Route Optimization in Mobile Networks with Cache Assistance（RoMoNeCA）.pdf

1、移動IP對不同的接入技術(WLAN，cellular，broadcast access)提供統(tǒng)一的網絡層支持。隨著技術進步，節(jié)點移動性研究已經向前邁進一大步形成NEMO。所謂NEMO是指一組節(jié)點(例如火車、汽車、飛機內部的人員)以子網的方式在移動中接入因特網。NEMO可以保證IP子網在移動的過程中子網內部節(jié)點正在進行的會話的連續(xù)性。 移動的IP子網(mobile network)通過移動路由器(Mobile Router，MR)

2、連接到因特網。這些移動的IP子網可以是由附著在MR上的單個本地節(jié)點組成的非嵌套網絡，或者是內部嵌套多個IP子網的嵌套網絡等。移動網絡的不同網絡拓撲帶來一系列問題，而這些問題在單個節(jié)點移動性的研究中并沒有出現，這也導致IETF專門成立NEMO工作組。該工作組的主要任務是提出對移動IPV6協(xié)議的擴展，從而解決NEMO及其相關問題。 實驗表明現存的移動IPV6協(xié)議無法給移動網絡的內部節(jié)點轉發(fā)數據包。本地代理(Home Agent)無法

3、封裝要轉發(fā)給移動網絡節(jié)點(MNN)的數據包。這是因為從本地代理角度看，HA-MR隧道是節(jié)點專用信道而非網絡專用信道，因此本地代理只能發(fā)現隧道另一端的MR，而無法看到附著在該路由器上的節(jié)點。 NEMO基礎支持協(xié)議(NBS)的提出解決了一組節(jié)點作為一個單元的移動接入互聯網問題。這個單元稱為移動IP子網或移動網絡(Mobile Network)，一個或多個MR處理來自或到達移動網絡的通信。移動網絡內部的節(jié)點稱為移動網絡節(jié)點(MNN)，

4、這些節(jié)點包括本地固定節(jié)點(LFN’s)、本地移動節(jié)點(LMN’s)以及外部的訪問移動節(jié)點(VMN’s)。這些外部訪問移動節(jié)點可以是單個移動IPV6節(jié)點，也可以是擁有多個MNN的MR。后者稱為嵌套移動網絡，所謂嵌套網絡是指一個移動網絡存在于另一個移動網絡中。在嵌套移動網絡中，被接入的MR稱為上行流MR，接入的MR稱為下行流MR。嵌套網絡中的最頂層MR稱為父MR，其下的所有MR稱為子MR。不包含任何子網絡的移動網絡的嵌套等級為1，因此嵌套等

5、級2表明一個小的移動網絡嵌套在一個大的移動網絡的內部。每個MR都有唯一的IP地址進行標示，稱為本地地址，其在家鄉(xiāng)鏈路上都有一個本地代理或稱家鄉(xiāng)代理(Home Agent，HA)。HA負責MR發(fā)送的數據在家鄉(xiāng)網絡的傳遞，它存儲對應的MR的本地地址。 根據NEMO基礎支持協(xié)議，所有在MR和對應節(jié)點(CN)之間通信的數據包都需要經過“雙向隧道”傳輸。然而當MR和CN距離很近，卻遠離HA時，這可能導致長的路由以及大的包傳輸時延，影響服務

6、質量。此外，長的路由路徑將給路由網絡增添額外的負載，從而增大鏈路中斷的概率。 每當數據包經由“雙向隧道”時需要添加額外的IPV6路由頭，這增大數據包的尺寸進而降低整體的帶寬利用率，而且如果包尺寸超過鏈路的最大傳輸單元限制，需要拆分數據包從而增大包時延。此外，節(jié)點的封裝處理同樣也增大包的傳輸時延。 在嵌套網絡中，如果兩個移動通信節(jié)點需要通信，則所有的數據包都需要通過所有的上行流MR和對應的HA，這既增大包頭同時也導致大的包

7、傳輸時延。換一種情形，如果某個HA嵌套在某個移動網絡中，則死循環(huán)發(fā)生。MR無法找到其對應的HA進而無法建立“雙向隧道”。 針對上述相關問題，許多關于NEMO的路由優(yōu)化方案已經提出，這些優(yōu)化方案可以分成以下幾類： 非嵌套NEMO路由優(yōu)化主要解決移動網路節(jié)點與CN之間的優(yōu)化問題。此類優(yōu)化不涉及嵌套網絡和訪問移動網絡。MR根據拓撲結構查找距離CN最近的對應路由器(CR)，建立MR-CR“雙向隧道”。通過綁定MR的轉交地址和對應

8、的HA，MR向對應路由器發(fā)送綁定更新從而建立隧道。此時MNN和CN之間的流量可通過隧道經由HA轉發(fā)。從CN發(fā)往移動網絡的數據包由對應路由器封裝經由MR-CR隧道發(fā)送。假設CN是一個MNN，對應路由器是該移動網絡的MR，則MR通過綁定更新同對應路由器建立隧道，使得MNN和CN之間的數據包經由該隧道發(fā)送，不經由各自的HA。這類優(yōu)化方案適用于對應路由器靠近CN而遠離HA的情形。 優(yōu)化路由緩存管理協(xié)議(ORC)提供與OptiNets類似

9、的解決方案。優(yōu)化路由緩存管理協(xié)議將移動網絡的前綴與其當前的轉交地址結合，這種結合稱為綁定路由(BR)，存儲在內部網關協(xié)議路由器(又稱ORC路由器)的緩存中，如圖2所示。發(fā)往移動網絡的數據包被ORC路由器截獲并通過綁定路由轉發(fā)給相應的移動網絡。優(yōu)化路由緩存管理協(xié)議通過給移動網絡分配專門的子網絡前綴來提高網絡的透明度，并基于現存的路由架構實現。該方案的性能取決于ORC路由器與CN之間的鄰近性，此外該方案只適用于路由優(yōu)化并需要網絡架構的強力支

10、持。 前綴范圍綁定更新協(xié)議(PSBU)是從移動IPV6中演化而來的一種方案。該方案中，CN同單個MR保持兩個綁定：一個對應MR的家鄉(xiāng)地址，另一個對應移動網絡前綴。因此，MR需要給移動網絡中的所有CN發(fā)送綁定更新，這些綁定更新隨著CN的增加而增多，從而加劇了MR的處理負載。由于每個CN管理對應單個MR的兩個綁定緩存實體，MR數量增多一倍將導致CN的綁定管理成本增大兩倍。如果將所有的CN放進一個廣播群組，則MR只需發(fā)送一個綁定更新，

11、因此可以降低信令負載，從而解決上述問題，但是由此可能帶來安全方面的相關問題。 MR隧道協(xié)議提出建立HA-MR永久隧道的方案。該方案中由于所有的數據包通過HA-MR隧道傳輸，因此可能導致瓶頸效應的發(fā)生。隨著移動網絡內部節(jié)點數量的增加，HA的處理負載也隨著增大。當HA向CN發(fā)送數據時，需要添加額外的信息，這些額外信息稱為路徑控制頭(PCH)，路徑控制頭標明MR的轉交地址。對應路由器在隧道初始化的過程中捕獲該信息，從而為后續(xù)數據發(fā)送提

12、供便利。 嵌套移動性是指一個支持移動IPV6的節(jié)點，其家鄉(xiāng)網絡前綴與移動網絡前綴不同，附著到一個MR上。這里提到的節(jié)點可以是移動節(jié)點或者MR，對于MR，由于其后附著其它節(jié)點因此形成嵌套網絡。 嵌套網絡的路由優(yōu)化存在以下幾種： 降低路徑上的HA數：移動網絡內部的多嵌套節(jié)點擁有多個HA，從嵌套節(jié)點發(fā)出的數據包需要經過自己的HA和父網絡的HA。隨著網絡嵌套層數的增加，網絡也更加復雜。通過減少數據包經過的HA可以降低網絡

13、復雜性。 降低隧道數：使用樹信息選項的路由優(yōu)化方案(ROTIO)提出，嵌套網絡中的每個MR向對應的HA發(fā)送綁定更新，包含移動網絡的父路由器的家鄉(xiāng)地址。每個MR同時給移動網絡的父路由器發(fā)送綁定更新，該更新包含該路由器到達父路由器的路由。因此發(fā)自家鄉(xiāng)網絡CN的數據包只需要訪問該移動網絡的對應MR和父路由器。該方案擴展了NEMO基礎支持協(xié)議，需要所有的MR支持ROTIO功能。對于不支持該功能的MR與具備ROTIO功能的路由器進行通信時

14、可能影響性能。 路由優(yōu)化帶來好處的同時也容易導致新的問題。不同的路由優(yōu)化方案存在需要進一步完善的地方，解決好這些問題將使NEMO網絡更加高效。這些問題歸結如下： 缺乏統(tǒng)一的解決方案前面提到的不同路由優(yōu)化方案針對不同的場景，到目前為止還沒有一種簡單可行的方案適用于不同的場景，因此統(tǒng)一的路由優(yōu)化解決方案亟待提出。 路由優(yōu)化技術需要而外的信令消息，這在某種程度上超出了NEMO基礎支持協(xié)議的限制。由于移動網絡嵌套層數、網

15、絡節(jié)點以及CN數的增加都可能導致“信令洪流”的發(fā)生?！靶帕詈榱鳌笨梢詫е戮W絡信令的突然增大，從而導致網絡擁塞和包傳輸時延的增大，尤其對于無線環(huán)境由于其有限的帶寬限制。因此新的解決方案需要在保證優(yōu)化性能的前提下盡可能少的減少信令。 RoMoNeCA方案進行改進：綁定更新爆炸問題根據RoMoNeCA方案，每次MR獲取一個新的轉交地址都需要給對應的CN發(fā)送綁定更新消息，無論CN與MNN之間是否有實際流量。綁定更新的定期發(fā)送將浪費大量的