一种基于信息学习和绑定代理的FMIPv6 优化方案研

摘要
FMIPv6 协议是基于移动 IPv6 的新型协议，转交地址NCoA提前配置好。MN 到达目的网络后，便可直接使用NCoA与通信对端 CN 进行数据包的传送，减少了通信的中断时间。同时，该方案通过隧道技术进行数据包的转发，并由路由器对之进行缓存，降低了切换过程中的丢包率。但 FMIPv6 协议的切换准备阶段存在着工作效率较低的情况，同时乒乓移动也会使性能有所降低。另外，MN 与其家乡代理 HA 及 CN 进行的绑定注册工作也会引起切换延迟。随着当代网络中实时业务的发展， FMIPv6 协议中的切换延迟和丢包率问题日益引起关注。因此，本文针对 FMIPv6 的以上问题，提出了基于信息学习机制和绑定代理机制的 FMIPv6 改进方案 PI-FMIPv6，主要工作有以下几方面。首先，通过信息学习机制，将部分切换前的准备工作提前到二层触发信号产生前进行，预先进行新转交地址的配置和重复地址检测工作，原接入路由器PAR 根据相关信息表为 MN 配置好新转交地址，并对转交地址进行可用性判断。其次，将隧道建立提前完成，减少了 MN 到新网络后隧道建立的时间。而且，由隧道定时器按需管理隧道的生存时间，一定程度上避免了由乒乓切换引起的问题。再次，将 MN 与 HA、 CN 的绑定注册工作提前进行。收到触发信号后， MN向 PAR 发送 PFBU 消息，由 PAR 代理 MN 进行绑定操作。降低了 MN 进入新网络后进行绑定注册所引起的切换延迟。然后，通过π演算对改进协议 PI-FMIPv6 进行相关数学模型的定义和协议过程的推导，验证了 PI-FMIPv6 协议的严谨性和规范性。最后，借助仿真平台 NS2 和移动 IPv6 的扩展模块 FHMIP1.3.1，构造与PI-FMIPv6 相适合的网络拓扑结构。对改进协议 PI-FMIPv6 和 FMIPv6 进行仿真实验，并对两者的实验结果进行了分析和对比。实验结果表明：PI-FMIPv6 相对FMIPv6 减少了至少 60.7%的切换延迟及 61.5%的丢包率，PI-FMIPv6 的整体性能优越于 FMIPv6。
关键词: 移动 IPv6；信息学习；隧道；绑定代理；切换延迟；π-演算
目录
1  绪论 ..................................................  1
1.1  选题的背景及意义  ...........................................  1
1.2  国内外研究现状  .............................................  2
1.3  研究内容及主要工作介绍  .....................................  4
1.4  论文组织结构的安排  .........................................  5
2  移动 IPv6 切换方案研究  ..................................  6
2.1  移动 IPv6  的切换技术简述  ....................................  6
2.2  基本术语与功能实体  .........................................  6
2.3  移动 IPV6 的切换过程  ........................................  7
2.3.1  移动检测过程和路由发现技术  ....................................  8
2.3.2  NCoA配置  ....................................................  9
2.3.3  重复地址检测 DAD 过程  ........................................  9
2.3.4  绑定注册流程分析..............................................  9
2.4  移动 IPV6  切换延迟  .........................................  10
2.5  移动 IPV6 切换方案  .........................................  10
2.5.1  FMIPv6  ......................................................  11
2.5.2  HMIPv6 .....................................................  17
2.5.3  FHMIPv6  ....................................................  18
2.6  本章小结  ..................................................  18
3  快速移动 IPv6 技术的优化方案 PI-FMIPv6  .................  19
3.1  PI-FMIPv6 方案的基本思想  ...................................  19
3.1.1  信息学习机制 ................................................  19
3.1.2  隧道定时器 ..................................................  20
3.1.3  绑定代理机制 ................................................  21
3.2  消息扩展  ..................................................  22
3.3  切换流程  ..................................................  24
3.4    PI-FMIPv6 的π演算验证  ....................................  25
3.4.1  π演算简介  ...................................................  25
3.4.2  模型定义 ....................................................  26
3.4.3  PI-FMIPv6 协议的π演算验证过程  ...............................  27
3.5   PI-FMIPv6 的切换性能  .......................................  29
3.6 本章小结  ...................................................  31
4   PI-FMIPv6 协议的仿真实验与性能评估  ....................  32
4.1 仿真环境  ...................................................  32
4.1.1   NS2 简介 ....................................................  32
4.1.2  FHMIP 1.3.1 模块 .............................................  35
4.2   PI-FMIPv6 协议在 NS2 平台上的实现  ..........................  36
4.2.1  仿真拓扑结构 ................................................  36
4.2.2  仿真参数的设置...............................................  38
4.2.3  PI-FMIPv6 协议对 NS2 的扩展 ..................................  40
4.3  仿真结果及性能分析  ........................................  42
4.3.1  性能评估指标 ................................................  42
4.3.2  仿真结果分析 ................................................  42
4.3.3  性能分析 ....................................................  44
4.4 本章小节  ...................................................  46
5  总结与展望  ...........................................  47
5.1  总结  ......................................................  47
5.2  展望  ......................................................  48
参考文献 ................................................  49
致谢 ....................................................  52