网络移动性研究

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摘要 现在已提出的有关网络移动性支持的方案大多基于MIPv6;主要基于MIPv6,试图对网络移动性支持所遇到的主要问题和有关的解决方案进行综述,并就未来研究所面临的挑战给出了进一步思考。简要介绍了IETF对网络移动性的基本要求和扩展要求,并就当前已提出的有关方案针对重点问题进行逐一讨论;最后给出未来研究所面临的挑战和思考。

越来越多的IP设备群呈现出整体移动的需求和态势,比如数字列车上的IP设备及乘客所携带的移动设备等要求实时接入互联网。2002年10月,IETF成立网络移动性(NEMO:NEtwork MObility)工作组,致力于规范基于移动IP隧道原理的移动网络协议。移动网络(Mobile Network)指包括有移动路由器(MR:Mobile Router)和其他节点或者子网在内的某个网络,作为一个整体统一进行移动,动态地改变其接入互联网的接入点。应该说,早在节点移动性支持的研究中就有关于移动网络支持的考虑,但是把移动网络作为一个独立的领域进行研究还是近三、四年的事情,有关研究尚处于起步阶段、具有很强的挑战性。

现在已提出的有关网络移动性支持的方案大多基于MIPv6。文章也主要基于MIPv6进行讨论,其中用到的基本术语如非特别声明,则都来自MIPv6,只是在功能上可能有些扩展。

一、IETF对网络移动性的基本要求与扩展要求

移动网络通过某个或多个MR动态地改变其互联网接入点;移动网络节点(MNN:Mobile Network Node)则位于移动网络内部,可以是固定节点(SN:Station Node),也可以是移动访问节点(VMN:Visiting Mobile Node)。移动网络在接入外地网络时,需要携带家乡代理(HA:Home Agent)维护的IP前缀MNP(Mobile Network Prefix)。此外,当某个移动网络接入另一个移动网络时,存在嵌套移动网络(Nested MoNET:Nested Mobile Network)现象。为避免环路存在,分层嵌套可构成父子MoNET树形结构。

传统MIPv4/MIPv6对单个节点的移动性提供良好支持,但是还不能处理网络移动这个特殊问题,虽然MIP设计者声称能像支持移动节点一样支持移动网络。网络作为整体进行移动的过程中,不可避免地会产生一系列新问题,比如寻址、路由、安全、嵌套本地移动性管理、路径优化等问题。考虑移动网络包含固定节点和移动节点,MR多主(multi-homing)接入,或者MR后面还嵌套有其他MR等情形,网络移动性支持会变得相当复杂。

为了降低网络移动性支持的复杂度,应该首先考虑对移动网络基本特性的支持。为了实现对移动网络的基本支持,MR和其家乡代理(HA_MR)之间必须建立起一条双向的隧道,具体来看必须考虑以下基本需求:①对所有IP应用透明,并独立于任何接入网络;②支持本地节点通信;③支持访问移动节点对移动网络的访问;④支持嵌套式移动:MNN以及子移动网络访问或离开该移动网络;⑤安全性。

在保证上述基本功能支持的基础上,下一步的研究应解决比如路由优化、组播支持、包含快速/频繁切换和减小路由头(RH:Routing Header)开销等基本支持过程中出现的新问题。针对移动网络的扩展支持要求如下:①嵌套移动的路由优化:无需经过各级嵌套网络的HA_MR进行重复封装,即扩展支持应能保证对端节点(CN:Correspondence Node)与MNN之间信令开销最少、路由最优以及安全性等;②独立移动网络的优化:允许被访问的移动网络内MNN与VMN优化路由,无需经过VMN的HA和移动网络之外的MR;③无缝移动:减少包丢失率和切换延迟;④支持动态寻址和路由;⑤支持IP组播等。此外,在考虑移动网络结构和不同要求的同时,还应考虑各种应用情形。比如数字列车场景,根据不同网络规模、不同移动速度、移动网络的不同切换频率等,采取相应的策略以恰当地满足这些要求。

二、移动网络解决方案分析

1.移动网络中的定位和路由优化

IETF建议使用前缀范围绑定更新(PSBU:Prefix Scope Binding Update)机制来使MR通过移动IPv6技术通知其移动性。为了减少绑定更新(BU:Binding Updates,用于更新HA_MR和CN对移动网络中的节点进行定位的消息)的信令流量,提出了PSBU策略。其方案假定所有在MR后面的节点都是本地固定节点(LFN:Local Fixed Node),因此移动网络中的所有节点都共享同一个网络前缀,而只有MR分配有转交地址(CoA:Care of Address),如图1。

图1 移动网络的前缀范围绑定更新


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