论文研究-基于网络的区域移动性管理协议研究 .pdf

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基于网络的区域移动性管理协议研究,魏彬,,本文首先对移动IP技术以及IETF相关工作组进行了介绍,对移动性管理技术的发展趋势进行了分析,指出移动IP等广域移动性协议并不适合�
山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn Access Network I Access Network 2 Aggregated Router AR AR AR AP AP AP Intra-Link Localized Global Mn Mobility Mobility Mobility 图1区域与广域移动性管坦范围 Figurc I Scopc of Localized and Global Mobility Managcmcnt 3.现有区域移动性管理方案对比分析 区×域移动性管理协议要引入了接入服务域的慨念,对接入网终进行层次型的分级管 理εMN在接入服务域内进行切换时,只需通知区域移动性管理锚点,对于HA和CN保持 透明;当MN在接入服务域间进行切换时,则需要使用广域移动性管理协议通知HA和CN 现有区域移动性管理方案可以分为两类:基于隧道的方案和基于路由的方案,基于隧道的方 案的代表协议是分层移动IPv6,而蜂窝IP和 HAWAL则属于基于路由的方案 3.1分层移动IPv6 HMIPy6基于移动IPv6引入了新的实体MAP( Mobility Anchor point),并对MN功能 进行了扩展,但是CN和HA不受影响。MN在MAP域中有两个转交地址,即区域转交地 址RCoA( Regional Care-of Address)和链路转交地址LCoA(LCoA, On-Link coa)。LCoA是 MN根据接入路由器前缀进行配置的转交地址,而RCoA地址是由MAP的」內前缀和MN 的物理接口标识组成MN进入MAP域后,首先向MAP进行注册,再通过绑定更新将RCoA 告知HA和CN MAP相当于个本地的HA,将MN的RCoA和LCoA进行绑定,接收所有已向它注 册的MN的数据包,并将发往MN的数据包通过隧道直接发送到MN的LCoA上。MN在 同一MAP域内改变LCoA地址时,只需向MAP注册新的LCoA地址,只有当RCoA改变 时才需要向HA和CN注册。由于MN在MAP域内进行切换时,不需要向HA和CN发送 绑定更新消息,这使得它的位置对于HA和CN是透明的 3,2蜂窝IP和 HAWAII 蜂窝IPη( Cellular Ip)是由( Columbia大学和 Ericsson提出的区域移动性管理方案。蜂 窝P网络通过网关和外部网络相连,MN使用网关的P地址作为转父地址,在HA和CN 上进行注册,当MN在网关所属区域内进行移动时,不需要改变其转父地址。当MN和CN 进行通信时,数据包首先被发送到网关,网关可以根据相应的路由信息将数据包发送到MN 山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn 的实际位置。 HAWAlL3l( Handoff aware Wireless access internet infrastructure)是由 Lucent公司提出 的,通过建立动态路由策眳进行MN的区域移动性管理。HAWAⅡ和蜂窝I一样,依靠移 动P进行广域移动性管理。 HAWAIL中的根路由器DDR( Domain root router)相当于蜂窝IP 中网关。 33小节 以上几种协议在定程度上解决了区域移动性管理问题,但也存在着很多缺点,例如蜂 窝IP和 HAWAIL采用特定主机路由,存在比较严重的可扩展性问题4,而 HMIPy6由于 采用了分层结构,增加了单点故障点和网络结构的复杂度,带米了安全方面和网络管理方面 的问题。另外,以上解决方案均为基于主机的,即需要主机参与区域移动性管理,增加了主 机协议栈的复杂度。我们将在下一章介纽基于网终的区域移动性管理协议 4.基于网络的区域性移动管理 在ITF中,HP、 MOBIKE等新的广域移动性管埋协议,建议未来的无线IP节点支持 更加多样性的移动性协议,而现有的基于MIPv6进行扩展的区域移动性管理协议并不能满 足需求;区域移动性管理协议在wLAN屮的成功应用,也表明降低移动主机协议栈复杂性 适应更多种的广域移动性管理协议是大势所趋。 41 NETLNⅥ工作组 IETF中的 NETLMM工作组提出了基」网络的区域移动性管理应该遵循的框架:骨十 网中的移动管理错点维持着移动节点的路由信息,该路由指向移动节点目前依附的接入路由 器,发往移动节点以及移动节点发出的包都要经过该错点。当一个移动节点从一个接入路由 器移动到另外一个时,接入路由器会向MAP发送一个路由更新。移动节点只需要拥有一般 的移动性功能(如移动检测)将自己的移动告知接入路由器,不需要参与区域移动性管理。 基于网终的区域移动性管理协议独立于任何特定的广域移动性管理协议,并且,与MN 和接入路由器之间的最后一跳链路层无关。 NETLMM协议会和IETF中的其他标准保持兼 容性。 图2为 NETLMM工作组提出的功能性结构,其中: Localized Mobility Management Dυmain(LMMD):区域移动性管理域; Localized Mobility anchors(LMAs): NETLMM结构中维持MN可达性的路由器,使用 NETLMM协议与MAG进行通信,个LMMD中可以布置个或多个LMA Mobile Access Gateways(MAGs): NETLMM结构中做为MN第一跳或默认的路由器, 个LMMD中有多个MAG 山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn LMA LMA LMA MAG MAG MAG MAG MAG AP AP AP AP AP AP AP MN LMMD 1 LMMD 2 图2 NETLMM功能性结构 Figure 2 The Functional structure of NETLMM NETLMM协议设计目标包括对MN不做更改、改善切换性能、减少切换相关信令量、 增强位置保密性、限制网络中的信令头负载、简化移动芍点移动性管理安仝步骤等,外还 需要保持对链路技术无关性的支持,以及对IPv4/V6的支持。 42协议概述 本节将介绍一种具有代表性的基于网络的区域移动性管理协议一 Netlmm Protocol!ll 该协议辶要由两个部分组成,即建立连接和移动性管理;建立连接指MAG和IMA之间建 立和解除连接,以及局期性的链路可达性测试,上要用到 Association Rcqucst/Ack、 Disassociation Request/Ack、 Heartbeat/Ack三对消息;移动性答理指的是MN的注册和注销, MNIP地址配置的更新以及MN在MAGs之间切换,主要用到 Location registration/Ack、 Location Deregistration/Ack 4.2.IMAG连接和解除连接流程 MAG通过某种方式知晓所有与之相连的LMA,MAG通过给发送 Association Request 建立控制和数据传输平台,LMA通过 Association ack进行确认; Disassociation Request的 作用是释放MAG和LMA之间的控制和数据传输平台,MAG或LMA均可发起;如图3所 山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn MAG LMA 连接过程 Association Request (MAG handle, LMA handle, Data Transport Association Ack (MAG handle, LMA handle, Data Transport, Status) 解除连接过程 Dissociation Request (MAG handle, LMA handle) Dissociation Ack (MAG handle, LMA handle, Status 图3MAGi与LMA之间的连接和解除连接流程 Figure 3 Association and Disassociation Procedure between MAG and LMA 另外,为了维护MAG与LMA之间的链路可达性,需要定期交换 Heartbeat/ Ack消息, 如果在 Heartbeat消息发送以后没有收到确认消息,MAG与LMA之间的连接将会被移除。 4.22MN接入网络流程 当MN连接到网络上以后(二层连接),MAG向LMA发送 Location Registration消息, 将MN以及MAG的Ⅲ告知LMA:如果MN是首次在LMA上注册,LMA将为MN建立 新的绑定缓存表项,并向MAG返冋 Location Registration确认,并告知当前可用的前缀, MAG收到确认以后,通过 Router advertisement广播这些前缀 MN收到RA消息以后,通过DHCP或无状态自动配置新的IP地址,当MAG获知该 IP地址以后(通过重复地址检测或者DHCP中继获知),会发送 Location Registration告知 LMA(该地址包含在 Prefix Delegation option中),LMA返回 Location registration ack消息, 并更新MN的绑定缓存表项。如图4所示。 山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn MAG LMA MN完成二层连接 (MN ID LMA handle Location Registration Request (MN ID, MAG handle, LMA handle 生成MN的 Location Registration Ack 路由緩存表项 (MN ID, MAG handle, LMA handle, Prefix, Status) IPv6 RA (prefi 地址配置 IPV6 DAD (Address) Location Registration Request (MN ID MAG handle, LMA handle, Prefix Delegation Option) o更新MN的 Location Registration Ack 路由缓存表项 (MN ID, MAG handle, LMA handle, Status) Pv6信令 →协议信令 图4MN接入网络流程 Figure 4 MN Access Network Procedure 423MN切换流程 当MN连接到一个新的MAG时,该MAG如前文所述向LMA发送 Location Registration 消息,LMA收到消息后,更新MN已存在绑定缓存表项,向新的MAG返冋确认消息;LMA 还要向旧的MAG发送 Location Registration消息,告知该MAG移除MN的对应表项。如图 5所示 new old LMA MAG MAG MN完成二层连接 (MN iD, LMA handie Location Registration Request (MN ID, MAG handle LMA handle) 更新MN的 由缓存表项 Location registration Ack (MN ID, MAG handle, LMA handle, Prefix Allocation Option, Status) Location Deregistration Request IPV6 RA (MN ID, MAG handle, LMA handle, Deregistration timeout option) Location Deregistration Ack (MN ID, MAG handle, LMA handle, status Pv6信令 →协议信令 图5MN切换流程 Figure 5 MN Handoff Procedure 山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn 4.2.4数据转发 MAG作为MN的第一跳或默认路由器会收到MN所有的数据包,LMA和MGA使用 某种封裝方式将数据包在二者之间的隧道屮传输。如图6所示: MAG LMA Pv6数包 Encapsulated IPv6数据包 Pv6数据包 Pv6数据包 Encapsulated|Pv6数据包 Pv6数据包 图6数据转发 Figure 6 Data Forwarding 总结 本文介绍了现有的几种基于主机的区域移动性管理协议,又对基于网络的区域移动性管 理概念和代表协议进行了详细的阐述,从上文分析可以看出,基于网终的区域移动性管理协 议与基于机的移动性管理协议相比,最显著的优点就是移动性管理过程不需要MN的参 与,即在域内的移动对于MN是透明的,这可以大大降低MN协议栈的复杂程度:另外 这也大大降低了尢线链路中移动性管理相关的信令量,有利于史高效的利用带宽。NεtLMM 协议不依赖与任何特定的广域移动性协议,只有比较强的可扩展性,例如: Location Registration消息中的 Timeout option可以包含一个时间值,标认MN切换前连接的MAG需 要将MN绑定缓存表项延迟删除的时间,可以作为预先切换的扩展,满足不同的切换场景 随着网络技术和应用业务的飞速发展,未来移动性管理协议需要完备的安全认证措施以 及QoS保障杋制,另外,通过底层链路协助进行切换管理、减小切换时延,也是移动性管 理技术的发展方向之一。 山国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 l]孙利民等.移动IP技术[M].北京:电子工业出版社.2003 [2]Perkins, C, editor, "IP Mobility Support for IPv4"[S]. IETF, RFC 3220, August, 2002 [3 JJohnson, D, Perkins, C,, and Arkko, J."Mobility Support in IPv6, "[S]. IETF, RFC 3775, Junc 2004 [4]聂晶等P微移动性协议研究[J].数据通信,2005年,第6期:Pagc4-7 l5段柑平等.下一代无线P移动通信网中的P微移动性协议[冂.通信学报,2003年3月,第24卷第3 期: Pagel39-144 [6] Soliman, H, Castelluccia, C, El Malki, K, and Bellier, L."Hierarchical Mobile IPv6 Mobility Management (HMIPV6)"LS].IETF, RFC 4140. August, 2005 [7]A Campbell et al. Cellular IP" [S]. IETE, Internet Draft, draft-ietf-mobileip-cellularip-00 txt, Jan 12, 2000 [8] Kannan varadhan. et al."IP micro-mobility support using HAWAII"[SJ. IETE, Internet Draft, draft-ietf-mobileip-hawaii-01. txt, Jul 7. 2000 [9] J Kempf. "Goals for Network-based Localized Mobility Management(NETLMM)"LS].IETF, Internet Draft, draft-ietf-netlmm-nohost-req-05 txt(work in progress), October, 2006 [10] J. Kcmpf "Problcm Statcmcnt for Nctwork-bascd Localizcd Mobility Managcmcnt"[S].IETF,Intcrnct Draft, draft-ietf-netImm-nohost-ps-05 txt(work in progress), September, 2006 [11 H. Levkowetz, Ed. et al."The NetLMM Protocol"[S]. IETE, Internet Draft aft-giaretta-netlImm-dt-protocol-02. txt( work in progress), October 5, 2006 Research on Network-based Localized mobility Management Wei bin Bejing University of Post and Telecommunication PCN&CAD Center, Beijing(100876) Abstract In this paper, mobile IP and the working groups research on mobile iP in IEtF are introduced briefly The developing trend of localized mobility management is analyzed successionally, and then we point out that the global mobility protocols such as mobile IP can't adapt to the localized mobility management Bascd on the presentation of HMIPv6, Ccllular IP and HAWAIl, we describe in dctail the Network-based Localized Mobility protocol originated by NETLMM Working Group, and we also contract it with Hosts-based Localized Mobility. In the last of this paper, we bring out the developing directions of localized mobility management in the future Keywords: mobile IP, Global Mobility Management, Localized Mobility Management NETLMM(Network-based Localized mobility management

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