摘 要 针对标准移动IP切换时延迟、分组丢失多的问题,通过建立三级网络模型,提出了改进的移动IP切换方案,降低了切换时延,能保证分组的零丢失率。

　　蜂窝移动通信与ＩＰ技术的迅猛发展有可能实现信息的接入不受位置和时间的限制ＩＥＴＦ（因特网工作任务组）提出了移动ＩＰ协议在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上引入了移动支持功能。
　　移动ＩＰ要求移动节点ＭＮ每次移动到另外一个ＩＰ子网时都要把其位置信息即转交地址通知家乡代理ＨＡ。ＨＡ使用ＡＲＰ协议截获发往ＭＮ的分组以隧道方式转发给外地代理ＦＡ再把分组转交给ＭＮ。当ＭＮ远离ＨＡ时，切换时延较大容易造成数据分组丢失较多使通信可能出现中断也不能保证正常业务的ＱＯＳ。因此必须改进移动ＩＰ协议取得快速平滑的切换以保证较好的ＱＯＳ。

　　笔者为此提出了几种改进移动ＩＰ快速切换的方案其核心思想是把ＨＡ的功能分散化进行本地注册。ＰａｄｍａｎａｕｂｈａｎＧｕｓｔｕｆｓｓｏｎ提出层次移动管理方案，即移动节点在本地范围内移动只向本地网关外地代理进行位置更新不需通知远处家乡代理。Ｃａｍｐｂｅｌｌ等人提出ｃｅｌｌｕｌａｒ ＩＰ方案，将网络分为无线接入网与核心网两部分。核心网上采用标准移动ＩＰ而在无线接入网上采用Ｃｅｌｌｕｌａｒ ＩＰ。Ｓｕｂｒｉｓ提出Ｔｅｌｅ ＭＩＰ引入ＭＡ一个ＭＡ管理几个ＦＡＭＮ在这些ＦＡ之间的移动只需要在相应的ＦＡ和ＭＡ之间进行处理即可不用ＭＡ的参与实质也是一种层次管理方案。
　　为了改进移动ＩＰ跨网平滑切换性能在层次管理方案的启发下本文提出了三级网络模型并引入了缓存转发和双播机制不但大大降低了切换时延同时可靠的保证了分组的零丢失率。
　　１ 移动ＩＰ三级模型
　　为了减少过多报文与注册时延本文提出一个网络模型把无线网络分为许多管理域每个域顶级层次是ＤＦＡＤＦＡ下一级层次为子网外部代理ＳＦＡ再下一级是外部代理ＦＡ其实就是一个基站，以用来连接ＭＮ到网络。在同一域内的切换ＭＮ只需在ＤＦＡ或ＳＦＡ注册而不需向远端的ＨＡ注册减少了切换时延。在不同域之间切换时，ＭＮ还得在ＨＡ注册。根据ＭＮ的移动特点把ＭＮ的移动分为四个层次：蜂窝移动基站移动域内移动域间移动。在一个管理域中设置一个ＤＦＡ域内每个子网分别设置一个ＳＦＡ各个ＳＦＡ发送代理公告的外地代理地址就是ＤＦＡ的地址进入管理域的ＭＮ的转交地址也是该地址并且该地址在ＭＮ访问管理域的整个时段保持不变。ＨＡ把发往ＭＮ的数据分组都先转发给ＤＦＡ再由ＤＦＡ根据路由表发给移动节点ＭＮ，如图１所示。
　　２　改进的平滑切换过程
　　对应不同层次的ＭＮ移动三级模型分别处理各种切换。
　　２．１　蜂窝移动
　　ＭＮ在同一基站ＢＳ的不同蜂窝小区之间的移动。如图２所示，ＭＮ由蜂窝Ｆ１到Ｆ２的移动。此时完全可以采用移动语音通信的蜂窝小区切换办法只是移动ＩＰ需要更多的带宽等网络资源。此种移动只需要定期向ＢＳ进行注册不需注册新转交的地址。
　　２．２ 基站移动
　　ＭＮ在同一子网的不同基站ＢＳ之间的移动。如图１的ＭＮ由ＢＳ１到ＢＳ２的移动，对应于图２的ＭＮ由蜂窝Ｆ２到Ｆ３的移动。在ＢＳ１和ＢＳ２的重叠区域ＭＮ可能收到两个（或多个）基站的广播报文通过测量信号强度确定是否需要切换若要切换，其过程应如下：
　　ＭＮ向ＢＳ２注册设定ＢＳ２为默认网关ＢＳ２建立ＭＮ的路由表响应ＭＮ向ＢＳ１发送认证报文。ＢＳ１收到报文后把ＭＮ即将去往的下一个基站（ＢＳ２）消息捎带在ＭＮ的定期注册请求中向ＳＦＡ１报告。此时ＳＦＡ１发送分组到ＭＮ的当前基站ＢＳ１的同时开始向邻居基站ＢＳ２单播分组。ＢＳ１删除ＭＮ的路由表，邻居基站ＢＳ２预先缓存分组，当ＭＮ正式进入其蜂窝网络时ＢＳ２转发ＭＮ还没收到的缓存分组到ＭＮ从而实现平滑切换。ＢＳ２广播重定向消息同一子网上的ＳＦＡ１接收后修改与ＭＮ有关的绑定ＤＦＡ与ＨＡ不需要参与。

　　２．３ 域内移动
　　即在同一管理域内不同子网之间的移动，如图１中ＭＮ由ＢＳ３向ＢＳ４的移动。发生域内移动时新旧基站除了要执行基站移动需进行的切换过程外旧基站要发重定向报文告诉子网上的ＳＦＡ１更新ＭＮ的路由信息，新基站通过基站所在子网的ＳＦＡ２通知ＤＦＡ１更新ＭＮ的路由，ＤＦＡ维护每个ＭＮ的路由表。在移动节点切换过程中发送到ＭＮ的分组在旧外地代理ＳＦＡ１处缓存移动节点完成切换与新外地代理ＳＦＡ２的连接建立之后ＳＦＡ１将缓存的业务分组发送到ＳＦＡ２由ＳＦＡ２继续向ＭＮ转发这些分组。ＤＦＡ在ＭＮ发生域内移动时要更新记录此时ＭＮ的位置信息仍不需要告诉ＨＡ。在无线域内通信ＨＡ通过ＡＲＰ拦截发往ＭＮ的分组根据绑定隧道给ＭＮ当前的ＤＦＡＤＦＡ根据自己的绑定转发分组给ＭＮ当前的ＳＦＡＳＦＡ转发分组给ＭＮ当前的ＦＡ最后分组到达ＭＮ。
　　２．４ 域间移动
　　ＭＮ在管理域之间移动时出于安全、费用等方面的考虑ＭＮ的位置更新信息必须通知ＨＡ。如ＭＮ由ＦＡ１到ＦＡ５的移动，ＭＮ从一个外部域ＤＦＡ１进入另一个域ＤＦＡ２ＭＮ向ＤＦＡ２注册注册请求由当前外部代理ＦＡ５跳到当前的域代理ＤＦＡ２由ＤＦＡ２再转发给ＤＦＡ１这时候ＤＦＡ１相当于ＨＡ向ＤＦＡ２发送注册响应信息并更新绑定。由于相邻的无线域相距比较近当ＭＮ远离ＨＡ时ＭＮ向前一个ＤＦＡ注册的时延比向ＨＡ注册的时延少得多，从而实现了ＭＮ的快速平滑切换。ＭＮ在不同无线域切换时ＨＡ拦截的分组还是隧道给以前的ＤＦＡ（ＤＦＡ１）ＤＦＡ１根据当前绑定转发给ＤＦＡ２最后分组到达ＭＮ。
　　３　结束语
　　经过对三级模型切换过程的仔细分析以分级方式建立多个管理域在管理域内的移动信息只需在ＤＦＡ上更新不需要告诉ＨＡ。当ＭＮ在管理域之间移动时ＭＮ的位置信息需同时在ＤＦＡ和ＨＡ上更新。与标准移动ＩＰ相比减少了分组在网络传送的路径降低了ＭＮ切换时延减少了网络中的注册报文因而降低了数据分组的丢失率有效提高了通信的服务质量。尤其当ＭＮ远离ＨＡ时这些改进是非常明显的。
　　为了实现无缝切换还需采取其他的改进措施如更有效的缓存转发机制与双播机制能保证在切换过程中分组不会丢失。另外，虽然在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上可实现移动功能的市场前景广阔但还不能满足实时传输需要有关这方面的工作还有待于广大科技人员做进一步的研究。＆
　　参考文献
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