NEMO子网内路由优化研究

1、N E M O 子网内路由优化研究王文鼐周展俞晓刚( 南京邮电大学通信与信息工程学院，南京，2 1 0 0 0 3 )摘要分析了移动网络( N E M O ) 的双隧道路由及多角路径问题，针对N E M O 网内移动站点通信，以移动路由器为基础，引入节点感知和路由重配置解决方案。以开源的网络仿真软件N S 2 为平台，设计并开发N E M O 仿真模块，模拟N E M O 典型场景并分析路由优化方案的性能。结果表明，网络陛能和业务质量可以得到质的改善。关犍词网络移动性；多角路由；移动路由器；路由重配置方案；网络仿真O nt h er o u t i n go p t i m i z a t i o nw i t h i nN E M Os u b n e tW A N GW e n n a i , Z H O U 刁：l a l LY UX i a o g a n g( C o l l e g e o f C o m m & I n f o E I l g g ，N a n j i n g U n i v o f P o s t s a n d T e l e c o m m ，N a

2、 n j i n 9 2 1 0 0 0 3 )A b s t n c t ：T h ed o u b l et u n n e l i n ga n dm u l i t - a n g l ep a l ho fN E M Oa l ea n a l y z e da n das o l u t i o nw i t hn o d e sa w a r e n e s sa n dm u t e sr e c o n f i g r a t i o na l ei n t r o d u c t e di n t om o b i l er o u t e r sf o r t h ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nm o b i l es t a t i o n sl o c a t e dw i t h i nt h eN E M Os u b n e t w o r k Ao p e n - s o u r c en e t w o r ks i m u l a t o rN S 2a r eu s e dv i ad e v

3、e l o p i n gc o r r e s p o n d e n tN E M Om o d u l e st Os i m u l a t et h et y p i c a lc o m m u n c a d c 咀s c a n e r i o sa n dt Oe v a l u a t et h es c h a t l ：1 ef o rm u t i n go p t i m i a z a t i o n T h er e s u l ts h o w sas i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n tf o rb o t hn e t w o r kp e r f o r m a n c ea n dq u a l i t yo fs e r v i c e K e yW o r d s ：n e t w o r km o b i l i t y ；m u l t i a n g l em u t i n g ；m o b i l em u t e r ；, r o u t i n gr e c o n f i g u

4、r a f i o n ；n e t w o r ks i m u l a t i o n1 引言网络移动性( N E M O ：N e t w o r kM o b i l i t y ) 技术目标定位于子网的整体移动，可在火车、客机等大型公共 交通设施上提供便捷和高效的移动接入服务。相比于个体移动性业务，N E M O 具有更高的宽带资源利用 效率以及更好的服务质量保障。目前，I E T F 对N E M O 技术仅规范了基本的业务需求和一些建议方案。 在最简单直接的N E M O 方案中，通过移动P ( M 咿) 的代理机制实现网络移动性功能。研究发现，M I P v 4的三角路由特征在N E M O 应用中导致更复杂的多角路由问题。此外，基于M I P 的N E M O 方案，存在一 个更为严重的场景，N E M O 子网内的站点互通信，需要到子网外途经多条M I P 隧道，导致大量带宽资源的无效占用，以及端到端业务性能的极剧下降。本文针对N E M O 网内站点互通，提出改进的路由优化方案，在移动路由器引入节点感知和路由重配置功能，并通过网络仿真，研究方案的性能和可行性。2

5、N E M O 的多角路由问题与优化路由2 1 基于M I P v 4 的N E M O 多角路由考虑图1 所示的N E M O 典型应用，移动结点V M N I 和V M N 2 分别从各自的家乡代理A N l 和A N 2漫游到同一个移动网络内，并随移动路由器( M R ) 一起漫游到外部代理( F A ) 。假设M R 的家乡代理为A M R ，且A M R 为V M N l 和V M N 2 提供外部代理服务。根据M I P 的工作机制，F A 为M R 分配转交地基金项目：国家自然科学基金( 6 0 5 7 2 1 3 1 ) 资助项目。1 6 5址，并与M R 的家乡代理A M R 建立M I P 隧道T P 0 ；A M R 为V M N l 和V M N 2 分配各自的转交地址，并与A N l 和A N 2 建立M I P 隧道1 P l 和T P 2 。在M I P v 4 中，移动结点A N l 或A N 2 ，在与固定网的对端C N 进行通过时，需要经历2 个三角路径，形成多角路由。多角路由的端到端业务性能，具有很大的不稳定性。A N IA N 2V M N lV

6、 心2图1N E M O 的典型应用场景A N lV M N l、礓o i 2图2N E M O 子网内站点通信示意过程图2 给出N E M O 子网内移动站点间通信时，可能经历的最复杂的路由过程。从V M N l 发出的分组到达移动路由器M R 后，M R 对其进行I P - i n I P 封装，通过反向双向隧道到达M R 的家乡代理A M R ；A M R 对其进行解封装，并按照源路由信息发送到A N 2 的家乡地址；A N 2 收到该分组后，查询V M N 2的绑定更新消息，对m 分组进行再次I P - i n - I P 封装，发送到V M N 2 的转交地址，即M R 的家乡地址；A M R 接收到以后，查询M R 的绑定更新消息，进行第三次I P - i n I P 封装，再把二层封装的伊分组发送到M R 的转交地址，即外地代理F A 的地址；F A 收到这个略显奇隆的口分组后进行解封装，转发给M R ， M R 再解封装后发送给V M N 2 ，完成了分组的最终传送。对于T C P 连接，V M N 2 发送的应答，其路由是对称的，图2 中的虚线所示，可称为蝶形路由。蝶

7、形路由要经历移动访问结点和移动路由器的家乡代理，增加分组传输路径；还引入移动访问结点， 移动路由器家乡代理和移动访问结向移动路由器转交地址之间的隧道。特别是嵌套N E M O 中，隧道叠加，形成多重隧道。针对这两个特点，人们相继提出N E M O 路由优化方案，包括：M I R O N 方案、“ N E M O的路由优化，方案和“通过扩展M I P v 6 来优化嵌套移动网络中路由”的方案。这些路由优化方案存在一个 共同劣势，需要改造或加入的功能模块过多，复杂陛较大。本文结合图2 的典型场景，提出一种基于结点感知和路由重配置的路由优化方案。2 2 结点感知与路由重配置结点感知功能主要由移动路由器实现。移动路由器维持在线主机列表，记录移动网络内部在线的各个移动网络结点的口地址，包括本地固定结点( L F N ) 、本地移动结点( L M N ) 、移动访问结点f V M N ) 和嵌套移动网络的移动路由器，以及移动路由器赋予它们的生存期。结点感知采用移动路由器主动探测，定时发送探测消息。进入移动路由器所在移动网络的访问移动结点，在收到该探测消息后主动向移动路由器进行注册。移动路由器将对它

8、进行确认核实，并把捕获到的口地址添加到移动网络在线主机列表中，并赋给该结点一个生存期。生存期结束时，移动路由器未对周期性探测消息作出响应，移动路由器就认为该移动访问结点离开了移动网络，对其进行注销，并从列表中删除。移动路由器除了把注册成功的移动网络结点添加到移动网络在线主机列表中，还为这些结点建立了附加的转发路由，完成路由重配置功能。当这些移动网络结点从移动网络内发出分组时，移动路由器首先检查目标地址是否存在于附加路由表中，如果是，则直接把分组根据重配置的路由转发给该目的地址；1 6 6如果不是，则对该分组进行封装，通过反向双向隧道路由给自己的家乡代理，由家乡代理进行处理。所以在这里移动路由器主要有两个功能：代理通告和注册请求以及分组的转发；有结点进入移动网络时，把它添加到移动网络在线主机列表中，添加分组转发路由信息。3 网络仿真及结果仿真实验与计算分析以开源的N S 一2 软件包为平台，间的通信，和移动网络内部结点与通信对端之间的通信，络性能特点。3 1 仿真实验场景选择了两个应用于场景：移动网络内部结点之以便对比分析结点感知及路由重配置技术的网场景1 为移动网络内部结点之间的通信。

9、设定在一个1 5 0 0 m 4 0 0 m 的空间，仿真时间设为3 2 s 。4个代理水平均匀分布在矩形空间内，分别代表移动访问结点V M N l 的家乡代理A N l 、移动访问结点V M N l 的家乡代理A N 2 、移动路由器M R 的家乡代理A M R 和外地代理F A 。每个代理之间的直线距离都是4 0 0 m ，当移动网络在它们之间移动时，必定会发生越区切换。场景中设置了三个固定结点W 0 、W l 和W 2 ，作为连接以上4 个代理的路由器。它们与四个代理之间，以带宽为2 0 M b s 、时延为2 m s 的双向链路连接，链路队列采用D r o p t a i l 机制。两个移动访问结点，V M N l 和V M N 2 。在仿真初始时刻，它们位于各自的家乡网络中进行会话。它们与各自的家乡代理以有线双向链路连接，链路带宽为2 0 M b s ，时延为2 m s 。之后，它们陆续进入由移动路由器M R 与固定网络结点L F N 构成的移动网络，并随之一起移动。最终，又先后回到各自的家乡网络中。在这整个过程中，V M N l 与V M N 2 一直保持通信状态。场景1 的仿真过程设置了七个顺序事件：V M N l 和V M N 2 都在各自的家乡网络中进行通信；V M N 2 进入移动网络，接收V M N l 发来的分组；M R 带着L F N 和V M N 2 移动到外地网络；删1 也进入了移动网络；M R 带着V M N l 、V M N 2 和L F N 回到它的家乡网络：V M N 2 回到其家乡网络；V M N l 回到其家乡网络。场景2 为移动网络内部结点与对端的通信。场景位置分布同场景1 一致，不同的是通信过程建立在固结点C N 与移动访问结点V M N l 之间。V M N l 首先在自己的家乡网络与C N 进行通信，再漫游到M R所在的移动网络，之后随M R 一起向外地网络移动，再回到M R 的家乡网络。最后，V M N l 回到自己的家乡网络。整个过程中，C N 与V M N l 始终保持通信状态。场景2 共有五个事件：C N 与在家乡网络的V M N l 进行通信：V M N l 进入移动网络；M R 带着V M N l 移动到外地网络；M R 带着V M N l 回到自己的家乡网

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