隨著移動互聯網技術的快速發展，人們希望隨時隨地采用移動終端接入網絡，一定數目的移動設備形成移動網絡NEMO(NEtwork MObility)，以一個相對穩定的整體在運動中獲得網絡接入服務。IETF在移動IPv6基礎上提出了NEMO基本支持協議NEMO-BS(NEMO Basic Support)。NEMO是由基于主機的移動IPv6協議擴展而來，會產生位置開銷和隧道開銷過大、切換延遲較大等問題，而移動節點需要參與信令交互。大部分切換過程是在無線鏈路進行，當鏈路狀態不佳時容易造成切換過程不穩定，導致數據丟失、切換延遲巨幅增加等問題。鑒于此，相關研究機構提出采用基于網絡的移動性管理方案支持NEMO。代理移動IPv6（Proxy Mobile IPv6,PMIPv6)協議使移動節點無需參與移動性管理，提高了無線環境下切換的穩定性，同時增強了服務提供商的靈活性和管控程度。

    目前研究的基于PMIPv6協議的NEMO方案有以下不足：為更新移動節點位置信息產生的位置開銷較大，浪費帶寬資源；為傳輸數據到目的節點產生的隧道開銷較大，甚至導致多層隧道嵌套問題[1]。本文在現有研究基礎上提出了一種PMIPv6域中支持NEMO優化方法，除了具有PMIPv6協議無需節點參與移動性管理和NEMO-BS支持整體切換的優點外，該方法利用增加的標志符有效區分移動節點屬性，更新位置和傳輸數據更加精準有效，無需重復檢測，系統開銷明顯降低。
1 相關工作與問題分析
1.1 NEMO和PMIPv6介紹
    NENO-BS協議將整個網絡的移動性管理功能集中到移動路由器上,由MR向其家鄉代理注冊轉交地址CoA(Care of Address)實現對整個子網數據包的轉發，保證家鄉地址的全局可達性。該協議實現了對移動網絡的整體移動性管理，有效減少切換信令的數量，降低移動節點的信號傳輸功率和復雜度。
    PMIPv6協議引入了本地移動錨點LMA(Local Mobility Anchor)和移動接入網關MAG(Mobile Access Gateway)兩個新的移動性管理實體。LMA是移動節點MN在PMIPv6域內的家鄉代理，維持MN在PMIPv6域內的可達性。MAG可以檢測移動節點的移動性，代替MN初始化與移動性管理相關的信令。LMA與MAG之間通過發送代理綁定更新PBU(Proxy Binding Update)和代理綁定確認PBA(Proxy Binding Acknowledgement)建立傳輸數據的雙向隧道。當MN在MAG之間移動時，收到同樣的家鄉網絡前綴HNP(Home Network Prefix)，從而不需重新配置IP地址即可與通信對端CN保持連續通信。該協議使得MN無需參與移動性管理信令的交互，有效增強了整個網絡的可控性。
1.2 現有方案存在的不足
    參考文獻[2]提出N-PMIPv6方案，將移動路由器視做移動MAG（mobile MAG，mMAG）加入PMIPv6域，通過在LMA與mMAG之間建立雙向隧道，為移動網絡節點MNN轉發數據包，減小了位置更新開銷，但增加的嵌套隧道頭部導致隧道開銷劇烈增加。參考文獻[3]提出rNEMO機制，移動路由器充當一個小的中繼站，由其對相關信令和數據包進行中繼，減小了隧道頭部開銷，但需要額外切換信令來管理MNN位置信息，極大地增加了位置信令開銷。
    總之，將NEMO應用在PMIPv6域后，網絡拓撲結構比較復雜，多樣的切換場景對系統的設計提出了更高的要求和挑戰。現有方案只關注如何更好地維持移動節點位置信息或者如何更好地轉發數據包，缺乏對位置開銷和隧道開銷的統籌考慮。為此，本文提出一種基于擴展信令的網絡移動性優化方法，記為O-NEMO(Optimized NEMO),充分發揮相關移動性管理實體的功能，爭取最大程度地兼顧兩種開銷的平衡，提升系統通信效率。
2 基于擴展信令的NEMO優化方法
2.1 擴展信令消息
    如圖1所示為PMIPv6域中支持NEMO場景， NEMO應用的目標是使MN、mMAG以及附著在mMAG之下的MNN都能在地址不變的前提下保持通信的連續性。

    表1為擴展的信令消息。其中BCE(Binding Cache Entry)是LMA為每一個接入節點保存的綁定緩存入口消息,包括節點的標識和HNP以及代理轉交地址pCoA(proxy-CoA)等。而PBUL1(Proxy Binding Update List)和PBUL2分別為兩個MAG建立所屬節點的代理綁定更新列表消息，分別表示NEMO下的MNN以及單個MN情況。

    進一步，對BCE和PBUL消息進行有效擴展，增加“M”標志用以標記該移動節點是mMAG網絡下的移動網絡節點。這樣LMA在其BCE處避免進行重復查找，便于更新MNN的位置信息，可以減小因重復檢測節點屬性帶來的位置開銷。轉發數據時通過查看目的地址HNP項，對應的pCoA項即為數據包的下一跳。LMA與MAG之間通過隧道將數據包進行分裝，其他路徑可以對數據包進行直接轉發。而MAG的PBUL擁有所屬的mMAG和MNN的所有路由信息，MAG與LMA之間只需要一個隧道頭部，沒有產生其他隧道頭部開銷。
2.2 信令流程
    圖2顯示的是一個MNN在PMIPv6域內通信的完整信令流程，包括mMAG接入MAG1，MNN接入mMAG，mMAG在MAG1和MAG2之間切換三個場景，具體描述如下。

    場景1：MAG1通過路由申請RS(Router Solicitation)探測到mMAG的接入后向LMA發送PBU消息，LMA將信息記錄在其BCE處，后向MAG1發送含有分配給mMAG的HNP的PBA，MAG1更新其PBUL列表并通過路由通告RA(Router Announcement)傳遞給mMAG。mMAG根據HNP配置地址。
　 場景2：當mMAG內有MNN接入即發送PBU給MAG1。MAG1隨后將自己地址加入到PBU中發送給LMA。LMA通過檢查是否含有“M”標志來判定節點的屬性。LMA更新BCE后將含有分配HNP的PBA傳遞給MAG1。MAG1接收到PBA后建立該節點的PBUL，該PBUL已經被擴展用來管理mMAG的地址。mMAG接收到PBA后通過RA將分配的HNP發送到MNN。MNN根據該HNP配置其地址并在隨后的切換過程中保持不變。
    場景3：當mMAG從MAG1域中離開并進入MAG2域內，MAG1檢測到mMAG的離開，將生存時間置于0后與LMA進行信令交互，解除mMAG的注冊消息。MAG2檢測到mMAG接入后發送PBU到LMA，LMA更新BCE后將MNN_ID、MNN_HNP通過PBA消息發送至MAG2。這樣即使MNN在不同MAG域間切換位置發生改變時，LMA通過“M”標志確定節點屬性，減少了發送位置更新信令次數，從而降低了位置開銷。
    當LMA接收到目的地址是MNN的數據包后，在BCE內檢查對應MAG的IP地址，確定節點屬性后，LMA只需要在數據包附加一個PMIPv6隧道頭部后發送給MAG。這樣，當MAG通過mMAG向MNN發送數據時，不再需要使用額外的隧道頭部，因為從mMAG角度看來，MAG相當于LMA的“代理”。與之前機制相比，減小了隧道開銷，提高了數據傳輸速率。

    圖4表示當E(S)取值為10且MAG子網穿越率增加時的系統總開銷。從結果可以看出，rNEMO方法由于每次進行切換都需要額外的信令開銷而最差，O-NEMO方案只需一層PMIPv6隧道頭部，N-PMIPv6需要兩層，故O-NEMO在系統總開銷上更為優良。

    現有PMIPv6域中的支持NEMO機制沒有同時兼顧位置更新開銷和數據隧道開銷，為此，本文在以往研究的基礎上，設計了一種PMIPv6域中基于擴展信令的網絡移動性優化方案。該方案充分利用擴展的MAG的PBUL和LMA的BCE信令消息，整合追蹤節點位置和轉發數據包過程，優化信令流程，均衡降低了兩種開銷。分析表明，該方案降低了系統總開銷，提高了通信效率。
參考文獻
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