数据包，这样重复的数据包从节点就被丢弃掉。由于重复确认和否定确认，在移动节点中可能会出现拥塞，通过为ACK和N-ACK添加额外的列可以克服这种情况，这样的列表必须包含包的标识、生命周期、ACK和N-ACK。这些表必须在移动接点中维护以克服在移动终端的拥塞和数据包重复。当新的数据包到达时，表中的条目被建立，当数据包的生命周期一过，此表就会被删除。移动节点可以很容易的维护自己的表而不会影响它的性能和其它因素。表1给出样表。

表1 移动终端的包验证表

6 结论

同步绑定协议和通过移动节点所要求的参数而维护列表的新技术可以增加数据传输的效率，同时不会出现数据包丢失的情况，任何类型的数据都可以被传送。提出的系统可以增强车载网络中互联网接入的性能，也保障了数据包的接收，使得多媒体信息的质量得到改善，数据包被设置了生命周期以避免重复。提出的架构是为了实现当互联网接入到城市公共交通系统，如地铁、城市公交等时可以有一个有效可靠的实现方法。在这些系统中，提供从车辆到站的连接不是惟一的要求，因为当车辆改变时，这种连接也必须被维持。当我们考虑宽带低的网络时，这种解决方法可能就会变的无效。今后的工作可以围绕着怎样避免车载网络的延迟和可解决的安全问题来开，相应的通信量减少和维护工作也应跟着开展。

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