移动IPv6无缝的QoS保证

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移动IPv6无缝的QoS保证

张卫光1，黄峥2，辛昕3

（1．广东省湛江市南海舰队司令部指挥所，湛江524001；

2．广东省湛江市南海舰队司令部指挥所通信处，湛江524001；3．解放军西安通信学院，西安710061）

摘要：本文重点研究了无缝切换时的QoS问题，指出了这些技术的优点和不足，提出了对HMRSVP的改进方法。该方法通过设置RSVP阈值，采用被动预留资源机制，加强路由器的准入控制策略，有效地预测移动节点的移动，达到减小资源预留的时延，提高了多终端QoS保证的公平性，为用户提供了在移动IPv6的体系下端到端的服务质量保证。

关键词：移动IP；服务质量保证；资源预留协议；被动预留

1引言

随着移动网络技术和多媒体技术的发展，移动用户对于多媒体信息，特别是实时传输音频和视频提出了需求。但移动用户频繁的切换以及有限的带宽等因素都对于服务质量保证提出了更高的要求。移动IPv6协议提供了透明的用户移动的支持，但没有考虑任何的QoS保证问题。而施乐公司、麻省理工学院及加州大学提出的资源预留协议，虽然是一个很好的提供服务质量保证的方案，但是基于固定用户设计的，直接应用于移动的环境下，很难得到满意的效果。本文通过对目前支持移动性的RSVP的改进方案研究，提出了一种基于阈值控制的移动节点位置预测方法，结合了主动预留被动预留，准入控制策略，改善移动IPv6体系下QoS。

2移动IPv6协议基本原理

移动IPv6协议允许移动节点在改变接入IP子网的情况下与通信对端透明的通信。

在移动IPv6体系结构中有三个主要的元素：移动节点(Mobile Node,MN)，通信对端(Correspondent Node,CN)和本地代理(Home Agent,HA),但是在移动IPv6协议已经不存在外地代理，外地代理功能已经被IPv6路由器实现了。移动节点拥有一个固定的IP地址称为本地地址，同时在移动节点移动到外地的网络时，将会获得一个临时的转交地址(Care Of Address,COA)。本地地址的作用是保持和通信对端通信时的透明性和维持上层会话不中断，而转交地址则是用来把数据包正确地路由到当前移动节点所在的外地网络。

3RSVP概要

RSVP协议是一种用于资源预留的信令协议，应用程序可以通过RSVP信令把QoS需求传送给网络元素，每个支持RSVP的网络元素都执行RSVP信令、准入控制、调度和策略，为数据流在其传输的路径上预留带宽资源从而达到QoS保证。

RSVP协议定义的主要消息类型时PATH和RESV，用来实现RSVP的基本操作，其中PATH消息中包含发送端对将要发送内容的描述。RESV消息包含了接受端对具体的预留资源的描述。其他的RSVP消息用来提供QoS状态消息或在通信会话路径上删除QoS状态等。数据发送方通过发送PATH消息，在发送端到接收端的路径上的路由器上建立路径状态，以维持这条路径传送数据，当接收到PATH消息后，接收端在反向路径上发送RSVP RESV消息进行资源预留，RSVP路由器处理收到的RESV消息，确定它们是否可以满足这些RESV请求。如果不能，就拒绝预留;如果可以，就合并收到的预留请求，并向上路路由器请求预留。直到RESV消息到达发送端，资源预留过程完成，发送端开始传输数据。

4移动IP的RSVP扩展

目前无法直接把RSVP应用于移动的环境，因为在移动的环境下，MN总在不断地改变自己的位置，而RSVP只是在一条特定的路径上预留资源，那么意味着只要MN发生了切换，改变了COA和数据传输的路径，就需要重新预留资源。接收方要等待发送端发送的PATH消息后，才能发送RESV消息进

Seamless QoS Guarantee in Mobile IPv6

ZHANG Weiguang1,HUANG Zheng2,XIN Xin3

(1.Guangdong Province Zhanjiang City Headquarter of South China Sea Fleet,Zhan jiang524001;

2.Guangdong Province Zhanjiang City Headquarter of South China Sea Fleet,Communication department,Zhan jiang524001;

3.Xi'an Communication Institute of PLA,Xi’an740061)

Abstract:Base on the discussion of the problem of RSVP under mobile scenario,this paper analyzes some existing proposals under the mobile environment and identify the advantages and drawbacks of them,then we proposed a new mechanism for integrating MIPv6and RSVP using the advantages of Cross Router to improve the existing HMRSVP.Furthermore,Location predicts,Passive Reserve and Enhanced Admission control are introduced into the new model to provide seamless QoS guarantees.

Key words:Mobile IP;QoS;RSVP;passive-reserve.

本文收稿日期：2009-1-11

网络与通信

NETWORK AND

COMMUNICATION

图1改进的HMRSVP

行资源的预留，这将造成很大的时延。会造成实时业务的中断。为了克服RSVP 的缺陷，学者们提出一些解决方案。4.1移动RSVP

MRSVP 的基本理念是预测移动节点将要移动到的位置，提前进行资源预留从而保证MN 的服务质量。MRSVP 中移动主机未来访问的子网的集合叫做Mspec ，Mspec 可根据移动主机的位置动态变化。为了预留资源的需要，Mspec 中每个子网都存在一个移动代理。MRSVP 中还引入了主动资源预留和被动资源预留的概念，主动预留资源发起于MN 当前的子网，被动预留资源则是由Mspec 中的子网发起的。当移动主机在移动到了Mspec 中的某个子网时，被动预留资源就被激活，MN 能够立即获得服务。4.2基于组播的模型

组播的模型类似于MRSVP 的理念，也是基于预测MN 移动的位置。每一个主机用一个组播地址来标识，所有数据包的发送和接收都是通过组播的方式进行的，移动代理提前将移动节点将要到达的位置加入组播树中并预留资源。缺点在于组播地址标识的移动主机和现有的移动路由协议有冲突。4.3HMRSVP

分层移动RSVP 采用了IP 区域注册分层的概念，通过引入移动锚节点作为域内RSVP 协议实施的管理者，控制MN 在域内移动的时候只是进行域内资源的预留，从而减小了资源预留的时延。同时该协议也采用了MRSVP 中主动预留和被动预留的机制，不同的是，HMRSVP 中预先的被动预留仅仅发生在MN 移动到两个BS 交叠区域时。如图1所示。

5改进的HMRSVP 模型

5.1基本假设

由于移动终端的电池能力、性能、无线链路的带宽受到限

制。我们通常认为MN 是信息的接收者。这种假定符合多数实际情况。同时我们认为MN 有能力同时监听多个接入点的信号。

本文提出的改进HMRSVP 的模型是用来解决主机在微移动情况下的一种资源预留的机制。基本的理念是借鉴HMRSVP 的层次模型，通过对链路层的特性利用监测切换的发生，实现准确的被动预留，同时有效地利用公共路径，并且改进了准入控制机制，从而达到有效的预留和利用资源。

5.2数据流的识别

路由器通过RSVP 预留过程维护Path-State 来为特定的数据流来提供QoS 保证的。所以在MN 移动时识别其数据流，就可避免重复的预留资源，因为移动过后有很多公共的路经，这些资源在首次已经被预留，不必重复预留。MN 作为接收端，COA 会不断改变，所以数据流可以用（源地址，随机流ID ）这个2元组来标识。随机流ID 与具体应用有关。5.3阈值设置

通常对MN 切换的发生是根据感知的信道上的信号强度和一些链路层的特性来判断的，当节点监测到自己维持连接的信号强度减弱，而另一个新的信号强度不断增强并且超过某一个阈值的时候，就可以激活切换的机制。所以本文假定判断预测节点的移动信息也可以由MN 监测信号强度来完成，从而为在将到达区域及时地预留资源提供支持。

其基本思想是：设置两个阈值RTH1、RTH2。RTH1设置为判断移动节点到刚刚进入两个基站的信号重叠区域，通知新的接入路由器，发起被动预留资源请求。RTH2则设置为激活将移入的区域的被动预留资源，使其变为主动预留资源。

RTH 为资源预留设置的阈值。HTH 为移动节点切换所设置的阈值，若节点超过HTH 时，MN 发生切换，连接NAP 。双阈值的设置有效的减少了MN 在信号重叠区多次抖动而产生的，并且结合主动被动预留的机制，防止资源的浪费。阈值RTH2设置在HTH 前是为了在切换发生后，MN 可以立即使用预留的资源，不用在等待被动资源激活的过程中发生中断，达到切换时无缝的QoS 保证。5.4预留资源的本地修复

定义所有接入路由器(Access Router,AR)都加入了新的功能，成为RSVP-Agent ，用于完成资源预留的相关工作。我们改变了直接通知MAP 触发被动预留机制，目的在于考虑到，MAP 所管理的域的规模。如果MAP 管理规模太大，会造成消息传递的距离较远，时延较大。所以本文提出在MAP 管理域内使用交叉路由器CR 的理念。

当移动节点监测到超过RTH1时，由旧的接入路由器(Old Access Router,OAR)通知新的接入路由器

(New Access

Router,NAR)发起被动资源预留机制，如图1所示。由被通知的NAR 上行发送一种新定义的Path-Request 信息，其中包含了将移入MN 的相关信息，包括本地地址、旧COA 、新COA 、申请资源流的标签等。途经路由器检查消息内容，若发现自己的path-state 中包含相同的流标签，则可断定此路由器就是最近的交叉路由器。此时由交叉路由器代替发送端向从Path-Re －quest 消息中获取的NCOA 发送Path 消息到NAR 处。NAR 回复Passive-Resv 消息，在新路径上被动预留资源。因为公共路径上已经预留过资源，所以从CR 上行到MAP 则不需要重新预留。被动预留的资源在MN 监测到通过RTH2后由OAR 通知NAR 激活，在切换完成后由NAR 通知OAR 发送teardown 消息，释放旧路径上的资源。切换过程完成。即使最坏情况下，上行过程中没有发现CR ，MAP 也会捕获该消息，使得预

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