无线网络中移动IP切换方法的探讨

来源：中国联通网站作者：出处：巧巧读书 2007-05-28 进入讨论组

张河勇　韦泉　刘佩松　王柏丁信息通信

摘要

本文介绍了一种与无线网络相结合的一种解决移动节点切换中预先注册的方法，并说明了这种方法的缺陷和局限性。

一、引言

因特网和移动通信已逐渐成为当今世界通信领域的两大潮流，深入到人们生活的各个领域，引发了工作和生活模式的巨大变革，越来越多的人希望在移动状态下，能够通过便携式计算机或移动电话接入因特网来进行数据通信。移动IP应运而生。移动IP需要支持主机跨子网的移动和蜂窝小区内的频繁移动，并支持移动的透明性。主机移动带来了一系列问题，尤其是越区切换问题。对该问题解决的好坏直接影响到QoS。基于这种思想，很多人提出了许多移动IP的扩展方案来解决这个问题，有名的是蜂窝IP方案、HAWAII方案、TeleMIP方案和EMA方案等。本文提出了一种基于无线网络的一种解决移动主机切换预先注册的一个想法。

二、无线网络的特点

无线网络具有有线网络无法比拟的灵活性，不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十公里。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500米，即使采用单模光纤也只能达到3000米，而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50公里，距离数公里的建筑物中的网络可以集成为同一个局域网。同时无线网络中的组建、配置和维护较为容易，一般的计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。

但是无线网络传输的速率低、安全问题和有限的频带是阻碍它更快速发展的原因。对于移动IP的切换来讲，还有其它许多因素需要考虑。例如无线网络中各个基站所覆盖的具体范围，相邻基站之间的干扰问题以及移动节点何时开始发生切换等等。

三、移动IP的基本原理

在移动IP的实现过程中主要使用了3种功能实体：移动主机MN（MobileNode）、归属代理HA（HomeAgent）和外地代理FA（ForeignAgent）。其中，归属代理、外地代理统称为移动代理MA（mobility agen1）。

每一个移动主机都在它的家乡网络上拥有一个唯一的IP地址。当移动主机MN漫游到某个外地子网时，为了完成移动主机的继续通信，它需要通过外地代理（或直接）向家乡网络的归属代理处登记一个当前的转交地址COA（care-ofaddress），以便归属代理HA根据这个转交地址能够找到它现在所在的网络，并使其它节点能够和这个节点建立通信（这个过程就是向归属代理的注册过程）。注册过程完成后，归属代理HA把获得的转交地址COA和这个移动主机绑定在路由器中。如果移动主机在外地网络的转交地址已经在归属代理中注册了，所有与移动主机家乡地址的通信都将通过归属代理和外地代理之间建立的隧道来保持通信。

简要过程如下（见图一）：

图一

（1）移动主机通过捕获移动代理（HA和FA）发出的代理广告来确认自己所处的网络位置，并从代理广告中获得一个转交地址。如果捕获不到，移动主机可以主动发出代理请求消息。

（2）移动主机发送注册请求数据到外地代理，再由外地代理转发到归属代理分别进行注册绑定。如果注册不成功，就更改注册数据格式，继续注册。

（3）所有发往移动主机的数据全被本地代理捕获，并进行封装将数据经过隧道发给移动主机。同样移动主机发出的数据也是封装后经过隧道发到目的节点。

（4）移动主机在固定时间间隔向外地代理和归属代理发送代理更新通知。

当移动主机离开本基站或代理时就会产生切换，这样就不可避免地产生延迟和丢包现象，如果方法得当的话，就会最大限度的减少丢包现象。

四、切换中预先注册方法的探讨

本文探讨的这种方法是利用带来不少缺点的无线网络本身的特性来实现的。我们知道移动节点之所以能够将无线网络中相邻基站的信号区分开来，主要是因为相邻两基站发送信号的频率是可以被区分的。这种特性对移动节点来讲造成了很大的干扰，但是这种特性并不是一点作用也没有的。本文的所讨论的方法就是利用了这个特性。

预先注册最重要的是让移动节点知道要向哪里和何时预先注册。一般情况下只有移动节点离某个基站近时，收到该基站的信号才会加强。根据这种原理，就可以明确知道起着主要干扰作用的基站，就是该移动节点次靠近的基站，同样也是最有可能移动到的基站。根据上面的特性我们就可以给移动节点再增加一个天线，这个天线用来使移动节点接受主要起干扰作用的基站发布的信号。首先定义一个受干扰的极限，当移动节点受到的干扰达到一定程度时就开始接受干扰基站的信号。收到后确定该基站发送信号的频率，并确定向该基站发送的上行频率，然后向该基站发送预先注册。

现将这种方法简要介绍如下：假设移动节点上有两个天线：天线1接受和发送主信号，天线2用来检测最强干扰信号的频率。如图二

图二

（1）当移动节点移动到基站a的边缘并向基站b移动时，这时移动节点根据其的天线1接受的信号受干扰的强弱界限来判断是不是移动节点将要处于切换状态。如果是，就启用天线2来接受干扰信号来判断干扰信号的频率。见图二中的图1。

（2）如果干扰信号的频率是已知的相邻基站b的频率，就确定了移动节点移动的方向。这时，就可以提前向基站b发送注册更新消息。见图二中的图2。

（3）基站2收到这个注册消息，就与移动节点建立链接。如果两个基站是同一个外地代理下的不同基站，那么就只需要向基站b建立个链接。如果两个基站是不同外地代理下的不同基站，那么这个时候，基站b就需要将注册消息传到新的外地代理处，并向归属代理进行注册登记，增加新的隧道和新的转交地址与移动节点的本地地址之间的对应。并不是将原来的隧道和移动节点本地地址与旧的转交地址的对应覆盖。见图二中的图3。

（4）当移动节点受到的基站2的信号的功率逐渐等于或大于基站1信号的功率时，这时移动节点就将基站2的信号作为主信号，将基站a的信号当为干扰信号。但这时并不将到基站a的链接断开，这是为了防止移动节点突然又返回原来的基站a。这样的话，就会同时存在两条链路，又同时进行着（3）里的判断。这时将仍在链路中的到达移动节点的数据由基站a传到基站b。如果基站a和基站b不在同一个外地代理，那么就需要通过与基站b相连的外地代理。见图二中的图4。

（5）一定时间后，基站a的链路中不再有到达移动节点的数据后，并且当基站a发送的信号对移动节点收到的信号的干扰小于规定的界限值时，就断开基站a与外地代理的链路。如果基站a是基站b的不同外地代理下的不同基站，还需要删除与基站a相连的外地代理和归属代理之间的隧道，以及归属代理中的旧的转交地址和移动节点本地地址的对应。见图二中的图5。

五、结束语

虽然这种方法能够在已有的技术上提供预先注册的功能，也保持了低延迟和低包丢失率，但是这个方法是缺陷的。由于这种方法建立在无线网络自身的特点之上的，有着一定的局限性，只能在无线网络中使用。这种方法同时也使现存的许多移动节点在硬件上需要增加一个天线才能具有这种功能，使得已经生产出来的移动节点不能具有这种功能。这个方法的关键就在定义适当的干扰界限。当在移动节点中定义的干扰界限与正常信号差别较小时，切换就不能保持平滑和无丢包率。当在移动节点中定义的干扰界限与正常信号差别较大时，就会提前太多时间就向新的基站注册，这样就会在很大的范围内移动节点都会保持这种双链接，对资源是一种严重的浪费。因而必须选择合适的干扰界限。并且，当非基站的大功率干扰信号起到主要干扰作用时，这种方法，就不再那么有效。（后卫编辑）

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