基于流傳輸控制協(xié)議的移動切換研究

　　摘　要：傳輸層的移動SCTP可支持無縫的移動切換，而不需要網(wǎng)絡(luò)路由器的支持，SCTP的移動切換性能主要是由在關(guān)聯(lián)中加入和改變IP主地址的觸發(fā)機(jī)制決定。本文針對具體的切換實現(xiàn)進(jìn)行了分析研究，提出了預(yù)切換的可行性方案。 


　　移動業(yè)務(wù)的發(fā)展過程中，越來越多的移動終端都具有訪問IP網(wǎng)的功能，用戶也希望能夠隨時隨地訪問IP網(wǎng)。移動IP在網(wǎng)絡(luò)層解決了這個問題，但是他也存在著2大缺陷：性能受限并且增加了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。為了克服其缺陷，并希望在傳輸層中實現(xiàn)IP移動性。隨之傳輸層的移動協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，同時由于流傳輸控制協(xié)議（SCTP）的多宿性和穩(wěn)定性等優(yōu)點，使其成為IEFT的提案之一。 

　　本文對移動SCTP的切換過程進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，分析了切換觸發(fā)時機(jī)的選擇，最后提出了基于移動SCTP快速切換的方案。 

1SCTP 協(xié)議特點 

　　2000年，IEFT的信令傳送工作組發(fā)布了流控制傳輸協(xié)議SCTP，命名為RFC2960，使得SCTP 正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。SCTP是一種應(yīng)用層數(shù)據(jù)分組傳輸協(xié)議，可在UDP或IP層等不可靠數(shù)據(jù)分組的服務(wù)上提供可靠的服務(wù)。該傳輸協(xié)議針對IP網(wǎng)絡(luò)上TCP協(xié)議的缺陷進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，是對TCP協(xié)議的一種替代，但他同時也支持TCP協(xié)議及更高層次上的協(xié)議，能夠按照目前No 7信令網(wǎng)對可靠性和誤碼率等要求生成數(shù)據(jù)包，并且透明地傳輸。雖然SCTP是為了在IP網(wǎng)絡(luò)中的傳輸信令而設(shè)計的，但是他本身具有一些新的特性，如多宿性、多流性、選擇性確認(rèn)、Cookie機(jī)制及動態(tài)增加和刪除地址等，能提供高性能的服務(wù)，而且他還繼承了TCP的一些擁塞控制和流量控制的機(jī)制，這些都能保證SCTP為上層提供可靠的傳輸服務(wù)。 

　　其中SCTP的多宿性與動態(tài)增加和刪除地址這2個特性，使得SCTP具有支持傳輸層的 切換功 能。多宿性是指SCTP端點可以有多個IP地址。SCTP選擇一個地址為“主”地址，所有數(shù)據(jù)在正常情況下都發(fā)送到這個目的地址，當(dāng)“主”地址不可用后，從備用地址中選擇一個可用地址作為新的“主”地址，重新傳輸發(fā)送失敗的數(shù)據(jù)，這樣提高了關(guān)聯(lián)的可靠性，降低了時延。動態(tài)增加和刪除地址是指在關(guān)聯(lián)建立以后仍具有動態(tài)增刪地址的能力。這種能力不僅可以支持網(wǎng)卡的熱插拔，也可以支持網(wǎng)絡(luò)鏈路的動態(tài)增減。 

2基于移動SCTP無縫移動切換的分析

2.1移動SCTP的移動切換過程 





　　如圖1所示，假設(shè)移動主機(jī)MN已初始化與一個通信對端CN連接，由移動主機(jī)的IP地址2和對 端的IP地址1組成了SCTP關(guān)聯(lián)。當(dāng)MN移動到一個新區(qū)域，從訪問路由器A區(qū)域移動到訪問路由器B區(qū)域，將進(jìn)行如下的傳輸層的切換： 

　　(1)從一個新地址獲得IP地址假設(shè)MN從路由器A區(qū)域移動到路由器B區(qū)域。通過IP的地址獲得機(jī)制（比如IPv4中的動態(tài)地址配置機(jī)制和IPv6中的動態(tài)地址配置機(jī)制或無狀態(tài)地址配置），從路由器B區(qū)域中獲得一個新的IP地址。 

　　(2)在SCTP的關(guān)聯(lián)中動態(tài)加入新的IP地址MN將通過發(fā)送地址配置變化塊到通信對端CN，MN將使用新的IP地址。然后MN從CN收到包含地址配置變化響應(yīng)塊以確認(rèn)對端是否接受此通告。 

　　(3)改變主IP地址當(dāng)MN再繼續(xù)向路由器B區(qū)域移動，其需要使用新的主I P地址。這時需要有一個專門的規(guī)則來觸發(fā)主IP地址的變化，滿足規(guī)則后，MN將發(fā)送一個設(shè)置主IP地址的通知包到通信對端。MN從CN收到包含通知響應(yīng)塊以確認(rèn)對端是否接受此通告。 

　　(4)從SCTP關(guān)聯(lián)中刪除原IP地址當(dāng)MN向路由器B區(qū)域移動前進(jìn)時，原IP地址失效，MN必須從其地址表項中刪除這個IP地址，MN將發(fā)送一個刪除IP地址的通知包到通信對端。MN從CN收到通知響應(yīng)塊以確認(rèn)對端是否接受此通告。 

2.2移動SCTP切換管理 

　　移動節(jié)點在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換時，使已經(jīng)建立的會話不發(fā)生中斷及盡量減少數(shù)據(jù)的丟失和延 遲是移動SCTP實現(xiàn)無縫切換的關(guān)鍵。移動SCTP的移動切換性能主要決定于在關(guān)聯(lián)中何時觸發(fā) 加入和改變IP主地址。

2.2.1在SCTP關(guān)聯(lián)中加入和刪除IP地址 

　　一個可利用的IP地址應(yīng)盡早加入SCTP關(guān)聯(lián)中，因為加入或刪除終端IP地址的目的是為切換 工作做最佳的準(zhǔn)備。新的訪問路由的信號強(qiáng)度超過能夠通信的信號強(qiáng)度閾值，就觸發(fā)執(zhí)行加入IP地址操作。當(dāng)原IP地址已失效，MN由下層網(wǎng)絡(luò)或鏈路層的信號觸發(fā)刪除此IP地址。

2.2.2在SCTP關(guān)聯(lián)中改變主地址 

　　在SCTP關(guān)聯(lián)中改變主地址有兩種主要方法： 

　　(1)在MN快速移動時，當(dāng)檢測到新的IP地址時，MN從CN收到加入新地址的響應(yīng)，即發(fā)送設(shè)立主“IP地址”的通知，CN收到此通知以確定切換成功。但如果MN是一個在兩個區(qū)域中往返移動的站點，就會產(chǎn)生乒乓效應(yīng)。 

　　(2)用一個直接的下層或上層指示來確定何時觸發(fā)主路徑的變化。設(shè)置鏈路層的信號強(qiáng)度閾值，當(dāng)某一接口的信號強(qiáng)度超過此閾值時改變主地址，或者當(dāng)MN的SCTP配置有數(shù)據(jù)包丟失閾值，可利用上層的消息來觸發(fā)主地址的改變。 

3基于移動SCTP的快速切換的方案 

　　通過以上對移動SCTP切換性能的研究分析， 在此基礎(chǔ)上提出能快速切換的預(yù)切換機(jī)制。此機(jī)制的關(guān)鍵在于使可利用的IP地址能夠盡早加入SCTP關(guān)聯(lián)中，即MN在移往新的鏈路之前，先啟動一個切換規(guī)程，預(yù)先獲取新鏈路上的轉(zhuǎn)交地址，如圖2所示。具體實現(xiàn)步驟如下： 

　　(1)MN在移動過程中，檢測到鏈路的質(zhì)量下降，MN向當(dāng)前連接的原路由器發(fā)出代理服務(wù)請求。 

　　(2)原路由器把MN的接口標(biāo)示地址及新的路由前綴編譯后，向MN發(fā)送新的轉(zhuǎn)交地址和新的路由IP地址和鏈路層的地址；同時向新路由器發(fā)出切換初始化信息，指示MN的轉(zhuǎn)交地址。 

　　(3)由新路由器確定這個新的轉(zhuǎn)交地址是否合法，若合法，就給原路由器一個切換初始化確認(rèn)信息，并緩存鄰域。 

　　(4)一旦MN收到新的轉(zhuǎn)交地址，就通過原路由器發(fā)送地址加入請求到CN，使得加入新地址過程在二層鏈路切換前完成，減少切換時延。  





4結(jié)語 

　　本文在流傳輸控制協(xié)議SCTP的移動切換基礎(chǔ)上，提出了快速移動切換的方案，本著盡量降 低切換時延的目的，通過對移動SCTP的切換觸發(fā)機(jī)制的改造來實現(xiàn)。方案最關(guān)鍵的技術(shù)是在動態(tài)加入IP地址基礎(chǔ)上提出了預(yù)切換機(jī)制。 

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