一种自适应链路触发的快速有效的PMIPv6切换方案

摘要

代理移动IPv6(PMIPv6)是因特网工程任务组(IETF)基于网络的移动性管理(NETLMM)工作组于2008年提出并标准化的一种基于网络的本地移动性管理协议。在PMIPv6协议中，不需要移动节点IP协议栈的改变以及任何网络层移动性管理相关的信令过程的参与，节约了无线资源并降低了移动节点在无线链路上的隧道传输开销和信令开销。然而，由于PMIPv6协议采用的是“先断后接”的反应式切换模式，在PMIPv6协议切换过程中的接入认证，注册更新和隧道建立等操作，带来了较大的切换时延和数据包的丢失，这对于实时性要求较高的即时通信和多媒体应用来说是不能接受的。
　　IETF工作组于2011年提出的快速代理移动IPv6(FPMIPv6)协议方案虽然可以一定程度上减少PMIPv6协议切换过程带来的切换时延和丢包，但是当移动节点运动较快，网络没有足够的时间进行预测式的切换准备时，FPMIPv6协议的预测式切换机制失败，采用反应式切换机制。而反应式的代理切换发起和应答消息交互及隧道建立操作，引起较长的通信过程数据的中断和数据包丢失，会导致切换性能的大幅下降。
　　本文提出一种自适应链路触发的快速有效的PMIPv6切换方案。针对FPMIPv6切换协议中，当预测式快速切换机制失败时，需采用反应式切换机制而带来较大的通信中断和丢包，以及包传输开销较大的问题，本文采用自适应链路触发机制，即链路即将断裂触发信号的产生不再依赖于特定的接收信号门限，而是根据移动节点的速度和切换准备操作所需要的时间来动态产生，自适应启动切换准备操作，确保网络有足够的时间来完成切换准备操作及预测式切换模式的成功进行。同时，将PMIPv6切换过程中的接入认证和注册更新过程在当前链路断裂之前提前完成，使得移动节点在连接到新的接入网络后能够尽快配置端口并继续进行之前的通信会话过程，大大减少了切换所带来的通信中断时间，并且在完成注册后直接建立本地移动锚点(LMA)与新移动接入网关之间的双向隧道，新移动接入网关的缓冲器缓存来自LMA的下行数据包，从而避免数据包在切换过程中的丢失。同时，这种有效的缓冲机制也避免了在FPMIPv6切换协议中，先前移动接入网关(p-MAG)和新移动接入网关(n-MAG)之间的双向隧道之间的隧道的传输开销。
　　本文首先通过数值分析的方式，引入预测式快速失败概率模型，分别对提出的自适应链路触发的快速有效的切换方案，基本的PMIPv6及FPMIPv6三种切换方案，在三层切换时延和包传输开销方面的性能进行了对比分析，进行数值分析的结果表明，本文提出的改进切换机制的三层切换时延和包传输开销在三种切换方案中都是最小的，性能最优。应用NS-2仿真工具对三种切换方案的性能进行了仿真模拟，仿真结果很好地验证了数值分析结果。