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基于Qos的下一代移动IP架构研究

作者：未知 来源：月光软件站 加入时间：2005-5-13　月光软件站
近年来，随着对Internet依赖性的增加，人们越来越希望能够以一种更加灵活的方式随时随地接入网络、共享Internet资源和服务。IETF为满足移动用户使用多媒体和其他实时业务的需要，在移动IPv4的基础上，提出了下一代移动IP（即Mobile IPv6），它具有极大的经济实用性，可以为移动计算机提供无线连接，支持任何无线媒体接入，使移动用户在网络上的移动接入成为可能。而IETF提出的资源预留协议（RSVO）最初为有线网络设计，提供一种资源预留信令支持的服务质量（QoS）保证，目前针对移动用户的服务质量要求，也正面临着很大的挑战。在无线网络中，由于用户的频繁移动使得端到端的服务质量保证和移动切换（handoff）管理更加复杂。

一、 相关研究

目前国际上有很多研究集中在移动网络的服务质量保证和移动用户的切换管理问题上，提出了一些基于服务质量的移动IP架构。但其中有的架构基于移动IPv4，导致了“三角路由”问题；有的架构则不能预测移动用户的移动行为，使得资源预留不能只在必要的蜂窝内执行，而是在所有的邻居蜂窝内执行，导致了资源的浪费。一些专家提出了分层移动代理树架构（Hierarchical Mobile Agents Tree）[1,2]，可以很好地解决以上问题 而基于服务质量和扁平化管理思想的下一代移动IP架构——移动代理扁平架构（MAFS：Mobile Agents Flat Structure）是对分层移动代理树架构的优化，不管用户如何频繁移动，都能够为移动用户提供可靠的服务质量保证和高效的移动切换管理。

二、 移动代理扁平架构中的基本概念

1.服务质量对象选项

服务质量对象选项（QoS object option）被包含在移动IPv6中携带捆绑更新信息分组的逐跳（hop－by－hop）扩展头中，其格式如表1所示。该对象不仅可以在接入网中作为资源预留协议的扩展提供服务质量保证，也可以应用于核心网来获得很好的服务质量支持。

在服务质量对象选项中，“服务质量要求”域描述的是移动用户数据流的服务质量要求；“最大时延”域和“时延抖动”域描述的是移动用户数据流可以接受的时间延迟；“平均数据速率”域、“令牌桶大小”域、“最高数据速率”域、“最小策略单元”域和“最大分组长度”域描述的是相应的数据流希望产生的流量及其特性；“分组分类参数”域提供了在分组头中可用于数据分组分类的参数的值。

2.移动代理

移动代理作为一个实体，通过管理服务质量对象选项和资源预留来达到可靠的服务质量保证，与此同时也完成其他和移动相关的工作。本文提出的基于服务质量的移动代理扁平架构中的移动代理可分成以下两类：

第一类移动代理位于扁平架构的底部，其功能类似移动IPv6中的家乡代理，通过管理服务质量对象选项和资源预留来满足服务质量的要求，处理和移动用户相关联的资源预留协议的信息，维护移动用户相关的移动信息，控制移动用户在一定范围内的移动。

第二类移动代理位于扁平架构的顶部，可以看作是一个合并节点，其功能是通过管理服务质量对象选项和资源预留来满足服务质量的要求，并在移动用户发生切换时，合并由资源预留协议沿着新路由产生的路径信息和预留信息，完成其他和移动相关的工作。

3.移动代理扁平架构

从管理学的角度来看，随着组织规模的扩大，组织结构中的等级增多。扁平型的组织结构与垂直型的组织结构相比等级较少，减少了中间的管理层次，缩短了指令传递的时间，降低了成本，增大了组织结构的弹性，增强了管理者对于组织环境变化的快速反应能力，提高了资源的利用率。

移动代理扁平架构是对分层移动代理树架构的优化，它引入了扁平化管理的思想，将原来分层移动代理树架构中的移动代理多级垂直型结构优化为两级扁平型结构，减少了移动代理管理的中间层次，将移动代理分成两类，从而缩短了信令传递的时间，减少了移动代理的数量，很好地解决了由于移动用户的频繁移动而导致的服务质量下降的问题，为满足用户的服务质量要求提供了可靠的保证。

三、移动代理扁平架构的基本工作原理

在移动代理扁平架构中，移动用户的切换管理和基于服务质量对象选项的服务质量的支持策略有以下两种情况。

1.当移动用户是通信的发送方、对应的通信节点是接收方时

当移动用户发生切换时，就沿着移动代理扁平架构向其通信节点发送带有服务质量对象选项的捆绑更新信息。在移动代理扁平架构底部的当前移动代理检测服务质量对象选项并立即执行资源预留，发送新的路径信息给通信节点，该路径信息与切换之前的路径信息具有相同的源流标识，同时发送带有服务质量对象选项的捆绑更新信息给通信节点。新的路径信息在移动代理扁平架构顶部的移动代理合并，因为顶部移动代理已经保存了该数据流曾经在移动代理扁平架构中创建的路径状态。这就使得资源预留协议对于移动用户来讲只进行了一次局部的修改。之后，顶部移动代理就向移动用户当前位置发送和数据流相关联的预留信息，同时转发带服务质量对象选项的捆绑更新信息给通信节点。这样，从顶部移动代理到通信节点间的这段路径的资源预留就可以重用了。那么，当通信节点收到带有服务质量对象选项的捆绑更新信息后，经过处理，就通过移动代理扁平架构发送捆绑确认信息到移动用户的当前位置。于是，数据分组就继续从移动用户的新位置发送到对应的通信节点。图1给出了这种情况的示意。



2.当移动用户是通信的接收方，对应的通信节点是发送方时

当移动用户发生切换时，就沿着移动代理扁平架构向其通信节点发送带有服务质量对象选项的捆绑更新信息。在移动代理扁平架构底部的当前移动代理检测服务质量对象选项并立即发送该捆绑更新信息给顶部移动代理。由于顶部移动代理已经保存了该数据流曾经在移动代理扁平架构中创建的路径状态，因此立即检测服务质量对象选项，并执行资源预留、发送新的路径信息给移动用户，同时也发送带有服务质量对象选项的捆绑更新信息给通信节点。移动用户收到新的路径信息后，立即发送和数据流相关联的预留信息给顶部移动代理。这样，从顶部移动代理到通信节点间的这段路径的资源预留就可以重用了。这就使得资源预留协议对于移动用户来讲进行了一次局部的修改。那么，当通信节点收到带有服务质量对象选项的捆绑更新信息后，经过处理，就通过移动代理扁平架构发送捆绑确认信息到移动用户的当前位置。于是，数据分组就继续从通信节点发送到移动用户的新位置。图2给出了这种情况的示意。



四、移动代理扁平架构的技术优势

随着CNGI的全面启动，我国关于下一代移动IP网络架构和服务质量的研究已经全面展开。

移动代理扁平架构除了具有强大的漫游功能、真正的双向通信能力、网络应用的透明性以及链路的无关性之外，还可以提供快速的无缝切换及高效的服务质量保证。在移动代理扁平架构中，资源预留协议信令的往返路径是在移动用户和移动代理扁平架构的顶部移动代理之间，移动IPv6捆绑更新信息和捆绑确认信息的往返路径是在移动用户和通信节点之间，所以，移动代理扁平架构使得资源预留协议信令的往返路径成为移动IPv6捆绑更新信息和捆绑确认信息的往返路径的一部分，这样，资源预留协议的重新商议就能在通信节点更新移动用户新的转交地址（care of address）之前完成，尤其当从移动代理扁平架构的顶部移动代理到通信节点之间的链路出现拥塞的时候移动代理扁平架构的优越性就更加突出。换言之，当移动用户移动到一个新的子网，移动用户和其通信节点在切换之后、继续收发数据之前，其相应的资源预留已经执行，所有的数据分组都将被提供期望的服务质量保证，而且不会产生额外的切换时延。另外，移动代理扁平架构对传统的资源预留协议进行了扩展，增加了服务质量对象选项，并将其置于移动IPv6中携带捆绑更新信息分组的hop－by－hop扩展头中，能够在快速无缝切换的同时满足移动用户的服务质量要求。

五、 结 语

本文提出了一种新的基于服务质量的移动代理扁平架构。该架构将扁平化管理思想应用到分层移动代理树架构中并对其进行了优化，定义了两级扁平化移动代理架构，确定并增强了两类移动代理的不同功能，减少了中间管理层次和移动代理的数量，缩短了信令传递的时间，为CNGI的移动IP访问网络提供了切实可行、灵活高效、具备快速无缝切换能力和高效服务质量保证的解决方案。

虽然目前的移动IP技术还有很多不足之处，移动IPv6方案也还没有最终完善，但是随着CNGI的实施，以及移动IP中网络架构、服务质量、切换管理等关键技术研究的不断深入，移动通信技术和IP技术的完美结合指日可待，人们在任何时间、任何地点、用任何一种媒体与任何一个人进行通信的夙愿终将实现，同时也将为电信运营商带来新的市场机遇。

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