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摘 要 ： 当前移动网络多以层级部署的集中式方案为主,但随着移动网络的迅速发展,集中式部署的问题日益暴露,而分散部署的扁平式网络结构更能适应网络的发张.该文主要结合几篇参考文献,介绍了集中式部署的弊端和分散部署的可能性方案,可在不同层进行：中心层、接入路由层、接入层和主机层.同时介绍已经被提出的几种分散部署的移动管理解决方案.
关 键 词 ：MIPv6；PMIPv6；移动管理分布式
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）04-0712-04
Deployment of Mobile Management Distributed
LI Ming
（Guangdong Province Vocational School of Maritime Engineering, Guangzhou 510320,China）
Abstract： In this paper, bine several references to the drawbacks of centralized deployment and dispersed the possibility of deployment program in different layers： center layer, the access routing layer, access layer and host layer. Also introduced a mobile management solution has been proposed by several decentralized deployment.
该文网址:http://www.sxsky.net/guanli/gjswgl/398230.html
Key words： MIPv6； PMIPv6； Distributed and Dynamic Mobility Management
移动网络的发展日渐受到重视.现有的分层的蜂窝网络是移动性管理可以部署在集中式结构中.与此同时,移动用户数据量迅速增长,服务或网络提供商需要选择性地降低在不同接入网之间切换时产生的数据流量.
大部分已有的移动IP解决方案源自于移动因特网协议（Mobile Inter Protocol,MIP）标准,适合IPv6的是MIPv6[1].一个给定的移动锚点维护移动节点（Mobile Node,MN）的绑定,如MIP中的家乡代理HA或者代理移动IPv6（Proxy Inter Protocol version 6,PMIPv6[2]）中的本地移动锚点（Local Mobility Anchor,LMA）.数据报封装后在MN和接入路由（Access Router,AR）之间交换（PMIP中则在的MAG和LMA之间）.这些方法已经在集中式结构中实施,中心网络实体就是移动锚点（HA或LMA）,以下统称为MA.
这些移动管理的集中式实施方案可将数据报路由到MN所在位置和在MN切换过程中保持IP会话的持续性.但由于中心网络实体处理能力有限,集中式方案具有的一定的性能问题和扩展局限性,这需要昂贵的费用去扩大的网络规模和工程,将成为移动用户规模扩展的瓶颈.
与集中式方法不同,在网络层级结构分散移动管理功能更适合扁平化的网络结构.这种使移动管理功能更接近各移动用户的方案,成为分布式移动管理.移动管理功能的分布可在不同层进行,也可以将部分功能进行分布也可以全部功能分布.分布式移动管理结构可以避免不必要的长路径路由、能容纳更多的移动终端、更利于动态移动管理（即当使用者需要服务支持时才提供相关的移动服务）.动态移动管理可以避免资源浪费、减少信令超载和网络费用.
本文剩余部分如此安排：第二节根据Anthony Chan[3]等人的讨论,介绍现有的集中式移动管理方案有哪些局限；第三节介绍分布式移动管理的集中部署形式；最后介绍已经被提出的几种具体分布式移动管理方案.
1.集中式移动管理方案介绍与局限
1.1 MIPv6
MIPv6是一种需要移动节点MN参与移动管理的移动网路协议,使用该协议的节点无论是否发生移动都能通过IPv6地址被访问.MIP与它众多的改进版本都将会话标识分离成两部分：家乡地址（HoA）和路由地址（CoA）.移动节点MN从家乡网络获得一个HoA作为会话标识,从接入的拜访网络获得一个CoA作为路由的实际地址.当MN接入一个新的IP网络,其路由地址CoA将会改变.MIP允许MN通过路由经过家乡网络的移动锚点来保持会话标识,使正在进行的会话避开路由地址的改变.
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1.2 PMIPv6
为了减轻移动节点的工作量,IETF的NETLMM工作组（Network—based Localized Mobility Management Work Group）提出了一种基于网络管理的区域性移动方案： PMIPv6,该方案通过引进新的功能实体,代替移动节点进行移动管理.在PMIPv6中,通行对端节点（Correspondent Node ,CN）和MN只需要具备普通IP协议栈,都使用HoA进行通信.在MIP中MN需要具备的移动管理功能移植到一个称为移动接入网关（MobileAccess Gatway ,MAG）的网络实体上.MN通过MAG连接到拜访网络,MAG提供代理CoA使MN继续使用原有的HoA与CN通信.CN仅知道MN的HoA因此它发送给MN的数据报将先路由到MA.MAG和MA管理HoA和CoA的绑定关系、执行封装和解封装,建立隧道转发MN和CN的通信数据.在MA和MAG之间,数据报以代理CoA作为外层封装地址在隧道中路由,内层数据报的目的地址仍是HoA但是在隧道中不可见.
1.3 集中式移动管理的局限性 1）路由路径长
通过集中的锚点进行路由通常会导致路由路径过长.如当MN和CN彼此距离相近但属于两个不同的相距较远的两个家乡移动锚点时,发往MN的数据报需要经由家乡移动锚点进行路由,这样的路由路径较长.即是可以优化路由路径使MN和CN直接通信,但是在初始通信建立时和MN每移动到一个新的拜访网络,首发数据包始终要经由家乡移动锚点.
当用户在移动过程中使用如视频播放等占据较大网络流量的应用时,长路径的转包会造成通信的不流畅,且容易导致网络阻塞.服务提供商需要将这些内容资源以缓存等方式,放置在更靠近用户接入网络的位置以减少中心网络流量.分布式移动管理可以实现将资源部署在更靠近用户接入网络的位置.
2）不适合网络长远发展
集中式移动管理最近已经部署以支持已有的层次移动数据网络.这有利于层次结构体系.但大量的无线数据流量以指数速度增长,整个层次结构体系需要昂贵的升级费用.可以预言,数据流量的增长将很快使集中资料的移动锚点节点如MIP中的HA、PMIP中的LMA、3GPP EPS中的P-GW超载.
为了解决这个问题,移动网络的改进版本趋向于分散部署网络实体功能,使之更靠近接入网络.移动网络已得到多种改进以适应从层次结构到扁平结构的演进.如3GPP标准中,GRPS网络拥有GGSN–SGSN–RNC–NB （Node B）的多层结构. 在3GPP EPS网络中,网络层次结构已减少为P-GW–S-GW–eNB （Evolved NB）.在一些部署方案中,P-GW和S-GW整合在一起以减少层次结构.以减少网络中物理网络元素的方式减少层次数,可以使系统更简洁和保持低开销.由于移动网络越来越趋于扁平化,集中式移动性管理已成为非最佳方式.
3）集中式路由和移动上下文保存的低扩展性
当切换发生时,需要建立特殊的路由保证会话的持续性.CN发出的数据报在MIP中需要通过HA和FA之间建立的隧道传输、在PMIP中则通过LMA和MAG之间的隧道.但是,这些在隧道两端的网络功能实体依然需要为非移动性的节点的普通数据报实现普通路由.这些普通的数据报需要被根据路由表直接路由,而不通过隧道方式.因此,网络需要辨认需要隧道路由的数据报和普通的数据报.其中需要经过隧道路由的数据报属于移动节点,网络需要用一个合适的IP报头封装原数据报.因此网络需要保持和管理每个MN的移动信息的上下文,这些上下文能标明MN的移动状态和让网络从普通的数据报中区分出需要通过隧道路由的移动性数据报.
为每个MN建立这样的路由和保持移动信息上下文使集中式的设计在扩大MN数量规模时存在很大的难度.将路由保存功能和移动信息上下文保持功能在不同网络上分散部署具有更强的可扩展性.
4）多种扩展的MIP致使部署过程复杂化
以集中式方式主要部署在层次移动网络上的MIP已有大量的改进和扩展版本,其中包括PMIP、FMIP、PFMIP、HMIP、DSMIP,或许陆续还有更多版本的出现.这些版本在提出之后的若干年内发现有新的不同需求.部署因此变得很复杂,特别是不同部署方案之间的互操作性问题.
当MIP的改编版提出为了适应扁平化的网络而用分布式方式部署,这要求对不同的网络和策略和不同的MIP扩展版本进行全盘的考虑,最终可以根据使不同的方案启用或者关闭某个版本功能,并让此更容易理解.
移动性管理必须的一个特点是可以在层次结构和扁平结构的网络上运行,因此移动性管理协议需要足够灵活地支持不同的网络.此外,动态性移动管理的一个目标是可选择性的开启或者关闭移动性支持和不同的移动信令.在设计的时候应兼容这一目标来整合不同的移动方案,将各种移动方案作为可选择的项.另外一些对于基本协议的扩展应在整合时考虑到.
5）点对点通信的移动信令超载
在点对点通信过程中,终端使用者通过直接以对端地址作为目的地址发送数据报来通信.但是对端都需要事前在网络上通过相关信令获得对方IP地址,为此有多种解决方案.MIPv6路由优化模式提供了一种比双向隧道模式更有效的数据交换方式,除非MN不愿意想CN公开自己的拓扑位置（如CoA）或一些网络自身有限制,路由优化方式将会被使用.但是在MIPv6的路由优化模式中,需要交换大量的信令消息以建立和定期更新MN和CN之间的双向安全联盟.当通信对端都是移动节点时,移动信令消息总量会增加.
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6）单点故障和攻击
集中式移动锚点较脆弱,容易发送单点故障和单点攻击.这需要通过冗余和备份功能来解决.另一方面,分布式移动管理结构可以在通过在本地小范围的网络上部署,根本上缓和这个安全问题.
2.分布式移动管理方案
在网络层级结构分散移动管理功能更适合扁平化的网络结构.移动管理功能的分布可以将控制信息平面和数据信息平面都分散布置也可以部分功能进行分布.可在不同层进行：中心层、接入路由层、接入层和主机层,如图1所示.本节将介绍如何在不同层次进行分布式部署.
2.1在移动中心网络层分布部署
将移动锚点HA/MA分散布置,MN和移动数据流量可以分散管理,即图2所示的中心层面分布方式.如果每个移动锚点负责管理特殊的地理域,当MN穿过这些与边界时,更改当前接入的移动锚点,切换过程必须将MN绑定信息恰当地传输到新的移动锚点上.当不同的移动锚点管理不同的IP地址块,发往MN或者由MN发出的数据报必须在切换后保证正确达到性.
2.2 在接入路由器层分布部署
在AR层分布移动功能有多种不同的可能性,图3所示.移动锚点MA可以作为最靠近MN的路由,即AR.这将使与其他节点和网络互通的移动接入网络形成只有ARs一层的扁平化移动结构.也可以拥有一个MA和多个ARs,这就形成一个次扁平化的在ARs上还有MA层的结构.
2.3 在接入网络分布部署
信息文本的位置将分散布置和更靠近用户：构建在靠近主干网络的CDN,开始将缓存技术分散布置在靠近接入网络的位置,使用户更有效地利用网络资源.WiFi作为一种无线接入方法越来越流行,其接入点AP开始在越来越多的住宅区和公共地区安装.同样,蜂窝系统中的微小区、毫微小区因更有效的范围利用和数据流量的卸载获得越来越多的关注,如3GPP LIPA和SIPTO[46].基于接入网络层的分布图4.
接入网络的数量比HA的数量要大的多,这导致更频繁的切换将会发生.因此,扩展性和信令过载是主要的设计问题,需要仔细考虑.
2.4 在主机层完成分布部署
若采用一旦发现响应节点则对端节点之间直接通信的点对点方法,则可以在主机层进行分布布置,如图5所示.为了发现节点,网络需要如DNS的信息服务器,这些服务器可以集中布置也可以分散布置.虽然MIPv6不是点对点通信协议,但它的路由优化机制可以作为主机到主机直接通信的一种情况.
3.具体分布式部署方案
文章[4]提出将家乡代理分散布置到各个网络.依靠任播技术,MN在任意的网络都可以介入到最近的一个家乡代理HA,此HA模拟虚拟家乡链路.CN发送给MN的数据包,也借助任播技术可以经由最靠近CN的一个HA转包,此HA查找自己拥有的关于MN的信息表,将包转给最靠近MN的HA.这个方案要执行的前提条件是各个HA之间预先通信,建立起了安全联盟,通过隧道动态且定时地交换所有移动节点的当前位置信息.
以上方案需要各HA之间同步所有MN信息,这在大范围和MN 数量增多、变化大的情况下会降低网络质量.因此文章[5]在基于以上方案的基础上,同样采用任播技术,同时将HA分为以下三个功能模块：
A、前缀/家乡ࢸ
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B、位置管理功能：管理MN的家乡地址和当前接入的移动路由的映射；
C、移动路由功能：拦截目的地址为家乡地址的包,并根据B中信息转发数据包.
每个MN在归属网络上的HA为MN提供以上三种功能服务,分散布置在各拜访网络的HA则只为MN执行位置管理功能和移动路由功能.
IETF草案[6]中则将家乡代理分散部署的同时定义了一个新的功能实体CMD,以记录MN的信息.当各家乡代理需要一个移动节点信息时,就与CMD联系.在MN移动时,可以保持原会话通过原路径路由到原代理,再通过原代理与新代理之间建立隧道而转包.草案[7]是站在PMIPv6协议上,将原有的功能实体AR、MAG和LMA整合成一个新的功能实体称为D-GW（Distributed Gateway）,并将其分散部署到各个网络.
无论以上何种提出的方案,都将家乡代理尽可能地分散部署到接近移动节点的接入网络,减轻中心网络的网络.适合未来移动网络的发展方向.
参考文献
[1] Johnson D, Perkins C, Arkko J. IETF RFC 3775 Mobility Support in IPv6[S].2003.
[2] Gundavelli S, Leung K, Devarapalli V, et al. IETF RFC 5213 Proxy Mobile IPv6[S].2008.
[3] Chan H Anthony,Yokota H,Xie Jiang,et al. Distributed and Dynamic Mobility Management in Mobile Inter： Current Approaches and Issues[J]. JOURNAL OF COMMUNICATIONS,2011,6（1）.
[4] Wakikawa R,Valadon G, Murai J. Migrating Home Agents Towards Inter-scale Mobility Deployments[C]. Proceedings of the AC
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