分布式移动管理的路由优化解决方案培训讲学.doc

湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：分布式移动管理的路由优化设计专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2013年5月16日 湘潭大学兴湘学院毕业设计任务书设计题目： 分布式移动管理的路由优化设计 学号： 姓名： 专业： 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 （1） 分布式移动管理的路由优化技术； （2） 理解消息序列，完成各网元模块划分和各个网元模块的状态机； （3） 掌握C语言的编程技术； （4） 掌握消息格式，完成数据存储结构； （5） 根据以上基础，设计EPBU和EPBA详细流程图; （6） 分别完成中继模式EPBU和EPBA两条消息的解码和编码工作，并且通 过实验验证。 二、重点研究的问题 （1） 分布式移动管理的路由优化设计算法的理解和设计； （2） 分布式移动管理的路由优化设计的概要设计； （3） 分布式移动管理的路由优化设计的详细设计； （4） 分布式移动管理路由优化数据区的建立。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1选择课题，并收集相关资料2012年11月-2012年12月2对资料进行分析，准备必要的知识2012年12月-2013年1月3根据已掌握的知识得出设计方案2013年1月-2013年2月4中期报告2013年2月-2013年3月5完成毕业设计说明书初稿2013年3月-2013年4月6对初稿进行修改，完成设计说明书定稿2013年4月-2013年5月7准备答辩2012年5月25日四、应收集的资料及主要参考文献1 Gundavelli.S, Leung.K, Devarapalli.V, Chowdhury.Kand B. Patil. Proxy Mobile IPv6 . RFC5213 August 2008 2 Xue.K,Hong.P,And McAann.P. Routing optimization in DMM.DMM. June29 2013 3 D. Johnson, C. Perkins and J. Arkko. Mobility Support in Mobile IPv6, RFC 3775, June 2004 4 3GPP2 TSG-X, CDMA2000 Wireless IP Network Standard: Introduction,X.S0011-001- D v2.0, 2008 5 Perkins. C, Johnson.D, and J. Arkko. Mobility Support in IPv6 .RFC6275 July 2011 6 谢希仁. 计算机网络M.电子工业出版社，2007 7 孟田革. 移动 IP 分布式路由优化研究D.天津大学电子信息工程学院.2006 8 李晓辉，顾华玺，党岚君. 移动IP技术与网络移动性M，国防工业出版社，2009 9 Qing Li, Tatuya Jinmei, Keiichi Shima. IPv6详解卷2：高级协议实现M，人民邮电出版社，2009 10 谭浩强. C程序设计教程M，清华大学出版社，2007 湘潭大学兴湘学院毕业设计评阅表学号 姓名 专业 毕业设计题目： 分布式移动管理的路由优化设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。设计质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价评阅人： 年 月 日湘潭大学兴湘学院 毕业设计鉴定意见学号： 姓名： 专业： 毕业设计说明书 31 页 图 表 23 张设计题目： 分布式移动管理的路由优化设计 内容提要：分布式移动的管理方式在本地上完成部分信息管理功能，它能够减少传输信令和数据的开销，缩短绑定更新的时延，提高了移动主机的切换效率, 但也存在明显的不足。表现在: 移动节点的绑定更新需要依照顺序完成与移动锚点和归属代理的两次绑定更新，延迟较大，影响了数据传输率。针对以上问题，分布式移动管理的路由优化提出了一种基于PMIP分布式锚点结构的路由优化方法，在此方案中移动锚节点能够与直接使用优的路由相应的锚节点进行通信。分布式移动管理的路由设计方案中有两种路由优化模式：直接模式和中继模式。不同点在于前者直接完成信令，后者却需第三方锚点协助下完成。每种模式包含了路由优化的初始化和维护两个步骤。本文主要完成中继模式下的路由优化的维护，即移动节点从一个锚移动到另一个锚，路由优化在建立后的维护，进一步优化绑定更新过程，消除了移动锚点和移动主机之间的长路由问题, 改善网络的性能。在此基础上对各网元功能进行了模块划分，并得出模块之间的联系和消息序列，根据对EPBA、EPBU等消息格式的分析，给出网元内部数据存储结构，并设计出EPBU编码和EPBA解码的详细流程图，并通过实验验证编解码的正确性。指导教师评语指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主： 年 月 日目录摘要.IAbstract.II第1章 引言.11.1 简介.11.2 国内外研究现状.11.3 课题的来源和研究的主要内容.2第2章 分布式移动管理的路由优化原理.42.1 基本概念.42.2 路由优化基本原理.52.3 分布式移动接入网关的性能要求.72.4 概念数据结构.7第3章 分布式移动管理的路由优化概要设计.93.1 在中继模式下的分布式移动管理的路由优化消息序列.93.2 各个模块的状态机.10第4章 分布式移动管理的路由优化的详细设计.174.1 消息格式.174.1.1 IPv6基本报头.174.1.2 移动报头.184.1.3 增强型的代理绑定更新报文.184.1.4 增强型的代理绑定确认报文.194.2 数据结构.204.3 程序执行流程图.224.3.1 总程序流程图.224.3.2 部分子程序流程图.244.3.3 中继模式的维护阶段的实现.28结束语.29致谢.30参考文献.31分布式移动管理的路由优化设计摘要:分布式移动的管理方式在本地上完成部分信息管理功能，它能够减少传输信令和数据的开销，缩短绑定更新的时延，提高了移动主机的切换效率, 但也存在明显的不足。表现在: 移动节点的绑定更新需要依照顺序完成与移动锚点和归属代理的两次绑定更新，延迟较大，影响了数据传输率。针对以上问题，分布式移动管理的路由优化提出了一种基于PMIP分布式锚点结构的路由优化方法，在此方案中移动锚节点能够与直接使用优的路由相应的锚节点进行通信。分布式移动管理的路由设计方案中有两种路由优化模式：直接模式和中继模式。不同点在于前者直接完成信令，后者却需第三方锚点协助下完成。每种模式包含了路由优化的初始化和维护两个步骤。本文主要完成中继模式下的路由优化的维护，即移动节点从一个锚移动到另一个锚，路由优化在建立后的维护，进一步优化绑定更新过程，消除了移动锚点和移动主机之间的长路由问题, 改善网络的性能。在此基础上对各网元功能进行了模块划分，并得出模块之间的联系和消息序列，根据对EPBA、EPBU等消息格式的分析，给出网元内部数据存储结构，并设计出EPBU编码和EPBA解码的详细流程图，并通过实验验证编解码的正确性。 关键词：路由优化；分布式移动管理；代理绑定更新；代理绑定确认Design of Distributed Mobile Management Routing OptimizationAbstract：The management of distributed mobile local to complete part of the information management function, which can reduce the overhead of signaling and data transfer overhead, reducing binding update delay and improves the efficiency of switching the mobile host, but there are obvious shortcomings . In: binding update of the mobile node needs to be completed in order according to the home agent and the mobile anchor points and the two binding update, delayed, affecting the data transmission rate. To solve these problems, distributed mobility management, route optimization is proposed based on the structure of PMIP distributed anchor route optimization method, in this scenario, the mobile anchor nodes can directly use the optimal route with the corresponding anchor nodes. Distributed mobility management routing design route optimization, there are two modes: direct mode and repeater mode. The difference is that the former is done directly signaling, the latter need the assistance of a third party to complete the anchor. Route optimization for each mode contains the initialization and maintenance of two steps. This paper mainly to complete the relay route optimization mode to maintain, that the mobile node moves from one anchor to another anchor, route optimization in building maintenance after further optimize binding update process, eliminating the mobility anchor and the mobile host long routing problems and improve network performance. On this basis, for each network element functions of the module division, and draw the link between the module and the message sequence, based on EPBA, EPBU other message format analysis, given the NE internal data storage structure, and design EPBU encoding and decoding a detailed flowchart EPBA and verified by experiments correctness of the codec.Keywords: route optimization; distributed mobility management; the Proxy Binding Update and Proxy Binding Acknowledgement.第1章 引 言1.1 简介近年来，随着以Internet为代表的互联网技术的迅猛发展，网络作为一种工具，已经深入到社会的各个行业，它改变了生活中的一些比较单一的信息交流方式，使人类的信息交换速率得到了很大的提升，通过互联网能够近距离的认识这个世界，包括世界上任何接入到互联网上的人或物，通过网络人们能够了解到世界上每时每刻发生的事情。虽然互联网目前的接入方式主要以固定接入为主，但移动接入已经越来越普遍，人们对于移动设备的需要越来越高，移动接入已经成为一种趋势，人们很可能在列车上，或者在大街上使用移动终端进行网上冲浪，这就需要对网络的移动性要求很高，在通信方面需要保证通信的可连续性和实时性，在越区切换的过程中需要减少信息的丢失率，保证信息的通畅和及时传达。现在多种网络技术正在融合，在现行的一些网络通信方案中存在着一些通信弊端，现行的移动互联技术中存在着三角路由问题，即使是在一些优化了的三角路由中也存在着一些不足，如非最佳路径的路由优化和比较冗余的信令开销等问题。当移动节点移点进行越区切换的时候，移动节点与通信对端进行通信，需要借助于移动锚点来进行，然而在多个移动锚之间进行越区切换的时候，会存在信令的大幅浪费，已经通信之间建立的通信路径是非最佳的，这样会造成通信的时延1。本文中主要是针对当前一些通信方案中存在的问题，提出一种解决方案，利用分布式的移动管理路由优化方案来解决问题2。1.2 国内外研究现状(1) 移动 IP 的发展历程 早期的移动互联网络理论与技术的研究主要有以下几个重要方面：一个是1991年由美国哥伦比亚大学的John loannidis等人提出的，采用了虚拟移动子网和IP in IP隧道封包的方法，被称作Columbia Mobile IP，此后，John loannidis又进一步完善了Columbia Mobile IP的设计思想和方法；另一个是Sony公司的FumioTerqoka等人设计的移动节点协议，即虚拟IP（Virtual IP，VIP）。后来，IBM的CPerkins和YRekhter利用现有IP协议的松散源路径也设计了一种移动节点协议。1994年A.Myles和CPerkins综合了上述三种移动节点协议，设计出一种新的协议MIP，并由IETF组织发展为现在Mobile IP的RFC3344协议。1996年IETF相继公布一些主机移动支持协议规范，包RFC2002（IP移动性支持）、RFC2003（IP分组到IP分组的封装）、RFC2004（最小封装协议）、RFC2005（移动IP的应用）和RFC2006（IP移动性支持管理对象的定义）等，初步总结了移动IP的一些前期研究成果，为相关研究奠定了基础。2003年，IETF颁布了移动IPv4的新规范RFC3344，取代了RFC2002。随着IPv6被选为下一代IP网络协议，如何将移动IPv4的研究成果应用到移动IPv6协议4设计以及IPv6协议的性能改进与完善成为一个重要研究方向。1996年IETF公布了第一个移动IPv6草案，到2004年初IPv6主机移动协议草案已经发展到了第24号版本，并于2004年6月发布为RFC3775，成为第一个移动IPv6标准3。移动IPv6利用了IPv6自动配置、优化的报头和扩展选项，简化了主机移动协议的设计，解决了移动IPv4入口过滤、三角路由等问题，并降低了网络开销，提高了网络工作性能4。(2) 移动 IP 的研究热点 当移动用户采用无线方式获取网络资源时，人们希望能够获得与固定网络相同的通信质量。利用移动 IP 技术，虽然数据分组的路由突破了固定网络路由技术的限制，但是数据传输的质量却无法保证。因此，以移动 IP 技术为基础，如何提高移动环境下的通信质量（压缩控制信息流量、降低误码率、提高吞吐率等）成为当前研究的热点。 移动IP协议发展到现在，从IPV4到IPV6，依旧很不完善，需要解决的问题很多，移动IP的关键问题中最关键的是移动切换，组播等问题。移动切换是指当移动节点从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或者由于外界的干扰造成通话质量下降时，必须从原来的信道转接到一个新的空闲信道上去，以继续保持童心的过程。切换主要分为以下几种：一种是预先注册切换，过后注册切换，联合切换。在切换的过程中如何保持通信的连续性，更好地支持各种实时应用，缩短因切换引起的通信中断时间，减少切换对服务质量的影响，是移动IP领域目前的一个研究重点。IP组播由于具有网络利用率高，能节省发送者的自身资源，可扩展性比较强的优点，在大量的网络应用中发挥了很大的作用，因此IP组播一直是国际上互联网科学研究领域的热点问题，组播在移动环境中不仅要管理组播组成员，建立和维护组播树，还要解决成员的位置变化的动态变化的问题。但现行的组播协议DVMRP以及MOSPF等通常都假设其成员是静止的，而没有考虑其位置动态变化的情况。其会存在严重的缺陷，在此基础上的改进方案也存在较大的缺陷。例如，非最佳路由优化、隧道聚集、切换延时、丢包等。因此IP组播和移动相结合，为移动节点提供组播服务是一个值得深入研究的问题。1.3 课题的来源和研究的主要内容 依据原移动协议，无论何时移动节点从一个子网切换到另一个子网，它都必须向归属代理和通信对端发送绑定更新消息5。特别是当移动节点利用无线设备上网，而接入点又远离家乡网络时，频繁的移动会大大增加远程管理信令流量，冗余的信令流量大量充斥在通信信道中，又会影响真正有用数据的传输，使通信质量大大降低。链路切换可能导致移动节点在一定时间内不能发送和接收数据分组，通信对端和移动节点之间的通信也会暂时中断6。为了减少移动节点的注册时间，降低远程信令流量，从而达到缩短切换时延、减少切换中分组丢失、提高网络性能的目的，分布式移动 IP 路由方案提出了一个信令管理的优化案。它改变了传统移动 IP 路由方案的代理架构。引入分布式移动锚，从而大大减少了移动节点和通信对端进行绑定更新的次数和减少通信需要的通信路径长度，显著降低了信令的开销，减少了通信的时延，并提高了通信的效率。 第2章 分布式移动管理的路由优化原理2.1 基本概念本文基本概念如下7：(1)移动节点(Mobile node)：网络中的主机或路由器，在切换链路时不改变IP地址，不中断正在进行的通信。(2)通信节点(Correspondent node)：通信节点是与移动节点通信的对端节点，可以是一台主机或是路由器。 (3)分布式移动接入网关(Distributed mobile access gateway)：它是分布式的锚，并且它提供了移动性管理功能。(4)隧道(Tunnel）：一个数据分组被封装在另一个数据分组的净荷中进行传送时所经过的路径。(5)F-DMAG(Fist distributed mobile access gateway)：这是第一个跳D-MAG，会在通信过程中首先启动。 FD-MAG分配IPv6前缀，并提供流动性注册的移动节点的管理功能。(6)P-D-MAG(Previous mobile access gateway)：交接前的锚。(7)N-D-MAG(New distributed mobile access gateway)：交接后的锚，即新的锚。 (8)路由优化代理(Rout Optimization Proxy)：路由优化代理具有代替通信节点得到路由优化功能与移动节点通信的逻辑功能，路由优化实体必须出现在移动节点与通信节点之间两个方向的路径上和出现在家乡代理与通信节点之间两个方向的路径上。(9)代理绑定(Proxy binding )：移动主机在外地网络获得转交地址后，需要把转交地址通知给家乡代理，在家乡代理上建立移动主句家乡地址和转角地址的绑定。是的家乡代理能够把仅知道其家乡地址的节点发来的分组转发到移动主机的当前位置。在这个过程中使用的转交地址是移动主机的主转交地址，本过程也被称为家乡代理注册或家乡代理绑定。(10)增强型代理绑定更新(Enhance proxy Binding update)：它是增强型的代理绑定更新，专为优化路由隧道和状态更新等而设置的，它包含一个两位状态标志位的路由优化指标ROI。(11)增强型代理绑定确认(Enhance proxy Binding ackn