一種基于域的組播與移動IPv6相結(jié)合的移動主機通信方案-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯一種基于域的組播與移動IPv6相結(jié)合的移動主機通信方案-技術(shù)方案引言

因特網(wǎng)和移動通信已逐漸成為當今世界通信領(lǐng)域的兩大潮流，深入到人們生活的各個領(lǐng)域，引發(fā)了工作和生活模式的巨大變革。我們可以想見，若將因特網(wǎng)在范圍無孔不入的覆蓋和移動通信方便、快捷的特點完美地結(jié)合在一起，必將導致數(shù)據(jù)通信發(fā)生與語音通信一樣的變革，締造出人類個人通信的美好藍圖：人類將實現(xiàn)在任何時間、在任何地點、可以用任何一種媒體與任何一個人進行通信的夢想。兩者相結(jié)合的產(chǎn)物就是目前人們普遍關(guān)注的移動互聯(lián)網(wǎng)，其協(xié)議的基礎就是移動IP協(xié)議。本文要將的就是基于域的概念提出一種組播和移動IPv6相結(jié)合的移動主機通信方案。

1移動IPv6的特點

（1）IPv6巨大的地址空間使移動性實現(xiàn)起來更加簡單；

（2）移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址可通過無狀態(tài)或者有狀態(tài)地址自動配置來獲得，簡化了對MN的轉(zhuǎn)交地址的分配；

（3）移動節(jié)點能把自己的轉(zhuǎn)交地址告訴每個通信節(jié)點，從而避免了三角路由問題，實現(xiàn)了路由的優(yōu)化。

（4）移動IPv6中不再需要外地代理；

（5）移動IPv6提供了一種動態(tài)本地代理地址發(fā)現(xiàn)機制，解決了地址解析協(xié)議（ARP）的局限性。

移動IPv6的工作過程是：移動主機通過接收移動代理的通告報文分辨其在本地網(wǎng)，還是在外地網(wǎng)。移動代理分為本地代理（HA）和外地代理（FA）。如果移動主機檢測到自己位于本地網(wǎng)，則不需要移動服務就可以工作。如果檢測到自己已漫游到外地網(wǎng)，則獲得該外地網(wǎng)上的一個轉(zhuǎn)交地址。然后移動主機向本地代理登記其新的轉(zhuǎn)交地址。發(fā)往移動主機本地地址的數(shù)據(jù)被其本地代理接收，本地代理利用隧道技術(shù)封裝數(shù)據(jù)包，發(fā)送到移動主機的轉(zhuǎn)交地址并解除封裝，終發(fā)送給移動主機。

2組播應用于移動IPv6的優(yōu)勢

移動主機區(qū)別于固定網(wǎng)絡設備的特點是它具有移動性。當移動主機從一個網(wǎng)絡切換到另一個網(wǎng)絡時，其IP地址會隨之改變。而IP地址通常會被網(wǎng)絡協(xié)議的高層用來確定一個通信連接，所以這種在通信過程中IP地址的改變將導致重新建立不必要的連接。例如TCP協(xié)議使用源端地址和目的端地址組成的4元組來確定一個連接。如果在使用TCP協(xié)議的通信過程中，移動主機的IP地址發(fā)生了改變，則先前建立的連接就必須斷開，并重新建立連接。如在TCP中使用3次握手來重新建立連接，則會造成一定的時延和通信的間斷。

將組播應用于IPv6,其基本思想是將每個移動主機看成1個組播組。在通信過程中，如果移動主機的IP地址改變，則只要將新的IP地址加入組播組，就可以接收數(shù)據(jù)了。這樣可以利用組播的優(yōu)勢，當移動主機切換時，保持通信的連續(xù)性。

3移動主機通信方案

本文提出一種基于域的組播和移動IPv6結(jié)合的移動主機通信方案。在該方案中，首先建立基于域的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。并采用core-basedtrees組播路由，以域網(wǎng)關(guān)為建立從通信主機到移動主機的組播路由。在此基礎上，提出了保證數(shù)據(jù)在移動網(wǎng)絡中傳輸?shù)目煽啃圆呗砸约耙苿又鳈C在切換時保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的方法。

3.1基于域的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

基于域的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡被分成域中網(wǎng)絡和與其互聯(lián)的Internet網(wǎng)絡。其中移動主機MH和固定網(wǎng)絡進行通信的部分稱為無線網(wǎng)絡。假定固定網(wǎng)絡的通信是可靠的，既不丟失也不損壞數(shù)據(jù)，本文所提出的方案只保證無線網(wǎng)絡能可靠地傳輸數(shù)據(jù)。

通過使用域的概念，把移動主機切換分為域內(nèi)切換和域間切換，以提高移動網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸效率。例如：一個移動主機可能會在大學的幾個校區(qū)不斷地變換位置，但是大部分時間在該大學的范圍內(nèi)。這樣，可以把1個自治網(wǎng)絡作為1個域，即可以把整個大學作為1個域，幾個校區(qū)作為幾個子網(wǎng)。本文著重研究域內(nèi)切換的情況。

每個需要加入組播組的主機都必須發(fā)送加入組播組信號給域網(wǎng)關(guān)。在建立組播路徑時，只需要對每個組播組以core節(jié)點（即域網(wǎng)關(guān)）為中間節(jié)點建立單一的組播樹。此組播樹包括源端到域網(wǎng)關(guān)的路由和域網(wǎng)關(guān)到移動主機的路由。這種方案避免了采用廣播式的組播選路，減少了網(wǎng)絡資源的浪費，減輕了網(wǎng)絡負擔。

移動主機本地代理HA的作用是緩存移動主機當前所在的域網(wǎng)關(guān)地址（即移動主機的本地地址到域網(wǎng)關(guān)的映射），使要與移動主機通信的主機知道該移動主機組播路由器的位置。外地代理FA的作用是代表移動主機向域網(wǎng)關(guān)發(fā)送組播請求。為保證無線網(wǎng)絡通信的可靠性，使用移動代理代替移動主機緩存接收數(shù)據(jù)。移動代理只能釋放已正確接收的數(shù)據(jù)，以保證移動網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。域網(wǎng)關(guān)是組播路由的中心點，即通信主機與移動主機通信的轉(zhuǎn)接點，負責建立與通信另一端的路由和建立到移動主機的組播路由。

3.2建立到移動主機的路由

（1）移動主機作為接收者

移動主機加入到組播組的算法如下。

①當移動主機切換到另一個網(wǎng)絡后，根據(jù)移動IPv6協(xié)議可以通過外地代理獲得1個外地地址。同時，外地代理代表移動主機向域網(wǎng)關(guān)發(fā)送IGMP請求，要求加入此移動主機的組播組。

②域網(wǎng)關(guān)檢查此組播組是否已存在，如果已存在，則表明此切換是域內(nèi)切換，不需要向本地代理發(fā)更新信息，只需在域網(wǎng)關(guān)為相應的組播組增加新的組播地址并新建1條到此新地址的路由的域網(wǎng)關(guān)。

③如果不存在此組播組，則表明此移動主機是從別的域切換過來的，因此域網(wǎng)關(guān)需要向移動主機的本地代理發(fā)更新信息，通知本地代理更新緩存中的移動代理當前域網(wǎng)關(guān)地址。同時在域中記錄此組播組和其對應的組播地址，并建立從域網(wǎng)關(guān)到此移動主機的組播路由以及通信主機之間的路由。

通信主機與移動主機通信的路由算法如下。

①通信主機向DNS請求得到移動主機本地地址和移動主機組播號（假定DNS能提供移動主機本地地址和組播號）。

②通信主機發(fā)請求信息給移動主機本地代理（此請求信息包括移動主機的本地地址和組播號），要求移動主機通告移動主機當前的域網(wǎng)關(guān)地址。

③移動主機本地代理收到請求后，檢索其緩存，得到移動主機對應的當前域網(wǎng)關(guān)地址并把域網(wǎng)關(guān)地址發(fā)送給通信主機。

④通信主機收到此域網(wǎng)關(guān)地址后，建立到域網(wǎng)關(guān)的組播路由，然后把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給域網(wǎng)關(guān)。域網(wǎng)關(guān)根據(jù)域內(nèi)的組播路由再把數(shù)據(jù)發(fā)送給移動主機的外地代理并由外地代理把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動主機。

（2）移動主機作為發(fā)送者

移動主機作為發(fā)送者的情況要簡單些。使用移動IPv6協(xié)議，以移動主機的當前外地地址作為組播原地址、組播號作為移動IPv6的頭部擴展字段（用來標志移動主機）發(fā)送給外地代理。由外地代理負責路由，轉(zhuǎn)發(fā)給通信主機。

3.3數(shù)據(jù)重傳策略

由于移動網(wǎng)絡的不可靠性，因此需要采用一定的策略來保證移動網(wǎng)絡的傳輸可靠性。

（1）移動主機作為接收者

①移動代理需要一定的緩存來存儲從固定網(wǎng)絡接收的數(shù)據(jù)。移動代理將數(shù)據(jù)發(fā)送給移動主機后并不立即將緩存中的數(shù)據(jù)釋放，而是設置超時定時器。

②移動主機接收數(shù)據(jù)后，如果數(shù)據(jù)無損壞并且序號不重復，則發(fā)送ACK消息給移動代理。如果接收數(shù)據(jù)的序號與移動主機已正確接收數(shù)據(jù)的序號相同，則丟棄數(shù)據(jù)，不做任何響應。移動主機不需要對接收到的每個數(shù)據(jù)報進行ACK確認，可以確認多個數(shù)據(jù)報。發(fā)送一個數(shù)據(jù)報的ACK確認表明在這個數(shù)據(jù)報之前的所有數(shù)據(jù)報都已正確接收。

③如果數(shù)據(jù)被損壞或者接收數(shù)據(jù)的序號之間出現(xiàn)不連續(xù)性，則發(fā)送NACK消息給移動代理，希望移動代理重傳數(shù)據(jù)，并設置超時定時器。如果定時器超時，則表明NACK或重傳的信息丟失，需要重發(fā)NACK消息。

④移動代理收到移動主機的ACK消息后，釋放此ACK序號以及此序號之前的數(shù)據(jù)。如果收到NACK消息，則重新發(fā)送此序號的數(shù)據(jù)。如果移動代理的超時定時器到，表明ACK消息丟失或移動主機已離開網(wǎng)絡，則移動代理可以釋放緩存。

（2）移動主機作為發(fā)送者

①移動主機向移動代理發(fā)送數(shù)據(jù)，移動代理正確接收到數(shù)據(jù)后，向移動主機發(fā)送ACK消息。移動主機也可以確認多個數(shù)據(jù)報。

②如果數(shù)據(jù)被損壞或者接收數(shù)據(jù)的序號之間出現(xiàn)不連續(xù)性，則發(fā)送NACK消息給移動主機，要求移動主機重傳數(shù)據(jù)，并設置超時定時器。如果超時定時器到，表明NACK或重傳的信息丟失，則重發(fā)NACK消息。

③如果移動主機收到NACK消息，則重新發(fā)送此序號的數(shù)據(jù)。

3.4切換策略

（1）移動主機作為接收者的切換算法。

①假定移動主機從FA切換到FA′，移動主機首先加入組播組。

②MH向FA′登記時，向FA′發(fā)送的信息包括：原FA地址、已正確接收的數(shù)據(jù)序號和組播號。此時，F(xiàn)A和FA′在同一組播組。設移動主機向FA′發(fā)送的信息中已正確接收的數(shù)據(jù)序號為N,即在FA中已正確接收到了序號為N的數(shù)據(jù)，F(xiàn)A′接收到數(shù)據(jù)序號為N′。

③如果N′N,則表示序號為N+1～N′-1的數(shù)據(jù)在移動主機切換時丟失，F(xiàn)A′發(fā)送請求信息給FA,要求FA傳輸數(shù)據(jù)序號為（N,N′）間的數(shù)據(jù)給FA′，并發(fā)送release信號給FA,通知FA可以離開組播組。FA通過單播方式傳輸數(shù)據(jù)序號為（N,N′）區(qū)間的數(shù)據(jù)給FA′。

④如果N′≤N,則表示移動主機在切換過程中無數(shù)據(jù)丟失，只需發(fā)送release信號給FA,通知FA可以離開組播組。

（2）移動主機作為發(fā)送者的切換算法。

假定移動主機從一個網(wǎng)絡切換到另一個網(wǎng)絡。移動主機有序號1～L的數(shù)據(jù)需要發(fā)送，在FA網(wǎng)絡中發(fā)送序號為1～n的數(shù)據(jù)，鑒于網(wǎng)絡的延遲或數(shù)據(jù)的丟失，可能移動主機沒有收到1~n的數(shù)據(jù)的全部確認就已經(jīng)發(fā)生切換。設移動主機收到FA序號為1～m的ACK（m≤n≤L）。

①移動主機MH切換到FA′時向FA′登記，并向FA′發(fā)送原FA和已正確接收的數(shù)據(jù)序號。

②FA′發(fā)送消息給FA,要求FA代替移動主機向組播組發(fā)送移動主機在FA中已正確收到的數(shù)據(jù)確認序號的數(shù)據(jù)，本例中為1～m的數(shù)據(jù)。FA′代替移動主機向組播組繼續(xù)發(fā)送序號從移動主機在FA中已正確收到的數(shù)據(jù)確認序號以后的數(shù)據(jù)，本例中為m～L的數(shù)據(jù)。

4性能分析和總結(jié)

本文將組播和移動IPv6相接合，基于域的概念提出一種組播和移