一种移动IPv6中的头标压缩方法

摘要

本发明公开了数据压缩技术领域中的一种移动IPv6中的头标压缩方法。在无线链路上仅在数据流开始的时候发送完整的分组和选项头标，后续的IPv6分组只传送头标域中的变化部分和相对同一个流的关键标识符，在无线链路的两端压缩／解压缩分组头标。该方法有较好的容错功能，有效利用了无线带宽，解决了移动IPv6分组头标开销过大的问题。

说明书

技术领域

本发明属于数据压缩技术领域，尤其涉及一种移动IPv6中的头标压缩方 法。

背景技术

随着计算机终端和用户的增多，IPv4资源枯竭，路由表迅速膨胀，缺乏安 全机制等问题逐渐暴露出来。为了解决这些问题，人们提出了IPv6技术，相对 于IPv4，IPv6技术具有更大的优势：支持数十亿的用户，减少了路由表数目， 提供更好的安全服务，并支持移动性。在电信网络中IPv6已经得到广泛的探讨 和研究，但是在无线网络中，可支持移动性的IPv6同样值得关注。相对于移动 IPv4，移动IPv6有以下优点：(1)IPv6巨大的地址空间使移动性实现起来更加 简单；(2)IPv6地址自动配置简化了MN的转交地址的分配；(3)移动IPv6避免 了移动IPv4的三角路径问题，实现了路由优化；(4)IPv6中不再需要外地代理。

在无线网络的带宽相对较窄的情况下，必须解决移动IPv6分组头标开销过 大的问题。本发明提出了一种基于移动IPv6头标压缩的算法。该算法利用同一 业务流的单个分组和后续分组之间的信息冗余，在无线链路的两端压缩/解压 缩分组头标。本发明从以下四个部分进行分析。第一部分：首先介绍地址分配 方法，比较器编码和解码、LZW编码。第二部分：分别对MN和CN处于不同状态 下进行分析。第三部分：进行计算机仿真性能分析。第四部分，对IPv6头标压 缩的算法进行了总结。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种移动IPv6中的头标压缩方法，用于解决移动 IPv6分组头标开销过大的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种移动IPv6中的头标压 缩方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：判断通信节点是否是固定节点，如果通信节点是固定节点，则执行 步骤2；否则，执行步骤3；

步骤2：呼叫连接建立后，第一基站分配一个设定长度字节的地址给移动节 点，MSC分配一个用于存储所述地址的设定长度的字节给通信节点，跳至步骤4；

所述第一基站为负责所述移动节点家乡代理业务的基站；

步骤3：呼叫连接中，第一基站分配一个设定长度字节的地址给移动节点或 者通信节点；

步骤4：在首次IPv6数据流传输时，移动节点利用比较器编码将设定长度 字节的地址进行LZW编码，而后将经过LZW编码的设定长度字节的地址发送给 第一基站；

步骤5：判断通信节点处于家乡代理状态还是外地代理状态，当通信节点处 于家乡代理状态时，执行步骤6；当通信节点处于外地代理状态时，则执行步骤 7；

步骤6：第一基站将经过LZW编码的设定长度字节的地址发送给通信节点， 通信节点将经过LZW编码的设定长度字节的地址解码，还原为原始的设定长度 字节的地址，跳至步骤9；

步骤7：移动节点将从第一基站切换至第二基站，移动节点将经过LZW编码 的设定长度字节的地址发送给第二基站；

所述第二基站为负责所述移动节点外地代理业务的基站；

步骤8：第二基站将经过LZW编码的设定长度字节的地址发送给通信节点， 通信节点将经过LZW编码的设定长度字节的地址解码，还原为原始的设定长度 字节的地址；

步骤9：结束。

本发明在无线链路上仅在数据流开始的时候发送完整的分组和选项头标， 后续的IPv6分组只传送头标域中的变化部分和相对同一个流的关键标识符，在 无线链路的两端压缩／解压缩分组头标，解决了移动IPv6分组头标开销过大的 问题。

附图说明

图1是IPv6头标格式图；

图2是MN向BS呼叫连接的通信过程图；

图3是地址分配图；

图4是比较器编码原理框图；

图5是比较器解码原理框图；

图6是MN静态状态时图；

图7是MN离开家乡代理时图；

图8是IPv6头标压缩率的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅 是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

移动IPv6虽然有巨大的优势，但也有目前尚未解决的难题。由于无线链 路传输速率较低、误码率较高的特性，在无线网络上传输IPv6分组的主要问 题就是头标的开销过大。

IPv6头标格式如图1所示，IPv6报头大小为：

N_H＝8+N_A+N_E    （1）

式中，N_A包括源地址(16bytes)和目的地址(16bytes)；N_E为扩展报头 和上层头标的大小；N_H为地址域的大小。

1、IPv6头标压缩算法

1.1 地址分配方法

在node A(移动节点MN或者用户)和node B(通信节点CN，与移动节点MN 通信，该节点不需要具备移动IPv6的能力)的面向连接通信中，数据链路层和 物理层中的IPv6头标分组头标传输部分是我们研究的重点。我们假定所有的 地址都是基于时分多址(TDMA)分组网络。TDMA要求发送端和接受端时间同步。 MN向CN发送数据时若发生丢包现象，TDMA网络会重新发送。当该数据包传输 完毕，BS（基站），MN，CN中的缓冲区将被清空，并为下次连接做好准备。

图2是MN(移动节点)向BS(基站)呼叫连接的通信过程图。无论MN在家乡 代理还是外地代理，BS都会不断的发送调度信号来跟踪MN。类似地，CN与BS 之间也要建立一个呼叫连接的通信过程。

在第一次通信过程中，MN和CN都会被分配一个固定大小的地址，该地址 大小的确定取决于所属BS容纳用户的最大数量。经地址分配后的IPv6头标将 采用LZW编码算法进行压缩，然后传送至BS。

每一个MN在通信中要求分配一个信道。MN在家乡代理时，BS分配给它一 个新的固定最小大小的节点地址(我们称为a bit)；MN在外地代理时，BS分 配给它一个新的最小转交地址CoA(MN移动到外地代理时得到的一个地址)。地 址的大小取决于BS容纳最大的用户数，在微蜂窝、宏蜂窝、微微蜂窝系统， 一个BS容纳的用户数量是有限的。我们假设这个用户数为1000个，210-1024， 所以最大值为10bits。根据地址分配，32bytes的N_A能压缩至20bits。然后 BS将分配后的地址返回给MN。图2给出了MN和CN基于OSI七层模型的通信 流程。

地址分配的详细过程如下：

MN和CN各自产生16bytes的IPv6地址传送至网络层，在呼叫建立过程 中，BS1和BS2分别给MN和CN分配和发送更新的10bits大小的地址，若MN 在家乡代理，归属地址会被新地址所代替；若MN不在家乡代理，CoA会被新 地址所代替。在呼叫通信过程完成之前BS2将已分配的10bits(CN的结点地 址)发送给BS1。

呼叫建立之后，MN用a bit地址与CN进行通信，有：

N_H＝8+2α+N_E＝β(bytes)    (2)

1.2 比较器编码和解码

在以后的通信过程中，如果报头都一样，MN不管在家乡代理还是在外地 代理都不用再重新发送。比较器对前后两个头标进行比较，然后编码和解码， 图4、图5为比较器编码和解码的原理框图。图4中，s(t)与s(t-1)为地址分配 输出数据流格式，也就是式(1)中的8bits。s(t)为目前的数据流格式，s(t-1)为 上一个数据流，x(t)的值为1或0，q(t)为转交地址大小，即式(3)中的0。编 码算法如下：

编码器1:

将来自地址分配的输出s(t),s(t-1)储存在缓冲器中。令s(t)＝s(t-1)。比较 s(t)与s(t-1)来确定x(t)的值，如下式所示：

发送x(t)到编码器2。

编码器2：

固定y(t)的大小为1bit加上q(t),t为来自地址分配的α。在这里，α＝10bits (α值大小如我们前面计算的为10bits)。

y(t)值的大小由下式确定：

$y\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}x\left(t\right)+10,& x\left(t\right)=0\\ x\left(t\right)+q\left(t\right),& x\left(t\right)=1\end{array}\right)---\left(4\right)$

图6中，r(t)为接受数据流，也就是式(3)中的y(t)，r(0)表示r(t)的首个字 节，由编码器知，r(0)＝x(t)(0或1)。缓冲器存储初始化连接时的β报头。r(0)＝0 时，解码器2恢复缓冲器中的β；r(0)＝1时，解码器3更新缓冲区中来自r(t)中 的q(t)。

解码器1：

r(t)＝0时，将r(t)发送至解码器2；r(t)＝1，将r(t)发送至解码器3。

解码器2与解码器3：

1)通信对端节点(CN)的缓冲器存储第一次传输IPv6分组时的原始报头；

2)恢复s(t)：

1.3 LZW编码

LZW(Lempel Ziv Welch)压缩编码是一种先进的数据压缩技术，属于无损 压缩编码。

LZW的原理是这样的：LZW压缩技术把数据流中复杂的数据用简单的代码 来表示，并把代码和数据的对应关系建立一个转换表，又叫“字符串表”。转 换表是在压缩或解压缩过程中动态生成的表，该表只在进行压缩或解压缩过程 中需要，一旦压缩和解压缩结束，该表将不再起任何作用。对于数据流中连续 重复出现的字节和字串，LZW压缩技术具有很高的压缩比。

经LZW算法压缩后，N_H被压缩成γbytes，N_H＝γ，0＜γ＜β。注意，LZW算 法的压缩率大小取决于源数据的格式。

2、分析

根据上述所阐述的IPv6头标压缩算法，我们对MN和CN的以下几种情形 进行了分析：

（1）MN在家乡代理时：

a．呼叫连接中，BS1（第一基站，负责家乡代理业务）分配一个10bits 的地址给MN(或者CN)；

b．在首次IPv6数据流传输时，MN将经LZW编码后的bits发送给BS1， BS1又将其转发给通信结点CN(通过BS2)。CN将bytes解码为NH(式2)。

在以后的IPv6分组传输过程中，比较器编码后的输出y(t)(式3)，经LZW 编码后压缩成bytes。MN将发送给BS1，BS1又将其转发给通信结点CN(通过 BS2)。CN将解码后还原为起初的s(t)(式1)。式(1)中有任何变化，呼叫连接 将会中断。

（2）MN离开家乡代理(如图7)，处于外地代理状态时：

a．与情形(1)中的a步骤一样；

b．与情形(1)中的b步骤一样；

c．在首次IPv6分组传输之后，当MN离开家乡代理时，需要从BS1切换 到BS2，MN会从BS2获得一个转交地址。MN发送bytes给BS2，BS2再将其转 发至通信节点CN。CN将bytes解码为最初的s(t)(式4)。

（3）CN(通信节点)是一个固定节点时：

a.呼叫连接建立后，BS1分配10bits的地址给MN。MSC分配一个最小地 址大小的字节给CN。当然，这个最小地址的大小取决于MSC容纳的最大用户 数，MSC容纳的用户又是一定的，如前面我们所假定的1000个用户，此时CN 获得的这个最小地址大小为10bits；

b．与情形(1)中的b步骤一样；

c.MN在家乡代理时，与情形(1)的c步骤一样；MN离开家乡代理，向外 地代理移动时，与情形(2)中的c步骤一样。

3、计算机仿真

计算机仿真时，暂时先不考虑FEC，RF(射频)多址技术的影响，由于通信 双方是基于客户端一服务器的TCP/IP通讯协议，因此我们采用socket编程方 式来进行计算机仿真。仿真结果表1，如图8所示。

在第一次IPv6分组数据流传输时，经地址分配，LZW编码后，448bits 的IPv6报头被压缩成70bits，压缩率高达84.4%，LZW编码在IPv6分组数据 流第一次传输时的作用比较明显，在接下来的IPv6分组传输中，由于IPv6 报头的压缩，LZW的作用没有那么明显。在以后的传输中，地址分配后的96bits 大小的IPv6报头经比较器编码，LZW比较器编码后压缩到8bits，因此，最初 的448bits被压缩成8，压缩率达98.2％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应该以权利要求的保护范围为准。