無線網際網路中IPv6的移動管理選擇方法

2023-09-14 11:08:05 2

專利名稱：無線網際網路中IPv6的移動管理選擇方法
技術領域：
無線網際網路中IPv6的移動管理選擇方法屬於IP網絡的服務質量控制領域。
背景技術：
移動業務需求的高速增長促進了無線/行動網路的快速發展，現有的無線接入技術有多種，不同的無線接入技術有其不同的特徵和適用範圍，這使得各種無線接入技術互相不可替代，因此，實現各種無線接入技術的融合、充分利用不同無線接入技術的互補優勢為移動用戶提供最佳的服務模式，成為未來網絡的發展趨勢。為了實現各種無線接入技術的融合，需要一種統一的平臺來連接不同的無線接入網，以實現它們之間的互通。由於IPv6網絡不僅具有兼容性、靈活性以及強大的業務擴展能力，還有巨大地址空間的優勢，因此IPv6網絡成為統一平臺的首選。
雖然IPv6網絡具有諸多優勢，但它不具備移動性，這一缺陷使得當移動主機MH從一個無線接入網絡漫遊到另一個無線接入網絡時，無論這兩個網絡所使用的無線接入標準是否一致，都會由於路由失效而導致通信中斷。為了解決這個問題，研究者們提出了移動管理方案，主要分為兩大類宏移動管理方案和微移動管理方案。其中，宏移動管理方案的代表協議是移動IPv6協議MIPv6，而微移動管理方案的代表協議是層次移動IPv6協議HMIPv6。MIPv6和HMIPv6的作用是當MH在不同的接入網絡切換時，對端主機無需獲知MH的當前位置，也能將分組正確地發送給MH。但是在不同的主機的移動特性和業務特性下，MIPv6和HMIPv6表現出不同的性能，其差異主要體現在不同的平均註冊時延和平均分組傳輸時延，這裡的平均註冊時延是MH執行MIPv6或HMIPv6所規定的註冊過程的時延的平均值，而平均分組傳輸時延是將分組按照MIPv6或HMIPv6所規定的方式傳輸給MH的時延的平均值。此外，當HMIPv6作為移動管理方案時，在不同的主機的移動特性和業務特性下，選擇不同的移動錨點MAP--HMIPv6協議中用於完成區域移動管理的功能實體，和不同的MAP區域範圍，即一個MAP所管轄的接入路由器AR的數目，也會造成不同的平均註冊時延和平均分組傳輸時延。如何根據MH的移動特性和業務特性，選擇最佳的IPv6移動管理方案，並在確定選擇HMIPv6作為移動管理方案時，選擇最佳MAP和最優MAP區域範圍，使得用戶的平均註冊時延和平均分組傳輸時延達到最小，是本發明所要解決的關鍵問題。

發明內容
本發明的目的在於提供了一種能減少平均註冊時延和平均分組傳輸時延的IPv6的移動管理方案的選擇方法。
本發明的特徵在於，它依次含有以下步驟步驟(1.)在移動主機MH中初始化三個變量OM＝0，OK＝0以及OC＝100，其中，OM用於記錄所選擇的移動錨點MAP的序號，OK用於記錄最優MAP區域範圍，而OC用於記錄最小代價差；需要解釋的一些概念如下MAP是層次移動IPv6協議HMIPv6中用於完成區域移動管理的功能實體；MAP區域範圍是一個MAP管轄的接入路由器AR的個數；代價差＝HMIPv6的代價CH-移動IPv6協議MIPv6的代價CM，而CH和CM的定義為CH＝DH+TH，其中，DH是HMIPv6的平均註冊時延，即MH執行HMIPv6協議中規定的註冊過程所需要的時延的平均值；TH是HMIPv6的平均分組傳輸時延，即根據HMIPv6協議所述的分組傳輸方式將分組轉發給MH的時延的平均值；DH和TH的計算如下DH＝((2K-1)×Dintra+(2N-2K-1)×Dinter)/((2N-2)×T)TH＝α×(A×K+μ×lHA-AR+lw)上兩式中，K是MAP區域範圍；N是MH在移動過程中最多可接入的AR的數量，設為30；T是MH駐留AR的平均時間；Dintra是MH在MAP區域範圍移動時，執行一次註冊過程所需的時延，而Dinter是MH在MAP區域間切換時，執行一次註冊過程所需的時延，這裡的MH在MAP區域間切換是指MH從一個MAP所管轄的AR切換到另一個MAP所管轄的AR，Dintra和Dinter的計算如下Dintra＝2lw+2μ×lMAP-ARDinter＝4lw+2μ×(lHA-AR+lMAP-AR)其中，lw是無線鏈路的平均傳輸時延，設為0.0016秒，而μ是在有線網絡中兩個相鄰路由器之間的平均傳輸時延，設為0.008秒，lMAP-AR是從MAP到AR之間的路由器數，lHA-AR是從家鄉代理HA到AR之間的路由器數，其中，HA是HMIPv6和MIPv6中完成協議功能均需部署的功能實體，主要用於記錄所有移動主機的當前位置；lMAP-AR和lHA-AR的值根據MH收到的分組報頭的TTL域來確定，TTL值在分組的發送源端被設為0，每經過一個路由器，該值就會加1，因此MH根據該值來確定分組傳輸時所經過的路由器數目，從而確定lMAP-AR和lHA-AR的值；在TH中，α是MH的平均分組到達率，A是係數，設為0.008；CM＝DM+TM，其中，DM是MIPv6的平均註冊時延，即MH執行MIPv6協議中規定的註冊過程所需要的時延的平均值；TM是MIPv6的平均分組傳輸時延，即根據MIPv6協議所述的分組傳輸方式將分組轉發給MH的時延的平均值；DM和TM的計算如下
DM＝2lw+2μ×lHA-ARTM＝α×(μ×lHA-AR+lw)從上述代價差的定義來看，代價差實際上是MAP區域範圍K、平均分組到達率α和MH駐留接入路由器AR的平均時間T的函數，這樣，在得到α和T的情況下，最優MAP區域範圍是在α×(A×K)＜δ的條件下，使得代價差最小的MAP區域範圍，這裡的α×(A×K)實際上代表了MAP處理分組的時延，δ是時延限制；而最小代價差是將最優MAP區域範圍帶入代價差函數所得到的值；步驟(2.)當MH即將切換時，它判斷平均分組到達率α和MH駐留接入路由器AR的平均時間T是否發生變化，如果α和T中只要任意一個參數發生了變化，則轉向步驟(4.)，否則轉向步驟(3.)所述的α是每秒到達MH的分組數的平均值，T是MH駐留AR的時間的平均值，這兩個參數由MH根據歷史信息經統計分析得到，為了得到這兩個值，MH將時間分為等長的時段，時段長為20秒，然後根據以往時段每秒到達MH的分組的平均值和以往時段MH駐留AR的時間的平均值來確定當前時段的α和T；步驟(3.)如果MH即將切換到的AR並不屬於當前的MAP的管轄，則轉向步驟(4.)，否則，MH在切換後繼續採用與切換前相同的移動管理方案，這裡的MAP區域是指MAP所管轄的AR的集合；步驟(4.)MH根據α和T，計算能感知的所有MAP的最優MAP區域範圍和最小代價差，所述的能感知的所有MAP是指MH通過AR發出的路由器通告消息獲知的網絡中存在的MAP；步驟(5.)令MH能感知的第i個MAP的最優MAP區域範圍為Kopt(i)，最小代價差為CT(i)，i＝1，2，…，M，M是MH能感知的MAP的數目，若CT(j)最小，j∈{1，2，...，M}，則OM＝j；OK＝Kopt(j)；OC＝CT(j)；步驟(6.)MH判斷OC是否大於0，如果是，則說明HMIPv6的最優性能也不及MIPv6的性能好，因此採用MIPv6作為移動管理方案，否則轉向步驟(7.)；步驟(7.)MH採用HMIPv6作為移動管理方案，所選的MAP序號為OM，最優MAP區域範圍為OK。


圖1.本發明的處理流程圖；圖2.OC隨MH駐留AR的平均時間T的變化；--------T＝100.0——T＝500.0 T＝1500.0
圖3.OC隨平均分組到達率α的變化；---------α＝0.05——α＝0.8 α＝1.5圖4.HMIPv6的代價隨區域範圍變化的曲線圖；----區域範圍＝最優MAP區域範圍——區域範圍＝5 區域範圍＝10圖5.本發明的應用示例圖。
具體實施例方式
IPv6的移動管理方案可以使MH的網絡接入點變化不會影響對端主機使用固定的IP位址與之通信，它主要分為宏移動管理方案和微移動管理方案兩大類。作為宏移動管理方案的典型代表協議MIPv6和作為微移動管理方案的典型代表協議HMIPv6，在不同的移動主機的移動特性和業務特性下，表現出不同的性能。此外，當HMIPv6作為移動管理方案時，在不同的移動主機的移動特性和業務特性下，選擇不同的移動錨點MAP和不同的MAP區域範圍時，也會造成不同的平均註冊時延和平均分組傳輸時延。設計一種根據移動主機的移動特性和業務特性，在MIPv6和HMIPv6之間選擇最佳的方案作為主機的移動管理方案，並在確定選擇HMIPv6作為移動管理方案時，選擇最佳MAP和最優MAP區域範圍，使得用戶的平均註冊時延和平均分組傳輸時延達到最小，是本發明所要解決的關鍵問題。
在本發明的描述中，MH的移動特性由MH駐留AR的平均時間T來反映，T越小，MH的移動速度越快，反之，MH的移動速度越慢；MH的業務特性由平均分組到達率α來反映，α越大，MH的業務量越大，反之，MH的業務量越小。
每個MH需要保存三個變量OM，OK和OC。其中，OM用於記錄所選擇的MAP的序號，OK用於記錄最優MAP區域範圍，而OC用於記錄最小代價差。代價差＝HMIPv6的代價CH-移動IPv6協議MIPv6的代價CM，代價差是MAP區域範圍、α和T的函數，在得到α和T後，最優MAP區域範圍是在α×(A×K)＜δ的條件下，使得代價差最小的MAP區域範圍，這裡的α×(A×K)實際上代表了MAP處理分組的時延，δ是時延限制，δ＝0.15；而最小代價差是將最優MAP區域範圍帶入代價差函數所得到的值。
當MH即將切換時，它判斷是否存在以下三種情況1)T變化；2)α變化；3)MH即將切換到的AR並不屬於當前的MAP的管轄。如果這三種情況都沒有發生，則MH在切換後依然採用原來的移動管理方案。只要以上三種情況有一種出現，則MH會計算它能感知的所有MAP的最優MAP區域範圍和最小代價差，令MH能感知的第i個MAP的最優區域範圍為Kopt(i)，最小代價差為CT(i)，i＝1，2，…，M，M是MH能感知的MAP的數目，若CT(j)，j＝1，2，…，M最小，則OM＝j；OK＝Kopt(j)；OC＝CT(j)。若OC＞0，則說明HMIPv6的最優性能也不及MIPv6的性能好，此時MH採用MIPv6作為移動管理方案，否則MH採用HMIPv6作為移動管理方案，所選的MAP序號為OM，最優MAP區域範圍為OK。
本發明的處理流程圖見圖1.
本發明的應用示例圖見圖5.
本發明根據移動主機的移動特性和業務特性，在MIPv6和HMIPv6之間選擇最佳的方案作為主機的移動管理方案，並在確定選擇HMIPv6作為移動管理方案時，提出了選擇最佳MAP和最優MAP區域範圍的方法，從而實現了減少平均註冊時延和平均分組傳輸時延的目的。
權利要求
1.無線網際網路中IPv6的移動管理選擇方法，其特徵在於，該方法依次含有以下步驟步驟(1.)在移動主機MH中初始化三個變量OM＝0，OK＝0以及OC＝100，其中，OM用於記錄所選擇的移動錨點MAP的序號，OK用於記錄最優MAP區域範圍，而OC用於記錄最小代價差；需要解釋的一些概念如下MAP是層次移動IPv6協議HMIPv6中用於完成區域移動管理的功能實體；MAP區域範圍是一個MAP管轄的接入路由器AR的個數；代價差＝HMIPv6的代價CH-移動IPv6協議MIPv6的代價CM，而CH和CM的定義為CH＝DH+TH，其中，DH是HMIPv6的平均註冊時延，即MH執行HMIPv6協議中規定的註冊過程所需要的時延的平均值；TH是HMIPv6的平均分組傳輸時延，即根據HMIPv6協議所述的分組傳輸方式將分組轉發給MH的時延的平均值；DH和TH的計算如下DH＝((2K-1)×Dintra+(2N-2K-1)×Dinter)/((2N-2)×T)TH＝α×(A×K+μ×lHA-AR+lw)上兩式中，K是MAP區域範圍；N是MH在移動過程中最多可接入的AR的數量，設為30；T是MH駐留AR的平均時間；Dintra是MH在MAP區域範圍移動時，執行一次註冊過程所需的時延，而Dinter是MH在MAP區域間切換時，執行一次註冊過程所需的時延，這裡的MH在MAP區域間切換是指MH從一個MAP所管轄的AR切換到另一個MAP所管轄的AR，Dintra和Dinter的計算如下Dintra＝2lw+2μ×lMAP-ARDinter＝4lw+2μ×(lHA-AR+lMAP-AR)其中，lw是無線鏈路的平均傳輸時延，設為0.0016秒，而μ是在有線網絡中兩個相鄰路由器之間的平均傳輸時延，設為0.008秒，lMAP-AR是從MAP到AR之間的路由器數，lHA-AR是從家鄉代理HA到AR之間的路由器數，其中，HA是HMIPv6和MIPv6中完成協議功能均需部署的功能實體，主要用於記錄所有移動主機的當前位置；lMAP-AP和lHA-AR的值根據MH收到的分組報頭的TTL域來確定，TTL值在分組的發送源端被設為0，每經過一個路由器，該值就會加1，因此MH根據該值來確定分組傳輸時所經過的路由器數目，從而確定lMAP-AR和lHA-AR的值；在TH中，α是MH的平均分組到達率，A是係數，設為0.008；CM＝DM+TM，其中，DM是MIPv6的平均註冊時延，即MH執行MIPv6協議中規定的註冊過程所需要的時延的平均值；TM是MIPv6的平均分組傳輸時延，即根據MIPv6協議所述的分組傳輸方式將分組轉發給MH的時延的平均值；DM和TM的計算如下DM＝2lw+2μ×lHA-ARTM＝α×(μ×lHA-AR+lw)從上述代價差的定義來看，代價差實際上是MAP區域範圍K、平均分組到達率α和MH駐留接入路由器AR的平均時間T的函數，這樣，在得到α和T的情況下，最優MAP區域範圍是在α×(A×K)＜δ的條件下，使得代價差最小的MAP區域範圍，這裡的α×(A×K)實際上代表了MAP處理分組的時延，δ是時延限制；而最小代價差是將最優MAP區域範圍帶入代價差函數所得到的值；步驟(2.)當MH即將切換時，它判斷平均分組到達率α和MH駐留接入路由器AR的平均時間T是否發生變化，如果α和T中只要任意一個參數發生了變化，則轉向步驟(4.)，否則轉向步驟(3.)所述的α是每秒到達MH的分組數的平均值，T是MH駐留AR的時間的平均值，這兩個參數由MH根據歷史信息經統計分析得到，為了得到這兩個值，MH將時間分為等長的時段，時段長為20秒，然後根據以往時段每秒到達MH的分組的平均值和以往時段MH駐留AR的時間的平均值來確定當前時段的α和T；步驟(3.)如果MH即將切換到的AR並不屬於當前的MAP的管轄，則轉向步驟(4.)，否則，MH在切換後繼續採用與切換前相同的移動管理方案，這裡的MAP區域是指MAP所管轄的AR的集合；步驟(4.)MH根據α和T，計算能感知的所有MAP的最優MAP區域範圍和最小代價差，所述的能感知的所有MAP是指MH通過AR發出的路由器通告消息獲知的網絡中存在的MAP；步驟(5.)令MH能感知的第i個MAP的最優MAP區域範圍為Kopt(i)，最小代價差為CT(i)，i＝1，2，...，M，M是MH能感知的MAP的數目，若CT(j)最小，j∈{1，2，...，M}，則OM＝j；OK＝Kopt(j)；OC＝CT(j)；步驟(6.)MH判斷OC是否大於0，如果是，則說明HMIPv6的最優性能也不及MIPv6的性能好，因此採用MIPv6作為移動管理方案，否則轉向步驟(7.)；步驟(7.)MH採用HMIPv6作為移動管理方案，所選的MAP序號為OM，最優MAP區域範圍為OK。
全文摘要
本發明屬於IP網絡的服務質量控制領域，其特徵在於依次含有以下步驟當MH即將切換時，它判斷是否存在以下情況平均分組到達率或MH駐留AR的平均時間變化，或MH即將切換到的AR不屬於當前MAP的管轄。如果這三種情況都沒有發生，則MH在切換後採用與切換前相同的移動管理方案，否則MH計算能感知的每個MAP的最優MAP區域範圍和最小代價差，記所有MAP的最小代價差的最小值為OC，如果OC大於0，則MH採用MIPv6作為移動管理方案，否則採用HMIPv6作為移動管理方案，並選擇OC所對應的MAP和最優MAP區域範圍作為區域移動管理實體和MAP區域範圍，本發明實現了減少平均註冊時延和平均分組傳輸時延的目的。
文檔編號H04L29/06GK101072186SQ20071011892
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者崔勇, 王勝靈 申請人:清華大學